摘要：微管蛋白作为细胞骨架的重要成分，参与细胞分裂、物质运输、信号转导等多种生命活动，对肿瘤的发生和发展具有决定性作用。微管蛋白靶向剂（MTAs）自上世纪以来便是肿瘤化疗的重要药物类型，临床应用的代表如紫杉醇、长春新碱等，显著提高了多种癌症患者的生存率。然而，传统M
微管蛋白作为细胞骨架的重要成分，参与细胞分裂、物质运输、信号转导等多种生命活动，对肿瘤的发生和发展具有决定性作用。微管蛋白靶向剂（MTAs）自上世纪以来便是肿瘤化疗的重要药物类型，临床应用的代表如紫杉醇、长春新碱等，显著提高了多种癌症患者的生存率。然而，传统MTAs在长期使用中面临副作用显著、耐药性频发等难题，亟需开发结构新颖、活性更高且毒性更低的新型微管蛋白抑制剂。尤其是针对colchicine结合位点的抑制剂，因其水溶性好、抗血管生成能力强、可克服多药耐药性且副作用较低，近年来备受关注。尽管已有多种colchicine位点抑制剂进入临床试验，但尚无药物获批上市，显示出该领域的巨大创新空间。
本文的研究从大规模化合物库中筛选并鉴定出结构新颖的烟酸衍生物89号化合物，作为高效微管蛋白抑制剂，在体内外均表现出广谱抗肿瘤活性和良好安全性。与传统MTAs相比，89号化合物不仅对多种肿瘤细胞系有效，还能抑制肿瘤迁移和侵袭，诱导细胞周期阻滞和凋亡，且在患者来源类器官模型中同样表现出优异的抗肿瘤效果。机制上，89号化合物通过选择性结合colchicine位点，抑制微管蛋白聚合，并通过下调PI3K/Akt信号通路破坏微管骨架动态稳定性，从而发挥抗肿瘤作用。
结构上，89号化合物具有较高的稳定性和较少的电子供体基团，便于后续结构优化和药物开发。其核心烟酸结构广泛存在于生物体内，或可赋予其良好的生物相容性与药代动力学特性。与目前临床试验中的colchicine位点抑制剂相比，89号化合物在活性和安全性方面均具备潜在优势，为新一代微管蛋白靶向药物的开发提供了重要模板。
图1: 89号化合物的虚拟筛选过程
针对上述挑战，本文作者采用结构驱动的虚拟筛选策略，结合分子对接、体内外药效评价及机制研究，系统筛选并鉴定新型微管蛋白抑制剂。具体流程包括：
高通量虚拟筛选：以Specs化合物库为基础，利用分子对接技术分别靶向taxane和colchicine结合位点，对20余万种化合物进行筛选，初步获得93个候选分子。体外活性验证：通过MTS法在HeLa和HCT116细胞系中筛选出抗增殖活性最强的82号和89号化合物，并进一步分析其结构-活性关系。靶点及机制验证：采用CETSA、微管蛋白聚合实验、EBI竞争结合实验和分子对接分析，明确89号化合物的结合位点及分子作用模式。细胞功能与信号通路分析：系统评估89对肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭、周期阻滞和凋亡的影响，并探讨其对PI3K/Akt信号通路的调控作用。体内药效与安全性评价：在小鼠原位移植模型及患者来源类器官（PDOs）中验证89的抗肿瘤活性，并评估其系统毒性。3.1 新型抑制剂的发现与活性分析
通过虚拟筛选与体外实验，89号烟酸衍生物被鉴定为高效微管蛋白抑制剂。在多种肿瘤细胞系中表现出广谱抗增殖活性，IC50值显著低于同类分子，且结构-活性关系分析明确了其关键药效基团。
3.2 细胞功能影响
89号化合物可浓度依赖性抑制肿瘤细胞增殖、克隆形成、迁移和侵袭，并有效阻断上皮-间质转化（EMT）过程，提示其在肿瘤转移抑制方面具有潜力。
3.3 细胞周期与凋亡机制
89可诱导肿瘤细胞显著停滞于G2/M期，并促进细胞凋亡。分子层面上，上调Cyclin B1、下调CDK1和Cdc25c，且凋亡相关蛋白Cl.PARP和Bax表达升高，Bcl-2下降。
3.4 靶点验证与分子作用模式
CETSA实验显示89可直接结合β-微管蛋白，提升其热稳定性。微管蛋白聚合实验及EBI竞争实验进一步确认其为colchicine位点解聚剂。分子对接分析揭示其与微管蛋白之间存在多点氢键和静电作用，结合模式明确。
3.5 信号通路调控
89可下调PI3K/Akt通路磷酸化水平，且PI3K激活剂可部分逆转其对微管骨架的影响，表明其通过该通路参与微管蛋白动态失衡。
3.6 体内药效与安全性
在小鼠肿瘤模型中，89显著抑制肿瘤生长和远处转移，且对主要脏器无明显毒性，肝肾功能指标正常。PDOs实验进一步验证其对真实肿瘤组织的抑制作用，IC50值低，细胞团块解离明显。
图2: 化合物89诱导肿瘤细胞周期停滞和细胞凋亡
图3: 化合物89抑制体内肿瘤的生长和转移
尽管89号化合物在体内外均表现出优异的抗肿瘤活性和良好安全性，但其后续临床转化仍需系统开展药代动力学、长期毒性及多癌种适应症验证。此外，分子结构优化与耐药机制研究也是未来的重要方向。结合分子动力学模拟、结构预测工具等新技术，有望进一步提升药物设计效率和适用范围。下一步的研究可围绕以下几个方向展开：
1. 结构优化与药效提升：结合分子对接结果，对89号化合物进行结构修饰，提升其亲和力与选择性，优化药代动力学性质。
2. 联合用药与耐药机制研究：探索89号化合物与其他抗肿瘤药物的联合疗效，分析其对耐药肿瘤细胞的作用机制。
3. 临床前安全性与药理学评价：系统开展药物代谢、毒性及长期安全性实验，为临床转化提供数据支撑。
4. 多癌种适应症拓展：在更多类型的肿瘤模型及患者来源类器官中验证其疗效，评估其广谱抗肿瘤潜力。
05 总结与启示总体来看，本文通过结构驱动的虚拟筛选与多层次实验验证，发现并阐明了新型微管蛋白抑制剂89的抗肿瘤机制，为微管蛋白靶向药物的创新研发提供了新模板。其独特的分子结构和明确的作用机制，为后续药物优化和临床应用奠定了坚实基础，也为肿瘤化疗领域带来了新的启示。未来，结合AI驱动的结构生物信息挖掘与药物筛选，有望进一步推动微管蛋白靶向药物的创新发展。
参考文献
Shan, P., Liu, K.-L., Jiang, X., Zhou, G., Zhu, K., & Zhang, H. (2025). Discovery of a novel potent tubulin inhibitor through virtual screening and target validation for cancer chemotherapy. Cell Death Discovery. https://doi.org/10.1038/s41420-025-02679-3
来源：就会变得挑剔
