唯BH3域蛋白在肿瘤治疗中的研究进展

姚锴 综述 戴德 审校

(广东医学院，广东 湛江 524023)

唯BH3域蛋白在肿瘤治疗中的研究进展

姚锴 综述 戴德 审校

(广东医学院，广东 湛江 524023)

唯BH3域蛋白作为Bcl-2蛋白家族的一大亚类，通过抑制Bcl-2抗凋亡蛋白和(或)激活Bcl-2促凋亡蛋白，在调节细胞凋亡的过程中起着极其重要的作用。许多癌症中编码唯BH3域蛋白的基因发生严重突变，而且在小鼠中敲除这些基因后可诱导肿瘤的发生，这提示唯BH3域蛋白可作为肿瘤抑制剂。唯BH3域模拟物正发展为新型小分子靶向抗癌药物，这可能有助于为肿瘤设计更好的治疗策略。

唯BH3域蛋白；细胞凋亡；肿瘤治疗

Bcl-2蛋白家族根据所含其特有的Bcl-2同源结构域(BH)和功能不同分成三类：(1)抗凋亡蛋白，包括BCL-2、BCL-XL、BCL-W、MCL-1和A1，拥有四个BH域(BH1～BH4)。(2)促凋亡蛋白，与抗凋亡蛋白有相似的序列和结构，包括BAX、BAK(BOK)，拥有三个BH域(BH1～BH3)。(3)唯BH3域蛋白(BH3-only proteins)，仅含有一个BH3结构域，包括BIM、PUMA、NOXA、BID、BMF、BAD、BIK和HRK。Bcl-2家族的抗调亡蛋白与促调亡蛋白的相互作用决定着细胞的生死平衡，而这种平衡被唯BH3域蛋白所调控。许多抗肿瘤药物的机制正是通过调节唯BH3域蛋白的表达诱导肿瘤细胞凋亡及增加其敏感性，BH3模拟物(BH3 mimetic)还可以直接作用于Bcl-2抗凋亡蛋白或促凋亡蛋白，有选择性、高效的诱导肿瘤细胞凋亡。本文主要就唯BH3域蛋白在肿瘤治疗中的研究进展作一综述。

1 唯BH3域蛋白与Bcl-2家族其他成员在凋亡中的关系

唯BH3域蛋白可通过BH3域两性的a螺旋分子团与Bcl-2抗凋亡蛋白表面疏水凹槽相结合，以拮抗其抗凋亡功能。不同唯BH3域蛋白对不同Bcl-2抗凋亡蛋白具有不同的亲和力，它们的结合模式可分为“混杂模式”和“选择模式”[1]。“混杂模式”：如BIM、tBID(BID的活化状态)和PUMA可高亲和力结合所有Bcl-2抗凋亡蛋白；“选择模式”：如BAD只高亲和力结合BCL-2、BCL-XL和BCL-W；NOXA只高亲和力结合MCL-1和A1。前者单一蛋白的表达对细胞具有强烈的杀伤性，后者多种蛋白的共表达具有互补特异性，使得两种结合模式对细胞的杀伤性相当[2]。这提示在一个特定细胞内，高效的凋亡往往需要抑制所有Bcl-2抗凋亡蛋白的表达。

唯BH3域蛋白可激活BAX/BAK促凋亡蛋白，使其在线粒体外膜上形成寡聚物，引起细胞凋亡。目前提出了两种激活的模型，“直接活化”模型提出，某些唯BH3域蛋白为“活化剂”，如BIM、tBID及PUMA，能够瞬间低亲和力结合BAX/BAK，促发其构象变化并随后在线粒体外膜寡聚化[3]。最新研究显示NOXA也可作为“活化剂”[4]。该模式称其他唯BH3域蛋白为“敏化剂”，它们只结合Bcl-2抗凋亡蛋白，以释放复合体中的“活化剂”唯BH3域蛋白去活化BAX/BAK。“间接活化”模型[5]设想所有唯BH3蛋白的主要作用是与Bcl-2抗凋亡蛋白结合，以阻止后者结合任何活化的BAK/BAX蛋白。此模式认为BAX/BAK蛋白的活化是自身构象变化的结果，这种构象会催化自身同源寡聚化。但有研究称这两种模式并不是相互独立的，在造血细胞的凋亡中这两种模式可能是平行发生的[6]。

