發(fā)動蛋白抑制劑dynasore的功能及在疾病治療中的研究進展*

田振振，陳 喆，朱 平，宋銀宏△

［1腫瘤微環(huán)境與免疫治療湖北省重點實驗室（三峽大學），湖北 宜昌 443002；2三峽大學感染與炎癥損傷研究所，湖北 宜昌 443002；3三峽大學基礎醫(yī)學院，湖北 宜昌 443002；4三峽大學第一臨床醫(yī)學院腎病內(nèi)科，湖北 宜昌 443003］

發(fā)動蛋白（dynamin）超家族存在于所有細胞生命活動中，在胞膜構(gòu)成、肌動蛋白束和先天免疫等方面發(fā)揮重要作用。發(fā)動蛋白作為該家族的主要成員，是一種多結(jié)構(gòu)域的機械化學鳥苷三磷酸酶（guanosine triphosphatase，GTPase）蛋白，對鳥嘌呤核苷酸具有低親和力、高基礎水解率，能自組裝成高階螺旋結(jié)構(gòu)［1］，在包膜重塑、膜裂變和跨高爾基體出芽等作用中發(fā)揮著重要作用［2］。

在哺乳動物中，發(fā)動蛋白包含3 種經(jīng)典發(fā)動蛋白（dynamin 1、dynamin 2和dynamin 3）和幾種發(fā)動蛋白樣蛋白，同源性約為80%［3］。在經(jīng)典發(fā)動蛋白中，dynamin 1 有神經(jīng)元特異性，與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關，例如肌萎縮側(cè)索硬化和阿爾茨海默?。?］。此外，在白血病、肺和結(jié)腸癌的腫瘤細胞中dynamin 1 表達上調(diào)［5］；dynamin 2 在細胞中表達廣泛，主要介導跨膜運輸。研究顯示，dynamin 2 可以促進胞質(zhì)分裂、細胞增殖和遷移，在腫瘤細胞中過度表達［6］；dynamin 3主要在睪丸、大腦和肺部低水平表達，是腫瘤抑制因子，通過誘導p53 蛋白激活和表達來抑制腫瘤發(fā)生［7］。dynamin 1、dynamin 2 和dynamin 3 各自具有獨特的功能，但它們在內(nèi)吞作用中可以相互代償［3］。

發(fā)動蛋白樣蛋白中研究較為深入的主要是高度保守的發(fā)動蛋白相關蛋白1（dynamin-related protein 1，DRP1），與線粒體分裂、抗癌藥物介導的細胞毒性以及癌癥進展有關。DRP1在阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓舞蹈癥、肌萎縮側(cè)索硬化癥、多發(fā)性硬化癥、糖尿病和肥胖癥等疾病中也發(fā)揮著重要作用［8］。

發(fā)動蛋白是研究細胞生命活動、微生物感染和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等方面的一個重要靶點［9］。常用的發(fā)動蛋白抑制劑包括dynasore、肉豆蔻基三甲基溴化銨（MiTMAB）、十八烷基三甲基溴化銨（OcTMAB）及Dynole?化合物等［3］。長鏈銨鹽的MiTMAB 和OcTMAB 效果良好，能夠可逆地抑制神經(jīng)元和非神經(jīng)元細胞內(nèi)吞作用。Dynole 34-2 是一種新型抗有絲分裂化合物，專門作用于脫落階段并選擇性地靶向分裂細胞，對多種癌細胞具有致死作用。Dynago 是改進后的dynasore類似物，它能夠極大減少在體外的非特異性結(jié)合，并同時提高抑制效率。dynasore 最早于2006 年被Macia 等［10］從16 000 個小分子中篩選出，在體內(nèi)、外干擾發(fā)動蛋白dynamin 1、dynamin 2 和DRP1 的GTPase 活性，抑制發(fā)動蛋白的內(nèi)吞作用，是目前研究較為深入的發(fā)動蛋白抑制劑之一，在生物醫(yī)學領域被大量應用。本文以dynasore 參與疾病的分子機制和信號通路為基礎，對dynasore在微生物感染、神經(jīng)退行性疾病和腫瘤等疾病中發(fā)揮的作用進行綜述。

