【7.8.8.5】DNPH1

DNPH1(2'-deoxynucleoside 5'-phosphate N-hydrolase 1,2-脱氧核糖 核苷5-单磷酸N-糖苷酶 )

近年来,癌症的靶向治疗逐渐兴起,它是以肿瘤细胞的标志性分子为靶点,特异性杀 死肿瘤细胞的一种治疗方法。然而,对特定靶点的选择以及耐药问题仍旧是个难题。因此,当下克服现有靶向药物的耐药问题成为了很多人的研究重点,其中,靶向核苷酸代谢过程 中的重要蛋白和酶的药物研究成为研究热点。

DNPH1 是一种原始的核苷酸水解酶,又称 RCL(RNA terminal phosphate cyclase)。 其蛋白名为 2-脱氧核糖核苷 5-单磷酸 N-糖苷酶,由 Lewis 等人最先鉴定。RCL 最初是 c- MYC 的靶标,它参与正常哺乳动物细胞的细胞周期调节、细胞转化和凋亡,同时发现 DNPH1 在包括乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、人类多形性胶质母细胞瘤和慢性淋巴细胞白 血病在内的人类癌症类型中过表达。DNPH1 是一种消除细胞毒性核苷酸羟甲基脱氧尿苷 (HmdU)单磷酸的蛋白质。催化 dNMPs 的水解形成游离的核苷酸碱基部分和 2-脱氧核 糖-5-磷酸。在核苷酸代谢中发挥类似“清道夫”作用,可从用于构建 DNA 的核苷酸池中去 除有缺陷的核苷酸,防止异常核苷酸编入 DNA。这一功能让它成为有望克服靶向药耐药 的新的癌症治疗靶点。

深入了解 DNPH1 的分子机制并了解它与抗癌治疗的相关性,对于选择合适的靶点进 行治疗干预至关重要。

1. DNPH1 的结构(图 67)

DNPH1 最初在大鼠成纤维细胞与肝组织和人类淋巴母细胞与淋巴瘤细胞中被表征。 大鼠中 DNPH1 是一种核蛋白,其分子质量约为 23kD。在浓度大于 30μmol/L 时,重组大 鼠脱酶 His-DNPH1 主要是二聚体。而在 3μmol/L 时主要是单体,在 10μmol/L 时,His- DNPH1 处于两种状态之间的平衡,但只有 DNPH1 的二聚体形式具有催化活性。其二聚 体结构如图 1 所示。 其后,Amiable C 等人对人类 DNPH1 的类似催化活性进行了表征。 此外,有研究发现,DNPH1 的基因组和蛋白质一级结构是高度保守的,任何修饰都会将 基因产物转化为另一种具有新结构和功能特征的蛋白质。NDT(核苷 2-脱氧核糖转移酶) 是一种独特的蛋白质,被认为是在较晚的阶段从 DNPH1 中分离出来的,并获得了新的催 化特性。

2. DNPH1 的功能及作用机制

DNPH1 是一种具有致瘤潜力的 c-MYC 的靶点。DNPH1 是一个脱氧核糖核苷 5-单磷 酸 N-糖苷酶,负责催化 dNMPs 降解成相应的核苷酸碱基和 2-脱氧核糖-5-磷酸。其催化 产物参与血管生成和细胞增殖。同时 DNPH1 是一种偏好嘌呤的酶,对 dGMP、DAMP 和 DIMP 的 Km 值为 48~450μm,而对 dCMP 和 DUMP 的 Km 值分别为 4000 和 15 600μm。 此外,DNPH1 还是一种消除细胞毒性核苷酸羟甲基脱氧尿苷(HmdU)单磷酸的蛋白质。

DNPH1 已经被证明具有促肿瘤特性,并可以部分解释 c-MYC 转化细胞中的这种活 性。c-MYC 的失控表达在人类癌症的发生发展中起着重要作用,染色体易位、扩增或信号 转导改变对 c-MYC 表达的调节失调在人类癌症中很常见。c-MYC 蛋白是一种螺旋-环-螺 旋亮氨酸拉链癌基因转录因子,参与细胞增殖、分化和凋亡的调节。这表明 DNPH1 是潜 在的治疗靶点。

3. DNPH1 的抑制剂

Aas-Valleriani N 等首次揭示了 GTP 和 ATP 是 DNPH1 天然的抑制剂。另外 DNPH1 的晶体结构表明,AMP 的各种类似物可能抑制该酶。Amiable C 等人表征了 N6 取代的 AMP 与 DNPH1 相互作用的结构和热力学方面,表明在抑制细胞生长的浓度下,N6-取代 的 AMP 衍生物在小摩尔范围内抑制 DNPH1。随后通过 SuzukieMiyaura 交叉偶联反应合 成了一系列新型的 6-芳基和 6-杂芳基嘌呤核苷 50-单磷酸作为潜在的 DNPH1 抑制剂。 DNPH1 抑制剂的发现给抗癌治疗提供了新方向。

