食管癌是威脅人類健康和生命的最常見惡性腫瘤之一。在全球惡性腫瘤中，其發(fā)病率和死亡率分別排名第7和第6位。在我國，食管癌分別占全球所有新發(fā)病例和死亡病例的43.0%和37.0%，其中食管鱗狀細(xì)胞癌（ESCC）是主要亞型。由于早期癥狀非典型、惡性程度高、侵襲性和有限的治療選擇，ESCC的5年生存率僅為30%。一項(xiàng)新的研究通過CADD輔助藥物研究結(jié)合活性篩選，成功從FDA批準(zhǔn)的藥物中篩選得到了新型ILK高選擇性抑制劑——尼洛替尼。
圖一 尼洛替尼結(jié)構(gòu)式
老藥新用是藥物開發(fā)的主要方式之一，由于已批準(zhǔn)的藥物經(jīng)歷了所有階段的臨床試驗(yàn)，以進(jìn)入市場，因此已知和接受的安全數(shù)據(jù)，大大降低了研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、時(shí)間和成本。例如，西地那非（圖二）是一種磷酸二酯酶5型（PDE5）抑制劑，最初開發(fā)用于治療高血壓，但后來被FDA批準(zhǔn)用于治療勃起功能障礙和肺動脈高壓。
圖二 西地那非結(jié)構(gòu)式
計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)（CADD）的使用可以降低研發(fā)失敗率，其包括兩種主要的藥物設(shè)計(jì)技術(shù)：基于配體的藥物設(shè)計(jì)（LBDD）和基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)（SBDD）。SBDD利用三維蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息來預(yù)測大分子結(jié)合位點(diǎn)和配體的。分子對接是一種典型的SBDD方法，用于評估蛋白質(zhì)和配體之間的結(jié)合親和力。
整合素連接激酶（ILK，圖三）是一種細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶，不僅參與多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，還調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、遷移和生長。研究表明，高ILK表達(dá)介導(dǎo)多種腫瘤的細(xì)胞增殖、遷移和分化，并影響腫瘤的治療效果。研究發(fā)現(xiàn)，ILK在ESCC中高表達(dá)，而使用慢病毒進(jìn)行干擾則顯著抑制了ESCCs 的發(fā)生和發(fā)展。
圖三 ILK蛋白結(jié)構(gòu)
在新的研究中，研究人員首先對ILK蛋白的結(jié)合口袋進(jìn)行了分析，選擇了接觸表面積最大的結(jié)構(gòu)口袋進(jìn)行藥物對接。而后，研究人員從ZINC數(shù)據(jù)庫下載了1615種FDA批準(zhǔn)的藥物分子，使用AutoDock Vina工具，分別與ILK蛋白進(jìn)行對接，成功得到了結(jié)合能低的藥物分子（圖四）。其中，尼洛替尼（ZINC6716957）和替尼泊苷（ZINC4099009）結(jié)合能最低。因此，研究人員選取尼洛替尼（ZINC6716957）和替尼泊苷（ZINC4099009）進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。
圖四 結(jié)合能低的10個(gè)藥物分子
尼洛替尼（ZINC6716957）和替尼泊苷（ZINC4099009）與ILK蛋白對接結(jié)果如圖五和圖六所示。
圖五 尼洛替尼分子與ILK蛋白分子對接3D圖
圖六 替尼泊苷分子與ILK蛋白分子對接3D圖
表面等離子共振（SPR）實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了尼洛替尼（ZINC6716957）和替尼泊苷（ZINC4099009）與ILK蛋白的作用，其中尼洛替尼優(yōu)于替尼泊苷。同時(shí)，CCK8實(shí)驗(yàn)活性測試顯示，對ESCC細(xì)胞系，尼洛替尼的半抑制濃度值為40 μM，而替尼泊苷的半抑制濃度值在162.7-396.2nM之間。這表明替尼泊苷對ESCC細(xì)胞的細(xì)胞毒 性差于尼洛替尼，這與SPR結(jié)果一致。
圖七 CCK8實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
目前對ILK抑制劑的研究存在選擇性和特異性方面的問題，因此需要不斷篩選ILK抑制劑，以識別其廣泛的抗腫瘤活性。在本研究中，研究人員使用虛擬篩選結(jié)合活性測試成功篩選得到了尼洛替尼這一高選擇性ILK抑制劑，為食管鱗狀細(xì)胞癌的治療帶來了新的希望，也為老藥新用藥物開發(fā)提供了方法參考。
參考資料：
Computational Drug Repurposing Approach to Identify Novel Inhibitors of ILK Protein for Treatment of Esophageal Squamous Cell Carcinoma
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