1 dynasore的功能

內(nèi)吞作用是細胞普遍存在的生理過程，協(xié)助細胞進行營養(yǎng)攝取、受體更新和細胞信號傳導等活動［11］，而發(fā)動蛋白介導是其中最重要的部分［10］。dynasore 通過抑制發(fā)動蛋白，參與細胞內(nèi)多種信號通路，并且在不依賴發(fā)動蛋白的情況下，通過脫靶效應參與多種細胞信號傳導［10，12］（圖1）。

Figure 1. Schematic diagram about the mechanism of dynasore participating in intracellular signaling pathways. Dynasore participates in intracellular signaling pathway mechanism. DNM： dynamin； FasL： Fas ligand； MAPK： mitogen-activated protein kinase； ROS： reactive oxygen species； Grb2： growth factor receptor-bound protein 2； TFEB/TFE3： transcription factors EB/E3； MTOR1： mammalian target of rapamycin 1； MT： mitochondrion.圖1 dynasore參與細胞內(nèi)信號通路機制示意圖

1.1 dynasore 抑制內(nèi)吞作用 dynasore 是發(fā)動蛋白GTPase 活性的非競爭性抑制劑，以劑量依賴的方式抑制dynamin 1 或dynamin 2 的GTPase 活性，減少網(wǎng)格蛋白包被的凹坑和囊泡的形成，抑制內(nèi)吞作用。研究證實，用dynasore 處理細胞可以在2 分鐘內(nèi)抑制網(wǎng)格蛋白介導的內(nèi)吞作用，并且這種作用可以在20 min內(nèi)通過去除抑制劑消除，對多個物種的細胞均起效［10］。除了抑制發(fā)動蛋白GTPase 活性外，dynasore對細胞膽固醇、脂筏和肌動蛋白也發(fā)揮相應效應，這些效應有些是依賴發(fā)動蛋白的，另外一部分則獨立于發(fā)動蛋白［13］。

1.2 dynasore 介導的抗癌機制 dynamin 2 在大部分腫瘤細胞中過度表達，通過多種途徑參與腫瘤細胞的遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移以及細胞的增殖和存活［14］。信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）是腫瘤細胞增殖、存活和凋亡的關鍵調(diào)節(jié)因子，STAT3 的過度磷酸化表達與dynamin 2上調(diào)有關。研究顯示dynasore可以抑制STAT3 通路抑制骨肉瘤細胞的增殖［15］。生長因子受體結(jié)合蛋白2（growth factor receptor-bound protein 2，Grb2）、凋亡相關因子（factor-related apoptosis，F(xiàn)as）、人第10 號染色體缺失并與張力蛋白同源的磷酸酶（phosphatase and tensin homolog on chromosome ten，PTEN）和p53 蛋白等在細胞中的信號傳導同樣受dynamin 2 調(diào)控，dynasore 通過對dynamin 2 的抑制作用可以調(diào)控相關腫瘤信號傳導［12，16］，發(fā)揮抑制腫瘤細胞增殖的的作用。

1.3 dynasore抑制鐵死亡進程 鐵死亡指一種基于脂質(zhì)的活性氧物質(zhì)的積累引起的鐵依賴性調(diào)節(jié)形式的細胞死亡，與多種病理進程有關，包括發(fā)育、腫瘤和神經(jīng)變性［17-18］。研究顯示，在完整的細胞中，dynasore 減少脂質(zhì)活性氧（reactive oxygen species，ROS）積累，阻斷線粒體超氧化物形成，抑制線粒體呼吸，減少線粒體ROS 的產(chǎn)生，保護細胞免遭鐵死亡。在無細胞系統(tǒng)中，dynasore 具有自由基清除、抗氧化特性，可以作為ROS驅(qū)動型細胞死亡的高效抑制劑，通過阻斷ROS 產(chǎn)生和脂質(zhì)-ROS 驅(qū)動的細胞死亡兩條途徑，聯(lián)合調(diào)節(jié)鐵離子庫和抑制ROS的產(chǎn)生［19］。

