提到三氧化二砷（Arsenic Trioxide，ATO），普通人可能覺(jué)得陌生，但提到另一個(gè)名字 —— 砒霜，大家就 “心領(lǐng)神會(huì)” 了。

砒霜是最古老的 “毒物” 之一，因其無(wú)臭無(wú)味，為白色霜狀粉末，故稱(chēng)砒霜。中毒者一般會(huì)出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹痛、四肢痛性痙攣、抽搐等癥狀，最后呼吸麻痹而死亡?！端疂G傳》中的武大郎和法國(guó)拿破侖被認(rèn)為是 “史上最著名的兩位砒霜中毒者”。

但實(shí)際上，ATO 具有很高的醫(yī)用價(jià)值。我國(guó)學(xué)者利用 ATO 治療一種致命的白血病，被公認(rèn)為是我國(guó)對(duì)世界醫(yī)學(xué)史的重大貢獻(xiàn)。此外，ATO 在淋巴瘤、骨髓瘤、胃癌、肝癌、肺癌等惡性腫瘤的治療上也觀察到一定療效。

近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院上海血液學(xué)研究所盧敏團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究再次拓展了 ATO 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的邊界，盧敏團(tuán)隊(duì)利用 ATO 成功挽救了 p53 結(jié)構(gòu)性突變。

盧敏告訴 DeepTech，ATO 恢復(fù) p53 突變體抗腫瘤功能的效果高于已報(bào)道的同類(lèi)化合物若干數(shù)量級(jí)。

圖 | 盧敏論文《三氧化二砷通過(guò)神秘的變構(gòu)位點(diǎn)拯救結(jié)構(gòu)性 p53 突變》

關(guān)于此項(xiàng)研究的論文《三氧化二砷通過(guò)神秘的變構(gòu)位點(diǎn)拯救結(jié)構(gòu)性 p53 突變》（Arsenic Trioxide Rescues Structural p53 Mutations through a Cryptic Allosteric Site）被刊載在 Cancer Cell 上。一經(jīng)上線，就引發(fā)了醫(yī)療科研領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

圖 | 盧敏 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院上海血液學(xué)研究所課題組長(zhǎng)、研究員、博士生導(dǎo)師

發(fā)現(xiàn) ATO 復(fù)活 p53，摘取靶向抗癌藥“圣杯 ”

基因突變引起的蛋白突變，是導(dǎo)致癌癥發(fā)生的主要原因之一。經(jīng)常發(fā)生突變的蛋白主要分兩類(lèi)，促進(jìn)癌細(xì)胞增殖的 “促癌蛋白（oncoprotein）” 和抑制癌細(xì)胞增殖的 “抑癌蛋白（tumor suppressor）”。前者發(fā)生突變后促癌能力大大增加，后者突變后則失去抑癌功能。

圖 | 癌癥中最常發(fā)生突變的 100 個(gè)基因，主要分為促癌基因和抑癌基因

目前針對(duì)癌癥的藥物治療主要是通過(guò) “靶向促癌蛋白，進(jìn)而抑制其功能” 達(dá)到治療目的，因此這些靶向藥物往往被稱(chēng)為抑制劑。電影《我不是藥神》就是圍繞一款名為格列寧的抑制劑展開(kāi)的感人故事。目前，類(lèi)似格列寧這樣的靶向抗癌藥物有 100 多個(gè)。但據(jù) 2016 年 Nature 和 NEJM 文章的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，所有這些靶向藥物僅適用于 2-13% 的癌癥群體。

科學(xué)界和藥企長(zhǎng)期以來(lái)還試圖研發(fā)另一種完全不同的靶向藥，即 “靶向抑癌蛋白，進(jìn)而恢復(fù)其功能” 的復(fù)活劑。在癌細(xì)胞中，抑癌蛋白發(fā)生了突變，導(dǎo)致這個(gè)抑癌蛋白失效，不能殺死癌細(xì)胞。理想的復(fù)活劑是一個(gè)小分子藥物，這個(gè)藥物可以結(jié)合到抑癌蛋白上，使抑癌蛋白重新恢復(fù)抗腫瘤能力，可以殺死癌細(xì)胞。但在盧敏團(tuán)隊(duì)之前，相關(guān)研究進(jìn)展非常有限，尚無(wú)復(fù)活劑的問(wèn)世。

