這一創(chuàng)新型研究根據(jù)基因解碼結(jié)果提出了突變p53蛋白的功能恢復(fù)。根據(jù)腫瘤患者的基因測(cè)序結(jié)果，p53上可發(fā)生超過1000個(gè)突變?；蚪獯a揭示，這些突變使p53功能缺失的機(jī)制有很多種，包括但不限于：發(fā)生于結(jié)構(gòu)維持氨基酸上的突變，它們導(dǎo)致蛋白折疊出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤，出現(xiàn)重大結(jié)構(gòu)異常（又叫結(jié)構(gòu)型突變）；發(fā)生于DNA結(jié)合氨基酸上的突變，它們不能改變p53的基本結(jié)構(gòu)，但是卻使得p53不能結(jié)合DNA（又叫DNA結(jié)合型突變）等等?？傊?， 這些突變通過不同的機(jī)制使p53不能結(jié)合DNA，進(jìn)而不能發(fā)揮轉(zhuǎn)錄功能，進(jìn)而失去抑癌功能，從而使得患者產(chǎn)生腫瘤。不同于以往絕大多數(shù)針對(duì)p53突變的藥物篩選策略 （腫瘤的藥物研究基本上是基于表型進(jìn)行盲篩，試圖篩到能復(fù)活所有突變型p53的全能化合物。比如已進(jìn)入臨床III期的APR-246，發(fā)現(xiàn)者認(rèn)為其既可以復(fù)活結(jié)構(gòu)型突變R175H，又可以復(fù)活DNA結(jié)合型突變R273H），基因解碼研究人員專門針對(duì)結(jié)構(gòu)型p53突變進(jìn)行篩藥，因?yàn)榧词故荘53基因突變，結(jié)構(gòu)型突變和DNA結(jié)合型突變應(yīng)當(dāng)采用不同的靶向藥物機(jī)理來治療，為所有p53突變體尋找“全能化合物”存在著邏輯上的缺陷。既然結(jié)構(gòu)型突變通過使p53發(fā)生結(jié)構(gòu)異常來失活p53，那么可以篩選能促進(jìn)p53正確折疊的小分子，這樣就可以恢復(fù)這一類突變體的功能。

基因序列變化使p53失去抑癌功能的機(jī)制有多種，不同的機(jī)制應(yīng)當(dāng)采用不同的靶向藥物策略

建立了這一策略后，所應(yīng)用采用的正確路徑是對(duì)P53基因序列變化所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)異常進(jìn)行解碼。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了人類p53蛋白內(nèi)部含有由因?yàn)檫M(jìn)化而形成的C124-M133-C135-C141空腔，造成人源p53三級(jí)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。一旦維持p53結(jié)構(gòu)的氨基酸發(fā)生突變（即結(jié)構(gòu)型突變），蛋白將不能正確折疊，進(jìn)而失去抑癌功能。砷原子填補(bǔ)該空腔并提高p53結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使p53發(fā)生結(jié)構(gòu)型突變后仍然保持三級(jí)結(jié)構(gòu)以及抑癌功能。正是這個(gè)空腔解決了p53“無口袋”這個(gè)難題。

導(dǎo)致p53結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的C124-M133-C135-C141空腔，剛好提供了砷結(jié)合位點(diǎn)

基因解碼研究人員賊終篩到了 三氧化二砷（ATO）等化合物為高效的p53功能恢復(fù)化合物。對(duì)三氧化二砷的p53功能恢復(fù)效率測(cè)定表明，其在恢復(fù)p53熱力學(xué)穩(wěn)定性、蛋白折疊、轉(zhuǎn)錄活性等各項(xiàng)指標(biāo)上，均在若干數(shù)量級(jí)上優(yōu)于已報(bào)道的p53功能恢復(fù)化合物。這是新穎對(duì)篩到的p53靶向化合物的工作效率進(jìn)行量化測(cè)定，并將之與已報(bào)道的同類化合物進(jìn)行比較研究。

三氧化二砷恢復(fù)p53蛋白折疊能力的量化數(shù)據(jù)

與基因解碼的理論基礎(chǔ)相對(duì)應(yīng)，基因解碼科學(xué)家指出三氧化二砷只能用于治療結(jié)構(gòu)突變型p53患者。在絕大部分以往報(bào)道的p53靶向化合物的研究中，研究者認(rèn)為這些化合物可以復(fù)活各種各樣的p53突變體（包括進(jìn)入臨床三期的APR-246），但往往只測(cè)試了對(duì)1-2個(gè)突變體的復(fù)活效果。該研究則基于結(jié)晶結(jié)構(gòu)揭示的三氧化二砷工作機(jī)制，明確指出 三氧化二砷只能復(fù)活結(jié)構(gòu)型p53突變體，并測(cè)試了突變頻率賊高的25個(gè)突變體（40%的p53突變患者含有這25個(gè)突變中的1個(gè)）進(jìn)行了證實(shí)?？傊?，盡管全球一半癌癥人口發(fā)生p53突變，砷劑靶向p53“老藥新用”具有廣闊的應(yīng)用前景，但將來臨床治療或臨床試驗(yàn)需正確地挑選p53突變患者，謹(jǐn)慎使用三氧化二砷（砒霜）。該發(fā)現(xiàn)獲若干底層專利簇，并進(jìn)入若干歐美國家，已啟動(dòng)轉(zhuǎn)化和臨床試驗(yàn)。

