从单分子角度出发，利用原子力显微镜揭示Tilvestamab治疗癌症的机制

《Analytica Chimica Acta》：Revealing the mechanism of Tilvestamab in treating cancer from a single-molecule perspective using atomic force microscopy

AXL受体单分子结合动力学与细胞机械刚性关联性研究，揭示Tilvestamab通过增强膜刚性抑制肿瘤迁移的力学机制。

　　AXL受体酪氨酸激酶是TAM（TYRO3、AXL、MER）家族中的一员，其主要功能是通过与配体GAS6的结合来调控关键的细胞活动，如细胞存活、增殖以及免疫调节。GAS6作为AXL唯一的天然配体，通过与AXL的胞外结构域相互作用，引发受体的自磷酸化，进而激活下游的信号传导通路，如PI3K/AKT和MAPK等。这些信号通路在多种癌症的发展过程中起着重要作用，尤其是在肿瘤的侵袭性增强、转移能力提升以及对治疗产生耐受性方面。因此，AXL的异常表达或过度激活常常与癌症的不良预后相关，这使得针对AXL的治疗策略成为抗肿瘤研究的重要方向之一。

目前，抑制AXL信号传导的治疗手段正在成为一种有前景的抗肿瘤策略。其中，Tilvestamab作为一种单克隆抗体，因其能够竞争性地阻断GAS6与AXL之间的结合而受到关注。这种阻断作用可以有效抑制AXL介导的致癌信号传导，从而降低肿瘤的侵袭性和转移能力。然而，尽管Tilvestamab在临床前研究中显示出良好的抗肿瘤效果，其在分子层面的生物力学特性，包括与AXL结合的动态过程、与GAS6的结合亲和力比较以及对细胞机械特性的具体影响，仍缺乏深入的解析。这些信息对于理解Tilvestamab的药效机制至关重要，同时也为开发更有效的靶向治疗策略提供了理论依据。

为了填补这一研究空白，本研究采用原子力显微镜（AFM）结合单分子力谱（SMFS）和纳米压痕技术，对Tilvestamab和GAS6在活体肺癌细胞上的结合行为进行了系统性分析。通过这些高分辨率的实验手段，研究者能够从单分子层面探讨Tilvestamab与AXL之间的相互作用，并进一步评估其对细胞机械特性的影响。研究结果显示，Tilvestamab在与AXL结合时表现出与GAS6相近的结合亲和力，但其结合频率显著高于GAS6。这意味着Tilvestamab能够更有效地占据AXL的结合位点，从而在细胞表面形成更持久的阻断效应。此外，动力学分析表明，Tilvestamab与AXL形成的复合物比GAS6与AXL形成的复合物更加稳定，表现为更慢的解离速率和更长的相互作用时间。

这些分子层面的稳定结合行为在细胞层面产生了显著的机械效应。通过纳米压痕测量，研究发现Tilvestamab处理后的细胞整体硬度明显增加，与对照组细胞和GAS6处理后的细胞相比，这种硬度的提升具有统计学意义。值得注意的是，这种机械硬化的现象在多种AXL表达的癌细胞系中均被观察到，包括H1299和MCF-7等。这表明Tilvestamab对细胞机械特性的影响具有普遍性，而不仅仅是局限于特定的细胞类型。进一步的分析显示，这种机械硬化的现象与细胞迁移能力的抑制密切相关。通常，肿瘤细胞的迁移能力与其细胞膜的可塑性有关，而Tilvestamab通过增强膜的硬度，有效地削弱了这种可塑性，从而限制了癌细胞的迁移和增殖能力。

本研究的发现不仅揭示了Tilvestamab在抗肿瘤作用中的分子机制，还为理解其通过生物力学途径影响癌细胞行为提供了新的视角。具体而言，Tilvestamab的抗肿瘤效果不仅来源于其对AXL信号通路的阻断，还在于其能够通过改变细胞的机械特性，直接抑制癌细胞的侵袭性和转移能力。这种机制为“机制药理学”（mechanopharmacology）领域提供了重要的实验证据，即药物不仅通过传统的生化途径发挥作用，还可以通过调节细胞的物理特性来实现其治疗效果。