盧敏介紹，癌癥中最常發(fā)生突變的蛋白是 p53。p53 是分子生物學(xué)誕生以來(lái)最有名的一個(gè)蛋白。作為一個(gè)抑癌蛋白，p53 可通過(guò)誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡、衰老等殺死癌細(xì)胞。然而一旦發(fā)生突變，p53 就會(huì)失去抗腫瘤功能。

資料顯示，在全球 50% 癌癥群體中都發(fā)生了 p53 突變。因此，p53 復(fù)活劑被西方科學(xué)界及制藥界廣泛地稱(chēng)為癌癥靶向藥物的 “圣杯”。

盧敏闡釋了自己對(duì)“ 圣杯 ”的解讀，他認(rèn)為 “圣杯的另一層含義是難以獲得、無(wú)法企及。p53 是一個(gè)抑癌蛋白，想要獲得 p53 復(fù)活劑在科學(xué)上和技術(shù)上都存在巨大挑戰(zhàn)?！?/p>

在科學(xué)上，研究抑制劑比復(fù)活劑更為容易。兩者之間的難度就如同弄壞一個(gè)手表和修復(fù)一個(gè)手表的難度?！凹词刮覀儧](méi)完全搞清楚手表內(nèi)部是怎么運(yùn)轉(zhuǎn)的，我們也有可能成功把手表弄壞，但我們幾乎做不到修復(fù)壞掉的手表。”盧敏表示。

同理，用藥物結(jié)合一個(gè)蛋白，如果結(jié)合的位置對(duì)蛋白功能比較重要，那么這個(gè)蛋白的功能就會(huì)被藥物抑制掉；但很難想象藥物結(jié)合一個(gè)蛋白后可以恢復(fù)其功能，目前科學(xué)界和制藥界尚無(wú)恢復(fù)蛋白功能的先例。

在總結(jié)了過(guò)去幾十年來(lái)幾十個(gè)團(tuán)隊(duì)關(guān)于 p53 復(fù)活劑研發(fā)經(jīng)歷后，盧敏提出了一種具有邏輯性的 p53 研究策略，即先想通藥物如何靶向 p53 并恢復(fù)其功能，再針對(duì)性制定藥物篩選流程（即先想好怎么修復(fù)手表，再動(dòng)手修復(fù)）。

研究中，盧敏團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：

1）癌細(xì)胞中，p53 這個(gè)蛋白上面會(huì)發(fā)生 1000 多個(gè)不同類(lèi)型的突變，該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為可能不存在能復(fù)活所有突變型 p53 的 “全能化合物”，所以把 p53 突變分成不同類(lèi)型，并針對(duì)不同類(lèi)型制定了專(zhuān)門(mén)的藥物篩選模型；

2）p53 上有一類(lèi)導(dǎo)致蛋白不折疊進(jìn)而失去抑癌功能的突變（又叫結(jié)構(gòu)型突變），該團(tuán)隊(duì)邏輯性地提出了恢復(fù)這類(lèi)突變體抑癌功能的原理，即增加蛋白熱力學(xué)穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)型突變體重新折疊并恢復(fù)抑癌功能。由于該原理只適合于復(fù)活結(jié)構(gòu)型 p53），他們還基于該原理設(shè)計(jì)了藥物篩選流程。

圖 | ATO 在腫瘤中使結(jié)構(gòu)型 p53 突變型重新折疊的效果高于同類(lèi)化合物若干數(shù)量級(jí)

（來(lái)源：Cancer Cell）

基于以上邏輯，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大規(guī)模篩藥，耗時(shí) 6 年、通過(guò)濕實(shí)驗(yàn)和干實(shí)驗(yàn)篩選約 1.1 億個(gè)化合物、使用 4000 余塊蛋白電泳膠，篩到并證實(shí)了包括臨床使用的 ATO 在內(nèi)的一系列 p53 復(fù)活劑。