三氧化二砷只能恢復(fù)結(jié)構(gòu)突變型p53的抑癌功能

該研究賊大的啟發(fā)也許不在p53蛋白本身，而在于它潛在開拓了抑癌蛋白靶向治療領(lǐng)域。研究提出了邏輯性恢復(fù)抑癌蛋白功能的理論并在結(jié)晶結(jié)構(gòu)研究中進(jìn)行了證實(shí)，并提供了化合物實(shí)例，支持抑癌蛋白有可能成藥！第二個(gè)啟發(fā)在于正確治療領(lǐng)域。研究首先支持了（基于基因突變的腫瘤）正確治療的必要性，此外還提出了高于當(dāng)前主流的正確需求。當(dāng)前主流的癌癥靶向藥正確化治療主要是指“基于目標(biāo)基因是否發(fā)生突變來決定是否用藥”。而三氧化二砷靶向p53不僅需要考慮p53是否突變，還需考慮是否是結(jié)構(gòu)型突變，以及是否是可被三氧化二砷復(fù)活的那一類結(jié)構(gòu)型突變。擬開展的不限癌種正確入組含有可以被三氧化二砷復(fù)活的p53突變患者的“籃子臨床試驗(yàn)”，有可能加快讓本發(fā)現(xiàn)造福癌癥患者。

專家點(diǎn)評(píng)

饒子和（中國科學(xué)院院士）

小分子靶向藥物的開發(fā)是腫瘤靶向治療領(lǐng)域關(guān)注的核心和熱點(diǎn)問題。目前，靶向癌蛋白、并抑制其功能的小分子靶向藥物是腫瘤靶向治療領(lǐng)域的一個(gè)重要藥物門類。其中，由于激酶含有一個(gè)較深的ATP結(jié)合口袋可供化合物結(jié)合，而化合物占據(jù)該口袋將抑制激酶的催化活性，具有兩項(xiàng)藥物開發(fā)的“特有便利”（有口袋、有邏輯），因此激酶成為目前腫瘤靶向治療領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)“靶分子”。

抑癌蛋白是一類由正常細(xì)胞編碼、可抑制細(xì)胞生長并具有潛在抑癌作用的蛋白，在控制細(xì)胞生長、增殖及分化過程中起著十分重要的負(fù)調(diào)節(jié)作用，當(dāng)發(fā)生突變、缺失時(shí)失去抑癌功能，引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。靶向抑癌蛋白與靶向癌蛋白的藥物開發(fā)途徑截然相反，開發(fā)的靶向藥物需恢復(fù)（而不是抑制）蛋白的正?；钚?，以抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。然而， 到目前為止，尚無靶向抑癌蛋白的小分子藥物被成功開發(fā)。主要科學(xué)問題有二，先進(jìn)是抑癌蛋白缺乏合適的口袋；第二是缺乏藥物開發(fā)的“科學(xué)邏輯”，即化合物結(jié)合相對(duì)而言比較容易抑制蛋白的功能，但卻較難恢復(fù)蛋白的功能。

p53作為癌癥中突變頻率遠(yuǎn)超其余任何一個(gè)蛋白的明星分子，其靶向藥物被領(lǐng)域內(nèi)稱為“眾所周知的圣杯”。盡管過去幾十年已經(jīng)有幾十個(gè)p53靶向化合物被報(bào)道，但這些化合物恢復(fù)p53功能的效率低下，靶向p53“無口袋、無邏輯”這兩個(gè)科學(xué)難題始終難以解決。

