重新利用美国食品药品监督管理局（USFDA）批准的小分子，利用它们对微管蛋白中秋水仙碱结合位点（CBS）的亲和力：通过生物学评估验证计算机模拟（in-silico）的结果

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Repurposing the USFDA-approved small molecules for their affinity against the colchicine binding site (CBS) in the tubulin: Corroborating the in-silico findings through biological assessment

本研究基于结构虚拟筛选，从2787种FDA批准药物中筛选出靶向微管蛋白Colchicine结合位点的Tafenoquine，体外实验显示其能有效抑制耐药三阴性乳腺癌细胞增殖及微管聚合。

　　微管蛋白是细胞内一种关键的结构蛋白，它由α-和β-微管蛋白异二聚体组成，具有独特的动态特性，被称为“精妙的动态行为”。这种特性使微管蛋白能够快速组装和解聚，从而在细胞分裂、形态维持和物质运输等生理过程中发挥重要作用。然而，在癌症细胞中，这种动态性往往被破坏，导致细胞分裂异常和结构紊乱。因此，微管蛋白成为癌症化疗中的核心药物靶点之一。通过靶向微管蛋白的特定区域，可以有效抑制细胞分裂，诱导细胞周期停滞，甚至引发细胞凋亡，从而达到抗癌的目的。

目前，针对微管蛋白的药物主要分为几类，包括紫杉烷类、长春碱类、秋水仙碱类等。这些药物通过不同的机制影响微管蛋白的动态行为。例如，紫杉烷类药物通过增强微管蛋白的横向和纵向相互作用，促进其聚合，从而稳定微管结构。而秋水仙碱类药物则通过干扰微管蛋白的聚合过程，抑制其组装，导致细胞周期阻滞。这些药物的发现和应用极大地推动了癌症治疗的发展，但它们在临床使用中也面临着诸多挑战，如药物耐受性、毒副作用以及生物利用度等问题。

近年来，药物再利用（drug repurposing）作为一种高效且经济的药物开发策略，受到了越来越多的关注。药物再利用是指将已有的药物重新应用于新的适应症，以期发现其潜在的治疗价值。这种方法不仅可以缩短新药研发的时间，还能利用已知药物的安全性和药代动力学特性，降低研发成本。在癌症治疗领域，药物再利用尤其具有吸引力，因为许多已批准的药物在体内表现出良好的安全性，且其作用机制已被广泛研究。

在本研究中，科学家们采用了一种药物再利用的策略，从2787种美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物中筛选出可能靶向微管蛋白秋水仙碱结合位点（colchicine binding site, CBS）的候选药物。CBS是微管蛋白上一个独特的、灵活的结合位点，已被用于多种疾病的治疗，包括癌症和非癌症疾病。研究发现，靶向CBS的药物不仅可以抑制微管蛋白的动态行为，还能逆转药物耐受性，并表现出协同的抗炎和抗血管生成特性，从而增强其抗癌效果。

通过计算机模拟和虚拟筛选技术，研究团队成功识别出一种名为“Tafenoquine”的抗疟疾药物，作为潜在的微管蛋白靶向剂。Tafenoquine是一种FDA批准的药物，通常用于治疗疟疾。然而，其对微管蛋白的潜在作用并未被广泛研究。通过结构基虚拟筛选（Structure-Based Virtual Screening, SBVS）方法，研究人员发现Tafenoquine可能通过与CBS结合，影响微管蛋白的聚合过程，从而抑制细胞分裂。这一发现为Tafenoquine在癌症治疗中的应用提供了新的思路。

为了验证这一假设，研究团队进一步进行了体外实验，评估了Tafenoquine对乳腺癌（MCF-7和MDA-MB-231）、肺癌（A549）和结肠癌（HCT-116）细胞的抗增殖效果。结果显示，Tafenoquine在多种癌细胞系中均表现出良好的抑制作用，尤其在MDA-MB-231细胞中表现出最高的抑制活性（IC??为4.75 ± 0.18 μM）。MDA-MB-231细胞是三阴性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer, TNBC）的一个典型模型，这类乳腺癌因其缺乏雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）和HER2受体而被认为更具侵袭性和治疗难度。因此，Tafenoquine在这一模型中的显著抑制效果，提示其可能在治疗耐药性乳腺癌方面具有重要价值。