2 唯BH3域蛋白在肿瘤中的表达

在许多肿瘤中编码唯BH3域蛋白的基因出现严重突变。Beroukhim等[7]对3 131个肿瘤标本使用高分辨率人类基因组变异分析后发现Puma基因丢失。肾癌细胞可通过DNA甲基化的方式抑制了Bik和Bim基因的表达。董伟等[8]对40例胃癌组织研究后发现胃癌中BAD和NOXA蛋白阳性表达率明显低于癌旁组。这都提示唯BH3域蛋白可能是抑制肿瘤发生发展的重要因素。

动物实验表明敲除编码唯BH3域蛋白的基因可导致小鼠肿瘤的发生。在Eμ-Myc小鼠中敲除Puma基因后可加速其B淋巴瘤的形成，而Noxa基因的缺失可加速其γ射线诱导的胸腺淋巴瘤的形成[9]。在小鼠体内敲除了Bim基因可通过Ras突变的机制加速诱导肾癌的发生[10]。

3 唯BH3域蛋白在肿瘤药物中的作用

唯BH3域蛋白与肿瘤发生发展的密切关系使其在某些抗肿瘤药物杀死肿瘤中起着关键性的作用。Happo等[11]在小鼠模型中发现DNA损伤药物有效的杀死MYC驱动的淋巴瘤需要PUMA、NOXA和BIM的表达。有研究指出BIM和PUMA在糖皮质激素诱导肿瘤凋亡中是必须存在的[12]。在表皮生长因子受体突变的非小细胞肺癌中，表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂通过上调BIM诱导细胞凋亡[13]。

唯BH3域蛋白还与抗肿瘤药物的耐药性密切相关，可增强肿瘤对药物的敏感性。化疗药物体外诱导肝癌细胞产生耐药性的过程中，BIM的mRNA和蛋白表达均下降，提示BIM的表达与人肝癌多药耐药的发生密切相关[14]。研究发现蛋白酶体抑制剂硼替佐米在肿瘤中通过诱导NOXA、BIM和BIK来发挥作用，BID则可增加硼替佐米的反应性[15]。而BID和BIM的表达上升，可明显增强人类嗜T细胞病毒Ⅰ型相关的T细胞白血病细胞对肿瘤药物的敏感性[16]。

4 BH3模拟物

BH3模拟物即唯BH3域蛋白小分子模拟物，能够直接结合Bcl-2抗调亡蛋白并拮抗其抗凋亡功能，促使与其结合的促凋亡蛋白BAX/BAK的释放，或者唯BH3蛋白的释放，最终激活BAX/BAK蛋白，从而特异、广谱、高效地诱导肿瘤细胞调亡，达到抗肿瘤的目的。以下介绍几种主要的BH3模拟物。

4.1 ABT-737和ABT-263ABT-737是基于BAD的BH3域研发，可与BCL-2、BCL-XL和BCL-W高亲和力结合，但不与MCL-1和A1发生反应，ABT-263为其口服活性衍生物。在临床前试验中[17]，ABT-737已作为单个药物有效治疗某些白血病和淋巴瘤，多发性骨髓瘤等，但对上皮细胞癌无效，ABT-263也显示对慢性淋巴细胞白血病患者有疗效。这两者主要副作用是抑制BCL-XL所导致血小板减少。此外，高水平表达的MCL-1可使ABT-737产生耐药性，这需要通过降低MCL-1的水平来克服。