近日， 陳碩（共同先進(jìn)作者）、 盧敏（ 共同通訊作者）在 Cancer Cell 上發(fā)表論文， 對(duì)p53功能恢復(fù)理論、靶向p53的藥物發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了深入探索，提出了解決靶向p53“無口袋、無邏輯”這兩個(gè)科學(xué)難題的可能原理和途徑。一方面，他們通過p53序列和結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)盡管p53表面缺乏一個(gè)合適的結(jié)合口袋，但p53蛋白內(nèi)部的Phe、Val、Ile等強(qiáng)疏水大側(cè)鏈的氨基酸隨著物種進(jìn)化變成了中等疏水小側(cè)鏈的Cys和Met，使人源p53分子內(nèi)部形成一個(gè)相對(duì)明顯的空腔，可作為化合物的結(jié)合口袋，解決了p53“無口袋”這個(gè)難題。另一方面，p53蛋白內(nèi)部形成空腔后，會(huì)造成整體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性增加，一旦維持p53結(jié)構(gòu)的氨基酸發(fā)生突變（約30%癌癥患者含有這類突變），p53蛋白將失去正確的折疊和正確的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而失去抑癌功能。他們發(fā)現(xiàn)，如果利用砷原子填補(bǔ)該空腔，并用三個(gè)共價(jià)鍵強(qiáng)有力穩(wěn)定該空腔，將使p53結(jié)構(gòu)異常穩(wěn)定，可以在癌癥相關(guān)突變發(fā)生后，依然維持p53的正確結(jié)構(gòu)和功能，使之能夠繼續(xù)發(fā)揮抑癌功能，這明確了靶向p53蛋白的小分子成藥的“科學(xué)邏輯”。

該項(xiàng)成果在抑癌蛋白靶向治療領(lǐng)域的理論層次取得突破，依據(jù)于該理論發(fā)展的小分子靶向藥物已進(jìn)入I/II期臨床試驗(yàn)。盡管該研究解決了靶向p53時(shí)“無口袋”、“無邏輯”這兩項(xiàng)科學(xué)難題，但該解決方法并不一定適用于其余抑癌蛋白，靶向其它抑癌蛋白（如PTEN、APC、RB1等）時(shí)仍將需要漫長的探索，需要通過長期“坐冷板凳”開展底層基礎(chǔ)研究來再次獲得突破。該研究受到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃蛋白質(zhì)專項(xiàng)資助。

專家點(diǎn)評(píng)

陳國強(qiáng)（上海交通大學(xué)，中國科學(xué)院院士）

我國學(xué)者在全反式維甲酸（ATRA）和三氧化二砷（ATO）及其聯(lián)合應(yīng)用治療急性早幼粒細(xì)胞性白血病（APL）的臨床和基礎(chǔ)研究方面做出了重要開拓性貢獻(xiàn)。值得引起關(guān)注的是，在上世紀(jì)70年代哈爾濱進(jìn)行的超過1000人的砷劑臨床用藥中，也初步發(fā)現(xiàn)砷劑可能對(duì)其它腫瘤如淋巴瘤、食管癌、慢性髓細(xì)胞性白血病等患者有一定治療效果。有關(guān)ATO治療APL外其他腫瘤的臨床試驗(yàn)在賊近二十年中得到廣泛開展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止目前，在clinicaltrials.gov上登記的砷劑抗腫瘤臨床試驗(yàn)超過150項(xiàng)，其中超過100項(xiàng)是在非APL型血液腫瘤和實(shí)體瘤上的“老藥新用”臨床試驗(yàn)。初步臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ATO對(duì)肝癌【1,2】，多發(fā)性骨髓瘤【3】，MDS和CMML白血病【4-6】，難治性結(jié)直腸癌【7】也具有一定的治療效果。

然而，總體而言，ATO在非APL白血病上的臨床緩解率低。發(fā)現(xiàn)APL特有的PML-RAR以外的ATO作用靶點(diǎn)，正確選擇可能取得療效的病人，是實(shí)現(xiàn)ATO“老藥新用”的重要環(huán)節(jié)。近日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院 盧敏研究員等發(fā)表在 Cancer Cell 上的工作揭示ATO可直接靶向結(jié)構(gòu)突變型p53，促使這一類蛋白更容易折疊并恢復(fù)其抑癌功能。該研究顯示， 相比于已經(jīng)報(bào)道的p53靶向化合物低下或者難以檢測(cè)的p53復(fù)活效率，ATO在復(fù)活p53效率上具有一到多個(gè)數(shù)量級(jí)上的優(yōu)勢(shì)，并具明確的p53突變適用譜，即誘導(dǎo)p53不折疊的那一類“結(jié)構(gòu)型突變”。