1.4 dynasore抑制線粒體自噬 線粒體自噬深度參與哺乳動物的分化、發(fā)育和多種類型的組織損傷，在腫瘤、神經(jīng)變性、衰老和免疫反應中的發(fā)揮的作用已得到廣泛認識［20］。DRP1 蛋白是維持線粒體動力學平衡、調(diào)節(jié)裂變、融合、線粒體自噬甚至運動的重要組成部分。它主要用作線粒體分裂因子，誘導線粒體分裂，但DRP1 蛋白下調(diào)時，會間接促進融合。DRP1 調(diào)節(jié)裂變可用于切除線粒體的受損部分以進行線粒體自噬，而DRP1 的減少會招募parkin 蛋白進行線粒體自噬。過度裂變或融合也會阻礙線粒體運輸，其轉(zhuǎn)錄的下調(diào)或上調(diào)可用于測量線粒體動力學的增量變化［8］。dynasore 通過抑制DRP1，促進線粒體的分裂，并且在線粒體受損或老化時促進其進一步的降解。這種作用有助于維持線粒體的功能和質(zhì)量，并且在細胞應激、代謝調(diào)節(jié)和疾病發(fā)生中具有重要的生理和病理意義。

1.5 dynasore 介導的血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）通路 VEGF 受體2（VEGF receptor 2，VEGFR2）是一種關鍵的血管生成受體，可以通過多種信號通路誘導腫瘤發(fā)生。在被VEGF 激活后，VEGFR2 通過dynamin 2 介導的內(nèi)吞作用進入胞質(zhì)內(nèi)［21］。但有研究顯示敲低或過表達發(fā)動蛋白不影響VEGF誘導的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2，ERK1/2）的磷酸化，而dynasore明顯降低ERK1/2的磷酸化，表明雖然dynasore 抑制VEGFR2 的內(nèi)吞，但它在ERK1/2磷酸化中的抑制作用與VEGFR2 內(nèi)吞作用的減弱無關，而是由于藥物的脫靶效應——即dynasore可以抑制VEGF 誘導的鈣釋放，抑制ERK1/2 的磷酸化。由此可知，dynasore 通過抑制VEGF 通路參與細胞增殖、存活和凋亡相關生命過程［22］。

1.6 dynasore 介導的氧化應激保護作用 dynasore對氧化應激導致的眼表角膜細胞和細胞表面糖萼損傷具有顯著的保護作用，減輕壓力造成的損傷，防止屏障破壞和染料進入。其機制有三方面：一是dynasore靶向發(fā)動蛋白家族成員dynamin 2或DRP1，減輕線粒體斷裂并阻斷炎性物質(zhì)的激活和炎性細胞因子的表達；二是dynasore 對質(zhì)膜膽固醇、脂筏和肌動蛋白具有獨立于發(fā)動蛋白的“脫靶”效應［23］；第三是dynasore 通過維持未折疊蛋白反應和鈣穩(wěn)態(tài)來保護受到氧化應激的眼表黏膜上皮細胞，這也為dynasore作為新的眼表治療藥物提供了有力的支持［24-25］。

2 dynasore在疾病治療中的應用

dynasore 能夠干擾細菌內(nèi)吞、誘導癌細胞凋亡、保護心肌細胞免受損傷，在微生物感染、腫瘤治療和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等領域中的治療作用正被研究開發(fā)。

2.1 dynasore在細菌性疾病中的抑制作用 細菌感染真核細胞需要內(nèi)吞作用侵入進行，如福氏志賀菌在細胞間的傳播取決于細菌的外膜蛋白與神經(jīng)元Wiskott-Aldrich 綜合征蛋白相互作用，后者募集肌動蛋白相關蛋白2/3復合物啟動F-肌動蛋白聚合，使細菌能夠在細胞內(nèi)和細胞間傳播。dynamin 2 是福氏志賀菌細胞間擴散的重要組成部分，dynasore 抑制dynamin 2 可以阻止福氏志賀菌的傳播［26］。這種抑制機制在金黃色葡萄球菌、傷寒沙門菌和化膿性球菌中也被證實［27-28］。

2.2 dynasore 對病毒性疾病的療效 dynamin 2 是巨細胞病毒感染早期病毒裝配中心生成和初級內(nèi)體/內(nèi)循環(huán)室/高爾基體膜重排機制的一部分。在鼠巨細胞病毒感染的早期階段，dynasore可以阻礙病毒裝配中心的形成，抑制后期蛋白質(zhì)的合成和病毒粒子的產(chǎn)生［29］。另有研究顯示dynasore 以新型RAS 相關C3 肉毒桿菌毒素底物1（RAS-related C3 botulinum toxin substrate 1，Rac-1）、ROS 和線粒體抗病毒信號（mitochondrial antiviral signaling，MAVS）介導的信號級聯(lián)反應，增強線粒體抗病毒信號聚集體的形成，激活不依賴內(nèi)吞作用的核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）［30-31］。dynasore 通過模擬病毒誘導這一關鍵炎癥信號通路，顯示出作為抗病毒治療策略或疫苗佐劑的價值。

