RAS蛋白研究复兴开辟癌症治疗新战场

经过30年的研究，科学家们未能发明治疗致命癌蛋白家族——Ras蛋白的药物。现在，他们希望通过另一种全新的方法来实现这个目标。资料来源:SPL

当斯蒂芬·费西克离开制药业，建立一个理论药物发现实验室时，他起草了一份“通缉名单”:一份迄今为止科学界已知的五种最重要致癌蛋白质的名单。这些蛋白质可以促进肿瘤生长，但对于药物开发者来说，它们太光滑、太懒惰或太笨重，不能与药物结合或被抑制。

费西克添加到他名单中的第一个“通缉犯”是一个叫拉斯的蛋白质家族。在过去30年左右的时间里，科学家们已经意识到Ras编码蛋白基因突变是最强有力的癌症驱动因素之一。Ras基因突变在一些最具挑战性和致命的癌症中被发现，包括25%的肺癌肿瘤和90%的胰腺癌肿瘤。在一些晚期癌症中，与没有突变的肿瘤相比，具有Ras蛋白基因突变的肿瘤通常与早期死亡相关。

然而，几十年的研究尚未开发出一种能安全阻断Ras蛋白活性的药物。过去的失败导致许多研究人员离开这个领域，迫使制药公司放弃他们的研究项目。然而，田纳西州范德比尔特大学的Fesik实验室和其他团队已经重新建立了一个新的蛋白质研究计划。如今，他们拥有了升级的技术手段，对Ras蛋白的工作机制有了更好的了解。去年，美国国家癌症研究所启动了“Ras计划”，每年花费1000万美元寻找治疗Ras蛋白的新方法，以防止癌症恶化。目前，研究人员已经开发出一种化合物，这种化合物可以稍微调整，以生产出第一种最终靶向Ras蛋白的药物。

科学家非常清楚，他们仍然需要跨越许多障碍才能成功。"我们应该关注Ras蛋白."加利福尼亚州拉荷亚的威尔斯普林生物科学公司总裁特洛伊·威尔逊说，该公司在2012年开始了与拉斯相关的研究。“它的价值不应该被低估。它也是癌症中最重要的致癌物质。”

主张恢复Ras研究的科学家说，任何成功的迹象都可以为如何瞄准其他重要蛋白质提供经验，尤其是那些认为不可能生产药物的蛋白质。科学家不应该放弃研究，因为人们认为Ras蛋白很难定位。北卡罗来纳州立大学的癌症专家钱宁·德说:“这些教条式的观点也可以成为目标。”

高挂水果

1982年，由德领导的研究小组是最早发现人类Ras编码蛋白基因突变会导致癌症的科学小组之一。这些发现已经成为在人类基因组中寻找致癌基因的标记之一。以前，癌基因只在病毒和动物模型中被描述过。

这一发现为现代癌症研究奠定了基础，现代癌症研究强调追踪基因突变和绘制出已经改变的分子路径。寻找可以靶向的致癌基因或治疗癌症的药物也是有帮助的。

第二年的研究充满了发现。研究越来越清楚地表明，人类产生三种高度相似的Ras蛋白，当细胞需要增殖(如替换受损组织)时，这些蛋白被激活。细胞外信号将Ras蛋白的开关调整到“开”的位置，然后该蛋白结合到一个叫做GTP的分子上。然而，突变的Ras癌蛋白有缺陷的“关闭”键，不能正常处理GTP。因此，寻找能够干扰GTP结合以阻止Ras基因的突变是合乎逻辑的。

然而，随着对Ras生化特性认识的增加，一些悲观情绪开始滋长。研究发现，这种蛋白质家族对GTP有极高的亲和力，似乎不可能找到另一种能阻断GTP途径的化合物。此外，Ras蛋白也可以通过与其他蛋白的相互作用发挥作用，并且可以进入细胞的小分子药物通常太小而不能分离更宽的表面接触区域，即经常参与蛋白-蛋白相互作用的表面。(抗体可以制成非常有效的药物，也可以“戴上面具”用于大面积的靶向目标，但大多数抗体很难穿透细胞膜。)

Ras蛋白结构也显示出许多令科学家担忧的特征。药物开发专家经常仔细观察蛋白质的形状，以推测找到能结合两个关键位点的化合物的可能性。他们喜欢看到蛋白质分子有“深口袋”，这样药物就可以进入它们并结合多个接触点。然而，Ras蛋白是相对平滑的。

希望是“海市蜃楼”

