提到三氧化二砷（Arsenic Trioxide，ATO），普通人可能覺得陌生，但提到另一個名字 —— 砒霜，大家就 「心領神會」 了。
砒霜是最古老的 「毒物」 之一，因其無臭無味，為白色霜狀粉末，故稱砒霜。中毒者一般會出現噁心、嘔吐、腹痛、四肢痛性痙攣、抽搐等症狀，最後呼吸麻痺而死亡。《水滸傳》中的武大郎和法國拿破崙被認為是 「史上最著名的兩位砒霜中毒者」。
但實際上，ATO 具有很高的醫用價值。我國學者利用 ATO 治療一種致命的白血病，被公認為是我國對世界醫學史的重大貢獻。此外，ATO 在淋巴瘤、骨髓瘤、胃癌、肝癌、肺癌等惡性腫瘤的治療上也觀察到一定療效。
近日，上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院上海血液學研究所盧敏團隊的一項研究再次拓展了 ATO 在醫學領域的邊界，盧敏團隊利用 ATO 成功挽救了 p53 結構性突變。
盧敏告訴 DeepTech，ATO 恢復 p53 突變體抗腫瘤功能的效果高於已報導的同類化合物若干數量級。
圖 | 盧敏論文《三氧化二砷通過神秘的變構位點拯救結構性 p53 突變》
關於此項研究的論文《三氧化二砷通過神秘的變構位點拯救結構性 p53 突變》（Arsenic Trioxide Rescues Structural p53 Mutations through a Cryptic Allosteric Site）被刊載在 Cancer Cell 上。一經上線，就引發了醫療科研領域的廣泛關注。
圖 | 盧敏 上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院上海血液學研究所課題組長、研究員、博士生導師
發現 ATO 復活 p53，摘取靶向抗癌藥「聖杯 」
基因突變引起的蛋白突變，是導致癌症發生的主要原因之一。經常發生突變的蛋白主要分兩類，促進癌細胞增殖的 「促癌蛋白（oncoprotein）」 和抑制癌細胞增殖的 「抑癌蛋白（tumor suppressor）」。前者發生突變後促癌能力大大增加，後者突變後則失去抑癌功能。
圖 | 癌症中最常發生突變的 100 個基因，主要分為促癌基因和抑癌基因
目前針對癌症的藥物治療主要是通過 「靶向促癌蛋白，進而抑制其功能」 達到治療目的，因此這些靶向藥物往往被稱為抑制劑。電影《我不是藥神》就是圍繞一款名為格列寧的抑制劑展開的感人故事。目前，類似格列寧這樣的靶向抗癌藥物有 100 多個。但據 2016 年 Nature 和 NEJM 文章的統計數據顯示，所有這些靶向藥物僅適用於 2-13% 的癌症群體。
科學界和藥企長期以來還試圖研發另一種完全不同的靶向藥，即 「靶向抑癌蛋白，進而恢復其功能」 的復活劑。在癌細胞中，抑癌蛋白發生了突變，導致這個抑癌蛋白失效，不能殺死癌細胞。理想的復活劑是一個小分子藥物，這個藥物可以結合到抑癌蛋白上，使抑癌蛋白重新恢復抗腫瘤能力，可以殺死癌細胞。但在盧敏團隊之前，相關研究進展非常有限，尚無復活劑的問世。
盧敏介紹，癌症中最常發生突變的蛋白是 p53。p53 是分子生物學誕生以來最有名的一個蛋白。作為一個抑癌蛋白，p53 可通過誘導癌細胞凋亡、衰老等殺死癌細胞。然而一旦發生突變，p53 就會失去抗腫瘤功能。
資料顯示，在全球 50% 癌症群體中都發生了 p53 突變。因此，p53 復活劑被西方科學界及製藥界廣泛地稱為癌症靶向藥物的 「聖杯」。
