《Science》打破认知,谁能想到促氧化剂不但能治疗癌症,还能治疗致命遗传病,故事要从20多年前讲起

文摘   2024-10-25 16:12   浙江  
这个故事始于二十多年前。
2001 年,美国国家癌症研究所的 SELECT 试验试图确定抗氧化剂维生素 E 补充剂和硒是否能成功治疗或预防前列腺癌。这项涉及 35000 名男性的试验原计划持续长达 12 年。然而,仅仅三年后,参与者就被要求停止服用补充剂。维生素 E 不仅未能减缓或预防前列腺癌 —— 更多服用补充剂的男性开始患上这种疾病。
看到这些结果,来自冷泉港实验室Lloyd Trotman教授想:“如果抗氧化剂不起作用,也许促氧化剂会有效。”于是,就用促氧化剂甲萘醌补充剂[硫酸氢钠甲萘醌(MSB)]处理了RapidCaP小鼠(这种小鼠可以快速发展出类似于人类前列腺癌的病变)。甲萘醌是哺乳动物维生素K的前体。每天在饮用水中补充MSB抑制了前列腺癌的进展,并产生了持久的响应......
以上发现,于今日2024年10月25日发表在《Science》期刊,文章题目为:Dietary pro-oxidant therapy by a vitamin K precursor targets PI 3-kinase VPS34 function


文章首先测试了两种促氧化剂疗法:(i) 维生素 K 前体甲萘醌(也称为维生素 K3 (VK3)),以其水溶性形式甲萘醌亚硫酸氢钠 (MSB) 给药,以及 (ii) MSB 与维生素 C (VC) 的组合。发现,MSB 治疗组显示出明显的肿瘤抑制效果,而 VC 的加入没有增强 MSB 的效果

有意思的是MSB 杀伤不与任何已知的细胞死亡模式(凋亡、程序性坏死和铁死亡)共享特征,然后用CRISPR-Cas9 全基因组筛选出与 MSB 杀伤功能相关的基因,发现两个高度相关基因:VPS15(内体 III 类磷脂酰肌醇 (PI) 3-激酶 VPS34 复合物的组成部分) 和MTM1(内体 VPS34 激酶的直接拮抗剂),这表明 MSB 杀伤的核心可能是:脂质磷脂酰肌醇 3-磷酸 [PI(3)P] 的产生与消除,而且都和VPS34(PIK3C3 基因)关联。

通过成吨的实验数据发现,原来MSB会消耗早期内体(EE)膜脂质磷脂酰肌醇3-磷酸[PI(3)P]。PI(3)P定义了EE区室,允许将衍生的囊泡分选回质膜或进入溶酶体降解系统。MSB直接氧化III类PI 3-激酶VPS34上的必需半胱氨酸,从而使产生PI(3)P的酶失活,导致细胞死亡。

简单点大白话理解这个过程就是:

早期内体 (EE) 是细胞内负责运输和分拣物质的小隔间,就像一个繁忙的物流中心 它接收来自细胞膜的物质,并将它们分拣到不同的目的地,例如溶酶体 (细胞的 “垃圾处理站”) 或细胞膜。

PI(3)P 是早期内体的 “身份证”,它标记着内体的身份,确保内体能够被其他细胞器识别并与其进行正确的互动

MSB 进入癌细胞后,会直接氧化一种叫做 VPS34 的酶 VPS34 就像一个 “身份证制造机”,它负责生产 PI(3)P。

VPS34 被氧化后就无法正常工作,导致 PI(3)P 供应不足,早期内体失去 “身份证”,无法正常运作 这会导致内体内的物质无法被正确分拣,最终堆积成巨大的空泡,使细胞膨胀破裂,走向死亡。


研究人员将这种由 MSB 引起的独特细胞死亡机制称为 “三磷酸肌醇凋亡 (triaptosis)”。

到这里应该也就结束了,可是作者联想到一种致命的遗传性疾病:X连锁肌管性肌病这种无法治愈的疾病是由MTM1基因(上文提到的)的遗传突变引起的。MTM1是直接拮抗PI 3-激酶VPS34的磷酸酶。因此,患有这种疾病的男孩会遭受不受抑制的PI(3)P产生,导致肌肉无法正常生长。

这不是巧了吗,MSB可抑制PI(3)P产生,那就试试效果吧。

Mtm1 缺陷雄性小鼠由于肌肉组织广泛性衰竭,在出生后一个月左右死于该疾病。在饮用水中给予 MSB 可延长总生存期至中位数 62 天,延长一倍生存期,并且体重显著增加,改善了整体的肌肉组织,延迟了后肢瘫痪的发生

最后就不总结了,值得注意的点是,由于KEAP1突变会导致MSB耐药性,因此在开发基于MSB的癌症治疗方法时,需要考虑患者的KEAP1突变状态,如突变了,那就大概率是没有效果的。
往往一个简单的逆向思维就能有CNS级别的发现。

参考文献:

Manojit M. Swamynathan et al. ,Dietary pro-oxidant therapy by a vitamin K precursor targets PI 3-kinase VPS34 function.Science386,eadk9167(2024).DOI:10.1126/science.adk9167

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