人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）根據(jù)遺傳特征和病毒抗原的差異分為1 型和2 型（HIV-1 和HIV-2）［32］，與HIV-2 相比，HIV-1 的潛伏期更短，發(fā)病率更高，傳播率更高，目前的研究主要是針對HIV-1 進行的［33-34］。研究證實HIV-1 是通過發(fā)動蛋白依賴性內(nèi)吞作用進入細胞的，dynasore對幾種常用細胞系中HIV-1 的感染產(chǎn)生抑制作用，并且dynasore 對HIV-1 感染的抑制作用不是由于網(wǎng)格蛋白依賴性內(nèi)吞作用的阻礙，具體的分子靶標仍未明確［35-36］。通過抑制dynamin 2 介導的內(nèi)吞作用，dynasore還抑制皰疹病毒、塞內(nèi)卡病毒感染進入細胞內(nèi)［25，37］。此外，通過軟件模擬分析發(fā)現(xiàn)dynasore對冠狀病毒2019（COVID-19）也有很好的抑制作用［38］。

2.3 dynasore對神經(jīng)退行性疾病的緩解作用 自噬是一種重要的細胞蛋白調(diào)控過程，在神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機制中起著關鍵作用。神經(jīng)退行性疾病的共同特征是自噬活性降低和蛋白質(zhì)聚集異常。對自噬的藥理調(diào)節(jié)有助于治療神經(jīng)退行性疾?。?9］。研究顯示dynasore 可以抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的溶酶體定位，阻斷哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1）的活性，增強自噬主要調(diào)節(jié)因子（包括TFE3 和TFEB）的核轉(zhuǎn)位，自噬通量在dynasore 處理后的細胞中上調(diào)。此外，dynasore的處理顯著促進了由含有擴展聚谷氨酰胺（polyglutamine，polyQ）的突變亨廷頓蛋白形成的蛋白質(zhì)聚集體的清除。相比之下，在自噬缺陷的細胞中，dynasore 對突變亨廷頓蛋白的polyQ聚集體的清除無明顯作用。因此dynasore可以通過調(diào)節(jié)mTORC1-TFEB 信號傳導影響神經(jīng)退行性疾病相關蛋白的自噬降解［40］。另外，DRP1 是介導線粒體裂變和影響神經(jīng)元線粒體自噬的關鍵調(diào)節(jié)因子，抑制DRP1改善運動缺陷和帕金森模型小鼠體內(nèi)的酪氨酸羥化酶的表達，上調(diào)PTEN誘導推定激酶1（PTEN-induced putative kinase 1，PINK1）和parkin蛋白的線粒體表達，但不影響Nip 樣蛋白X（Nip-like protein X，NIX）和BCL2 相互作用蛋白3（BCL2 interacting protein 3，BNIP3）的表達，改善了線粒體超微結(jié)構(gòu)并恢復帕金森患者的線粒體穩(wěn)態(tài)［39］。脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是一種常見且具有破壞性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，缺乏有效的治療方法。另有研究顯示，腹腔注射dynasore 處理SCI 大鼠后，顯著改善了運動功能，dynasore組凋亡神經(jīng)元和增殖星形膠質(zhì)細胞減少，存活神經(jīng)元細胞數(shù)量顯著增加，證實了dynasore 抑制 DRP1，在大鼠患有SCI 后發(fā)揮有效保護作用［41］。

2.4 dynasore 在腫瘤治療中的潛力 dynasore 是一種候選的有效抗癌藥物，通過抑制內(nèi)吞作用、破壞肌動蛋白穩(wěn)定性和靶向降低dynamin 2 干預腫瘤細胞中的信號傳導來降低腫瘤細胞的遷移和侵襲［42］。雖然dynasore尚未用于臨床治療，但其在基礎科學研究中已經(jīng)表現(xiàn)出良好作用［43］。

