RAS蛋白研究復興開辟癌症治療新戰場

　　經過30年的追尋，科學家試圖發明可以治療致命致癌蛋白家族——Ras蛋白——的藥物研究失敗了。現在，他們希望通過另外一種全新的方法實現這一目標。圖片來源：SPL

　　當Stephen Fesik離開制藥行業並籌建理論藥物發現實驗室時，他草擬了一份“通緝單”：上面列著迄今為止科學上已知的5種最重要的致癌蛋白。這些蛋白可以促進腫瘤生長，但是對於藥物研發人員來說：它們卻因為太光滑、太懶惰或是太煩瑣，而難以與藥物結合或被抑制。

　　Fesik添加到他名單中的首個“通緝犯”就是一個叫作Ras的蛋白質家族。在過去30多年的時間裡，科學家們已經認識到，Ras編碼蛋白的基因突變是最有力的癌症驅動因素之一。Ras基因突變在一些最具挑戰性以及最致命的癌症中均有發現，包括25%的肺癌腫瘤以及90%的胰腺癌腫瘤。在一些晚期癌症中，與該基因未發生突變的腫瘤相比，發生Ras蛋白基因突變的腫瘤經常與更早死亡聯系在一起。

　　然而，數十年的研究至今卻仍未研發出一種可以安全阻止Ras蛋白活性的藥物。過去的失敗使許多研究人員離開了該領域，同時迫使制藥公司放棄了研究計劃。但是美國田納西州范德堡大學的Fesik實驗室和其他一些團隊卻針對該蛋白重新制定了全新的研究計劃。如今，他們配備了升級版的技術手段，同時對Ras蛋白的工作機制也有著更好的了解。去年，美國國家癌症研究院啟動了“Ras計劃”，每年斥資1000萬美元尋找治療Ras蛋白避免癌症惡化的新方法。目前，研究人員已經研發出一種化合物，對其稍作調整即可生成最終靶向Ras蛋白的首個藥物。

　　科學家很清楚，在走向成功之前，他們仍然需要跨過許多障礙物。“應該把目光聚焦在Ras蛋白上。”加利福尼亞州拉荷亞市源泉生物科學公司總裁Troy Wilson說，該公司2012年啟動了Ras相關研究。“其價值不應該被低估。在癌症中，它還是一種最重要的致癌基因。”

　　提倡Ras研究復興的科學家表示，任何成功的標志都可以為如何靶向其他重要蛋白提供經驗借鑒，尤其是那些認為不可能生產出藥物的蛋白。不能因為人們認為Ras蛋白很難靶中，科學家因此就放棄研究，北卡羅來納州立大學癌症專家Channing Der說：“這些教條觀點也可以成為靶向目標。”

　　高高懸起的果實

　　1982年，Der帶領的研究團隊是發現人類Ras編碼蛋白基因突變會導致癌症的首個科學小組之一。這些發現成為在人類基因組中尋找致癌基因的標志之一。此前該致癌基因僅在病毒和動物模型中有過描述。

　　這項發現為現代癌症研究打下了基礎，研究強調跟蹤基因突變，同時繪制出發生改變的分子通道。它還有助於發現可以靶向致癌基因或是治療癌症的藥物。

　　隨後一年的研究充滿了各種發現。研究越來越清楚地表明，人類會產生3種高度相似的Ras蛋白，當細胞需要增殖（例如替換損壞的組織）時，這些蛋白就會被激活。細胞外的信號會把Ras蛋白的開關調節到“打開”的位置，隨後該蛋白會與一種叫作GTP的分子結合。而發生突變的Ras致癌蛋白卻擁有一個有缺陷的“關閉”鍵，不能正常處理GTP。因此，尋找可以干擾GTP結合以阻止Ras基因突變是符合邏輯的。

　　然而，隨著對Ras生物化學特性的了解逐漸增多，一些悲觀情緒卻開始滋長。研究發現，該蛋白家族對GTP的親和性格外高，找到另一種可以阻止GTP通路的化合物似乎不可能。而且，Ras蛋白還會通過與其他蛋白互動來發揮作用，而可以進入細胞內部的小分子藥物經常由於個頭過小而不能隔離更廣闊的表面接觸面積——即蛋白—蛋白互動中經常涉及的表面。（抗體可以制成非常有效的藥物，同時也可以給大面積的靶向目標“戴上面具”，但是它們中絕大多數卻難以滲入細胞膜內。）

　　Ras蛋白結構也表現出許多讓科學家犯愁的特點。藥物開發專家經常會仔細觀察一種蛋白的形狀，以此推測發現可以結合兩個關鍵位點的化合物的可能性。他們喜歡看到擁有“深口袋”的蛋白分子，這樣藥物可以進入其中，並把多個接觸點相結合。然而，Ras蛋白相對卻非常平滑。

