BMPR家族的“奇妙世界”：不止骨生成更有疾病癌症治疗

前  言

BMPR识别、结合骨形态发生蛋白，参与骨形态发生、神经系统发育、肌肉细胞分化等多种生物学过程。BMPR信号紊乱导致多种疾病，如肺动脉高压、肌营养不良症、结节病等，因此干预BMPR信号通路已成为诸多研究领域重要的探索方向。目前，以Dorsomorphin为代表的BMPR小分子抑制剂，以K02288为代表的BMPR激动剂等已在调控BMP信号传导等相关疾病中取得一定治疗效果。针对BMPR的研究有望探索新的治疗策略，是目前极-具潜力的药物开发靶点之一。

01 BMPR家族基础生物学

骨形态发生蛋白受体 (BMPR) 家族属于跨膜蛋白，可识别并与骨形态发生蛋白 (BMP) 结合。BMP是转化生长因子β (TGF-β) 超家族的一类重要成员，在生物体中具有多种功能，包括细胞生长、分化、凋亡以及骨、软骨和其他组织的形成和修复。BMPR家族成员共有11个，分为 I 型和 II 型受体两类。I 型受体包括ALK1、ALK2、ALK3 (BMPR1A) 和ALK6 (BMPR1B)，能够与BMP家族成员结合并启动下游信号通路。II 型受体包括BMPR2、ActRII、ActRIIB，作为辅助受体与 I 型BMPR一起参与信号转导。

BMPR具有配体结合特异性并介导不同的信号级联反应，也可与其他TGF-β家族配体发生交叉作用，在细胞信号转导和组织发育中发挥重要作用。BMPR表达和活性改变可导致纤维化疾病、心血管疾病和骨骼发育异常。BMPR的遗传病变与肌肉-骨骼和心血管疾病有关。此外，BMPR1A和BMPR1B影响骨重建的成骨细胞分化和软骨形成。BMPR1A和BMPR2突变分别与幼年性-息肉病综合征和肺动脉高压等遗传性疾病相关。 

02 BMPR信号转导

BMPR的信号转导分为SMAD途径和非SMAD途径。在SMAD途径中，BMP与 I 型和 II 型BMPR结合，II 型受体磷酸化 I 型受体后，信号通过磷酸化R-SMAD (SMAD1、SMAD5、SMAD8) 传递到细胞中，随后R-SMAD与SMAD4结合进入细胞核，协同调节转录反应。在非SMAD途径中，BMP结合BMPR，形成BMP诱导的信号复合物，启动ERK、p38、JNK的MAPK信号通路。

BMPR的信号转导在不同癌症中发挥不同作用。BMPR参与成熟结肠上皮细胞的凋亡和小肠分泌细胞的成熟，缺失BMPR2和SMAD4会导致结直肠癌。MKI67的表达与卵巢癌的恶化和预后情况正相关，在卵巢癌中发现ALK3、ALK6、BMPR2、SMAD5的表达与MKI67呈正相关。ALK3、ALK6和BMPR2促进乳腺癌发展，ALK3的缺失会影响乳腺肿瘤的形成和转移。

BMPR的信号转导（源自参考文献）

03 BMPR家族：从实验室到临床应用

BMPR家族在各种疾病中的重要作用，使其成为靶向治疗的潜在靶点。调节BMPR信号转导的策略包括开发小分子抑制剂、抗体和基因疗法。目前BMP小分子抑制剂已投入临床研究，第-一代小分子BMP抑制剂为Dorsomorphin，竞争性地结合ALK2、ALK3和ALK6，阻止SMAD底物的磷酸化，显著抑制卵巢癌小鼠中肿瘤的生长。LDN-193189具有和Dorsomorphin相同的作用机制，抑制肿瘤细胞的克隆和迁移。第二代抑制剂DMH1对ALK2具有高度选择性，在小鼠乳腺癌模型中，不仅减少了原发肿瘤负荷，还减少了肺转移。进一步合成的ML347，选择性与ALK2和ALK3结合，干扰BMP信号的正常传导过程。另一种新化合物LDN-214117选择性与ALK2结合，细胞毒性更低。目前，越来越多靶向BMPR的小分子正在被研究或即将进入临床试验研究。

04 BMPR家族在研究中的应用

BMPR蛋白家族是研究配体-受体相互作用、下游信号转导和潜在治疗靶点的高效工具。

Gorrell等人采用无细胞免疫沉淀试验检测小鼠单克隆抗体3F6抑制BMPR2-ECD配体结合活性的中和能力，发现该抗体可以中和BMPR2细胞外结构域的配体结合功能。

