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肺癌死亡率高，治疗棘手。研究人员聚焦 HMGB1 与 RAGE 的关系，解析其复合物结构，发现 HMGB1 肽可抑制肿瘤生长、转移等。该研究为肺癌治疗提供新方向，有望推动新型抗癌疗法的开发。
肺癌，这个隐匿在健康背后的 “杀手”，长期以来让医学界束手无策。在全球范围内，肺癌不仅是常见的恶性肿瘤，更是癌症相关死亡的主要原因。非小细胞肺癌（NSCLC）作为肺癌的主要类型，包含多种亚型，但患者的 5 年生存率极低，多数患者确诊时已出现转移，常规治疗手段难以施展。
线粒体，细胞的 “能量工厂”，其动态变化与多种疾病紧密相连。在肿瘤发生发展过程中，线粒体功能异常和线粒体自噬（mitophagy）起到关键作用。Drp1 作为线粒体分裂的关键调节因子，其高表达或过度激活与多种癌症的发生发展相关，尤其是在肺癌中，Drp1 丝氨酸 616 位点的磷酸化会促进肿瘤生长和化疗耐药。
高迁移率族蛋白 B1（HMGB1）在正常情况下参与细胞内多种生理过程，但在病理状态下，它会作为损伤相关分子模式（DAMPs）释放到细胞外，与受体晚期糖基化终末产物（RAGE）等结合，激活一系列信号通路，促进癌细胞的增殖、迁移和侵袭。RAGE 在多种疾病中表达异常升高，特别是在肺癌中，它与 HMGB1 结合后激活细胞外信号调节激酶 1/2（ERK1/2）信号通路，导致 Drp1-S616 磷酸化，进而引发线粒体分裂和自噬，促进肿瘤细胞的存活和发展。然而，尽管 RAGE 与 HMGB1 的相互作用对肿瘤发展至关重要，但二者复合物的结构却一直未被明确，这极大地限制了针对该靶点的药物研发。
为了攻克这一难题，来自国外的研究人员展开了深入研究。他们致力于解析 RAGE-HMGB1 复合物的结构，并探究靶向该复合物对肺癌的治疗作用。研究成果发表在《Biomedicine》上，为肺癌治疗带来了新的希望。
研究人员运用了多种关键技术方法。在蛋白研究方面，利用冷冻电镜（Cryo-EM）技术解析 RAGE-HMGB1 复合物的结构，这一技术能够在接近生理状态下观察蛋白质的三维结构，为深入了解蛋白间相互作用提供了有力工具。在细胞实验中，通过多种细胞系（如人肺癌细胞系 A549、NCI-H23 等，结直肠癌细胞系 HCT-116，胰腺癌细胞系 AsPC-1 等）进行细胞活力测定、迁移实验等，全面评估相关分子对癌细胞的影响。在动物实验中，构建肿瘤异种移植模型，使用 NOD SCID 小鼠接种 NCI-H596 细胞，观察药物对肿瘤生长的抑制效果。
研究结果
- RAGE 与 HMGB1 的特征及相互作用：HMGB1 由三个不同部分组成，RAGE 属于免疫球蛋白超家族。通过圆二色谱分析，发现 RAGE 主要为 α- 螺旋结构，HMGB1 为 β- 折叠结构。荧光光谱分析显示，RAGE 与 HMGB1 结合形成复合物时，荧光强度发生变化，证实了二者的相互作用。
- RAGE-HMGB1 复合物的三维结构：运用 Cryo-EM 技术，研究人员成功解析了 RAGE-HMGB1 复合物的三维结构，分辨率达到 5.19 ?。确定了 HMGB1 的 E145、K146、E153 和 E156 残基与 RAGE 的 P66、G70、P71、S74 和 R77 残基相互作用。通过体外 pull-down 实验验证了这种直接且特异性的相互作用，发现 RAGE 的 VC1 结构域与 HMGB1 的 Box B 结构域相互作用。
- HMGB1 肽的作用机制及效果：基于复合物结构，合成了 HMGB1 肽（151 LKEKYEK 157）。等温滴定量热法（ITC）分析表明，该肽与 RAGE 的结合亲和力高于 HMGB1 蛋白。多种癌细胞系实验显示，HMGB1 肽能剂量依赖性地抑制肺癌细胞（A549、NCI-H23 等）、结直肠癌细胞（HCT-116）和胰腺癌细胞（AsPC-1）的增殖和迁移，且对正常肺细胞（MRC-5）无影响。免疫印迹结果显示，HMGB1 肽显著下调 pERK、pNF-κB 和 pDrp1 的蛋白水平，表明其能有效抑制 ERK 介导的肿瘤生长和迁移。
- 外源性 HMGB1 对细胞的影响：外源性 HMGB1 可促进线粒体 ATP 生成和细胞增殖，增加癌细胞系中 RAGE 的表达。用线粒体复合物 I 抑制剂鱼藤酮（Rote）处理细胞后发现，外源性 HMGB1 能减弱 Rote 对 ATP 生成和细胞增殖的抑制作用，表明 HMGB1 在调节线粒体功能和肿瘤细胞生长方面具有重要作用。
- HMGB1 肽对肺癌细胞的抑制作用：HMGB1 肽能显著降低癌细胞的 ATP 生成和增殖，抑制 RAGE 在癌细胞线粒体中的积累。在自噬方面，HMGB1 肽降低了 LC3 和 beclin1 的表达，增加了 p62 的表达，抑制了肺癌细胞的线粒体分裂和自噬。
- HMGB1 肽在体内的抗肿瘤效果：在肿瘤异种移植小鼠模型中，注射 HMGB1 肽后，与对照组相比，肿瘤体积和重量明显减小，表明 HMGB1 肽在体内具有显著的抗肿瘤效果。
研究结论与讨论
本研究首次揭示了 RAGE-HMGB1 复合物的三维结构，明确了二者相互作用的关键位点，为理解其生物学活性提供了分子基础。合成的 HMGB1 肽能够特异性地结合 RAGE，有效阻断 HMGB1 与 RAGE 的相互作用，抑制肿瘤细胞的生长、迁移和自噬，在体内外实验中均展现出良好的抗肿瘤效果。这一研究成果为肺癌治疗提供了新的潜在靶点和治疗策略，为开发新型肺癌抑制剂和联合治疗方案奠定了基础。尽管目前研究仍处于临床前阶段，但为未来的转化研究指明了方向，有望克服现有治疗手段的局限性，提高肺癌患者的生存率和生活质量。
