唯BH3域蛋白在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

姚鍇 綜述 戴德 審校

(廣東醫(yī)學(xué)院，廣東 湛江 524023)

唯BH3域蛋白在腫瘤治療中的研究進(jìn)展

姚鍇 綜述 戴德 審校

(廣東醫(yī)學(xué)院，廣東 湛江 524023)

唯BH3域蛋白作為Bcl-2蛋白家族的一大亞類，通過抑制Bcl-2抗凋亡蛋白和(或)激活Bcl-2促凋亡蛋白，在調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的過程中起著極其重要的作用。許多癌癥中編碼唯BH3域蛋白的基因發(fā)生嚴(yán)重突變，而且在小鼠中敲除這些基因后可誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生，這提示唯BH3域蛋白可作為腫瘤抑制劑。唯BH3域模擬物正發(fā)展為新型小分子靶向抗癌藥物，這可能有助于為腫瘤設(shè)計(jì)更好的治療策略。

唯BH3域蛋白；細(xì)胞凋亡；腫瘤治療

Bcl-2蛋白家族根據(jù)所含其特有的Bcl-2同源結(jié)構(gòu)域(BH)和功能不同分成三類：(1)抗凋亡蛋白，包括BCL-2、BCL-XL、BCL-W、MCL-1和A1，擁有四個(gè)BH域(BH1～BH4)。(2)促凋亡蛋白，與抗凋亡蛋白有相似的序列和結(jié)構(gòu)，包括BAX、BAK(BOK)，擁有三個(gè)BH域(BH1～BH3)。(3)唯BH3域蛋白(BH3-only proteins)，僅含有一個(gè)BH3結(jié)構(gòu)域，包括BIM、PUMA、NOXA、BID、BMF、BAD、BIK和HRK。Bcl-2家族的抗調(diào)亡蛋白與促調(diào)亡蛋白的相互作用決定著細(xì)胞的生死平衡，而這種平衡被唯BH3域蛋白所調(diào)控。許多抗腫瘤藥物的機(jī)制正是通過調(diào)節(jié)唯BH3域蛋白的表達(dá)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡及增加其敏感性，BH3模擬物(BH3 mimetic)還可以直接作用于Bcl-2抗凋亡蛋白或促凋亡蛋白，有選擇性、高效的誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。本文主要就唯BH3域蛋白在腫瘤治療中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 唯BH3域蛋白與Bcl-2家族其他成員在凋亡中的關(guān)系

唯BH3域蛋白可通過BH3域兩性的a螺旋分子團(tuán)與Bcl-2抗凋亡蛋白表面疏水凹槽相結(jié)合，以拮抗其抗凋亡功能。不同唯BH3域蛋白對(duì)不同Bcl-2抗凋亡蛋白具有不同的親和力，它們的結(jié)合模式可分為“混雜模式”和“選擇模式”[1]?！盎祀s模式”：如BIM、tBID(BID的活化狀態(tài))和PUMA可高親和力結(jié)合所有Bcl-2抗凋亡蛋白；“選擇模式”：如BAD只高親和力結(jié)合BCL-2、BCL-XL和BCL-W；NOXA只高親和力結(jié)合MCL-1和A1。前者單一蛋白的表達(dá)對(duì)細(xì)胞具有強(qiáng)烈的殺傷性，后者多種蛋白的共表達(dá)具有互補(bǔ)特異性，使得兩種結(jié)合模式對(duì)細(xì)胞的殺傷性相當(dāng)[2]。這提示在一個(gè)特定細(xì)胞內(nèi)，高效的凋亡往往需要抑制所有Bcl-2抗凋亡蛋白的表達(dá)。

唯BH3域蛋白可激活BAX/BAK促凋亡蛋白，使其在線粒體外膜上形成寡聚物，引起細(xì)胞凋亡。目前提出了兩種激活的模型，“直接活化”模型提出，某些唯BH3域蛋白為“活化劑”，如BIM、tBID及PUMA，能夠瞬間低親和力結(jié)合BAX/BAK，促發(fā)其構(gòu)象變化并隨后在線粒體外膜寡聚化[3]。最新研究顯示NOXA也可作為“活化劑”[4]。該模式稱其他唯BH3域蛋白為“敏化劑”，它們只結(jié)合Bcl-2抗凋亡蛋白，以釋放復(fù)合體中的“活化劑”唯BH3域蛋白去活化BAX/BAK。“間接活化”模型[5]設(shè)想所有唯BH3蛋白的主要作用是與Bcl-2抗凋亡蛋白結(jié)合，以阻止后者結(jié)合任何活化的BAK/BAX蛋白。此模式認(rèn)為BAX/BAK蛋白的活化是自身構(gòu)象變化的結(jié)果，這種構(gòu)象會(huì)催化自身同源寡聚化。但有研究稱這兩種模式并不是相互獨(dú)立的，在造血細(xì)胞的凋亡中這兩種模式可能是平行發(fā)生的[6]。