从更广泛的意义上看，本研究强调了生物力学在癌症治疗中的重要性。细胞的机械特性，如硬度、弹性以及膜的动态行为，往往与细胞的生理状态和病理特征密切相关。例如，肿瘤细胞通常表现出比正常细胞更低的硬度，这种软化现象被认为与细胞的迁移能力增强和侵袭性提高有关。因此，通过药物干预改变细胞的机械特性，可能成为一种新的抗肿瘤策略。Tilvestamab的发现和应用表明，单克隆抗体不仅可以作为传统的信号传导抑制剂，还能够通过调节细胞的机械特性，发挥更全面的治疗作用。

此外，本研究还拓展了Tilvestamab在其他疾病领域的潜在应用价值。除了在癌症治疗中的作用，AXL在病毒感染中也扮演着重要角色。例如，研究表明AXL可以作为呼吸道合胞病毒（RSV）感染的媒介，而与SARS-CoV-2病毒的刺突蛋白相互作用也被发现与AXL有关。这意味着，针对AXL的抑制策略不仅可能在癌症治疗中取得突破，还可能在抗病毒治疗中发挥重要作用。Tilvestamab通过阻断GAS6与AXL的结合，可能不仅影响癌细胞的生物学行为，还可能干扰病毒进入宿主细胞的过程，从而为开发新型抗病毒药物提供新的思路。

在实验方法上，本研究采用的AFM技术为单分子水平的生物力学研究提供了强有力的支持。AFM作为一种高精度的纳米级测量工具，能够在不破坏细胞结构的前提下，实时监测细胞表面的分子相互作用和机械特性变化。而SMFS作为AFM的一种特殊模式，能够精确地测量分子之间的结合力和动力学参数，从而揭示药物与靶点之间的相互作用机制。纳米压痕技术则用于评估细胞整体的机械特性，通过测量细胞膜的硬度和弹性模量，研究者可以进一步理解药物如何通过改变细胞的物理特性来实现其治疗效果。

本研究的另一个重要贡献在于，它系统地探讨了Tilvestamab与GAS6在AXL受体上的竞争性结合行为。以往的研究主要集中在信号传导通路的层面，而较少关注这种竞争性结合对细胞机械特性的影响。通过结合单分子动力学分析和细胞机械特性测量，本研究首次证明了Tilvestamab不仅在分子层面表现出更高的结合稳定性，还在细胞层面产生了显著的机械效应。这种综合性的研究方法为未来探索其他靶向药物的生物力学作用机制提供了参考范例。

值得注意的是，本研究的发现也对当前抗肿瘤药物的研发具有指导意义。传统的抗肿瘤药物往往通过阻断特定的信号通路来发挥作用，而本研究则揭示了另一种可能的机制，即通过改变细胞的机械特性来实现治疗效果。这表明，未来的抗肿瘤药物开发不仅可以关注信号传导通路的调控，还可以探索如何通过调节细胞的物理特性来抑制肿瘤的生长和扩散。此外，研究还指出，Tilvestamab在多种癌细胞系中均表现出相似的机械效应，这表明其可能具有广泛的适用性，为开发针对不同癌症类型的通用性药物提供了可能性。

在实际应用中，Tilvestamab的治疗效果不仅依赖于其对AXL信号通路的阻断，还与其在细胞层面的机械调控作用密切相关。因此，为了更好地评估Tilvestamab的治疗潜力，未来的研究需要进一步探讨其在不同癌症模型中的作用机制，并结合临床数据验证其在实际治疗中的有效性。同时，还需要关注其可能的副作用，例如是否会对正常细胞的机械特性产生影响，或者是否会导致其他未预期的生物学效应。这些问题的解答将有助于更全面地理解Tilvestamab的治疗机制，并为其临床应用提供更可靠的依据。

综上所述，本研究通过结合先进的生物力学测量技术和系统性的分子动力学分析，揭示了Tilvestamab在抗肿瘤治疗中的作用机制。Tilvestamab不仅能够有效阻断GAS6与AXL的结合，还能通过增强细胞的机械硬度，直接抑制癌细胞的迁移和增殖能力。这些发现为理解Tilvestamab的治疗效果提供了新的视角，并为开发基于生物力学机制的新型抗肿瘤药物奠定了理论基础。此外，研究还拓展了Tilvestamab在抗病毒治疗中的应用前景，表明其可能在多种疾病领域中发挥重要作用。随着对生物力学在疾病发生和发展中的作用机制研究的深入，类似的机制药理学策略有望在未来的医学研究和临床治疗中得到更广泛的应用。