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

來源：化學(xué)科學(xué)部

在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)國(guó)際合作研究項(xiàng)目(項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)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(xué)何川課題組，聯(lián)合艾默里大學(xué)陳靖課題組多位研究人員組成合作團(tuán)隊(duì)，綜合采用理論模擬以及化學(xué)生物學(xué)和藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)靶向兩種銅伴侶蛋白Atox1和CCS，選擇性調(diào)控銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)，從而選擇性地抑制腫瘤細(xì)胞增殖，在多種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(yùn)明顯減弱癌細(xì)胞擴(kuò)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(huì)導(dǎo)致多種疾病。近年來，體內(nèi)銅調(diào)控機(jī)制研究已經(jīng)成為腫瘤生物學(xué)研究的重要方向。相對(duì)正常細(xì)胞，銅離子在腫瘤細(xì)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(yīng)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(zhǎng)。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(shí)發(fā)現(xiàn)，銅離子螯合劑往往容易導(dǎo)致銅離子濃度過低，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的毒副反應(yīng)。此外，銅離子螯合劑還可能會(huì)非特異性地螯合其他金屬陽離子，進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的安全、有效治療。

細(xì)胞內(nèi)有多種銅離子伴侶蛋白負(fù)責(zé)銅離子在胞內(nèi)的運(yùn)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(dá)明顯高于正常組織。同時(shí)，Atox1和CCS也被發(fā)現(xiàn)在多種白血病細(xì)胞系以及白血病病人樣本中高表達(dá)。這些信息顯示了腫瘤細(xì)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(xì)地調(diào)節(jié)胞內(nèi)銅離子的濃度以及分布，從而在實(shí)現(xiàn)治療效果的同時(shí)減少毒副作用。

該研究團(tuán)隊(duì)采用基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)方法，從化合物庫(kù)中篩選出一批能結(jié)合Atox1和CCS銅轉(zhuǎn)運(yùn)界面的化合物，結(jié)合生物實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行深入研究，獲得了具有更強(qiáng)結(jié)合能力的化合物DC-AC50。后續(xù)一系列的生化實(shí)驗(yàn)以及細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，DC-AC50可以通過結(jié)合Atox1和CCS的銅轉(zhuǎn)運(yùn)界面，阻斷了銅離子在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，特異性地抑制了腫瘤細(xì)胞增殖而不影響正常體細(xì)胞的存活。作用機(jī)制研究表明，該化合物通過干擾銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)，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(xì)胞內(nèi)反應(yīng)性氧化物(ROS)的水平，并同時(shí)影響線粒體功能，降低ATP的產(chǎn)生，雙管齊下，阻斷腫瘤細(xì)胞增殖。

Chemical & Engineering News和The Emory Health Sciences Research Blog也于論文發(fā)表當(dāng)日就此研究結(jié)果寫了專門報(bào)道。(CHEMICAL & ENGINEERING NEWS)第一個(gè)銅轉(zhuǎn)運(yùn)途徑無機(jī)分子抑制劑四硫鉬酸鹽(TM)的發(fā)明人-美國(guó)西北大學(xué)教授Thomas O’Halloran認(rèn)為：設(shè)計(jì)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(xì)胞中的功能。DC-AC50在阻斷銅金屬伴侶蛋白的功能時(shí)沒有直接與銅作用。作為這類新型抑制劑的第一個(gè)成員， DC-AC50的發(fā)現(xiàn)為干預(yù)和攻克銅轉(zhuǎn)運(yùn)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(dǎo)化合物，為抗腫瘤研究開辟了全新的領(lǐng)域，同時(shí)也為銅離子在生物體內(nèi)的化學(xué)調(diào)控機(jī)制研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。