盧敏闡釋了自己對「 聖杯 」的解讀，他認為 「聖杯的另一層含義是難以獲得、無法企及。p53 是一個抑癌蛋白，想要獲得 p53 復活劑在科學上和技術上都存在巨大挑戰。」
在科學上，研究抑制劑比復活劑更為容易。兩者之間的難度就如同弄壞一個手錶和修復一個手錶的難度。「即使我們沒完全搞清楚手錶內部是怎麼運轉的，我們也有可能成功把手錶弄壞，但我們幾乎做不到修復壞掉的手錶。」盧敏表示。
同理，用藥物結合一個蛋白，如果結合的位置對蛋白功能比較重要，那麼這個蛋白的功能就會被藥物抑制掉；但很難想像藥物結合一個蛋白後可以恢復其功能，目前科學界和製藥界尚無恢復蛋白功能的先例。
在總結了過去幾十年來幾十個團隊關於 p53 復活劑研發經歷後，盧敏提出了一種具有邏輯性的 p53 研究策略，即先想通藥物如何靶向 p53 並恢復其功能，再針對性制定藥物篩選流程（即先想好怎麼修復手錶，再動手修復）。
研究中，盧敏團隊發現：
1）癌細胞中，p53 這個蛋白上面會發生 1000 多個不同類型的突變，該團隊認為可能不存在能復活所有突變型 p53 的 「全能化合物」，所以把 p53 突變分成不同類型，並針對不同類型制定了專門的藥物篩選模型；
2）p53 上有一類導致蛋白不摺疊進而失去抑癌功能的突變（又叫結構型突變），該團隊邏輯性地提出了恢復這類突變體抑癌功能的原理，即增加蛋白熱力學穩定性，使結構型突變體重新摺疊並恢復抑癌功能。由於該原理只適合於復活結構型 p53），他們還基於該原理設計了藥物篩選流程。
圖 | ATO 在腫瘤中使結構型 p53 突變型重新摺疊的效果高於同類化合物若干數量級
（來源：Cancer Cell）
基於以上邏輯，團隊進行了大規模篩藥，耗時 6 年、通過溼實驗和幹實驗篩選約 1.1 億個化合物、使用 4000 餘塊蛋白電泳膠，篩到並證實了包括臨床使用的 ATO 在內的一系列 p53 復活劑。
尋找「神秘的口袋」，攻克 ATO 結晶難題，證明復活劑存在
其實早在 6 年前，盧敏就發現並確定了 ATO 對 p53 的復活效果。
回憶發現 ATO 是 p53 復活劑的那一天，盧敏直言，第一反應是加錯樣品了，懷疑把野生型的 p53 混進了突變型之中。48 小時內盧敏又重新試驗了一次，結果還是一樣的。之後的一個月，團隊通過不同的實驗去驗證，結果都毫無意外的證實了 ATO 高效促進 p53 摺疊。
「那時我就確認獲得了靶向藥物的聖杯。」盧敏表示。
但他並沒有急於將結果公開，因為在沒有解開共結晶機制的情況下聲稱獲得了 p53 復活劑，有可能被人當成笑柄，於是接下來的 5 年時間例，盧敏一直潛心在研究 ATO 和 p53 的共結晶結構，有了共結晶，才可以眼見為實的看到p53如何被ATO復活，這也是靶向藥物研發中最關鍵的一環。
圖 | 砷化合物鑑定（來源：盧敏）
在靶向藥物研發領域，獲得藥物和蛋白的共結晶結構至關重要。通過共結晶可以看到藥物如何結合到蛋白上，進而可以推測出藥物如何恢復或抑制該蛋白功能，還可根據共結晶結構進行有目的的藥物化學結構優化，進而來提高藥物療效。
最初幾年，盧敏團隊做了很多嘗試，但總是以失敗告終，這讓盧敏有些著急，甚至開始「病急亂投醫 」，開始測試手頭上所有的含砷的化合物，結果「 意外」獲得了碘化砷和 p53 的共結晶。
「我清楚地記得，那時我在上海兒童醫學中心和一位國內的教授以及一位遠程連線的德國女性教授討論兒童白血病患者 p53 突變的情況，當時我在開小差擺弄 p53 結構上的砷結合口袋，結果出來發現砷結合口袋不是自己念念叨叨猜想了幾年的 C176-C238-C242 口袋，而是 C124-C135-C141 口袋。當時我一下子懵掉了，第一反應是解析出來的這個結合口袋可能是人工條件下的結合口袋（意思是在人體內砷並不結合這個口袋），那這樣的話幾年時間白幹了。」
