从分子水平阐明沙利度胺的致畸性 - 结束 40 年之谜 -

背景

　沙利度胺是一种在 20 世纪 50 年代作为催眠镇静剂出售的药物，但由于孕妇服用沙利度胺导致多起畸形婴儿出生的案例而停止使用。沙利度胺现已被重新批准用于治疗多发性骨髓瘤，并在世界各地使用，但重新批准需要一些时间。原因之一是沙利度胺的致畸性无法消除。关于沙利度胺的致畸性，Blaschke教授等人发表的论文。 （明斯特大学）于 1979 年（引用参考文献 1）指出，与氨基酸一样，沙利度胺存在于对映体右旋和左旋分子中，但其中只有左旋（S 型）沙利度胺据说具有致畸性。这就是所谓的左撇子（S体）致畸理论。因此，如果仅使用右手型（R型）沙利度胺作为药物，应避免药物引起的痛苦伤害，但即使在今天，沙利度胺仍然作为右手和左手沙利度胺的混合物用于药物治疗。这是因为，即使我们服用安全的右旋沙利度胺，它也会在我们体内变成左旋沙利度胺和左旋沙利度胺的混合物。这种现象称为外消旋化。然而，尽管沙利度胺在我们体内外消旋，无论是右撇子还是左撇子，为什么会公布它会导致左撇子畸形的理论呢？尽管布拉什克教授和他的同事用小鼠进行了致畸实验，但此后没有报道称该实验已被重复。尽管已经发表了一些间接支持左利手致畸理论的论文，但许多研究人员报道沙利度胺无论是右手还是左利手都给出了相同的实验结果，这让人们对左利手致畸理论产生了怀疑。
　已经进行了各种研究来阐明这个问题。 2010年，Handa等特聘教授。东京工业大学教授，现东京医科大学教授）在《Science》杂志上发表论文（引参考文献2），首次鉴定了cereblon是参与沙利度胺致畸性的靶蛋白，并揭示了cereblon与沙利度胺结合形成E3泛素连接酶复合物并修饰酶活性而诱导致畸。 2014年，Handa教授及其同事与Hakoshima教授等人一起开展了项目研究。美国Celgene公司成功阐明了沙利度胺与cereblon结合的沙利度胺-cereblon-DDB1复合物的三维结构（引用文献3）。尽管这项研究结果在原子水平上阐明了cereblon和沙利度胺之间的键合模式，但围绕沙利度胺对映异构体的左手致畸理论之谜仍未解开。 2010年，柴田教授的研究小组发现，将沙利度胺外消旋化过程中的氢原子替换为氘代的氘化沙利度胺，其外消旋稳定性可以达到沙利度胺的5倍以上，并有望成为阐明左手致畸理论的关键（参考文献4）。此外，2017年，Shibata教授和他的同事开发了氟化沙利度胺，其中氢被氟取代，并表明右旋和左旋分子结构强烈影响药理活性（引用文献5）。

研究成果

　此次，由箱岛教授等、半田特聘教授、柴田教授等人领导的联合研究小组进行了研究。尝试使用右手和左手沙利度胺分析与目标蛋白 cereblon 的复合物的 X 射线晶体结构。因此，我们利用X射线晶体结构分析来了解右手和左手沙利度胺如何融入作为cereblon结合位点的三个色氨酸口袋的细节，并在结构水平上证明左手沙利度胺形成比右手沙利度胺更稳定的复合物。通过定量结合分析，我们证实左手沙利度胺的结合强度比右手沙利度胺强约10倍，与氘化沙利度胺类似，抑制外消旋化。此外，左手沙利度胺与大脑强烈结合，从而强烈抑制随后的自身泛素化。这表明左手沙利度胺会诱发致畸性。事实上，当用右手型和左手型沙利度胺处理受精斑马鱼卵时，已证实胸鳍发育异常（致畸性）绝大多数发生在左手型斑马鱼身上。由此，我们能够在分子水平上阐明左旋沙利度胺导致畸胎的理论，这一理论被模糊了近40年。
　这项研究成果是一项非常重大的成果，终结了左手致畸理论，而左手致畸理论一直是围绕震惊世界、被称为制药科学史上最严重药物事故的沙利度胺事件的一个长期谜团。同时，预计该研究成果不仅将促进安全、不致畸的沙利度胺类治疗药物的开发，也将成为以沙利度胺-Cereblon复合物为关键，开发针对多种疾病的新型治疗药物的重要垫脚石。
这项研究成果是在 Tomoyuki Mori 助理教授（奈良科学技术大学）、Takumi Ito 副教授（东京医科大学）、Shujie Liu（东京工业大学）、Hideki Ando 副教授（东京医科大学）、助理教授 Satoshi Sakamoto（东京工业大学）、Yuki Yamaguchi 教授（东京工业大学）和研究员的合作下取得的德永悦子（V体育）。
　该研究成果发表于2018年1月22日科学期刊《Scientific Reports》网络版。

引用

1) Blaschke, V G 等人。 Arzneim-Forsch。 29, 1640-1642 (1979)。
2) Ito, T 等人。科学 327, 1345-1350 (2010);东京工业大学新闻稿/发现沙利度胺导致畸形的机制（2010 年 3 月 12 日）。
3) 张伯伦，PP 等人。自然结构分子生物学。 21、803-809（2014）；奈良科学技术研究所新闻稿/沙利度胺靶蛋白“Cereblon”三维结构的阐明（2014 年 8 月 12 日）。
4) Yamamoto, T 等人。化学。医药。公牛。 58, 110-112 (2010)。
5) Tokunaga E 等人。 PLoS ONE 12(8): e0182152 (2017)；V体育新闻稿/不进行外消旋化的沙利度胺的开发 - 由氟开创的药物发现 -（2017 年 8 月 1 日）。

发表论文信息

论文标题：沙利度胺对映体与 cereblon 结合的结构基础
出版期刊：Scientific Reports，第 8 卷，文章编号：1294 (2018)； doi:101038/s41598-018-19202-7
作者：Tomoyuki Mori、Takumi Ito、Shujie Liu、Hideki Ando、Satoshi Sakamoto、Yuki Yamaguchi、Etsuko Tokunaga、Norio Shibata、Hiroshi Handa* 和 Toshio Hakoshima*（*通讯作者）

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