通过网络药理学、分子对接和动力学研究揭示塞来昔布的抗乳腺癌机制

《Letters in Drug Design & Discovery》：Uncovering celecoxib’s anti-breast cancer mechanisms through network pharmacology, molecular docking, and dynamics

乳腺癌治疗新策略：塞来昔布通过多靶点抑制PI3K-Akt通路诱导凋亡

　　乳腺癌是一种高度异质性的恶性肿瘤，长期以来一直是全球女性癌症相关死亡的主要原因之一。据全球流行病学数据显示，每年新增乳腺癌病例超过230万，其发病率在不同地区存在显著差异。在中国，乳腺癌的发病率呈现每年3%-4%的增长趋势，并且有向更年轻人群扩散的趋势。这一疾病的复杂性主要源于其发病机制中涉及多种因素，包括遗传易感性（如BRCA1/2基因突变）、表观遗传调控异常、激素信号紊乱以及肿瘤微环境的重塑。这些复杂的相互作用使得乳腺癌的治疗面临诸多挑战，例如化疗耐药性、脱靶毒性以及高复发率，尤其是对于缺乏明确治疗靶点的三阴性乳腺癌（TNBC）而言，治疗难度更大。此外，现有治疗手段往往难以有效应对肿瘤的转移和潜伏性细胞群体，因此，开发新的、高效的乳腺癌治疗药物对于提高治疗效果和改善患者预后具有重要意义。

近年来，一些药物因其潜在的抗肿瘤特性而受到关注，其中，塞来昔布（Celecoxib）因其作为选择性环氧化酶-2（COX-2/PTGS2）抑制剂的特性，在抗炎治疗中广泛应用，例如用于骨关节炎的治疗。然而，随着研究的深入，塞来昔布的抗肿瘤潜力也逐渐显现。它不仅能够抑制前列腺素E2（PGE2）的合成，还可能通过调节下游促癌信号通路发挥抗癌作用。已有研究表明，塞来昔布在结直肠癌和肺癌的预防试验中表现出一定的前景，而在乳腺癌中的抗肿瘤作用也受到越来越多的关注。例如，塞来昔布可以降低VEGF水平，增强免疫反应，并抑制转移。此外，它还可能在与紫杉醇等化疗药物联合使用时，促进免疫原性细胞死亡，提高治疗效果。塞来昔布还可能通过PRODH/POX的上调，诱导MCF-7乳腺癌细胞的凋亡，从而增强脯氨酸代谢，而PRODH/POX的沉默则可能使细胞对自噬反应更为敏感，同时抑制代谢过程。

为了更全面地理解塞来昔布在乳腺癌治疗中的分子机制，本研究采用了一种整合性的计算方法，结合了网络药理学、分子对接和动态模拟等技术。网络药理学作为一种现代药物研究的新兴领域，能够系统地探究药物分子与多个生物靶点之间的药理机制和复杂相互作用，从而提供一个全面的网络层面理解药物作用的框架。分子对接作为一种关键的计算分子建模技术，利用三维结构分析和分子识别原理，预测配体-受体结合亲和力，从而系统评估药物分子与治疗靶点之间的分子级相互作用。正常模式分析（NMA）则是一种计算生物物理方法，通过预测蛋白质构象动力学，识别可药用位点，从而支持基于结构的药物发现。本研究利用这三种计算方法，系统地阐明了塞来昔布在乳腺癌治疗中的作用机制，为未来对其抗肿瘤机制的研究提供了理论基础。

首先，通过STRING服务器识别了塞来昔布的潜在靶点，其中包含了104个候选靶点。随后，利用GeneCards数据库筛选出与乳腺癌相关的分子靶点，共18,389个。通过Venn图工具，研究人员确定了这两组靶点的交集，即95个重叠靶点。这些重叠靶点在乳腺癌的发病机制中具有重要作用，包括调控细胞增殖、凋亡、转移等关键过程。通过STRING平台构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，研究人员发现GSK3B、CCND1、PTGS2、CDK2、CDK4和MTOR是塞来昔布抗乳腺癌作用中的关键枢纽蛋白。这些靶点不仅在乳腺癌的发病机制中起重要作用，还与多个生物过程和分子功能相关，例如蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性、细胞周期依赖性蛋白激酶调节活性，以及FoxO、泌乳素、p53和PI3K-Akt等信号通路的调控。

