科学家揭示肼屈嗪的真实靶点，为治疗高血压和胶质母细胞瘤开辟新可能。（图片来源：Shutterstock）
70多年来，肼屈嗪一直帮助医生在医疗紧急情况下降低危险的高血压，包括危及生命的子痫前期病例。这种药物一直是临床护理的支柱，但其内部工作机制一直是个谜。几代医生在使用它时并不完全清楚它在体内的具体作用。这种不确定性限制了开发更安全版本或探索其全部潜力的努力。
现在，一个研究团队已经揭开了肼屈嗪长期隐藏的作用靶点。他们的工作揭示了这种简单的血管扩张剂如何引发一系列快速的分子事件，使血管放松并降低血压。研究还指出了令人惊讶的新用途，范围从母婴健康到侵袭性脑肿瘤。
追踪经典药物的步骤
肼屈嗪诞生于一个基于临床观察而非分子洞察引入药物的时代。医生首先观察患者身上发生的情况，之后生物学家才试图解释原因。宾夕法尼亚大学的医师科学家Kyosuke Shishikura表示，这种方法使药物变得有用，但也显得模糊不清。"肼屈嗪是有史以来最早开发的血管扩张剂之一，至今仍是子痫前期的一线治疗药物，子痫前期是一种高血压疾病，占全球孕产妇死亡的5%至15%。"他说道。
宾夕法尼亚大学Megan Matthews实验室的研究人员用肼屈嗪处理人类胶质母细胞瘤脑肿瘤细胞三天。第三天（成像显示），更多细胞变得增大和扁平——这是衰老的标志，即细胞停止分裂的"休眠模式"，可阻止肿瘤生长。（图片来源：Kyosuke Shishikura）
尽管有效，但肼屈嗪的行为方式难以预测。它会快速分解，长期使用可能导致狼疮样反应和器官损伤。研究人员怀疑它与多个靶点相互作用，但从未确定一个主要靶点。这一差距阻碍了设计风险更小的药物形式的尝试。
Shishikura和他的同事开始使用一种特殊的化学探针HYZyne来解决这个谜题。它模拟肼屈嗪的结构，但携带一个小"把手"，让科学家能够追踪细胞中的蛋白质伙伴。研究团队用HYZyne处理人类肾细胞，预期会有一长串靶点。相反，他们得到了一个单一答案。
该探针始终与2-氨基乙硫醇双加氧酶（ADO）结合，这是一种在全身发现的氧感应酶。
为何氧气传感器影响血压
ADO在细胞如何应对氧气快速变化方面发挥着核心作用。该项目的联合负责人、生物化学家Megan Matthews表示，它的速度使其与众不同。"身体中的大多数系统需要时间；它们必须复制DNA、制造RNA并构建新的蛋白质。ADO跳过了所有这些步骤。它在几秒钟内翻转一个生物化学开关。"
这个开关控制着称为RGS（G蛋白信号调节因子）的蛋白质。这些蛋白质缩短调节钙的细胞信号的寿命。在血管内衬的平滑肌内部，钙水平决定血管是收紧还是打开。高钙使它们保持紧张状态，低钙则使它们得以放松。
HYZ药物及其对应的炔基化药物探针(HYZyne)结构。肼基药效团显示为绿色，用于整合可点击炔基把手的化学修饰显示为橙色。（图片来源：Science Advances）
通过阻断ADO，肼屈嗪防止RGS蛋白质被破坏。它们的积累抑制了G蛋白偶联受体的信号传导，减少了钙释放，缓解了血管张力。药物在临床上的快速作用与研究团队在细胞中观察到的情况相符，这些变化在一小时内就开始了。
ADO在血压中的作用也得到了人类遗传学的支持。已知降低ADO活性的变异与降低血压有关。
观察药物锁定其靶点
研究人员随后在原子尺度上绘制了肼屈嗪如何与ADO结合的地图。他们发现该药物与酶中心的铁辅因子相互作用。一个称为H112的关键组氨酸残基足够接近，可以形成紧密的相互作用。X射线结构捕获了肼屈嗪以双齿方式抓住金属中心，取代了通常位于那里的水分子。
在小鼠身上的进一步测试表明，肼屈嗪治疗后，ADO是心脏组织中的主要靶点。这一细节很重要，因为心脏是血压控制的核心，也是肼屈嗪仍在处方的心力衰竭等疾病的核心。
该团队还追踪了阻断ADO如何改变活细胞中的信号传导。RGS4和RGS5通常很少，但在暴露后一小时内急剧上升。下游，Gαq蛋白关闭得更快，钙释放以剂量依赖模式下降。这一途径甚至有助于解释肼屈嗪的一个令人困扰的副作用。由RGS积累引起的免疫细胞中ERK活性降低，可能导致长期使用者中看到的自身免疫反应。
人类ADO和HYZ的共晶结构测定。（图片来源：Science Advances）
与胶质母细胞瘤的意外联系
当研究人员观察癌细胞时，最意想不到的发现之一出现了。胶质母细胞瘤是一种侵袭性脑肿瘤，在低氧区域中茁壮成长。这些肿瘤依赖于ADO及其代谢产物次牛磺酸(hypotaurine)在这些恶劣条件下生长。
由于没有存在的ADO抑制剂，科学家无法测试关闭该酶是否会减缓肿瘤。肼屈嗪改变了这一点。当应用于胶质母细胞瘤细胞系时，它不会杀死它们，而是将它们推入衰老状态，即细胞停止分裂的"安静状态"。单次剂量可以抑制生长数天。与衰老相关的标记物，包括p21和几种炎症细胞因子，急剧上升。
肼屈嗪本身无法穿过血脑屏障，但将HYZyne直接注射到小鼠大脑中证明，如果化合物能够到达，ADO是可接近的。这为针对癌症的新药物设计打开了大门。
改写受信任药物的故事
Matthews认为这些发现是现代化旧药物的机会。"子痫前期影响了我家族中几代女性，并继续在美国不成比例地影响黑人母亲，"她说。"了解肼屈嗪在分子水平上的工作原理，为妊娠相关高血压提供了更安全、更有选择性的治疗方法。"
生物发光共振能量转移(BRET)测定的示意图。G蛋白失活的速率反映为BRET信号下降的速率。（图片来源：Science Advances）
这些结果以令人惊讶的方式将心血管生物学和癌症代谢结合在一起。它们还为科学家提供了构建更好的ADO抑制剂的工具，这些抑制剂可能更容易进入大脑。正如Matthews补充道："一种旧的心血管药物最终教会我们关于大脑的新知识，这是罕见的，但正是我们希望找到更多的东西。"
研究的实际意义
这项研究为设计更安全的降压药物和子痫前期的下一代治疗提供了路线图。它还为针对脑癌（特别是胶质母细胞瘤）中ADO的新疗法开辟了道路。
了解肼屈嗪的真实靶点可以减少副作用，改善剂量，并指导创建更有效到达大脑的化合物。从长远来看，这些发现可能会改善孕产妇护理，扩大癌症治疗选择，并帮助研究人员探索多种疾病的氧气感应通路。
研究结果在线发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上。
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