肺癌是全世界腫瘤疾病中發(fā)病率和死亡率最高的癌種之一，肺癌經(jīng)常檢測到表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）突變，導致該受體酪氨酸激酶持續(xù)活躍，已證明針對EGFR 的靶向治療對于肺癌治療有效［44］。dynasore 有效地抑制EGFR 外顯子19 缺失突變體，對外顯子19 缺失的EGFR 突變體驅(qū)動的肺癌細胞系的細胞增殖、集落形成、細胞遷移和細胞周期進程有明顯抑制作用［45］。肺癌與線粒體融合和裂變失調(diào)有關，DRP1的抑制會減少肺癌細胞的增殖并增加其凋亡［46］。順鉑是肺癌臨床治療的一線化療藥物。然而，順鉑易引起耐藥，降低了臨床療效［47］。順鉑增加線粒體分裂和dynamin 2 表達，而dynasore 具有相反的效果。順鉑和dynasore均獨立誘導線粒體氧化應激，導致線粒體功能障礙、細胞增殖減少和細胞凋亡增強。但是二者聯(lián)合使用時dynasore 增強了順鉑的抗癌作用［48］。dynasore 還可以通過STAT3 信號通路抑制細胞增殖、遷移和侵襲，并增強順鉑在骨肉瘤中的抗腫瘤能力［15］。

細胞間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)換因子（cellular mesenchymal epithelial transition factor，c-Met）是一種受體酪氨酸激酶，對肝細胞生長因子具有高親和力，在細胞中與磷脂酰肌醇3-激酶和黏附斑激酶發(fā)生級聯(lián)反應，有助于腫瘤細胞形態(tài)發(fā)生、存活和增殖［49］。c-Met 受體在肝癌中表達增加，被用于小分子酪氨酸激酶抑制劑進行藥理學干預的靶標［50］。研究dynasore 與幾種c-Met 抑制劑的聯(lián)合作用顯示dynasore 增強這些抑制劑對肝癌細胞增殖和遷移的抑制作用［51］。研究證明阻斷急性髓系白血病中的發(fā)動蛋白依賴性內(nèi)吞作用（dynamin-dependent endocytosis，DDE）可以有效地阻止多種生長因子刺激的信號通路的激活，對阻止腫瘤進展有重要意義，DDE 抑制劑對急性淋巴細胞白血病和急性髓系白血病的治療有效［52］。上述研究顯示dynasore不但本身具有抗癌作用，與其他抗癌藥物的聯(lián)合使用也具有良好效果。

2.5 dynasore 在其他疾病治療中的應用 2 型糖尿病的特征是線粒體功能障礙、高水平的ROS 產(chǎn)生和低ATP 水平等。dynasore 可以防止氧化應激和線粒體分裂，提高心肌細胞在缺血/再灌注條件下的存活率。dynasore 還可以在氧化應激條件下維持線粒體功能和形態(tài)，提高ATP 水平，從而預防心臟衰竭并減少細胞損傷［53］。以上研究表明dynasore 在治療糖尿病患者以及心血管并發(fā)癥方面發(fā)揮重要作用［54-57］。

dynasore在疾病治療中作用的總結(jié)見表1。

表1 dynasore對不同疾病的作用Table 1. The effect of dynasore on different diseases

3 dynasore的不良反應

與許多小分子抑制劑一樣，dynasore具有不良的非特異性結(jié)合，其與血清蛋白和常用的去垢劑Tween-80 會發(fā)生非特異性結(jié)合，失去動力抑制功能，限制了其在實驗中的使用［58-59］。dynasore 除了抑制發(fā)動蛋白外，還具有廣泛的脫靶效應。在dynamin 1、2 和3 三重條件敲除小鼠成纖維細胞中，dynasore不僅能抑制網(wǎng)格蛋白介導的內(nèi)吞作用，還能抑制液相內(nèi)吞作用，而其預期靶標dynamin 已被消除，證明了脫靶效應。dynasore 對膜波紋也有強大的阻斷作用，并且這種作用也不依賴于dynamin［60］。因此應謹慎給出dynasore結(jié)論性評估。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，dynasore 在細胞的生命活動、信號傳導和分化發(fā)育中，通過介導內(nèi)吞作用、鐵死亡和線粒體自噬等發(fā)揮關鍵調(diào)節(jié)作用，并能夠積極治療多種疾病。然而，dynasore的靶點dynamin 1、dynamin 2和DRP1在細胞活動中也具有重要作用，對其相關不良反應要重點關注。未來的研究方向應著重于更具靶點特異性的dynasore 類似物研發(fā)，進一步優(yōu)化dynasore 的結(jié)構(gòu)，提高其抑制效率和安全性，并進一步探索dynasore和一線治療藥物的聯(lián)合使用效果，以實現(xiàn)最優(yōu)的治療效果。