此外，研究人员还通过微管蛋白聚合实验和细胞周期分析，进一步确认了Tafenoquine的作用机制。实验表明，Tafenoquine能够抑制微管蛋白的聚合，其作用方式与秋水仙碱相似，表现为较低的Vmax值（即最大反应速率）。这种抑制作用导致细胞周期阻滞在G2/M期，从而阻止细胞进入分裂阶段。这一结果不仅支持了Tafenoquine与CBS结合的假设，也表明其可能通过类似秋水仙碱的机制发挥作用。

值得注意的是，许多现有的微管蛋白靶向药物，如紫杉烷类和长春碱类药物，容易受到药物耐受性的困扰。这种耐受性通常由细胞膜上的外排转运蛋白（如P-糖蛋白，P-gp）介导，这些蛋白能够将药物泵出细胞，降低其在细胞内的浓度。因此，这些药物需要较高的剂量才能达到治疗效果，但高剂量往往伴随着严重的毒副作用和较差的生物利用度。相比之下，靶向CBS的药物似乎更不容易受到P-gp外排的影响，这可能与其结合位点的特性有关。CBS位于α-和β-微管蛋白的连接区域，是一个较为隐蔽的结合位点，可能不易被外排转运蛋白识别和处理。

基于这一特性，研究团队认为，靶向CBS的药物在治疗耐药性癌症方面可能具有更大的优势。这不仅是因为它们能够更有效地抑制微管蛋白的动态行为，还因为它们可能减少药物耐受性的发展。因此，通过药物再利用策略，寻找能够靶向CBS的已批准药物，成为开发新型抗癌药物的一个重要方向。

在本研究中，除了Tafenoquine外，研究人员还发现其他一些FDA批准的药物可能具有类似的靶向潜力。这些药物包括一些抗疟疾药物、抗炎药物和抗病毒药物。通过进一步的结构优化和药物设计，这些候选药物可能被开发为更有效的抗癌药物。此外，研究团队还参考了Christopher及其研究小组的研究，发现Tafenoquine和另一种抗疟疾药物Amodiaquine在多种人类癌细胞系中均表现出良好的抑制效果。这为Tafenoquine的抗癌潜力提供了更多的支持。

为了进一步验证Tafenoquine的作用机制，研究人员还进行了分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟。MD模拟是一种计算方法，用于研究分子在不同条件下的动态行为。通过这一方法，研究团队能够更详细地观察Tafenoquine与微管蛋白的结合过程，以及其在细胞内的行为模式。模拟结果显示，Tafenoquine能够稳定地结合到CBS区域，并且其结合模式与秋水仙碱类似，这进一步支持了其作为微管蛋白靶向剂的潜力。

此外，研究人员还进行了体外实验，以评估Tafenoquine的细胞毒性。实验表明，Tafenoquine在多种癌细胞系中均表现出显著的细胞毒性，且其毒性水平与秋水仙碱相当。这一结果表明，Tafenoquine不仅能够有效抑制微管蛋白的动态行为，还能在较低的浓度下诱导细胞凋亡，从而减少对正常细胞的损害。这对于开发更安全、更有效的抗癌药物具有重要意义。

在实际应用中，药物再利用策略不仅可以加速新药的开发，还能降低研发成本。因为这些药物已经通过了严格的临床试验，并且其安全性和有效性得到了验证，因此它们在进入临床试验阶段时，通常不需要重复进行大量的前期研究。这使得药物再利用成为一种极具前景的药物开发方式，尤其是在治疗耐药性癌症方面。

综上所述，本研究通过药物再利用策略，成功识别出Tafenoquine作为一种潜在的微管蛋白靶向剂，具有抑制微管蛋白动态行为、诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡的潜力。这一发现为治疗耐药性癌症提供了新的思路和可能的候选药物。同时，研究团队还强调了药物再利用在抗癌药物开发中的重要性，认为这种方法能够有效克服现有药物的局限性，为患者提供更安全、更有效的治疗方案。未来，随着更多研究的深入，Tafenoquine及其他靶向CBS的药物可能在临床中发挥更大的作用，为癌症治疗带来新的希望。