4.2 GX15-070 GX15-070是一类多Bcl-2抗凋亡蛋白靶向性的吲哚类小分子化合物。临床前试验表明，GX15-070具有单一药物活性，并且能增强了拉帕替尼对人乳腺癌细胞的毒性[18]。但GX15-070不是高特异BH3模拟物，而且在小鼠肿瘤模型中，GX15-070无法在体内维持有效的血药浓度，加大剂量则会出现神经系统毒性[19]。

4.3 AT101(左旋棉酚)AT-101可与BCL-2、BCL-XL和MCL-1结合并抑制其活性，是第一个进入到临床试验期的BH3模拟物。AT101可有效联合利妥昔单抗治疗慢性淋巴细胞白血病并且能够联合多西他赛治疗激素抵抗的前列腺癌，但患者在临床试验中出现较重的心脏毒性，限制了其进一步应用[20]。有学者在研发棉酚类似物阿朴棉酚，相对于AT101，后者具有更好的靶向性，拥有较低的系统毒性[21]。

4.4 UMI-77和S1 UMI-77和S1是新近研发的BH3模拟物，还未进入临床试验期。UMI-77是选择性与MCL-1高亲和力结合的BH3模拟物。Abulwerdi等[22]发现UMI-77和MCL-1的亲和力远远高于其他Bcl-2抗凋亡蛋白，在体外细胞实验和体内异种移植模型中均表现出对胰腺癌的抗肿瘤活性。这提示，UMI-77可作为一种以MCL-1为靶点的药物治疗MCL-1高表达的肿瘤。S1是一种苊并杂环类化合物，能够高亲和力结合BCL-2、BCL-XL和MCL-1，促使线粒体凋亡的发生。在肝癌和乳腺癌的体外实验中，S1打断BCL-2/BAX、MCL-1/BAK之间的相互作用促使线粒体凋亡途径发生[23]。细胞生物学实验证实，目前未发现S1有BCL-2家族蛋白以外的其他靶点，S1可能只通过线粒体调亡通路诱导细胞调亡，具有高特异性[24]。

5 小 结

肿瘤形成的重要原因是细胞凋亡机制的缺失，深入研究唯BH3域蛋白参与凋亡的具体机制，有助于进一步了解肿瘤的发生发展和寻找以唯BH3域蛋白为靶目标的治疗策略。唯BH3域蛋白的表达与某些抗肿瘤药物的耐药机制密切相关，这为逆转相关药物耐药性提供了思路。BH3模拟物不同于传统放疗和化疗，而是通过干扰蛋白质相互间的作用，降低接受到死亡信号的癌细胞的程序性死亡的阈值起作用。理想的BH3模拟物应该同时具有多BH3模拟性和高特异性，寻找和改良BH3模拟物不仅需要增加其对Bcl-2抗凋亡蛋白的亲和力而且要减少其带来的系统毒性。BH3模拟物之间以及与传统治疗的联合应用或许是一种更好的治疗策略。因此，进一步研究唯BH3域蛋白作用机制、改良局限性及探索联合用药的可行性对BH3模拟物未来的临床开发具有深远意义。

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Research progress of BH3-only proteins in the treatment of cancers.

YAO Kai,DAI De.Guangdong Medical College, Zhanjiang 524000,Guangdong,CHINA

As part of the Bcl-2 proteins family,BH3-only proteins play an extremely important role in the regulation of apoptosis by inhibiting the activity of Bcl-2 anti-apoptotic proteins and(or)activating Bcl-2 pro-apoptotic proteins.Mutations crippling genes encoding BH3-only proteins have been detected in a range of human cancers and these genes knocked out accelerate cancers in mice,which provided evidence that BH3-only proteins can serve as tumour suppressors.BH3 mimetic are being developed for the new molecularly targeted anti-cancer drugs,which may be helpful in designing better therapeutic strategy for treating cancers.

BH3-only proteins;Cell apoptosis;Cancer therapy

R730.5

A

1003—6350（2016）12—1993—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.12.032

2015-10-22)

戴德。E-mail：429452465@qq.com