二十年前，研究人员认为他们已经解决了与Ras蛋白相关的问题。为了发挥作用，Ras蛋白需要通过脂肪酸尾“抓住”细胞膜的内壁。脂肪酸尾是从法呢基转移酶中添加的，法呢基转移酶是一种更能抵抗针对ras蛋白的药物测试的酶。因此，这个想法是通过寻找能够限制法呢基转移酶的药物来阻止Ras蛋白的活性。

起初，这似乎是一个成功的策略。法呢基转移酶抑制剂可以抑制小鼠和人癌细胞的细胞增殖。在21世纪初，至少有六家制药公司竞相将这种药物引入市场。许多公司放弃了其他与Ras相关的研究，因为他们认为Ras问题已经解决。德国马克斯·普朗克分子生理学研究所的化学家赫伯特·瓦尔德曼说:“整个研究团体终于松了一口气，开始等待药物研发的结果。”

然而，这种等待以药物研发史上最大的失望而告终。一个接一个，开发的药物在临床实验中失败了。当时仍在研究拉斯的德说，这一事件给他和其他研究人员上了一堂重要的拉斯生物学课。

这三种人体内的Ras在结构和氨基酸序列上非常相似。研究人员推测它们的功能也大致相同。大多数用于研究Ras蛋白的方法——细胞培养、转基因小鼠和抗体——使用H-Ras，这比其他两种蛋白结构更容易操作。“每个人，包括我在内，都认为既然我们可以了解关于H-Ras的一切，为什么还要费心去研究另外两种蛋白质呢？”德说，“不幸的是，很多钱被投入到这个错误的想法中。”

为了保持这两种细胞的连续工作，细胞将经历偶然性(即压力变化)。当脂肪酸尾缺失时，另一种酶将被添加到另一种不同的脂肪酸尾中，使得实验药物无效。

这一事件给Ras领域的研究人员造成了暂时的挫折，而且在一些研究人员愿意回头研究Ras蛋白之前，确实花了很长时间。大约10年后，相关领域的研究人员开始重组并重新开始。“似乎突然之间，人们开始四处跑着说，‘嘿，这仍然是癌基因领域的一个重要目标。在过去的十年里，没有人在这个领域取得任何成就。让我们取得一些成就。”瓦尔德曼说。这一次，研究人员采用了一种全新的方法，即寻找Ras引起的肿瘤弱点。

弱点之一是“合成杀伤力”。当Ras蛋白处于过度激活状态时，癌细胞通常来自其他分子通道。阻断其他分子通道可能不会影响健康细胞，但可以杀死Ras驱动的肿瘤细胞。然而，去年10月，瑞士制药公司诺华全球癌症公司的首席科学家威廉·塞勒斯(William Sellers)表示，他和他的团队未能重复Ras合成致死性的实验。"我怀疑这是最合适的目标。"他说。

“裁剪”Ras蛋白

考虑到“合成致命性”方法的最新失败，一些研究人员已经开始瞄准拉斯本身。"我们决定必须直接面对拉斯。"纽约州哥伦比亚大学的化学生物学家布伦特·斯托克韦尔(Brent Stockwell)说。

与此同时，计算机建模、药物化合物筛选等方面的技术进步。斯托克韦尔说，在过去的五年中，Ras蛋白的表面光滑度问题也带来了新的希望，打开了Ras蛋白的核心区。例如，研究人员现在可以更好地预测小分子对蛋白质的亲和力，并对蛋白质动力学有更好的理解。

斯托克韦尔的研究团队正在将这些优势转化为实际应用，通过“裁剪”设计完全符合Ras蛋白表面的小分子——首先在计算机模拟中，然后在实验室中。"对于这些蛋白质，世界上任何地方都可能没有解决方案."斯托克韦尔说，“但它需要有人来做。”

其他人也在密切关注K-Ras基因突变。尽管该基因有许多与不同癌症相关的编码突变，但只有3种癌症主要由Ras引起。每一个Ras突变都会产生一种活性行为略有不同的酶，Der说。“因为这些酶有不同的特性，如果我们开始思考不同的突变，这些不同的特性可能会帮助我们发现蛋白质的特殊弱点。”他说。

斯托克韦尔说，他希望最近拉斯蛋白研究的复兴能激励科学家们找到其他可追踪的目标。如果一个地方成功了，这种成功可能会扩展到其他目标。他说，“如果我们想在疾病治疗方面取得真正的成就，医学上仍有许多目标尚未触及。”(红枫)

《中国科学新闻》(国际，第三版，2015年4月22日)

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