癌細(xì)胞可以通過利用一種通常有益的、無處不在的蛋白來逃避人體的免疫防御，這種蛋白被稱為粘蛋白（mucins）。

現(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的研究人員已經(jīng)設(shè)計出一種生物分子，可以專門從癌細(xì)胞中去除粘蛋白，這一發(fā)現(xiàn)可能在未來的癌癥治療中發(fā)揮重要作用。

粘蛋白是一種糖衣蛋白，其主要功能是保護身體免受身體損傷和病原體的侵害。但是癌細(xì)胞可以利用黏液蛋白來幫助它們生存。將粘蛋白從癌細(xì)胞中切除是一種可行的治療方法，但粘蛋白以各種形式存在于哺乳動物體內(nèi)的每個細(xì)胞中，因此不加選擇地靶向粘蛋白可能會產(chǎn)生不可預(yù)見的副作用。

由斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組設(shè)計的解決方案本質(zhì)上是一種基于酶的剪刀，由粘蛋白酶組成，一種蛋白質(zhì)切割酶(稱為蛋白酶)，專門切割粘蛋白，與癌細(xì)胞靶向納米體(抗體片段)融合。這種由兩部分組成的生物分子選擇性地靶向和修剪與特定癌細(xì)胞相關(guān)的粘蛋白。

這項在實驗室培養(yǎng)的人類癌細(xì)胞和模擬人類乳腺癌和肺癌的小鼠研究中進行的研究發(fā)現(xiàn)，生物分子治療顯著降低了腫瘤的生長，提高了生存率。他們的研究結(jié)果發(fā)表在8月3日的《自然生物技術(shù)》雜志上，具有廣泛的應(yīng)用價值，因為粘蛋白與許多疾病有關(guān)，包括囊性纖維化、呼吸系統(tǒng)疾病和病毒。

“我們發(fā)現(xiàn)，我們可以將這種粘酶靶向癌細(xì)胞，用它來去除癌細(xì)胞中的粘蛋白，這是一種治療效果，”資深作者Carolyn Bertozzi說。

研究生Gabrielle  Tender是這項研究的共同主要作者，她和兩位前Bertozzi實驗室的研究人員——HHMI的Janelia研究校區(qū)的小組組長Kayvon Pedram和加州理工學(xué)院的博士后學(xué)者D. Judy Shon——共同撰寫了這項研究。

當(dāng)好的黏液變壞時

盡管癌細(xì)胞將粘蛋白用于邪惡的目的，但粘蛋白通常是好的。但是當(dāng)粘蛋白變質(zhì)時，就很糟糕了。

“粘蛋白在全身發(fā)揮著重要作用，比如在我們的腸道和肺部形成粘液，保護我們免受病原體的侵害，癌癥將這一自然過程提高到11倍，劫持粘蛋白的功能來保護自己，并擴散到全身。”Tender說。

本研究探討了與促進癌癥進展相關(guān)的粘蛋白的兩種功能。第一個幫助細(xì)胞在自由漂浮的“低黏附”環(huán)境中存活。

“癌癥在體內(nèi)轉(zhuǎn)移和擴散——癌細(xì)胞脫落，漂浮到身體的另一部分，并扎根，”Bertozzi說。“癌細(xì)胞需要在低粘附環(huán)境中存活。大多數(shù)細(xì)胞不能，但被粘蛋白修飾過的細(xì)胞可以。”

第二個功能是與檢查點受體結(jié)合，檢查點受體本質(zhì)上是檢查體內(nèi)細(xì)胞的免疫系統(tǒng)守衛(wèi)犬。一些癌細(xì)胞用粘蛋白修飾它們的細(xì)胞表面，粘蛋白被特定的糖包裹，這些糖與這些受體結(jié)合得特別好。當(dāng)這種糖修飾的粘蛋白與檢查點受體結(jié)合時，它表明癌細(xì)胞不是威脅，并阻止身體的免疫反應(yīng)。

