SeSA-HCPT：一种诱导DNA损伤并抑制修复的双靶向药物治疗去势抵抗性前列腺癌

《iScience》：SeSA-HCPT: A dual-targeting agent that induces DNA damage and inhibits repair for castration-resistant prostate cancer therapy

本研究针对去势抵抗性前列腺癌(CRPC)治疗中肿瘤异质性和耐药性等难题，开发了一种新型双靶向化合物SeSA-HCPT。该化合物通过整合拓扑异构酶I(Topo I)抑制剂羟基喜树碱(HCPT)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂伏立诺他(SAHA)的硒类似物，在体外和体内实验中均显示出显著优于单药或联合用药的抗肿瘤活性，同时降低系统性毒性，为晚期前列腺癌治疗提供了新策略。

　　

前列腺癌是全球男性最常见的恶性肿瘤之一，其中去势抵抗性前列腺癌(CRPC)是疾病进展的晚期阶段，尽管接受了雄激素剥夺疗法(ADT)，肿瘤仍然继续生长。由于肿瘤异质性和治疗耐药性的存在，CRPC患者的治疗选择有限，预后较差。虽然新型雄激素受体(AR)抑制剂和化疗等疗法取得了一定进展，但多数患者最终仍会发展成CRPC，临床迫切需要新的有效治疗策略。

在这一背景下，同时靶向拓扑异构酶I(Topo I)和组蛋白去乙酰化酶(HDAC)的双靶向抑制剂展现出巨大潜力。Topo I抑制剂如羟基喜树碱(HCPT)能够稳定Topo I-DNA切割复合物，阻止DNA重新连接，导致DNA双链断裂积累，引发细胞周期阻滞和凋亡。然而，HCPT的临床应用受到哺乳动物细胞毒性、内酯环不稳定性、耐药性和水溶性差等问题的限制。另一方面，HDAC抑制剂如伏立诺他(SAHA)通过抑制组蛋白去乙酰化，改变基因表达模式，但其在实体瘤中的疗效受到选择性差、毒性高和肿瘤耐药性的制约。

为了解决这些问题，研究人员开发了一种新型"二合一"双靶向化合物SeSA-HCPT，该化合物将HDAC抑制剂SeSAHA（SAHA的硒类似物）与Topo I抑制剂HCPT整合到一个分子中。本研究旨在评估SeSA-HCPT在CRPC治疗中的疗效和机制。

研究方法概述

本研究通过化学合成获得了SeSA-HCPT，并采用核磁共振(NMR)和质谱(MS)对其结构进行表征。通过MTT法评估了该化合物在不同肿瘤细胞系中的细胞毒性，并利用流式细胞术分析细胞周期和凋亡情况。采用蛋白质印迹法(Western blot)检测DNA损伤标志物γ-H2AX、细胞周期相关蛋白以及DNA修复蛋白的表达。通过拓扑异构酶活性抑制实验和分子对接分析化合物与靶点的相互作用。在PC3异种移植瘤模型中评估了SeSA-HCPT的体内抗肿瘤活性和安全性。

研究结果

SeSA-HCPT的合成、表征及细胞毒性

研究人员设计了两步法合成SeSA-HCPT，并通过¹H NMR、¹³C NMR和质谱确认了其化学结构。细胞毒性实验显示，SeSA-HCPT在前列腺癌细胞系（PC3、DU145和LNCaP）中表现出显著低于单药或联合用药的IC₅₀值，而对正常角质形成细胞HaCaT的毒性较小，表明其对前列腺癌具有选择性抗癌活性。

SeSA-HCPT对前列腺癌细胞周期进程和凋亡的影响

流式细胞术分析表明，SeSA-HCPT处理诱导了PC3和DU145细胞的S期阻滞。Annexin V/PI染色显示，SeSA-HCPT在等效浓度下诱导的凋亡水平显著高于联合治疗组。Western blot分析进一步证实了cleaved caspase-3和p21表达水平的增加，这些是凋亡激活和细胞周期调控的关键标志物。

SeSA-HCPT对拓扑异构酶I活性的体外抑制

拓扑异构酶I介导的DNA松弛实验表明，SeSA-HCPT在3-5μM浓度下能有效抑制Topo I活性，而10μM的HCPT几乎没有影响。分子对接研究显示，SeSA-HCPT与Topo I-DNA复合物的结合亲和力显著高于HCPT，这可能是因为SeSAHA部分提供了额外的氢键和其他相互作用。

SeSA-HCPT在前列腺癌细胞中抑制HDAC活性

Western blot分析显示，SeSA-HCPT显著提高了乙酰化组蛋白H3和乙酰化微管蛋白的水平，表明其具有HDAC抑制活性。然而，这种抑制活性主要归因于其SeSAHA部分，分子对接研究表明HCPT部分的加入并没有进一步增强其对HDAC的结合。

低浓度SeSA-HCPT有效诱导DNA损伤并抑制前列腺癌细胞生长和迁移

在纳米摩尔浓度下，SeSA-HCPT处理显著增加了PC3和DU145细胞中γ-H2AX的表达水平，表明DNA损伤的发生。免疫荧光染色进一步证实了γ-H2AX焦点在细胞核中的形成。集落形成实验和伤口愈合实验表明，5nM的SeSA-HCPT能显著抑制前列腺癌细胞的增殖和迁移能力。

SeSA-HCPT通过协同诱导DNA损伤和抑制DNA修复机制增强细胞毒性

免疫荧光分析显示，SeSA-HCPT处理显著抑制了γ-H2AX和Rad51的共定位，表明其不仅诱导DNA损伤，还损害了Rad51介导的DNA修复过程。Western blot分析进一步表明，SeSA-HCPT处理显著下调了KIF4A的表达，而KIF4A是同源重组(HR)修复中Rad51招募的关键因子。

SeSA-HCPT通过诱导DNA损伤在体内抑制肿瘤生长

在PC3异种移植瘤模型中，口服SeSA-HCPT显著抑制了肿瘤生长，且未观察到明显的系统性毒性。免疫组织化学分析显示，SeSA-HCPT处理组的肿瘤组织中Ki67阳性细胞显著减少，而γ-H2AX阳性细胞增加，表明其通过DNA损伤介导的机制抑制肿瘤生长。

研究结论与意义

本研究开发的SeSA-HCPT是一种创新的双靶向治疗策略，通过同时抑制Topo I和HDAC，在前列腺癌治疗中表现出卓越的疗效。与传统联合疗法相比，SeSA-HCPT不仅更有效地诱导DNA损伤，还通过下调KIF4A破坏同源重组修复，从而形成协同抗癌效应。

这种"二合一"的设计思路解决了传统联合疗法中药物代谢动力学差异、给药方案复杂和药物相互作用等问题。特别是SeSA-HCPT的口服生物利用度为临床用药提供了便利，而其选择性毒性则有助于提高治疗窗口。

该研究为CRPC治疗提供了新的思路，表明同时靶向DNA损伤诱导和修复抑制可能是克服治疗耐药性的有效策略。未来研究可进一步探索SeSA-HCPT在其他肿瘤类型中的应用潜力，以及其与其他治疗方式的联合应用效果。

本研究发表在《iScience》期刊上，为晚期前列腺癌的精准治疗开辟了新途径，具有重要的临床转化价值。随着更多临床前和临床研究的开展，SeSA-HCPT有望成为CRPC治疗的新选择，为患者带来新的希望。