4. DNPH1 在抗癌治疗中的作用

BRCA1 或 BRCA2 肿瘤抑制基因突变使个体更易患乳腺癌和卵巢癌。在临床中,这些 癌症通常使用聚二磷酸腺苷核糖聚合酶 PARP 的抑制剂进行治疗。PARP 抑制剂能够抑制 肿瘤细胞 DNA 单链损伤修复,从而导致 DNA 双链损伤的累积,引发 DNA 双链断裂,在 DNA 同源重组修复缺陷的肿瘤细胞中,双链断裂不能进行高保真的修复,从而产生“合成 致死”的作用。尤其对携带 BRCA 基因突变的 DNA 修复缺陷的肿瘤细胞,PARP 抑制剂敏 感度更高,可通过合成致死作用而产生单药抗肿瘤活性。尽管这种初始治疗效果很好,但 肿瘤的发展会导致 PARPi 耐药,导致肿瘤侵袭性生长。

Fugger K 等为了寻求确定增强 PARPi 治疗的方法,并克服 HR 缺陷癌细胞的耐药。 他们首先利用 CRISPR 技术对 PAPRi 敏感性的调节元件进行了筛选,发现筛选结果中排 名最高的是 DNPH1,同时发现 DNPH1 和 ITPA 的靶核苷酸是 PARPi 细胞毒性潜在的内 源性 DNA 损伤的来源。为了确定 DNPH1 的靶标, Fugger K 等人又对 WT,DNPH1-/-和 ITPA-/-细胞中基因组 DNA 的核苷组成进行了代谢组学分析。结果显示,在 ITPA-/-细胞 中发现了数量更多的基因组脱氧肌苷(dI),然而在 DNPH1-/-细胞中,基因组 DNA 中 5- 羟甲基-脱氧尿苷(hmdU)发生特异性增加。这些结果表明,DNPH1 作用于 hmdUMP, 以限制其掺入 DNA。最后,研究发现 hmdU 的基因组修饰能够使 HR 缺陷型细胞对 PAPRi 更为敏感,从而证明了靶向 DNPH1 是提高 PAPRi 耐受性癌细胞的敏感性的新方法[22]。 这将给很多 BRCA1 或 BRCA2 突变的肿瘤患者提供新的有效的治疗方法。

ETV1(Er81)是一种可以被 HER2/Neu 激活的转录因子, Shin S 等人证明了 ETV1 的下调在体外抑制了 HER2/Neu 阳性的 MDA-MB-231 乳腺癌细胞的增殖和体内的肿瘤形 成,表明 ETV1 在乳腺癌细胞生理中起到关键作用。同时他们发现 ETV1 和 HER2/Neu 协 同激活 DNPH1 启动子,而显性负 ETV1 分子抑制 DNPH1 启动子,这表明 DNPH1 是 ETV1 的靶基因。此外,DNPH1 上调表达与乳腺癌分级增加显著相关。鉴于它在核苷酸代谢中 的表达模式和酶功能,DNPH1 可能成为乳腺癌治疗的新靶点[6]。

Danilin 等人通过对前列腺癌细胞系检测 DNPH1 的表达发现 DNPH1 在前列腺癌表达 上调。外泌体是多泡核内体与质膜融合后释放出的 50~150nm 大小的细胞外囊泡。外泌 体在细胞与细胞通信中发挥重要作用,参与多种癌症过程,包括侵袭和转移。Wang YT 等 人对前列腺癌患者的尿液中外泌体进行蛋白质组学分析,发现 DNPH1 是潜在的前列腺癌 特异性生物标志物。这对早期诊断和治疗前列腺癌提供了潜在的临床意义。

非典型慢性髓细胞性白血病(aCML)是一种罕见的 BCR-ABL1 阴性克隆性疾病,属 于骨髓增生异常综合征/骨髓增殖性肿瘤(MDS/MPN)。Diletta Fontana 等人通过对 aCML 患者的基因表达分析和临床预后分析,发现 DNPH1 过表达对其预后不良的预测效果显著。 这对 aCML 的预后分析及临床治疗提供了新的线索。

5. 总结与展望

DNPH1 作为一种参与核苷酸代谢的蛋白酶,能够催化 dNMPs 降解成相应的核苷酸 碱基和 2-脱氧核糖-5-磷酸。靶向核苷酸代谢不仅可以抑制肿瘤的发生和发展,而且还会 产生严重的副作用。随着对核苷酸代谢的深入研究,人们发现核苷酸抗代谢药物在加强免 疫治疗方面具有潜在的有效性。目前研究显示,DNPH1 在许多恶性肿瘤(前列腺癌、慢 性淋巴细胞白血病、乳腺癌、结肠癌与人类多形性胶质母细胞瘤)中过表达,其表达率与 肿瘤的侵袭程度以及预后相关。目前,针对这一靶点的研究大部分处于临床前阶段,尚无 相关药品进入临床试验,但很多研究提示该靶点具有极高的克服靶向药物耐药的潜力,相 关领域的研究也正在开展。

未来可以继续探索 DNPH1 在不同肿瘤中发生发展中的作用机制及预后影响,并在 DNPH1 的通路机制中不断探索新的靶点。

参考资料

  • 《2022年度中国抗肿瘤新药临床研究评述》
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