APL是一種特殊類型的急性髓細(xì)胞性白血病，具有特征性的PML-RARα癌蛋白。APL曾經(jīng)被認(rèn)為是為兇險(xiǎn)的白血病之一，很多患者在發(fā)病早期即死于嚴(yán)重出血而缺乏有效的治療方法。1985年，上海血研所王振義教授在國(guó)際上率先應(yīng)用全反式維甲酸（ATRA）治療APL患者取得成功，80%以上患者可以完全緩解，但短期內(nèi)容易復(fù)發(fā)。上世紀(jì)90年代，在哈爾濱醫(yī)科大學(xué)張庭棟教授等應(yīng)用傳統(tǒng)中藥三氧化二砷治療APL患者取得療效的基礎(chǔ)上，上海血研所陳竺、陳賽娟研究員等用三氧化二砷成功治療全反式維甲酸耐藥復(fù)發(fā)的APL患者，并發(fā)現(xiàn)砷劑誘導(dǎo)白血病細(xì)胞分化和凋亡的雙重藥理學(xué)機(jī)制。他們經(jīng)過(guò)進(jìn)一步臨床實(shí)踐證明全反式維甲酸和三氧化二砷聯(lián)合應(yīng)用可以使約90%的APL患者達(dá)到5年無(wú)病生存，且未見明顯長(zhǎng)期毒性作用，從而使APL成為第一種基本可以被治愈的急性髓細(xì)胞性白血病。追本溯源，揭示臨床現(xiàn)象所蘊(yùn)涵的科學(xué)本質(zhì)，闡釋藥物的分子靶點(diǎn)和機(jī)制，對(duì)于認(rèn)識(shí)惡性腫瘤的發(fā)病機(jī)制和探索治療理論的創(chuàng)新都具有重要意義。全反式維甲酸通過(guò)靶向結(jié)合到癌蛋白PML-RARα的維甲酸受體（RARα）結(jié)構(gòu)域，重新啟動(dòng)髓系細(xì)胞的分化基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，誘導(dǎo)白血病細(xì)胞分化成熟繼而凋亡。但三氧化二砷的直接分子靶點(diǎn)和分子機(jī)理并不清晰。
基于對(duì)前期研究結(jié)果的分析和對(duì)重要科學(xué)問(wèn)題的敏感性，陳竺、陳賽娟首先提出：砷劑很可能直接靶向PML-RARα癌蛋白，發(fā)揮特異性治療作用。藥物分子靶點(diǎn)的研究首先需要解決的難題是對(duì)藥物進(jìn)行標(biāo)記和示蹤。三氧化二砷是一種小分子無(wú)機(jī)化合物，難以標(biāo)記。研究人員借助兩種有機(jī)砷—一種用生物素加以標(biāo)記，另一種則在與蛋白相鄰巰基結(jié)合后可以發(fā)出紅色熒光信號(hào)，證實(shí)了砷劑在細(xì)胞內(nèi)可以直接結(jié)合癌蛋白PML-RARα，而未標(biāo)記的三氧化二砷則能競(jìng)爭(zhēng)性抑制此種結(jié)合。進(jìn)一步的追蹤則將砷的結(jié)合部位定位到癌蛋白上的PML結(jié)構(gòu)域。隨后，研究人員利用生物技術(shù)合成PML結(jié)構(gòu)域蛋白，通過(guò)多種質(zhì)譜和光譜學(xué)分析證實(shí)砷通過(guò)與半胱氨酸形成砷硫配位共價(jià)鍵結(jié)合到PML結(jié)構(gòu)域上。他們又與其他課題組合作，借助結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物物理學(xué)的方法解析了砷與PML蛋白結(jié)合的配位模式和局部結(jié)構(gòu)。PML-RARα癌蛋白的PML部分含有鋅指結(jié)構(gòu)域，生理?xiàng)l件下與鋅結(jié)合，研究者通過(guò)核磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn)砷在較高濃度下可以競(jìng)爭(zhēng)性替換鋅與蛋白的結(jié)合。接著，他們又解析了砷的結(jié)合如何決定該癌蛋白的命運(yùn)這一問(wèn)題，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)、外的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)砷劑結(jié)合PML結(jié)構(gòu)域后誘導(dǎo)蛋白質(zhì)構(gòu)象變化和多聚化，促進(jìn)其與一種介導(dǎo)翻譯后修飾的酶UBC9之間的相互作用增強(qiáng)，使癌蛋白更容易被一種類泛素樣蛋白SUMO修飾，繼而發(fā)生泛素化修飾而被蛋白酶體降解。癌蛋白的降解終導(dǎo)致白血病細(xì)胞走向分化和凋亡。
