新型双功能嵌合体药物doxorubizen在急性白血病治疗中展现优于阿霉素的疗效

《Scientific Reports》：Novel dual action chimera doxorubizen demonstrates superior efficacy to doxorubicin in acute leukemia

编辑推荐：为解决阿霉素(Dox)心脏毒性强且易引发耐药性问题，以色列Ariel大学团队通过将Dox与DNA甲基化单甲基三氮烯(azene)偶联，开发出新型嵌合体doxorubizen。该药物通过增强DNA嵌入能力、抑制拓扑异构酶II(Topo-II)活性及诱导邻近鸟嘌呤甲基化，在体外和急性白血病异种移植模型中均显示出显著优于Dox的抗癌效果，同时减轻肝脏损伤，为血液恶性肿瘤治疗提供新策略。

　　

在癌症治疗领域，如何提高传统化疗药物的疗效并降低其毒副作用始终是科学家们面临的重大挑战。阿霉素(Doxorubicin, Dox)作为经典的DNA嵌入剂和拓扑异构酶II(Topo-II)抑制剂，虽被广泛应用于血液系统恶性肿瘤治疗，但其存在心脏毒性、骨髓抑制和继发癌症风险等严重副作用。更棘手的是，癌细胞可通过多种防御机制产生耐药性，如药物外排增加、靶点改变或DNA损伤修复能力增强等。这些限制促使科学家探索新型药物设计策略，其中将不同功能药效团整合成"双功能嵌合体"的技术路线备受关注。

以色列Ariel大学Dipak Walunj、Katarina Egarmina等研究人员在《Scientific Reports》发表的研究中，创新性地将Dox与DNA甲基化单甲基三氮烯(azene)通过自断裂连接子偶联，开发出新型嵌合体doxorubizen。该设计巧妙融合了Dox的DNA嵌入特性与azene的甲基化功能，理论上可在诱导DNA双链断裂(DSBs)的同时，通过邻近鸟嘌呤甲基化阻断修复过程，形成"双重打击"效应。研究团队通过分子对接和动力学模拟预测其作用机制，并系统评估了该化合物在体外白血病细胞模型和体内异种移植模型中的疗效与安全性。

关键技术方法包括：1)采用K₂CO₃/DMF体系一锅法合成系列嵌合体；2)通过WST-1法检测10种血液肿瘤细胞系的体外敏感性；3)利用流式细胞术分析线粒体膜电位(JC-1染色)和凋亡(Annexin V)；4)DNA损伤通过γH2AX/pATM双标记定量；5)DNA嵌入能力采用甲基绿置换实验评估；6)Topo-II抑制活性通过质粒松弛实验验证；7)NSG小鼠BV-173细胞异种移植模型评估体内疗效。

研究结果部分，"One-pot synthesis of chimeras"显示，以azene溴化物为关键中间体，团队成功合成包括doxorubizen在内的8种嵌合体，产率达58-89%。核磁共振(NMR)和高分辨质谱(HRMS)证实了结构准确性。"In vitro cytotoxicity screening"数据显示，doxorubizen对Granta、BV-173等10种血液肿瘤细胞的IC₅₀值显著低于Dox，在50 nM浓度下即能有效抑制增殖。

"Mitochondrial depolarization"部分揭示，doxorubizen处理组线粒体膜电位下降幅度较Dox组增加2-3倍，伴随7-AAD阳性细胞比例显著升高。"DNA damage quantitation"通过γH2AX/pATM双标记证实，doxorubizen诱导的DNA损伤信号较Dox增强1.8倍，且肿瘤抑制蛋白TP53表达上调，DNA修复蛋白53BP1下调。

分子机制部分，"Molecular Docking"显示doxorubizen的蒽环核心与DNA碱基DC8/DA12形成π-π堆积，其单甲基三氮烯部分精确定位于DG10鸟嘌呤的N7位点附近，MM/GBSA结合自由能(-90.71 kcal/mol)显著优于Dox(-57.84 kcal/mol)。"Topoisomerase IIa assay"证实doxorubizen在0.05-10 μM范围内呈剂量依赖性抑制Topo-II活性。

动物实验"BV-173 leukemia xenotransplantation"显示，1.68 mg/kg doxorubizen(与1.2 mg/kg Dox等摩尔)治疗使骨髓白血病负荷降低58.5%，5只小鼠中有1只达到完全缓解，且未出现Dox组典型的肝脏肿大等毒性表现。

这项研究通过合理的药物设计，成功开发出具有双重作用机制的抗白血病嵌合体doxorubizen。其创新性主要体现在三方面：首先，将DNA损伤与抑制修复两种机制整合于单一分子，通过邻近甲基化阻断DSBs修复，形成协同效应；其次，分子模拟指导下的结构优化使甲基化基团精确定位于损伤位点；最后，体内外实验均证实其疗效优于Dox且毒性降低。该研究为克服化疗耐药性提供了新思路，特别对BCR-ABL1阳性等难治性白血病具有重要临床意义。未来需要进一步评估其在其他血液恶性肿瘤中的适用性，以及长期心脏毒性等安全性指标，推动其向临床转化。