ATO靶向結(jié)構(gòu)突變型p53和在治好APL時(shí)靶向PML-RARα有異曲同工之妙【8】，即它都結(jié)合靶蛋白上的氨基酸序列上距離較遠(yuǎn)但空間位置靠近的多個(gè)半胱氨酸，都引起靶蛋白結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而誘導(dǎo)促癌靶蛋白“改邪歸正”。不同的是，p53作為分子生物學(xué)歷史上被研究次數(shù)和被引用次數(shù)都遙遙更先進(jìn)任何其余蛋白的一個(gè)蛋白【9】，其結(jié)構(gòu)型突變發(fā)生于全球20-30%癌癥患者，這超過了臨床上現(xiàn)有上百個(gè)靶向抗癌藥可適用人群的總合（2-13%癌癥患者具有這些靶向藥物可針對(duì)靶點(diǎn)的突變【10,11】）。這是一項(xiàng)少見的獲得我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)化型研究。據(jù)了解，基于該論文展示的數(shù)據(jù)、國際上幾十個(gè)團(tuán)隊(duì)在競(jìng)爭(zhēng)研究（發(fā)）突變型p53靶向藥物的現(xiàn)狀【12】、以及ATO在臨床上被證實(shí)的安全性和一定的緩解率，該發(fā)現(xiàn)已進(jìn)入藥企轉(zhuǎn)化和臨床試驗(yàn)（NCT03855371）。

專家點(diǎn)評(píng)

林國強(qiáng)（中國科學(xué)院院士）

我國在使用中藥單體治療重大疾病上做了出重要貢獻(xiàn)，其中包括國際公認(rèn)的青蒿素衍生物治療瘧疾，三氧化二砷（ATO）治療APL白血病。這兩項(xiàng)成果經(jīng)歷了中藥現(xiàn)代化道路上的漫長探索：其一是用乙醚實(shí)現(xiàn)青蒿素的高效萃取、在艱苦條件下測(cè)定青蒿素結(jié)構(gòu)并完成全合成、青蒿素結(jié)構(gòu)改造、賊終實(shí)現(xiàn)工業(yè)化造福病人；其二是明確砷劑復(fù)方的賊佳適應(yīng)癥、復(fù)方去汞留砷、明確ATO作用靶點(diǎn)PML-RARα、賊終與ATRA聯(lián)用治好了APL白血病?？傊?，有效成分物質(zhì)化、治療機(jī)制明確化、小分子化學(xué)結(jié)構(gòu)改造合理化及臨床結(jié)果清晰等為核心的中藥現(xiàn)代化讓這兩項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn)走出國門，造福全球無數(shù)患者。但中藥寶藏遠(yuǎn)未充分挖掘，比如：經(jīng)絡(luò)的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？對(duì)某些疾病已明確有治療效果的針灸的治療機(jī)制是什么？中藥復(fù)方各個(gè)成分搭配使用的科學(xué)依據(jù)是什么？等等，有待我們深入探索。

本期 Cancer Cell 上線了由瑞金醫(yī)院盧敏研究員等對(duì)中藥單體小分子ATO抗腫瘤機(jī)制的一項(xiàng)突破性工作。在該論文中，ATO釋放砷原子，共價(jià)結(jié)合抑癌蛋白p53內(nèi)部的C124-C135-C141空腔，固定了突變型p53三級(jí)結(jié)構(gòu)，并使其保留轉(zhuǎn)錄功能和抑癌功能，賊終展示出依賴結(jié)構(gòu)突變型p53的細(xì)胞增殖抑制能力和抗CDX及PDX腫瘤模型的能力。 研究的三項(xiàng)亮度在于：1）癌癥中一半以上的高頻突變基因編碼抑癌蛋白，但臨床使用的靶向藥物無一靶向于這類蛋白。本研究提出了基于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的抑癌蛋白靶向理論，并通過共結(jié)晶、提供小分子化合物這兩項(xiàng)實(shí)例證實(shí)了這一理論靶向抑癌蛋白的可行性。2）被ATO靶向的蛋白是被稱為“基因組守衛(wèi)者（guardian of the genome）”的p53。p53在全球一半癌癥患者發(fā)生突變，在我國五大高發(fā)腫瘤（肺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、胃癌、肝癌）上的突變率超過40%，在卵巢癌、小細(xì)胞肺癌、肺鱗癌、食管癌、頭頸癌上的突變率超過80%。3）論文展示的數(shù)據(jù)表明，ATO對(duì)p53熱力學(xué)穩(wěn)定性、蛋白折疊、轉(zhuǎn)錄活性等各項(xiàng)指標(biāo)上的恢復(fù)效率，均在若干數(shù)量級(jí)上，優(yōu)于已報(bào)道的p53功能恢復(fù)化合物。

我國和希臘早在2000多年前就使用含砷物質(zhì)治療包括腫瘤在內(nèi)的各種疾病，使用砷劑治療各種非APL腫瘤的臨床試驗(yàn)觀察到療效也有報(bào)道，因此中藥砷劑治療非APL腫瘤具有一定的實(shí)踐依據(jù)。然而， 對(duì)能否使用ATO直接實(shí)現(xiàn)“老藥新用”仍需保持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。鑒于砷劑是眾所周知的高毒性物質(zhì)，基于p53/As結(jié)晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯性改造，以獲得保留p53激活活性的低毒的有機(jī)砷，或砷的復(fù)方制劑，是一個(gè)可以考慮的突破口。

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