這一研究成果不僅闡釋了三氧化二砷治療APL的藥物分子靶點(diǎn)和分子機(jī)制，其更為深遠(yuǎn)的意義在于：第一，全反式維甲酸和砷劑分別靶向結(jié)合到同一癌蛋白的不同區(qū)域而發(fā)揮協(xié)同作用，誘導(dǎo)白血病細(xì)胞分化凋亡，為腫瘤治療的新策略提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。第二、砷劑是一種具有2000多年歷史記載的古老中藥，用現(xiàn)代科學(xué)手段揭示中藥的分子作用機(jī)制，將促進(jìn)我國(guó)科學(xué)家對(duì)祖國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)寶庫(kù)進(jìn)行深入探索和挖掘。第三，這一研究成果是多學(xué)科多研究領(lǐng)域的整合和交叉的結(jié)果，為臨床科學(xué)研究開拓了新的途徑。
本項(xiàng)研究成果在第12屆國(guó)際誘導(dǎo)分化大會(huì)和第51屆美國(guó)血液學(xué)年會(huì)作大會(huì)交流，受到國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)。研究論文于2010年4月9日被國(guó)際雜志《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表。同期《科學(xué)》雜志上加州大學(xué)舊金山分校ScottC.Kogan教授評(píng)述：揭示砷劑治療APL的機(jī)理是非常重要的，同時(shí)值得關(guān)注的是陳竺教授課題組的新發(fā)現(xiàn)可能也為砷劑治療其他的惡性腫瘤提供一定的理論指導(dǎo)意義。近有研究報(bào)道，砷劑降解正常的PML蛋白可以促進(jìn)小鼠的慢性粒細(xì)胞性白血病中腫瘤干細(xì)胞的清除。同時(shí)在許多人類的惡性腫瘤中存在抑癌基因P53的突變，正常的PML蛋白對(duì)于突變P53的病理功能也具有輔助作用。因此Kogan教授認(rèn)為通過(guò)選擇合適的病例和聯(lián)合砷劑治療或許能夠拓寬砷劑對(duì)于其他惡性腫瘤的治療。如果真的能夠通過(guò)對(duì)砷劑的作用機(jī)理研究，成功的應(yīng)用其治療除APL以外的其他惡性腫瘤，砷劑作為一個(gè)通過(guò)現(xiàn)代的臨床和生物學(xué)機(jī)理研究而煥發(fā)活力的古老中藥，將會(huì)對(duì)人類的健康產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。
該研究以上海血研所的科研隊(duì)伍為核心，聯(lián)合了國(guó)內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)，包括中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院生化細(xì)胞所和藥物所，中科院高能物理研究所，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)院，合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，中科院動(dòng)物所，中法生命科學(xué)與基因組研究中心，法國(guó)巴黎第七大學(xué)等多家單位的課題組精誠(chéng)合作、聯(lián)合攻關(guān)而取得了突破。全反式維甲酸聯(lián)合三氧化二砷治療急性早幼粒細(xì)胞性白血病的研究長(zhǎng)期得到國(guó)家973計(jì)劃等基金的資助。
基于對(duì)前期研究結(jié)果的分析和對(duì)重要科學(xué)問(wèn)題的敏感性，陳竺、陳賽娟首先提出：砷劑很可能直接靶向PML-RARα癌蛋白，發(fā)揮特異性治療作用。藥物分子靶點(diǎn)的研究首先需要解決的難題是對(duì)藥物進(jìn)行標(biāo)記和示蹤。三氧化二砷是一種小分子無(wú)機(jī)化合物，難以標(biāo)記。研究人員借助兩種有機(jī)砷—一種用生物素加以標(biāo)記，另一種則在與蛋白相鄰巰基結(jié)合后可以發(fā)出紅色熒光信號(hào)，證實(shí)了砷劑在細(xì)胞內(nèi)可以直接結(jié)合癌蛋白PML-RARα，而未標(biāo)記的三氧化二砷則能競(jìng)爭(zhēng)性抑制此種結(jié)合。進(jìn)一步的追蹤則將砷的結(jié)合部位定位到癌蛋白上的PML結(jié)構(gòu)域。隨后，研究人員利用生物技術(shù)合成PML結(jié)構(gòu)域蛋白，通過(guò)多種質(zhì)譜和光譜學(xué)分析證實(shí)砷通過(guò)與半胱氨酸形成砷硫配位共價(jià)鍵結(jié)合到PML結(jié)構(gòu)域上。他們又與其他課題組合作，借助結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物物理學(xué)的方法解析了砷與PML蛋白結(jié)合的配位模式和局部結(jié)構(gòu)。