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细胞分裂的核心是染色体的精确分配，这依赖于微管形成的有丝分裂纺锤体。基于微管的抗有丝分裂药物，如长春碱类药物，通过抑制微管组装来阻止细胞分裂，已被广泛用于癌症治疗。然而，随着治疗的进行，许多癌细胞逐渐产生对长春碱类药物的耐药性，显著降低了药物的疗效。
近日，中国台湾省中央研究院Kuo-Chiang Hsia团队发表在《自然·通讯》期刊上的最新研究，揭示了肿瘤对长春碱类药物耐药的机制。
他们发现，肝癌上调蛋白（HURP）与长春碱类药物竞争位于β-微管蛋白上的作用位点，从而削弱药物对微管组装的抑制效果，减少药物引起的微管不稳定性，最终帮助癌细胞在药物存在下仍能维持有丝分裂。
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细胞学和蛋白质组学研究已鉴定出多种促进微管形成并参与纺锤体组装的蛋白，例如肝癌上调蛋白（HURP）。HURP最初在肝细胞癌中被发现，能够通过N端280个残基能够与微管结合，调节微管的灾变和恢复频率，影响微管动力学。
在多种癌症中，HURP表达升高，并与肿瘤细胞的增殖和生存密切相关。另外有研究表明，HURP的高表达与抗癌药物长春瑞滨的耐药性有关。因此，研究团队此次打算对HURP的身份一探虚实。
在这项研究中，研究团队经一系列体外实验发现，除了能够与已组装的微管进行结合，HURP还拥有另一个重要结构域（HURP[200-620])，通过此结构域可以与游离的α/β微管蛋白二聚体形成稳定复合物。
找到HURP上另一个重要的结构域
随后，研究团队揭示HURP的两种活性：一种是捕获游离微管蛋白，即当HURP与Importin-β（一种调控纺锤体组装的核转运受体）结合时，它不能与微管直接结合，但仍能从细胞中“抓住”游离的微管蛋白，这有助于控制微管蛋白的数量，防止它们过度参与微管组装；当Importin-β被释放后，HURP就发挥促进微管组装的作用，通过与微管结合帮助微管稳定和组装，促进纺锤体的形成。
为了深入理解HURP如何与微管结合，研究团队利用冷冻电子显微镜解析了HURP与β-微管蛋白的复合物结构。引人注意的是，分子构象分析结果显示，HURP与β-微管蛋白的结合位点，正是位于β-微管蛋白上的长春碱结合域。换句话说，HURP能够与抗癌药物长春碱竞争结合于β-微管蛋白。
HURP与长春碱类药物竞争结合于β-微管蛋白
研究通过一系列体外微管动力学实验，进一步验证HURP如何与长春瑞滨竞争结合β-微管蛋白，并减轻长春瑞滨对微管动力学的抑制作用。
结果显示，HURP与长春瑞滨的功能相互排斥，HURP可以阻止药物引发的微管蛋白异常聚集，从而减弱了长春瑞滨对微管组装的抑制作用。
具体而言，长春瑞滨通过作用于β-微管蛋白的长春碱结合域，抑制微管正常组装，导致微管聚合速率下降，阻碍肿瘤细胞有丝分裂。HURP的一个结合点与长春瑞滨的结合位点重叠，虽然HURP无法完全恢复长春瑞滨对微管聚合的抑制，但它能够降低微管解聚速率、减少灾变频率并增加恢复频率。HURP与长春碱类药物竞争结合于β-微管蛋白时，可以帮助肿瘤细胞在药物作用下维持正常的微管动力学，赋予肿瘤细胞对长春瑞滨的耐药性。
研究团队使用遗传学手段在肝癌细胞系Hep3B中删除HURP的关键微管结合区域，产生缺失突变体。结果表明，突变并未影响HURP蛋白的数量和稳定性，但携带此突变的肝癌细胞在有丝分裂中表现出延迟（G2/M期增加7%），且对抗癌药物长春瑞滨的敏感性显著提高，说明HURP的微管结合区域在药物耐药性中起到重要作用。
敲除HURP上与微管蛋白的结合域后，肝癌细胞对长春瑞滨敏感
目前，化疗药物的疗效常常受到癌细胞耐药性的限制，传统治疗方法的效果逐渐减弱。本研究的发现拓展了我们对HURP在细胞分裂中作用机制的理解，揭示HURP可以帮助肿瘤细胞抵抗长春碱类药物的肿瘤抑制作用，这为未来癌症治疗中的靶向治疗开发提供了新的潜在靶点。
未来，通过开发HURP抑制剂并结合长春瑞滨等化疗药物的联合治疗策略，可能显著提升癌症治疗的效果，尤其对于那些HURP高表达的癌症类型。这种策略有望克服单一药物治疗的局限性，为癌症患者提供更有效的治疗选择。
参考文献：
本文作者丨张艾迪