尽管铜在高浓度下可能有害,但它是生命所必需的重要微量元素。许多肿瘤的生长依赖于比正常细胞更高数量的铜,从而为癌症疗法提供了一个新的潜在靶点。最近,科学家们揭示了一种创新方法,可以有效地从肿瘤细胞中提取铜,导致其破坏。
尽管铜在高浓度下可能有害,但它是生命所必需的重要微量元素。许多肿瘤的生长依赖于比正常细胞更高数量的铜,从而为癌症疗法提供了一个新的潜在靶点。最近,科学家们揭示了一种创新方法,可以有效地从肿瘤细胞中提取铜,导致其破坏。
铜是多种酶的重要辅因子,这些酶在细胞的生长和发育中至关重要。例如,铜离子在抵御氧化损伤方面发挥作用。细胞仔细管理铜离子的水平和可用性;它们需要有足够的铜离子可用,同时保持细胞质中游离铜离子的浓度非常低,以防止负面影响。细胞外的铜离子被还原并运输进入细胞,然后被储存并根据需要分配给所需的分子。为了维持细胞内的铜平衡(稳态),复杂的运输系统已经进化,利用多种转运蛋白、配体、伴侣蛋白(帮助其他复杂蛋白质正确折叠的蛋白质)和共同伴侣。
癌细胞的生长和分裂速度远快于正常细胞,因此对铜离子的需求更大。限制它们获取这些离子可能是一种有前景的治疗策略。然而,开发能够强烈结合铜离子以将其从结合生物分子中取出的药物一直是一个挑战,直到现在。
在与斯坦福大学医学院(美国加州斯坦福)和法兰克福大学(德国)合作的过程中,马克斯·普朗克高分子研究所(美因兹)主任坦妮娅·韦尔及其研究团队成功创建了一个解决此问题的系统。他们的方法的核心涉及伴侣蛋白Atox1的铜结合结构域。他们在这一肽段中加入了一个成分,以增强其在肿瘤细胞中的摄取。此外,另一个成分确保肽分子在进入肿瘤细胞后形成纳米纤维。这种形态含有众多铜结合位点,能够从多个角度最佳捕获铜离子,形成与硫醇基的配位复合物。这些纳米纤维对铜具有如此强的亲和力,以至于即使在存在铜结合生物分子的情况下,它们仍能捕获铜离子。这个过程消耗了细胞的铜储备,并使依赖于铜的生物分子失活。因此,肿瘤细胞中的氧化还原平衡被破坏,导致氧化压力增加和细胞死亡。在控制条件下进行的实验中,超过85%的乳腺癌细胞培养在72小时内死亡,而健康细胞培养则没有出现毒性迹象。
研究团队对这些基础研究能够在未来几年内导致有效的癌症治疗策略持乐观态度。