进一步的分子对接模拟显示，塞来昔布与GSK3B、CDK4和MTOR之间表现出较高的结合亲和力，而与CDK2的结合亲和力相对较低。结合自由能（ΔG）的计算结果表明，塞来昔布与GSK3B、CDK4和MTOR的结合亲和力分别为-7.4、-8.4和-10.5 kcal/mol，均低于-7.0 kcal/mol，表明具有较高的结合亲和力。而与CDK2的结合亲和力为-6.5 kcal/mol，属于中等亲和力。这些结果表明，塞来昔布可能通过多靶点机制发挥抗癌作用，而不仅仅局限于传统的COX-2抑制。通过分子对接模拟，研究人员还分析了塞来昔布与这些靶点的结合模式，包括π-阳离子相互作用、盐桥、疏水相互作用和氢键等，进一步揭示了其与靶点的相互作用机制。

正常模式分析（NMA）的结果进一步验证了塞来昔布与靶点结合的结构稳定性和动态特性。通过iMODS在线平台进行的动态模拟显示，所有形成的复合物都表现出稳定的结合，结构扰动最小，系统依赖的刚性特征也得到了体现。其中，塞来昔布与MTOR的结合显示出最高的结构刚性，而与CDK4的结合则表现出更高的灵活性。这些动态特性对于理解药物与靶点之间的相互作用具有重要意义，因为它们可能影响药物的结合亲和力和持续时间。此外，NMA参数还提供了关于功能影响的关键见解，例如变形指数、B因子相关性、特征值、方差图、协方差图和弹性网络模型等。这些参数反映了复合物在不同条件下的功能特性，例如低变形指数可能意味着稳定的结合界面，从而延长药物在靶点上的停留时间，而较高的变形指数可能意味着靶点在生理波动下的适应性变化，这可能影响药物的选择性或脱靶效应。

在实验验证方面，研究人员通过体外实验评估了塞来昔布对MCF-7乳腺癌细胞的影响。实验结果显示，塞来昔布能够抑制细胞克隆形成、迁移和侵袭，并通过下调MTOR促进细胞凋亡。这些结果支持了塞来昔布在乳腺癌治疗中的潜在作用，特别是在调控MTOR信号通路方面。此外，实验还表明，MTOR的重新表达可能逆转塞来昔布的抗克隆形成、促凋亡、抗迁移和抗侵袭作用，进一步强调了MTOR在塞来昔布抗癌机制中的重要性。

尽管本研究在计算和实验层面都取得了重要进展，但仍存在一些局限性。首先，依赖于静态晶体结构可能无法完全反映动态细胞环境，其中翻译后修饰或蛋白质变构可能改变药物的结合模式。其次，计算预测的结合亲和力（如中等与高）需要通过实验方法进行验证，例如激酶抑制活性检测或表面等离子体共振（SPR）等技术，以量化靶点结合情况。此外，信号通路富集分析（如p53信号通路）仍然是假设性的，缺乏对塞来昔布在乳腺癌模型中对凋亡或增殖的直接功能影响的细胞验证。因此，未来的研究应优先考虑湿实验验证，包括：（1）体外激酶实验，以进一步确认塞来昔布对CDK4和MTOR的抑制能力；（2）通过CRISPR/Cas9介导的枢纽蛋白（如GSK3B）敲低，评估其表型挽救效应；（3）在患者来源异种移植（PDX）模型中进行药效动力学分析，以评估信号通路的调节情况。此外，可以扩展分子动力学模拟，以更好地模拟生理条件下的膜嵌入系统。

塞来昔布的抗炎和抗癌作用表现出一定的矛盾性，这可能与其作用机制有关。虽然两者均源于对COX-2的抑制，但其分子机制却存在差异。例如，塞来昔布通过抑制COX-2减少PGE2的合成，从而降低促炎性细胞因子（如IL-6、TNF-α）的水平，减少免疫细胞浸润，进而缓解慢性炎症，这是一种已知的促肿瘤微环境。此外，塞来昔布还可能通过部分抑制PI3K-Akt通路、激活p53以及抗血管生成等机制发挥抗癌作用。这些作用可能因细胞环境的不同而表现出不同的效果，因此在临床应用中需要谨慎考虑剂量、联合治疗和给药途径，以最大化其抗癌潜力，同时降低潜在风险。例如，长期使用可能带来心血管副作用，因此需要通过药效动力学监测来评估其安全性。血浆PGE2水平等生物标志物可能有助于患者的分层管理。

综上所述，本研究表明，塞来昔布可能通过多个靶点（如MTOR）和信号通路发挥抗癌作用。这一研究不仅深化了对塞来昔布抗癌机制的理解，还为优化针对激酶驱动型乳腺癌的联合治疗策略提供了理论支持。未来的研究应进一步探索其在乳腺癌治疗中的应用潜力，特别是在与免疫检查点抑制剂的联合治疗中，这可能有助于克服COX-2在免疫抑制中的作用。此外，通过湿实验验证其作用机制，并结合药效动力学和药代动力学研究，可以为塞来昔布在乳腺癌治疗中的临床应用提供更坚实的科学依据。