α微管蛋白：新的藥物結合位點

　　微管（Microtubule）是抗腫瘤藥物研發的重要靶點。微管是“細胞的骨架”主要成分之一，在許多細胞重要事件中起著關鍵作用。微管是由α-和β-微管蛋白(Tubulin)異二聚體可逆地組裝成而成的線性管裝結構（圖1）。

　　圖1：微管蛋白已知的六個結合位點及微管蛋白組裝形成微管示意圖

　　目前，微管蛋白已有6個結合位點被報道，除結合在α微管蛋白pironetin外，其余5個均在β微管蛋白上，分別為長春花堿、秋水仙堿、紫杉醇、laulimalide 和美登素，它們都與 β-微管蛋白結合并干擾其正常動力學過程從而抑制微管蛋白的聚合或解聚。其中，靶向β-微管蛋白的紫杉醇、長春新堿代表了當今最成功一線抗腫瘤化療藥物，其中紫杉醇在全球銷售額已經超過300億美元。但由于β亞基具有 GTP 酶活性導致其構象不穩定，從而先天性決定了現有的結合于β亞基的抗微管藥物均容易產生耐藥性。與β亞基相反，α亞基沒有 GTP 酶活性，不易發生構象變化，這類新型的靶向α-微管蛋白的藥物很可能不受 β-微管蛋白的突變及 βIII-微管蛋白的高表達所影響，從而可以克服耐藥。因此，開發靶向 α-微管蛋白的藥物對克服化療藥物耐藥具有巨大開發價值。

　　近日，四川大學華西醫院生物治療國家重點實驗室陳俐娟研究員團隊在Science Advances的發表題為Cevipabulin-tubulin complex reveals a novel agent binding site on α-tubulin with tubulin degradation effect。研究解析Cevipabulin-微管蛋白復合物晶體結構，發現了一個促降解微管蛋白降解的藥物結合位點。

　　四川大學華西醫院生物治療國家重點實驗室陳俐娟課題組一直從事靶向 α-tubulin 抑制劑的開發, 該課題組于2016年首次發現了位于α微管蛋白上的Pironetin位點，相關文章發表在Nature Communications雜志(Nature Communications 2016, 7 : 12103)。這次該課題組又在α微管蛋白上發現了一個全新的、且能導致微管蛋白降解的結合位點（圖2）。該位點被首次命名為第七位點。

　　圖2：Cevipabulin-微管蛋白復合物晶體結構。(A) Cevipabulin的化學結構圖。(B)Cevipabulin與微管蛋白復合物結合的整體視圖。(C) Cevipabulin在β1-微管蛋白上的FO-FC密度圖。(D) Cevipabulin在α2-微管蛋白上的FO-FC密度圖. (E) Cevipabulin在β1-微管蛋白上的局部視圖(H) Cevipabulin在α2-微管蛋白上的局部視圖。

　　如圖2H所示，該第七位點位于αβ二聚體的內界面上, 由β2H10，α2T5, α2H6, α2H7和α2H1包裹形成。小分子Cevipabulin與第七位點結合后能夠促進微管蛋白降解, 這是傳統微管蛋白抑制劑所不具有功能。深入的機制發現Cevipabulin能夠導致微管蛋白變性（圖3A-3C）。從結構生物學上分析發現Cevipabulin結合到第七位點后能夠導致αT5 loop環外移導致了原本此處的不可交換GTP變得可交換(圖3D-3F), 從而破壞了微管蛋白的穩定性。

　　圖3：Cevipabulin結合第七位點導致微管蛋白穩定性下降而促進其降解. (A) TPE-MI蛋白變性指示劑原理圖。(B) Cevipabulin促進微管蛋白變性。（C）泛素化抑制劑PYR-41抑制cevipabulin衍生物1導致的微管蛋白降解。（D）Cevipabulin的結合導致α-T5的外移（E）cevipabulin結合后破壞了不可交換GTP與α-T5的氫鍵相互作用。(F) Cevipabulin結合導致不可交換GTP變得可交換。

　　相比較于該課題之前發現的pironetin位點，該位點結合的先導小分子Cevipabulin結構簡單、且藥代動力學數據好。具有更好的成藥性。同時，第七位點具有微管蛋白降解的效果，為后續開發特異性的微管蛋白降解劑奠定了基礎。

　　華西醫院陳俐娟研究員、李為民教授及楊建洪助理研究員為該文章共同通訊作者。楊建洪助理研究員、余亞梅副研究員，黎勇博士后及閆偉博士后為共同第一作者。