■記者 田瑞穎

抗衰老、抗腫瘤、對神經退行性疾病有改善作用……除了作為強效免疫抑制劑用于腎移植抗排異，近年來，雷帕霉素被視為“一個藥物，多種療效”的“神藥”。

然而，目前雷帕霉素已知的明確靶標只有mTOR，探索更多未知靶標，是讓“神藥”發揮更“神奇”的治療作用的關鍵。

10月26日發表于《細胞化學生物學》的一項研究中，中科院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心研究員張耀陽團隊與合作者發現，除了mTOR，雷帕霉素還可以通過直接靶向“不可成藥”的STAT3，并影響另一個“不可成藥”的c-Myc，以抑制腫瘤細胞生長。

張耀陽在接受《中國科學報》采訪時表示，雷帕霉素在抗腫瘤藥物中具有潛在優勢的原因，可能在于它可以同時靶向多個癌基因，起到“一箭三雕”的作用，“服用一種藥物就可能產生多藥聯用的效果”。

“神藥”為何“神”

1975年，科學家從智利復活節島上的土壤中分離出了雷帕霉素。這是一種大環內酯類化合物，起初被視作抗真菌藥物，隨后被發現具有強效免疫抑制作用。目前，臨床上雷帕霉素主要作為免疫抑制劑，用于對抗器官移植后的排斥反應。

近年來，研究人員逐漸發現雷帕霉素還具有其他治療功效，例如抗衰老、抗腫瘤、改善神經退行性疾病等。但目前，人們對雷帕霉素在體內發揮作用已知且比較明確的蛋白質靶標只有mTOR。

“既然雷帕霉素有這么多功效，僅靠已知的靶標mTOR是無法解釋其所有藥理學機制的，一定還存在其它未知重要靶標。”張耀陽認為，發現雷帕霉素的未知靶標，對新靶點發現和相關藥物研發具有重要意義。

2016年，基于在質譜蛋白質組學和化學生物學研究方面多年的積累和興趣，張耀陽團隊開啟了這場探索“神藥”背后未知靶標的研究。

要找到目標靶標，必須先搜羅所有可能的候選靶標。為此，研究人員設計了一種具有光交聯活性的雷帕霉素探針alk-rapa，并利用化學蛋白質組學方法鑒定到213個高可信度的雷帕霉素候選靶標蛋白。

“這些蛋白質在多種細胞生物學過程中發揮著重要作用。”該研究論文第一作者、中科院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心博士生孫樂說。

她告訴《中國科學報》，這項研究中比較核心的部分，就是設計功能性分子探針，該探針同時具備光反應活性和“點擊化學”反應活性。

大部分的藥物分子和蛋白質靶標是以非共價的形式結合，具有不穩定性，在針對復雜樣品的靶標發現研究中很難被捕獲。而利用這種具有光交聯活性的探針，在紫外光照射下，就可以通過共價鍵把雷帕霉素牢牢地錨定在它作用的蛋白質靶標上面。然后，利用蛋白質譜技術，研究人員就可以發現潛在的靶標蛋白。

發現兩個新靶標

要從213個雷帕霉素候選靶標蛋白中找到目標靶標，可謂大海撈針。“這需要一定經驗，也需要一絲運氣。”孫樂說。

研究開展不久，具有“不可成藥”性的STAT3就引起了團隊的關注。“‘不可成藥’，主要在于其沒有合適的小分子結合口袋，藥物研發難度極大，暫時沒有成功先例被批準用于臨床。”張耀陽解釋道。

STAT3是一個在腫瘤中高表達的轉錄因子，調控著很多癌基因的轉錄表達。理論上，通過藥物篩選和設計，如果有藥物可以直接靶向STAT3并抑制其活性，其有望成為腫瘤治療的有效途徑。

遺憾的是，STAT3蛋白結構表面比較平滑，缺乏結合小分子的疏水性或特異性口袋，因而藥物研發難度很大。

帶著對STAT3的假設，研究人員通過一系列細胞和分子層面的功能研究，并結合DARTS、MS、SPR、CETSA、分子計算模擬等多種生物化學、分析化學、計算生物學的方法，最終驗證發現雷帕霉素可以直接靶向STAT3，調控其轉錄活性。

接下來的研究，他們發現了一個“意外”驚喜——另一種“不可成藥”轉錄因子c-Myc，也可以被雷帕霉素所抑制。

孫樂介紹，在多維組學數據中，他們發現雷帕霉素處理細胞不足以引起整個蛋白質組學發生明顯變化，但卻對蛋白質的動態合成產生了巨大影響。

轉錄因子是一類可以調控下游很多基因表達的蛋白。研究人員猜想，也許是上游某些轉錄因子受到了雷帕霉素的影響。

順著這一思路，研究團隊又設計了一些實驗，最終證明雷帕霉素確實可以影響c-Myc。

將進一步優化改造

孫樂告訴記者，這項研究困難之處還在于如何證明雷帕霉素可以不依賴mTOR，直接調控STAT3的功能。

由于目前雷帕霉素只有一個明確已知的靶標mTOR，并且mTOR和STAT3存在千絲萬縷的聯系，因此，即使研究團隊已經通過多種方法證明了雷帕霉素可以直接物理性地結合STAT3蛋白并影響其功能，也不足以說明藥物的體內作用機制就是通過直接調控STAT3產生的。

為此，研究人員又設計了一系列對照實驗，最終證明了雷帕霉素調控STAT3的功能可以不依賴mTOR。

在腫瘤細胞系異種移植模型上，研究人員發現，長期給予小鼠雷帕霉素處理，會導致其STAT3和c-Myc表達量降低，從而抑制體內腫瘤生長。

“雷帕霉素作為被批準上市的藥物，在這項研究中被證明可以靶向或影響兩個傳統上認為‘不可成藥’的靶標，在‘老藥新用’和腫瘤藥物研發中具有潛在意義和價值。”張耀陽說。

實際上，這項研究面臨著激烈的同行競爭。張耀陽認為，他們的研究之所以能取得成果，一方面是從眾多候選蛋白中選對了重要靶標STAT3；另一方面也與團隊多年積累、課題組之間的密切合作和研究平臺支持分不開。

張耀陽表示，目前雷帕霉素用于腫瘤治療還多處于臨床研究起步階段。“STAT3在多種腫瘤中異常激活，我們的工作證明了雷帕霉素直接結合抑制STAT3，并影響c-Myc活性。從原理上來說，針對STAT3、c-Myc和mTOR過度表達的多種腫瘤，雷帕霉素都可能具有抑制效果，但具體的臨床適應癥還需要更多的臨床研究和數據。”

在孫樂看來，雷帕霉素與STAT3結合常數在亞微摩爾級別，結合力還不算強。因此，為了實現小分子在體內的高效性和安全性，還需要對小分子結構進行優化和改造，以提高小分子和蛋白的親和力，為STAT3抑制劑的藥物研發提供一個新視角。

“除了STAT3和c-Myc，我們在雷帕霉素候選靶標中還發現了其它有趣的重要蛋白質靶標，將用于后續的機制研究和藥物研發。”張耀陽說。