近年来，已经开发了一套强大的激酶抑制剂药物来治疗癌症和其他疾病。这些药物的主要靶点包括从细胞表面如天线突出的受体酪氨酸激酶（RTK）家族，并且当信号分子与它们结合时，可以在几乎所有类型的癌症中激活癌症相关途径。
在一项新的研究中，亚利桑那州立大学生物设计研究所的研究人员使用了一种创新的方法来筛选广泛的激酶以获得药物的有效性。被称为ibrutinib的化合物 -白血球中布鲁顿酪氨酸激酶（BTK）的抑制剂，于2013年首次被FDA批准用于治疗白血病。
使用由Joshua LaBaer博士发明的先进的微阵列平台，新研究表明，依鲁替尼还可以靶向RTK家族的一小部分研究成员，称为ERBB4，潜在地阻碍导致其他实体瘤的进展和生长的事件序列。LaBaer是生物设计研究所和Virginia G. Piper个性化诊断中心的主任。
结果表明，依鲁替尼作为ERBB4的有效激酶抑制剂，限制了实验室中人类癌细胞的生长，并减少了小鼠的肿瘤大小。ERBB4对依鲁替尼的敏感性与药物的原始靶标BTK类似。
该研究提出了一种新颖的筛选方法，用于搜索激酶抑制剂等药物的新靶标，并展示了现有药物除了其原始靶标BTK之外还选择性靶向ERBB4的潜在治疗效用。（BTK失调与导致白血病，淋巴瘤和其他疾病的B细胞增殖失控有关。）
LaBaer说：“我们特别兴奋，因为它证明了这些阵列上的蛋白质在功能上活跃，反映了它们的天然活性，使我们能够筛选对选择性药物的反应。“这现在提供了一个工具，使我们能够寻找脱靶的药物反应者或确定特定的获得性突变可能会影响药物的反应。”
研究结果出现在Oncogene杂志的高级在线版本中。
一种新型的药物筛选
为了探索ERBB4的微妙行为，研究人员使用了一种被称为蛋白质微阵列（protein microarray）的技术，这种技术是一种微观的表面，显示出许多不同的蛋白质，每个蛋白质都在不同的点上。因此，可以同时检查大量的蛋白质。研究人员利用这种方法探索了蛋白质与其他蛋白质的相互作用，以及它们与核酸如DNA和RNA的结合活性，或者与血液中发现的因子（包括广泛的病原体）的结合活性。
传统上，在载玻片上打印蛋白质是一种效率低下，劳动强度大的过程，因为蛋白质是微妙的三维结构，必须以正确的方式折叠才能起作用。然而，常规蛋白质阵列上的蛋白质通常是在非人类系统中生产的，并且需要精细的蛋白质纯化步骤，这使得难以保持蛋白质随时间稳定。
在当前的研究中，应用了被称为NAPPA（用于核酸可编程蛋白质阵列）的革命性技术。NAPPA不是将纯化的蛋白质印刷在微阵列载玻片上，而是首先印刷被称为质粒的环状DNA，其含有感兴趣的蛋白质的遗传密码，然后通过添加人细胞提取物来更及时地合成目标蛋白质折叠。因此，NAPPA阵列可以为蛋白质表达和筛选提供一个功能强大且高效的系统。
新研究的主要作者Femina Rauf博士说：“你可以在一个半小时内表达功能蛋白，这是很酷的事情。“我们使用人类裂解物系统来表达蛋白质，所以我们期望看到折叠良好的功能性蛋白质，我们特别兴奋，因为RTKs是膜蛋白，这通常是具有挑战性的表达，但在这里仍然很活跃。
癌症的细胞路径
抗癌药物如激酶抑制剂需要数十年来以巨大的财务成本发展，使得重新利用现有药物的前景（通过寻找新的目标），特别具有吸引力。
