化疗耐药性的一个关键罪魁祸首背后的机制

　　

大多数新的癌症病例都是用化疗治疗的，但人类自然表达的蛋白质会不加选择地从许多细胞(包括肿瘤细胞)中清除化疗药物，从而降低治疗效果。

圣裘德大学与澳大利亚和英国的合作者进行了一项新研究，发现了其中一种细胞清洁蛋白ABCG2是如何从细胞中去除多种化疗药物的，以及如何预防这种情况，这可能会改善未来的抗癌疗法。研究结果发表在8月18日的《Nature Communications》杂志上。

化疗包括一种或几种药物的疗程，通常采用小分子形式。然而，我们的身体利用一种叫做ATP结合盒(ABC)的蛋白质家族来充当细胞清洁工，负责收集和运输细胞中多余的化学物质。虽然它们的原因是高尚的，但它们经常在化疗中引起一个重大问题——ABC，尤其是ABCG2蛋白，在清理细胞和清除给药方面做得太好了，通常在它们影响肿瘤之前。

“ABCG2在清除毒素和保护健康干细胞免受化疗和有毒化疗药物的影响方面发挥作用，”圣犹达药学和制药科学系的John Schuetz博士说。“几年前我们发现，在髓母细胞瘤的某些亚型中，ABCG2水平相当高，这影响了药物杀死癌细胞的剂量。在这项研究中，我们发现了为什么这种蛋白质能够清除如此广泛的化疗药物，现在可以为改善抗癌策略的努力提供信息。”

亲水氨基酸暗示了机理

问题是，ABCG2在工作中表现出色。这对治疗工作来说可能是灾难性的。无论药物是如何设计的，ABCG2都有工具将其从细胞中移除。因此，Schuetz和他的同事们采取了一种疑问式的方法，通过探测底物结合位点，寻找它的工具，来回答ABCG2是如何从细胞中去除化疗的。

“在我们做这些研究之前，我们对ABCG2的滥交完全感到困惑，”Schuetz说。“我们发现，与它的一些遗传家族成员不同，ABCG2的口袋有一个非常疏水的结合袋，而ABCG2的口袋则点缀着亲水残基和疏水残基。”

ABC通常负责去除疏水(憎水)分子，如脂类。其他转运蛋白负责亲水性(亲水)分子。ABCG2是独一无二的，因为它参与了这两种物质的去除，这使得它能够从细胞中去除许多类型的抗癌药物，并限制了治疗效果。实际上，它比它的家族成员拥有更多的清除工具。

研究人员开始寻找赋予ABCG2结合和去除亲水分子能力的确切残基。在ABCG2的底物结合位点上有两个氨基酸——苏氨酸和天冬酰胺。这些氨基酸的显著特征是它们是极性的，因此是亲水的。为了测试这两个残基是否确实是导致ABCG2乱交的罪魁祸首，研究人员将底物结合位点上的每个氨基酸逐一转化为一个没有特征的丙氨酸，并观察每个突变如何影响小分子进入细胞的运输。

把亲水剂拒之门外

研究人员希望发现ABCG2从细胞中去除所有目标分子的能力逐渐下降。相反，他们发现，虽然大多数突变确实导致结合底物并将其运输到膜上的能力适度下降，从而将它们从细胞中移除，但有些能力实际上是增加的。对于疏水分子，带有丙氨酸而不是天冬酰胺的ABCG2在运输这些化合物方面表现得更好——好两倍。同时，其运输亲水化合物的能力几乎完全丧失。

“蛋白质像单向门一样在膜的一边或另一边打开，将物质移出细胞。这种运动排除了任何水，”Schuetz解释说。“随着这种天冬酰胺到丙氨酸的突变，它允许一些水进入。这会移动亲水基质，并将它们紧紧地锁在一起，因此它们停留的时间更长，运输也不太好。”

对抗耐药性的潜在途径

这项工作强调了对抗耐药性的前进方向，特别是在癌症方面。ABCG2抑制剂通常与化疗联合使用，但阻止ABCG2功能可能导致脱靶有害影响。Schuetz说:“我们的目标是设计出对正常组织影响最小的ABCG2抑制剂，但它能靶向肿瘤。”

利用从这项工作中获得的知识，当与化疗中使用的亲水性分子配对时，可以设计出更有效，更无害的抑制剂来靶向ABCG2中的结合位点苏氨酸。

圣犹达儿童研究医院提供