通过诱导铁死亡（ferroptosis）和细胞凋亡（apoptosis），计算发现并临床前验证了一种新型纳米药物eEF2激酶抑制剂，该抑制剂能够抑制三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer）的生长

《International Journal of Biological Macromolecules》：Computational discovery and preclinical validation of a novel nanodrug eEF2 kinase inhibitor for suppression of tumor growth in triple-negative breast cancer by induction of ferroptosis and apoptosis

三阴性乳腺癌（TNBC）缺乏有效靶向治疗，本研究通过计算模拟设计新型eEF2K抑制剂2I，证实其纳米颗粒递送体系在体外诱导TNBC细胞凋亡并抑制增殖，体内实验显示其显著抑制移植瘤生长且无毒，联合化疗（如紫杉醇）增效，为TNBC单药或联合治疗提供新策略。

　　

Ferah Comert Onder | Nermin Kahraman | Pinar Siyah | Serdar Durda?? | Esen Bellur Atici | Pinar Atalay | Sayra Dilmac | Rumeysa Ozyurt | Goknur Kara | Ogun Gul | Izabela Fokt | Waldemar Priebe | Mustafa Guzel | Mehmet Ay | Bulent Ozpolat

德克萨斯大学MD安德森癌症中心实验治疗学系，美国德克萨斯州休斯顿霍尔科姆大道1515号422单元，邮编77030

摘要

显著的遗传异质性阻碍了三阴性乳腺癌（TNBC）分子靶点的识别和有效靶向疗法的开发。目前可用的靶向疗法对TNBC患者并不能实现根治。真核延长因子-2激酶（eEF2K）是一种具有临床意义的原癌基因治疗靶点，它将这种非典型的α激酶与患者的不良生存预后联系起来，并且是TNBC肿瘤生长和进展的关键驱动因素，因此成为了一个重要的新兴分子靶点。由于eEF2K的三维结构未知，以及缺乏高效且选择性的抑制剂，开发用于临床应用的eEF2K抑制剂一直具有挑战性。在此研究中，我们利用同源建模和基于物理的分子模拟技术，合理设计了新型高效eEF2K抑制剂，并通过体外和体内实验对其进行了验证。主要化合物2I显示出与eEF2K酶发生共价相互作用的潜力（通过体外共价对接和静态相互作用分析证实），并在亚微摩尔浓度下表现出显著的抑制活性，能够抑制原发性和多药耐药性TNBC细胞的增殖，同时诱导铁死亡和凋亡，而对正常乳腺上皮细胞没有影响。将eEF2K抑制剂封装在单脂质纳米颗粒中后进行体内注射，在小鼠的多种原位TNBC异种移植模型中显示出显著的治疗效果，且无毒性迹象。eEF2K的抑制作用还能协同增强标准化疗药物（如紫杉醇）的疗效。我们的结果表明，这种新型eEF2K靶向纳米疗法是安全的，具有作为单一疗法或与化疗联合使用治疗TNBC或其他依赖eEF2K的实体瘤患者的巨大潜力。

引言

乳腺癌（BC）是美国及其他发达国家女性中最常见的癌症类型。TNBC约占所有乳腺癌病例的15-20%，其特征是缺乏ER（?）、PR（?）和HER2（?）等分子靶点，具有药物耐药性、高复发率以及所有BC亚型中最高的死亡率[1]。目前针对TNBC的靶向疗法非常有限，使得该疾病难以治愈。真核延长因子2激酶（eEF2K）属于一类称为α-激酶（也称为CAMK III）的非典型蛋白激酶[7, 8]，其在TNBC等实体瘤中的表达上调[9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]，并与患者的较短生存期和较差的预后相关[10, 11, 12, 13, 16]。初步研究表明，eEF2K通过磷酸化真核延长因子2（eEF2）的苏氨酸56位残基来调节肽链延伸和蛋白质合成[17, 18, 19]，从而影响核糖体的亲和力[17, 18]。eEF2K可促进TNBC[9, 12]、胰腺癌[13, 14]、卵巢癌[15]和肺癌[20, 21, 22]的细胞增殖、迁移、侵袭和肿瘤生长，并参与包括c-Myc、Cyclin D1、PI3K/Akt、SRC/FAK、Bcl-2、HIF1α在内的关键致癌通路的表达和活性[10, 11, 12, 13, 16]。其活性受生长因子、有丝分裂原、代谢应激和缺氧的诱导，可能作为AMPK和mTOR的下游靶点进行调节，起到保护癌细胞免受营养、生长因子和能量匮乏影响的作用[8]。最新研究显示，eEF2K通过诱导单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和肿瘤相关巨噬细胞的积累，在肿瘤微环境中发挥作用[10, 23]。后续研究证实了eEF2K作为TNBC及其他高度侵袭性实体瘤（如肺癌、卵巢癌和胰腺癌）的分子靶点的重要性。我们通过siRNA或miRNA疗法在体内抑制eEF2K，成功抑制了小鼠体内肿瘤异种移植的生长，并显著增强了常用化疗药物多柔比星的抗肿瘤效果[12]。鉴于其临床意义和在肿瘤发生及进展中的关键作用，eEF2K被视为TNBC及其他实体瘤的重要治疗靶点。

材料与方法

所有材料和试剂均来自商业渠道。化学试剂购自Sigma-Aldrich公司。薄层色谱（TLC）实验在硅胶片（Merck 105,554）上进行。细胞培养实验中使用了BIORAD iMark微孔板读数仪和Molecular Devices动力学微孔板读数仪。显微镜品牌为Nikon Instruments Inc.（美国纽约州梅尔维尔）。图像处理软件ImageJ由美国马里兰州贝塞斯达的国家卫生研究院提供。

eEF2K表达与TNBC患者的不良生存预后相关

为了评估eEF2K的临床意义及其作为分子靶点的潜力，我们利用癌症基因组图谱（TCGA）中的TNBC患者基因表达数据集（共278名患者，eEF2K高表达组149名，低表达组129名）进行了Kaplan-Meier生存分析。分析结果显示eEF2K基因表达与不良临床预后之间存在显著关联（p<0.0009）（图2A）。

结论

本研究关于eEF2K抑制剂开发的结果预计将引领TNBC治疗领域的重大变革。本文不仅介绍了一种新型抑制剂2I，更重要的是，它深入探讨了eEF2K作为可操作靶点的价值，重新定义了如何在像TNBC这样的侵袭性癌症中通过抑制激酶来治疗疾病。通过研究证实了eEF2K的强烈致癌作用及其在肿瘤发生中的关键作用。

CRediT作者贡献声明

Ferah Comert Onder：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法验证、实验设计、数据分析、概念构建。 Nermin Kahraman：负责数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析。 Pinar Siyah：负责撰写、初稿撰写、软件应用、方法设计、数据分析。 Serdar Durda??：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法设计、数据分析。 Esen Bellur Atici：

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。

致谢

本研究得到了土耳其科学技术研究委员会（TüB?TAK-SBAG项目编号215S008和TüB?TAK-B?DEB 2214A计划（FCO）以及NIH/NCI的R01CA244344项目的资助。图形摘要使用BioRender.com工具生成。