　　希望原是“海市蜃樓”

　　20年前，研究人員認為，他們已經解決了Ras蛋白的相關問題。為了發揮作用，Ras蛋白需要通過脂肪酸尾巴“抓緊”細胞膜內壁。脂肪酸尾巴添加自法尼基轉移酶——更加經得起靶向Ras蛋白的藥物檢驗的一種酶。因此，這種想法是通過找到可以限制法尼基轉移酶的藥物來阻止Ras蛋白的活性。

　　起初，這看起來似乎是一種可以制勝的策略。法尼基轉移酶抑制因子可以在小鼠和人類癌症細胞中阻止細胞增殖。21世紀初期，至少有6家制藥公司競相把這種藥物引入市場。很多公司為此放棄了其他的Ras相關研究，因為它們認為，Ras的問題已得到解決，德國馬普學會分子生理學研究所化學家Herbert Waldmann說：“整個研究界終於松了一口氣，然後等待著藥物研發結果。”

　　然而，這次等待卻以藥物研發史上最大的一次失望告終。研發的藥物一個接一個在臨床實驗中失敗。當時仍在研究Ras的Der表示，這件事給他和其他科研人員上了關於Ras生物學的重要一課。

　　這3種人體中存在的Ras在結構和氨基酸序列方面非常相近。研究人員推測，它們的功能也大致相同。大多數用來研究Ras蛋白的手段——細胞培養、轉基因小鼠以及抗體——利用的都是H-Ras，該蛋白比其他兩種蛋白結構更容易操作。“所有人，包括我自己在內，都認為既然我們可以了解H-Ras的一切，為什麼還要勞神費力地去研究另外兩種蛋白呢？”Der說，“不走運的是，大量資金也因此被拋向這種錯誤理念。”

　　為了保持這兩種細胞持續工作，細胞會發生權變（即應激變化）。在脂肪酸尾巴缺位的時候，另外一種酶會附加到另一種不同的脂肪酸尾巴上，使實驗藥物失去效用。

　　此次事件使Ras領域的研究人員一時陷入挫敗，後來也確實花費了較長時間才有一些研究人員願意再回頭看一眼Ras蛋白。大約10年之後，相關領域的研究人員又開始重整旗鼓，從頭再來。“好像突然之間，人們四處奔走相告說，‘嗨，這仍然是致癌基因領域的一個重要目標。10年來還沒有人在這一領域作出任何成績，讓我們來作出一些成績吧！”Waldmann說。這一次，研究人員采用了一種全新的方法，即尋找Ras引發的腫瘤弱點。

　　其中的一個弱點就是“合成殺傷力”。當Ras蛋白處於過度開啟狀態時，癌細胞經常來自其他分子通道。阻斷這裡的其他分子通道可能不會影響健康細胞，但是卻可以殺死Ras驅動的腫瘤細胞。然而，去年10月，瑞士制藥公司諾華全球腫瘤首席科學家William Sellers卻表示，他與團隊沒能重復Ras合成殺傷力的實驗。“我懷疑，這並非最適宜的目標。”他說。

　　給Ras蛋白“量體裁衣”

　　由於頭腦中有了“合成殺傷力”方法的最新失敗案例，一些科研人員開始把目標對准Ras本身。“我們決定必須直接面對Ras。”紐約州哥倫比亞大學化學生物學家Brent Stockwell說。

　　同時，過去5年來，在計算機建模、篩查藥物化合物等方面的技術進步也為針對Ras蛋白表面光滑性的問題提供了新的希望，打開了Ras蛋白的核心地帶，Stockwell說。比如，研究人員現在可以更好地預測小分子對蛋白的親和性，同時可以對蛋白動態有更好的了解。

　　Stockwell的研究團隊正在把這些優勢轉向實用，通過“量體裁衣”，設計出完全符合Ras蛋白表面的小分子——首先是在電腦模擬中，隨後是在實驗室中。“對於這些蛋白，可能全世界任何地方仍然不能找到解決方法。”Stockwell說，“但這件事需要有人做。”

　　其他人也在密切跟蹤K-Ras基因突變。盡管該基因有許多與不同癌症相關聯的編碼突變，但僅有3種主要由Ras導致的癌症。每種Ras突變都會產生一種活動行為存在些許差異的酶，Der說。“由於這些酶具有不同的特點，如果我們開始思考不同的突變，這些不同的特性可能有助於我們找到該蛋白特殊的弱點。”他說。

　　Stockwell說，他希望近來Ras蛋白研究的復興可以激勵科學家找到其他可跟蹤的靶標，“如果一個地方出現成功，這種成功或許會延伸至其他靶標。”他說，“如果我們想要真正地作出治療疾病的成果，醫學上仍然有廣泛的靶標尚未被觸及。”