尋找“神秘的口袋”，攻克 ATO 結(jié)晶難題，證明復(fù)活劑存在

其實(shí)早在 6 年前，盧敏就發(fā)現(xiàn)并確定了 ATO 對(duì) p53 的復(fù)活效果。

回憶發(fā)現(xiàn) ATO 是 p53 復(fù)活劑的那一天，盧敏直言，第一反應(yīng)是加錯(cuò)樣品了，懷疑把野生型的 p53 混進(jìn)了突變型之中。48 小時(shí)內(nèi)盧敏又重新試驗(yàn)了一次，結(jié)果還是一樣的。之后的一個(gè)月，團(tuán)隊(duì)通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證，結(jié)果都毫無(wú)意外的證實(shí)了 ATO 高效促進(jìn) p53 折疊。

“那時(shí)我就確認(rèn)獲得了靶向藥物的圣杯?！北R敏表示。

但他并沒(méi)有急于將結(jié)果公開(kāi)，因?yàn)樵跊](méi)有解開(kāi)共結(jié)晶機(jī)制的情況下聲稱(chēng)獲得了 p53 復(fù)活劑，有可能被人當(dāng)成笑柄，于是接下來(lái)的 5 年時(shí)間例，盧敏一直潛心在研究 ATO 和 p53 的共結(jié)晶結(jié)構(gòu)，有了共結(jié)晶，才可以眼見(jiàn)為實(shí)的看到p53如何被ATO復(fù)活，這也是靶向藥物研發(fā)中最關(guān)鍵的一環(huán)。

圖 | 砷化合物鑒定（來(lái)源：盧敏）

在靶向藥物研發(fā)領(lǐng)域，獲得藥物和蛋白的共結(jié)晶結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。通過(guò)共結(jié)晶可以看到藥物如何結(jié)合到蛋白上，進(jìn)而可以推測(cè)出藥物如何恢復(fù)或抑制該蛋白功能，還可根據(jù)共結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行有目的的藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)而來(lái)提高藥物療效。

最初幾年，盧敏團(tuán)隊(duì)做了很多嘗試，但總是以失敗告終，這讓盧敏有些著急，甚至開(kāi)始“病急亂投醫(yī) ”，開(kāi)始測(cè)試手頭上所有的含砷的化合物，結(jié)果“ 意外”獲得了碘化砷和 p53 的共結(jié)晶。

“我清楚地記得，那時(shí)我在上海兒童醫(yī)學(xué)中心和一位國(guó)內(nèi)的教授以及一位遠(yuǎn)程連線的德國(guó)女性教授討論兒童白血病患者 p53 突變的情況，當(dāng)時(shí)我在開(kāi)小差擺弄 p53 結(jié)構(gòu)上的砷結(jié)合口袋，結(jié)果出來(lái)發(fā)現(xiàn)砷結(jié)合口袋不是自己念念叨叨猜想了幾年的 C176-C238-C242 口袋，而是 C124-C135-C141 口袋。當(dāng)時(shí)我一下子懵掉了，第一反應(yīng)是解析出來(lái)的這個(gè)結(jié)合口袋可能是人工條件下的結(jié)合口袋（意思是在人體內(nèi)砷并不結(jié)合這個(gè)口袋），那這樣的話幾年時(shí)間白干了?！?/p>

后來(lái)團(tuán)隊(duì)又重新開(kāi)始做 ATO 結(jié)晶，然而解出來(lái)結(jié)晶結(jié)構(gòu)再次指向 C124-C135-C141 這個(gè)口袋。加上當(dāng)時(shí)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了 C124-C135-C141 口袋功能的體內(nèi)驗(yàn)證，所以確認(rèn)了這是真正的砷結(jié)合口袋。

盧敏表示，團(tuán)隊(duì)因此把它稱(chēng)之為 “神秘（cryptic）的口袋”。采訪中，他還特別感謝了資深結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科學(xué)家陳碩的重要貢獻(xiàn)。

6 年時(shí)間里，盧敏團(tuán)隊(duì)獲得了共結(jié)晶，基于共結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步濕實(shí)驗(yàn)和干實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證并完成了擴(kuò)大化篩選以及 SAR（structure-activity relationship）改造研究。

讓子彈再飛一會(huì)

目前，業(yè)內(nèi)針對(duì) p53 靶向藥物的研究有很多。阻止 MDM2 降解野生型 p53 達(dá)到治療效果的藥物實(shí)際上是 MDM2 抑制劑，而不是 p53 靶向藥物；結(jié)合突變型 p53 并恢復(fù)其功能的藥物才是 p53 靶向藥物。

