中科院上海藥物所銅離子轉(zhuǎn)運途徑靶標確證和新型抗腫瘤藥物研究取得重要進展

來源：化學科學部

在國家自然科學基金重點國際合作研究項目(項目批準號21210003)等的支持下，中科院上海藥物所蔣華良課題組與合作方芝加哥大學何川課題組，聯(lián)合艾默里大學陳靖課題組多位研究人員組成合作團隊，綜合采用理論模擬以及化學生物學和藥理學實驗驗證策略，首次發(fā)現(xiàn)了銅伴侶蛋白的小分子抑制劑。該抑制劑可同時靶向兩種銅伴侶蛋白Atox1和CCS，選擇性調(diào)控銅離子轉(zhuǎn)運，從而選擇性地抑制腫瘤細胞增殖，在多種動物實驗中表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性。該研究成果于2015年11月9日以“Inhibition of human copper trafficking by a small molecule significantly attenuates cancer cell proliferation”(《通過小分子抑制人體銅離子轉(zhuǎn)運明顯減弱癌細胞擴散》)為題在線發(fā)表于Nature Chemistry雜)。

銅是一種人體所必須的微量元素，但銅離子水平的紊亂也會導致多種疾病。近年來，體內(nèi)銅調(diào)控機制研究已經(jīng)成為腫瘤生物學研究的重要方向。相對正常細胞，銅離子在腫瘤細胞中明顯富集。臨床研究發(fā)現(xiàn)，癌癥患者血漿中銅離子的濃度與腫瘤的惡化程度以及藥物治療的反應相關(guān)。通過銅離子螯合劑四硫鉬酸鹽(Tetrathiomolybdate，TM)減少體內(nèi)銅離子的含量可以顯著減緩腫瘤的血管生成，抑制腫瘤生長。采用非選擇性銅離子螯合劑(如四硫鉬酸鹽)是目前調(diào)控體內(nèi)銅離子水平的唯一手段。然而，在臨床上使用銅離子螯合劑治療其他銅離子紊亂相關(guān)疾病時發(fā)現(xiàn)，銅離子螯合劑往往容易導致銅離子濃度過低，從而產(chǎn)生嚴重的毒副反應。此外，銅離子螯合劑還可能會非特異性地螯合其他金屬陽離子，進一步產(chǎn)生其他毒副作用。因此，亟需尋找一種調(diào)控體內(nèi)銅離子濃度的方式，實現(xiàn)對腫瘤的安全、有效治療。

細胞內(nèi)有多種銅離子伴侶蛋白負責銅離子在胞內(nèi)的運輸?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，銅離子伴侶蛋白Atox1和CCS在多種腫瘤組織中的表達明顯高于正常組織。同時，Atox1和CCS也被發(fā)現(xiàn)在多種白血病細胞系以及白血病病人樣本中高表達。這些信息顯示了腫瘤細胞的生存可能依賴于這些銅離子伴侶蛋白。與金屬螯合劑相比，靶向銅離子伴侶蛋白可以更加特異、精細地調(diào)節(jié)胞內(nèi)銅離子的濃度以及分布，從而在實現(xiàn)治療效果的同時減少毒副作用。

該研究團隊采用基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計方法，從化合物庫中篩選出一批能結(jié)合Atox1和CCS銅轉(zhuǎn)運界面的化合物，結(jié)合生物實驗，進行深入研究，獲得了具有更強結(jié)合能力的化合物DC-AC50。后續(xù)一系列的生化實驗以及細胞生物學實驗證實，DC-AC50可以通過結(jié)合Atox1和CCS的銅轉(zhuǎn)運界面，阻斷了銅離子在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運，特異性地抑制了腫瘤細胞增殖而不影響正常體細胞的存活。作用機制研究表明，該化合物通過干擾銅離子轉(zhuǎn)運，抑制以銅離子為輔因子的Cu/Zn超氧化物岐化酶SOD1的活性，提高了腫瘤細胞內(nèi)反應性氧化物(ROS)的水平，并同時影響線粒體功能，降低ATP的產(chǎn)生，雙管齊下，阻斷腫瘤細胞增殖。

Chemical & Engineering News和The Emory Health Sciences Research Blog也于論文發(fā)表當日就此研究結(jié)果寫了專門報道。(CHEMICAL & ENGINEERING NEWS)第一個銅轉(zhuǎn)運途徑無機分子抑制劑四硫鉬酸鹽(TM)的發(fā)明人-美國西北大學教授Thomas O’Halloran認為：設(shè)計與銅調(diào)控過程有關(guān)抑制劑的挑戰(zhàn)是不能影響銅在正常細胞中的功能。DC-AC50在阻斷銅金屬伴侶蛋白的功能時沒有直接與銅作用。作為這類新型抑制劑的第一個成員， DC-AC50的發(fā)現(xiàn)為干預和攻克銅轉(zhuǎn)運紊亂提供了新的途徑。本研究不僅為腫瘤的靶向治療提供了高效、低毒的先導化合物，為抗腫瘤研究開辟了全新的領(lǐng)域，同時也為銅離子在生物體內(nèi)的化學調(diào)控機制研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。