後來團隊又重新開始做 ATO 結晶，然而解出來結晶結構再次指向 C124-C135-C141 這個口袋。加上當時團隊已經完成了 C124-C135-C141 口袋功能的體內驗證，所以確認了這是真正的砷結合口袋。
盧敏表示，團隊因此把它稱之為 「神秘（cryptic）的口袋」。採訪中，他還特別感謝了資深結構領域科學家陳碩的重要貢獻。
6 年時間裡，盧敏團隊獲得了共結晶，基於共結晶結構進行了進一步溼實驗和幹實驗，驗證並完成了擴大化篩選以及 SAR（structure-activity relationship）改造研究。
讓子彈再飛一會
目前，業內針對 p53 靶向藥物的研究有很多。阻止 MDM2 降解野生型 p53 達到治療效果的藥物實際上是 MDM2 抑制劑，而不是 p53 靶向藥物；結合突變型 p53 並恢復其功能的藥物才是 p53 靶向藥物。
盧敏強調了 ATO 作為 p53 靶向藥物的三個突破：
1）ATO 對 p53 功能的恢復效果比目前已知的同類化合物高若干個數量級；
2）該團隊有共結晶結構，所以能說清楚 p53 的抑癌功能是如何被恢復的（Y220C 系列研究因為特殊，不在討論之列）；
3）因為超高的 p53 恢復效果和共結晶機制，團隊明確知道哪些突變型 p53 可以被 ATO 恢復功能，哪些不行，因此該團隊可對癌症患者進行更精準的治療，即個體化治療；
檢測 ATO 恢復 p53 最為關鍵的轉錄功能的實驗，往往是螢光酶報告實驗、免疫共沉澱這些絕大多數實驗室都在使用且技術門欄比較低的實驗，有些科學家和藥企在 48 小時內就獨立觀察到 ATO 可以高效復活 p53，比如有的團隊發現 ATO 可以提高 V272M 等突變體的轉錄活性高達 200 倍以上。
盧敏指出，在學術界，科學數據有獨立的第三方重複或者評價，並在學術期刊上公開發表出來，才是最具信服力的，所以還是讓子彈再飛一會。
圖 | 盧敏團隊在實驗中
資料顯示，盧敏從事 p53 以及 p53 調節蛋白 SOD、iASPP、MDM2 研究超過 20 年。代表性論文發表在 Cell、Cancer Cell（2 篇）、Nat Rev Mol Cell Biol、PNAS 等知名學術刊物上，作為第一發明人的若干 p53 靶向藥物底層專利已經進入歐美 33 個國家並進入藥企轉化和臨床試驗。
回顧對 p53 20 年的研究歷程，盧敏太多次聽到否定的聲音，比如「p53 復活劑不可能存在，不要去碰這個東西 」，但即便如此，他還是堅持了下來。也正是這種 20 年來鍥而不捨地專注研究一個蛋白的求知精神，讓他取得了今天的成果。
盧敏透露，目前研究正在精準入組 p53 突變白血病患者進行臨床試驗，同時還在規劃不限癌種的實體瘤上的 「籃子臨床試驗」。但需要指出的是，進入臨床試驗的抗癌藥物需要經過嚴格審批流程，即使進入臨床試驗後，最終也是往往 「九死一生」，只有不到 10% 進入臨床試驗的藥物能夠最終被獲批，所以除非在大規模隨機雙盲臨床試驗中觀察到統計學顯著的療效，否則 ATO 僅僅是一個用於科學研究的高效的 p53 靶向化合物，而不是一個可以臨床使用的 p53 靶向藥物。
從回國組建團隊到摘取靶向抗癌藥物的「聖杯」，盧敏花了 6 年時間。但關於抑癌蛋白的靶向治療研究遠沒有止步。他透露：「 也許很快，我們就將獲得不含砷的 p53 復活劑，以及 Rb1、APC、PTEN 等抑癌蛋白的復活劑。」