“這會導(dǎo)致免疫細(xì)胞忽略癌癥，而不是摧毀它，”Tender解釋說。

成功了一半

研究人員的尋找黏液的生物分子由兩部分融合在一起組成。第一部分是一種細(xì)菌衍生的粘酶，它可以裂解粘蛋白。第二部分是與癌細(xì)胞上相應(yīng)抗原結(jié)合的癌癥特異性納米體。

Sarafan ChEM-H的貝克家族主任Bertozzi說，納米體“將黏液酶固定在癌細(xì)胞上”。“這項技術(shù)是我們在Sarafan ChEM-H開展的基于鄰近性藥物的更大項目的一部分。”基于鄰近性的藥物將感興趣的生物分子聚集到某個區(qū)域，以便在附近發(fā)生所需的化學(xué)反應(yīng)。

Bertozzi的團隊廣泛研究了細(xì)菌蛋白酶裂解粘蛋白。這些“粘酶”在遇到粘蛋白中肽(氨基酸)和聚糖(糖)的特定排列時進行切割。在這項研究中，研究人員選擇了一種叫做StcE的粘酶，它來自于大腸桿菌。

細(xì)菌酶已經(jīng)被用于治療癌癥，比如兒童急性淋巴細(xì)胞白血病。然而，黏液酶還沒有作為注射療法進行測試。因此，研究小組需要驗證StcE粘酶的作用和安全性。研究小組在小鼠身上測試了StcE粘酶，發(fā)現(xiàn)它有效，但它破壞了全身的粘蛋白，證實了需要將粘酶靶向腫瘤相關(guān)的粘蛋白。

Bertozzi的實驗室和其他人之前的研究表明，將酶的抗體融合可以將它們的活性靶向到特定的細(xì)胞上。但這需要對酶進行設(shè)計，使其工作不那么好，所以它只在接近目標(biāo)時進行切割。在StcE粘酶發(fā)生了許多突變之后，該團隊創(chuàng)造了一個版本，稱為eStcE，滿足了他們的需求。

研究小組選擇了一種被稱為5F7的納米體作為他們的生物分子，因為它被充分研究過，它對應(yīng)于與乳腺癌、卵巢癌和其他癌癥相關(guān)的抗原(稱為HER2)。研究人員設(shè)計了兩種不同方向的eStcE粘酶- her2納米體組合，并測試了每種組合的產(chǎn)量、穩(wěn)定性、粘酶活性和結(jié)合能力。表現(xiàn)最好的取向被稱為αHER2-eStcE。

接下來，研究人員在實驗室培養(yǎng)皿中測試了αHER2-eStcE生物分子，看看它是否選擇性地殺死了目標(biāo)癌細(xì)胞。然后，他們在兩項不同的小鼠研究中證實了這種生物分子的作用和無毒。這些實驗中的第一個模擬了轉(zhuǎn)移性(擴散)肺癌，第二個模擬了位于小鼠乳房區(qū)域的人類乳腺癌。

這些研究表明αHER2-eStcE生物分子對腫瘤和轉(zhuǎn)移細(xì)胞的粘蛋白均有效。在小鼠研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，與未治療組小鼠相比，αHER2-eStcE治療顯著降低了癌癥生長，提高了生存率。

未來的發(fā)展方向

那么，這項研究離人類癌癥的新療法還有多遠(yuǎn)呢?更近了，但還沒到。

Bertozzi說:“下一步的主要工作是看看我們是否可以用一種來自人類的蛋白酶來制造一種類似的靶向黏液酶。”“這項研究中的病毒不是來自人類，所以它有更高的風(fēng)險產(chǎn)生不必要的免疫反應(yīng)。”

目前，Tender正致力于開發(fā)這種人源性黏液酶。

雖然還需要更多的研究，但這項研究代表了癌癥研究向前邁出的一大步。

“我們從癌癥患者和實驗中得到了幾十年的證據(jù)，證明粘蛋白在癌癥中很重要，但我們以前沒有那么多辦法來擺脫這些粘蛋白，”Tender說。“我們終于找到了一種方法來降解癌細(xì)胞上的粘蛋白，這讓我們受到了啟發(fā)。”

文章標(biāo)題

Design of a mucin-selective protease for targeted degradation of cancer-associated mucins