PML-RARα癌蛋白的PML部分含有鋅指結(jié)構(gòu)域，生理?xiàng)l件下與鋅結(jié)合，研究者通過(guò)核磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn)砷在較高濃度下可以競(jìng)爭(zhēng)性替換鋅與蛋白的結(jié)合。接著，他們又解析了砷的結(jié)合如何決定該癌蛋白的命運(yùn)這一問(wèn)題，通過(guò)細(xì)胞內(nèi)、外的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)砷劑結(jié)合PML結(jié)構(gòu)域后誘導(dǎo)蛋白質(zhì)構(gòu)象變化和多聚化，促進(jìn)其與一種介導(dǎo)翻譯后修飾的酶UBC9之間的相互作用增強(qiáng)，使癌蛋白更容易被一種類泛素樣蛋白SUMO修飾，繼而發(fā)生泛素化修飾而被蛋白酶體降解。癌蛋白的降解終導(dǎo)致白血病細(xì)胞走向分化和凋亡。
這一研究成果不僅闡釋了三氧化二砷治療APL的藥物分子靶點(diǎn)和分子機(jī)制，其更為深遠(yuǎn)的意義在于：第一，全反式維甲酸和砷劑分別靶向結(jié)合到同一癌蛋白的不同區(qū)域而發(fā)揮協(xié)同作用，誘導(dǎo)白血病細(xì)胞分化凋亡，為腫瘤治療的新策略提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。第二、砷劑是一種具有2000多年歷史記載的古老中藥，用現(xiàn)代科學(xué)手段揭示中藥的分子作用機(jī)制，將促進(jìn)我國(guó)科學(xué)家對(duì)祖國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)寶庫(kù)進(jìn)行深入探索和挖掘。第三，這一研究成果是多學(xué)科多研究領(lǐng)域的整合和交叉的結(jié)果，為臨床科學(xué)研究開拓了新的途徑。
本項(xiàng)研究成果在第12屆國(guó)際誘導(dǎo)分化大會(huì)和第51屆美國(guó)血液學(xué)年會(huì)作大會(huì)交流，受到國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)。研究論文于2010年4月9日被國(guó)際雜志《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表。同期《科學(xué)》雜志上加州大學(xué)舊金山分校ScottC.Kogan教授評(píng)述：揭示砷劑治療APL的機(jī)理是非常重要的，同時(shí)值得關(guān)注的是陳竺教授課題組的新發(fā)現(xiàn)可能也為砷劑治療其他的惡性腫瘤提供一定的理論指導(dǎo)意義。近有研究報(bào)道，砷劑降解正常的PML蛋白可以促進(jìn)小鼠的慢性粒細(xì)胞性白血病中腫瘤干細(xì)胞的清除。同時(shí)在許多人類的惡性腫瘤中存在抑癌基因P53的突變，正常的PML蛋白對(duì)于突變P53的病理功能也具有輔助作用。因此Kogan教授認(rèn)為通過(guò)選擇合適的病例和聯(lián)合砷劑治療或許能夠拓寬砷劑對(duì)于其他惡性腫瘤的治療。如果真的能夠通過(guò)對(duì)砷劑的作用機(jī)理研究，成功的應(yīng)用其治療除APL以外的其他惡性腫瘤，砷劑作為一個(gè)通過(guò)現(xiàn)代的臨床和生物學(xué)機(jī)理研究而煥發(fā)活力的古老中藥，將會(huì)對(duì)人類的健康產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響。
該研究以上海血研所的科研隊(duì)伍為核心，聯(lián)合了國(guó)內(nèi)外多家科研機(jī)構(gòu)，包括中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院生化細(xì)胞所和藥物所，中科院高能物理研究所，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)院，合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，中科院動(dòng)物所，中法生命科學(xué)與基因組研究中心，法國(guó)巴黎第七大學(xué)等多家單位的課題組精誠(chéng)合作、聯(lián)合攻關(guān)而取得了突破。全反式維甲酸聯(lián)合三氧化二砷治療急性早幼粒細(xì)胞性白血病的研究長(zhǎng)期得到國(guó)家973計(jì)劃等基金的資助。