2 唯BH3域蛋白在腫瘤中的表達(dá)

在許多腫瘤中編碼唯BH3域蛋白的基因出現(xiàn)嚴(yán)重突變。Beroukhim等[7]對(duì)3 131個(gè)腫瘤標(biāo)本使用高分辨率人類基因組變異分析后發(fā)現(xiàn)Puma基因丟失。腎癌細(xì)胞可通過DNA甲基化的方式抑制了Bik和Bim基因的表達(dá)。董偉等[8]對(duì)40例胃癌組織研究后發(fā)現(xiàn)胃癌中BAD和NOXA蛋白陽性表達(dá)率明顯低于癌旁組。這都提示唯BH3域蛋白可能是抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要因素。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明敲除編碼唯BH3域蛋白的基因可導(dǎo)致小鼠腫瘤的發(fā)生。在Eμ-Myc小鼠中敲除Puma基因后可加速其B淋巴瘤的形成，而Noxa基因的缺失可加速其γ射線誘導(dǎo)的胸腺淋巴瘤的形成[9]。在小鼠體內(nèi)敲除了Bim基因可通過Ras突變的機(jī)制加速誘導(dǎo)腎癌的發(fā)生[10]。

3 唯BH3域蛋白在腫瘤藥物中的作用

唯BH3域蛋白與腫瘤發(fā)生發(fā)展的密切關(guān)系使其在某些抗腫瘤藥物殺死腫瘤中起著關(guān)鍵性的作用。Happo等[11]在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)DNA損傷藥物有效的殺死MYC驅(qū)動(dòng)的淋巴瘤需要PUMA、NOXA和BIM的表達(dá)。有研究指出BIM和PUMA在糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)腫瘤凋亡中是必須存在的[12]。在表皮生長(zhǎng)因子受體突變的非小細(xì)胞肺癌中，表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑通過上調(diào)BIM誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[13]。

唯BH3域蛋白還與抗腫瘤藥物的耐藥性密切相關(guān)，可增強(qiáng)腫瘤對(duì)藥物的敏感性。化療藥物體外誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性的過程中，BIM的mRNA和蛋白表達(dá)均下降，提示BIM的表達(dá)與人肝癌多藥耐藥的發(fā)生密切相關(guān)[14]。研究發(fā)現(xiàn)蛋白酶體抑制劑硼替佐米在腫瘤中通過誘導(dǎo)NOXA、BIM和BIK來發(fā)揮作用，BID則可增加硼替佐米的反應(yīng)性[15]。而BID和BIM的表達(dá)上升，可明顯增強(qiáng)人類嗜T細(xì)胞病毒Ⅰ型相關(guān)的T細(xì)胞白血病細(xì)胞對(duì)腫瘤藥物的敏感性[16]。

4 BH3模擬物

BH3模擬物即唯BH3域蛋白小分子模擬物，能夠直接結(jié)合Bcl-2抗調(diào)亡蛋白并拮抗其抗凋亡功能，促使與其結(jié)合的促凋亡蛋白BAX/BAK的釋放，或者唯BH3蛋白的釋放，最終激活BAX/BAK蛋白，從而特異、廣譜、高效地誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞調(diào)亡，達(dá)到抗腫瘤的目的。以下介紹幾種主要的BH3模擬物。

4.1 ABT-737和ABT-263ABT-737是基于BAD的BH3域研發(fā)，可與BCL-2、BCL-XL和BCL-W高親和力結(jié)合，但不與MCL-1和A1發(fā)生反應(yīng)，ABT-263為其口服活性衍生物。在臨床前試驗(yàn)中[17]，ABT-737已作為單個(gè)藥物有效治療某些白血病和淋巴瘤，多發(fā)性骨髓瘤等，但對(duì)上皮細(xì)胞癌無效，ABT-263也顯示對(duì)慢性淋巴細(xì)胞白血病患者有療效。這兩者主要副作用是抑制BCL-XL所導(dǎo)致血小板減少。此外，高水平表達(dá)的MCL-1可使ABT-737產(chǎn)生耐藥性，這需要通過降低MCL-1的水平來克服。

