人工智能驱动发现蟾毒灵作为雌激素受体α分子胶降解剂的机制研究及其在逆转他莫昔芬耐药中的突破性应用

本研究针对天然产物蟾毒灵(Bufalin)抗肿瘤机制不明的科学难题，创新性地整合人工智能预测、分子对接和分子动力学模拟技术，首次揭示蟾毒灵通过选择性结合ERα的Arg394位点，作为分子胶增强ERα与E3连接酶STUB1的相互作用，促进ERα泛素化降解。该发现不仅阐明了蟾毒灵克服他莫昔芬耐药的全新机制，更为内分泌耐药乳腺癌治疗提供了新型靶向策略，相关成果发表于《Nature Communications》。

　　

在乳腺癌治疗领域，雌激素受体α(ERα)阳性患者约占70%-80%，他莫昔芬等内分泌疗法虽显著改善预后，但约30%患者会出现耐药复发。耐药后肿瘤往往呈现ERα持续表达的临床特征，而现有选择性雌激素受体降解剂(SERD)如氟维司群(Fulvestrant)的疗效仍有局限。与此同时，传统中药蟾酥活性成分蟾毒灵(Bufalin)虽在多种癌症中显示广谱抗肿瘤活性，其精确分子靶点却长期未明。这种机制不清的状况严重制约了该化合物的临床转化应用。

为解决这些关键科学问题，Shilong Jiang等研究团队在《Nature Communications》发表了突破性研究成果。研究创新性地采用多学科交叉策略，首先通过融合多生物特征(FMBS)的人工智能预测系统，结合KEGG通路富集分析和多任务定量构效关系(QSAR)模型，从53个候选靶点中锁定CYP17A1、ESR1(编码ERα)、mTOR、AR和PRKCD等5个潜在靶标。随后通过表面等离子体共振(SPR)、生物素下拉和热位移实验(CETSA)等系列验证，确认蟾毒灵与ERα存在特异性结合，其解离常数(KD)达5.42×10^-6 M。

关键技术方法包括：人工智能驱动的多靶点预测系统；分子对接与200纳秒分子动力学(MD)模拟；临床他莫昔芬耐药患者样本构建的PDO模型；基于LCC2细胞的耐药动物模型；SPR结合亲和力检测、免疫共沉淀(Co-IP)和 ubiquitination实验等分子互作验证技术。

研究结果部分的重要发现包括：

1. 1.

   蟾毒灵直接结合ERα：通过丙氨酸扫描突变证实Arg394是蟾毒灵结合ERα的关键位点，该位点突变使结合能力完全丧失。分子动力学显示蟾毒灵诱导ERα构象变化，使其与STUB1结合表面积增加约300?²。

1. 1.

   分子胶机制解析：蟾毒灵作为"分子胶"使ERα-STUB1结合自由能从-4.9降至-58.2 kcal/mol，显著增强二者相互作用。STUB1敲除实验证实其介导的ERα降解依赖泛素-蛋白酶体途径。

2. 2.

   克服耐药效果：在8例临床耐药标本中均检测到ERα持续表达。蟾毒灵在LCC2耐药细胞中使ERα半衰期从6.2小时缩短至2.3小时，其抑制效果优于氟维司群(IC₅₀：48nM vs 72nM)。

1. 1.

   临床前验证：在PDO模型和动物实验中，蟾毒灵(0.5mg/kg)使耐药肿瘤体积缩小67%，且未表现肝肾功能毒性。免疫组化显示治疗组Ki67表达降低81%。

这项研究具有三重重要意义：首先，首次阐明蟾毒灵作为ERα分子胶降解剂的全新作用机制，为天然产物靶点鉴定提供了AI驱动的范式；其次，发现Arg394这一关键结合位点，为设计高选择性ERα降解剂提供结构基础；最重要的是，临床前研究证实蟾毒灵可有效逆转他莫昔芬耐药，为解决乳腺癌内分泌治疗这一世界性难题提供了新策略。研究者特别指出，相比传统SERD，分子胶策略可能避免某些获得性耐药突变，这为开发下一代内分泌治疗药物开辟了新方向。