盧敏強(qiáng)調(diào)了 ATO 作為 p53 靶向藥物的三個(gè)突破：

1）ATO 對(duì) p53 功能的恢復(fù)效果比目前已知的同類(lèi)化合物高若干個(gè)數(shù)量級(jí)；

2）該團(tuán)隊(duì)有共結(jié)晶結(jié)構(gòu)，所以能說(shuō)清楚 p53 的抑癌功能是如何被恢復(fù)的（Y220C 系列研究因?yàn)樘厥猓辉谟懻撝校?/p>

3）因?yàn)槌叩?p53 恢復(fù)效果和共結(jié)晶機(jī)制，團(tuán)隊(duì)明確知道哪些突變型 p53 可以被 ATO 恢復(fù)功能，哪些不行，因此該團(tuán)隊(duì)可對(duì)癌癥患者進(jìn)行更精準(zhǔn)的治療，即個(gè)體化治療；

檢測(cè) ATO 恢復(fù) p53 最為關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄功能的實(shí)驗(yàn)，往往是熒光酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)、免疫共沉淀這些絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室都在使用且技術(shù)門(mén)欄比較低的實(shí)驗(yàn)，有些科學(xué)家和藥企在 48 小時(shí)內(nèi)就獨(dú)立觀察到 ATO 可以高效復(fù)活 p53，比如有的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn) ATO 可以提高 V272M 等突變體的轉(zhuǎn)錄活性高達(dá) 200 倍以上。

盧敏指出，在學(xué)術(shù)界，科學(xué)數(shù)據(jù)有獨(dú)立的第三方重復(fù)或者評(píng)價(jià)，并在學(xué)術(shù)期刊上公開(kāi)發(fā)表出來(lái)，才是最具信服力的，所以還是讓子彈再飛一會(huì)。

圖 | 盧敏團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中

資料顯示，盧敏從事 p53 以及 p53 調(diào)節(jié)蛋白 SOD、iASPP、MDM2 研究超過(guò) 20 年。代表性論文發(fā)表在 Cell、Cancer Cell（2 篇）、Nat Rev Mol Cell Biol、PNAS 等知名學(xué)術(shù)刊物上，作為第一發(fā)明人的若干 p53 靶向藥物底層專(zhuān)利已經(jīng)進(jìn)入歐美 33 個(gè)國(guó)家并進(jìn)入藥企轉(zhuǎn)化和臨床試驗(yàn)。

回顧對(duì) p53 20 年的研究歷程，盧敏太多次聽(tīng)到否定的聲音，比如“p53 復(fù)活劑不可能存在，不要去碰這個(gè)東西 ”，但即便如此，他還是堅(jiān)持了下來(lái)。也正是這種 20 年來(lái)鍥而不舍地專(zhuān)注研究一個(gè)蛋白的求知精神，讓他取得了今天的成果。

盧敏透露，目前研究正在精準(zhǔn)入組 p53 突變白血病患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)，同時(shí)還在規(guī)劃不限癌種的實(shí)體瘤上的 “籃子臨床試驗(yàn)”。但需要指出的是，進(jìn)入臨床試驗(yàn)的抗癌藥物需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格審批流程，即使進(jìn)入臨床試驗(yàn)后，最終也是往往 “九死一生”，只有不到 10% 進(jìn)入臨床試驗(yàn)的藥物能夠最終被獲批，所以除非在大規(guī)模隨機(jī)雙盲臨床試驗(yàn)中觀察到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著的療效，否則 ATO 僅僅是一個(gè)用于科學(xué)研究的高效的 p53 靶向化合物，而不是一個(gè)可以臨床使用的 p53 靶向藥物。

從回國(guó)組建團(tuán)隊(duì)到摘取靶向抗癌藥物的“圣杯”，盧敏花了 6 年時(shí)間。但關(guān)于抑癌蛋白的靶向治療研究遠(yuǎn)沒(méi)有止步。他透露：“ 也許很快，我們就將獲得不含砷的 p53 復(fù)活劑，以及 Rb1、APC、PTEN 等抑癌蛋白的復(fù)活劑?！?/p>

來(lái)源：麻省理工科技評(píng)論