4.2 GX15-070 GX15-070是一類多Bcl-2抗凋亡蛋白靶向性的吲哚類小分子化合物。臨床前試驗(yàn)表明，GX15-070具有單一藥物活性，并且能增強(qiáng)了拉帕替尼對(duì)人乳腺癌細(xì)胞的毒性[18]。但GX15-070不是高特異BH3模擬物，而且在小鼠腫瘤模型中，GX15-070無法在體內(nèi)維持有效的血藥濃度，加大劑量則會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)毒性[19]。

4.3 AT101(左旋棉酚)AT-101可與BCL-2、BCL-XL和MCL-1結(jié)合并抑制其活性，是第一個(gè)進(jìn)入到臨床試驗(yàn)期的BH3模擬物。AT101可有效聯(lián)合利妥昔單抗治療慢性淋巴細(xì)胞白血病并且能夠聯(lián)合多西他賽治療激素抵抗的前列腺癌，但患者在臨床試驗(yàn)中出現(xiàn)較重的心臟毒性，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用[20]。有學(xué)者在研發(fā)棉酚類似物阿樸棉酚，相對(duì)于AT101，后者具有更好的靶向性，擁有較低的系統(tǒng)毒性[21]。

4.4 UMI-77和S1 UMI-77和S1是新近研發(fā)的BH3模擬物，還未進(jìn)入臨床試驗(yàn)期。UMI-77是選擇性與MCL-1高親和力結(jié)合的BH3模擬物。Abulwerdi等[22]發(fā)現(xiàn)UMI-77和MCL-1的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他Bcl-2抗凋亡蛋白，在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)異種移植模型中均表現(xiàn)出對(duì)胰腺癌的抗腫瘤活性。這提示，UMI-77可作為一種以MCL-1為靶點(diǎn)的藥物治療MCL-1高表達(dá)的腫瘤。S1是一種苊并雜環(huán)類化合物，能夠高親和力結(jié)合BCL-2、BCL-XL和MCL-1，促使線粒體凋亡的發(fā)生。在肝癌和乳腺癌的體外實(shí)驗(yàn)中，S1打斷BCL-2/BAX、MCL-1/BAK之間的相互作用促使線粒體凋亡途徑發(fā)生[23]。細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，目前未發(fā)現(xiàn)S1有BCL-2家族蛋白以外的其他靶點(diǎn)，S1可能只通過線粒體調(diào)亡通路誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡，具有高特異性[24]。

5 小 結(jié)

腫瘤形成的重要原因是細(xì)胞凋亡機(jī)制的缺失，深入研究唯BH3域蛋白參與凋亡的具體機(jī)制，有助于進(jìn)一步了解腫瘤的發(fā)生發(fā)展和尋找以唯BH3域蛋白為靶目標(biāo)的治療策略。唯BH3域蛋白的表達(dá)與某些抗腫瘤藥物的耐藥機(jī)制密切相關(guān)，這為逆轉(zhuǎn)相關(guān)藥物耐藥性提供了思路。BH3模擬物不同于傳統(tǒng)放療和化療，而是通過干擾蛋白質(zhì)相互間的作用，降低接受到死亡信號(hào)的癌細(xì)胞的程序性死亡的閾值起作用。理想的BH3模擬物應(yīng)該同時(shí)具有多BH3模擬性和高特異性，尋找和改良BH3模擬物不僅需要增加其對(duì)Bcl-2抗凋亡蛋白的親和力而且要減少其帶來的系統(tǒng)毒性。BH3模擬物之間以及與傳統(tǒng)治療的聯(lián)合應(yīng)用或許是一種更好的治療策略。因此，進(jìn)一步研究唯BH3域蛋白作用機(jī)制、改良局限性及探索聯(lián)合用藥的可行性對(duì)BH3模擬物未來的臨床開發(fā)具有深遠(yuǎn)意義。

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Research progress of BH3-only proteins in the treatment of cancers.

YAO Kai,DAI De.Guangdong Medical College, Zhanjiang 524000,Guangdong,CHINA

As part of the Bcl-2 proteins family,BH3-only proteins play an extremely important role in the regulation of apoptosis by inhibiting the activity of Bcl-2 anti-apoptotic proteins and(or)activating Bcl-2 pro-apoptotic proteins.Mutations crippling genes encoding BH3-only proteins have been detected in a range of human cancers and these genes knocked out accelerate cancers in mice,which provided evidence that BH3-only proteins can serve as tumour suppressors.BH3 mimetic are being developed for the new molecularly targeted anti-cancer drugs,which may be helpful in designing better therapeutic strategy for treating cancers.

BH3-only proteins;Cell apoptosis;Cancer therapy

R730.5

A

1003—6350（2016）12—1993—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.12.032

2015-10-22)

戴德。E-mail：429452465@qq.com