RTK中的突变被认为是癌症发展的驱动力。被称为ErbB受体酪氨酸激酶家族的一组四种重要受体EGFR，ERBB2，ERBB3和ERBB4被称为上皮生长因子的信号分子激活。这些特殊的分子在细胞的发育和成熟过程中起着至关重要的作用。
肿瘤含有ERBB受体突变的患者通常表现出更强烈的癌症进展并且遭受更差的临床结果。由于这个原因，酪氨酸激酶受体作为靶向各种癌症类型的药物的候选药物在医学界具有深远的意义。
尽管EGFR和ERBB2已经被用作重要的治疗靶点，并且（与ERBB3一起）受到密集的审查，但对于RTK家族的第四个成员ERBB4却知之甚少。这种受体越来越受到关注，因为在近期研究中ERBB4的突变已经与黑色素瘤和肺癌相关联，并且在乳腺癌，神经母细胞瘤，结肠癌和非小细胞肺癌中观察到ERBB4的改变的表达。
此外，ERBB4可能在其他疾病，包括肌萎缩侧索硬化，以及神经发育障碍，如孤独症和精神分裂症发挥作用。
Rauf说：“没有人对ERBB4药物进行系统研究，研究人员倾向于关注EGFR和ERBB2，因为这些在癌症领域是有吸引力的靶点。她说：“最近的报告发现ERBB4有许多突变，特别是在肺癌和黑色素瘤中，表明这种受体可能在癌症发生或癌症发展中起重要作用。
与其同胞激酶受体家族成员一样，ERBB4是膜蛋白，其受体组分突出细胞表面以捕获细胞外环境中的信号分子，而ERBB4的细胞内部分含有称为激酶结构域的区段以及残基酪氨酸，一种氨基酸。
当信号分子与细胞外ERBB4受体结合时，细胞内部的激酶结构域将磷酸盐添加到酪氨酸残基上，引发信号事件的连锁反应。该过程被称为蛋白质磷酸化，并在包括癌症进展和增殖在内的许多细胞事件中起关键作用，并且该研究发现依鲁替尼可以通过抑制ERBB4的激酶功能来阻断该过程。
癌症线索
该研究在NAPPA载玻片上固定了108种不同的蛋白激酶和30种非激酶，包括ERBB4和其他RTK。当阵列暴露于依鲁替尼时，药物与两种特定的蛋白质紧密结合。首先是BTK，这种药物最初设计的靶向结合蛋白。令人惊讶的是，依鲁替尼还以相似的亲和力结合ERBB4。
用一对体外试验来确认依鲁替尼对ERBB4的活性。研究结果首次证实了NAPPA作为一个无偏见的药物筛选平台的能力。建立依鲁替尼作为靶向ERBB4的候选药物后，下一步是在实际的生物学环境中进行测试，首先在过表达ERBB4的细胞系中，最后在小鼠中进行测试。
在许多细胞系中，依鲁替尼阻断增殖。然而，其他细胞表现出对药物的抗性。通过进行RNA测序，该组发现了与抗性相关的基因表达模式。
结果显示，表达高水平的Wnt5A（Wnt途径的激活剂）和低水平的Wnt途径抑制剂DKKl的细胞对激酶抑制药物具有抗性。相反，当暴露于药物时，低WNT5A和高DKK1表达水平与细胞对依鲁替尼的敏感性和降低的细胞生长相关。这些结果与最近的大规模研究一致，这些研究提供了诱人的线索，即已知癌基因WNT5A的一个功能是赋予对某些药物的抗性。
当表达高水平ERBB4的依鲁替尼敏感的细胞转移到小鼠中时，依鲁替尼显示缩小肿瘤的大小，表明该药物在治疗与ERBB4相关的癌症方面具有强大的潜力。
这些发现是特别有价值的，因为正在进行的许多正在进行的临床试验正在使用依鲁替尼治疗实体瘤。ERBB4的过度表达在多种疾病中已经被注意到，包括三阴性乳腺癌和卵巢癌。依鲁替尼抗性标记的发现将帮助临床医生解释他们的治疗结果，并评估依鲁替尼最可能成功的时间。ibrutinib可能与其他靶向细胞耐药途径的药物一起使用，可能为新的癌症治疗方法铺平道路。