抗体 3F6 在改良的免疫沉淀试验中降低 BMPR2-ECD 配体结合活性。使用不同量的 3F6 中和 BMPR2-ECD 的配体结合活性。结果采用 ELISA 定量，表示为相对于不存在 3F6 时 BMPR2-ECD 配体结合活性的平均值±SEM，每个条件n≥3。星号表示配对 t 检验 p<0.05。文章用义翘神州BMPR2 ECD重组蛋白（Fc标签）（货号：10551-H03H）进行验证。(doi: 10.1186/s13104-019-4367-0)

Chauvin等人使用ALK3 ECD重组蛋白，从人scFv噬菌体展示文库中开发抗ALK2和抗ALK3单链的可变片段(scFvs)，发现ALK3作为功能性AMHRI的受体，调控卵巢癌细胞的凋亡。

抗 ALK2 和抗 ALK3 单链可变片段 (scFvs) 是使用义翘神州的ALK3 ECD重组蛋白（货号：10446‑H08H）从人 scFv 噬菌体抗体库 Husc I 中开发得到。根据其结合亲和力，每个靶标选择两种 scFv 抗体。(doi: 10.3892/ijo.2021.5223)

另一项研究中，Zhang等人研究了RN1（从三七中提取的天然产物）对BMPR1A和BMPR2的影响，并发现RN1的结合可以阻断Gal-3和BMPRs之间的相互作用，为胰腺导管腺癌提供了极-具潜力的治疗药物。

RN1通过阻断Gal-3与BMPRs的相互作用抑制 Smad/Id-3 信号通路。(f) 通过在 BMPR1A（左图）和 BMPR2 右图）生物传感器表面注射不同浓度的 Gal-3 或 (g) Gal-3 (50 μg/mL) 和不同浓度的 RN1 或 (h) 运行缓冲液中的不同浓度的 RN1 来测试相互作用，并显示频率响应。重组人蛋白 Gal-3、EGFR、BMPR1A和BMPR2 来自义翘神州。(doi: 10.1038/onc.2016.306)

✦义翘神州BMPR特色产品

义翘神州已开发多种属、多标签的BMPR重组蛋白以及抗体、ELISA试剂盒、基因产品，支持靶向BMPR信号通路研究。

Human BMPR1A Protein (His Tag) (Cat: 10446-H08H)

Ability to inhibit BMP4-induced alkaline phosphatase production by MC3T3E1 mouse preosteoblast cells.

Human ACVR2A Protein (His Tag) (Cat: 10257-H08H)

Measured by its ability to neutralize Activin-mediated inhibition on MPC11 cell proliferation.

【参考文献】

1. Sanchez-Duffhues, et al. Bone morphogenetic protein receptors: Structure, function and targeting by selective small molecule kinase inhibitors. Bone. 2020. doi.org/10.1016/j.bone.2020.115472.

2. Jiramongkolchai, et al. Emerging roles of the bone morphogenetic protein pathway in cancer: Potential therapeutic target for kinase inhibition. Biochemical Society Transactions. 2016. doi.org/10.1042/BST20160069

3. Correns, et al. BMP antagonists in tissue development and disease. Matrix Biology Plus. 2021. doi.org/10.1016/j.mbplus.2021.100071

4. Machado, R. D. Seeking the right targets: Gene therapy advances in pulmonary arterial hypertension. European Respiratory Journal. 2012. doi.org/10.1183/09031936.00190011.

5. Gorrell, R. E. et al. Identification of a bone morphogenetic protein type 2 receptor neutralizing antibody. BMC Res Notes. 2019. doi: 10.1186/s13104-019-4367-0.

6. Chauvin, M. et al. Anti-Müllerian hormone concentration regulates activin receptor-like kinase-2/3 expression levels with opposing effects on ovarian cancer cell survival. Int J Oncol. 2021. doi: 10.3892/ijo.2021.5223.

7. Zhang, L. et al. RN1, a novel galectin-3 inhibitor, inhibits pancreatic cancer cell growth in vitro and in vivo via blocking galectin-3 associated signaling pathways. Oncogene. 2017. doi: 10.1038/onc.2016.306.

8. Ren, et al.“Osteogenesis on nanoparticulate mineralized collagen scaffolds via autogenous activation of the canonical BMP receptor signaling pathway.” Biomaterials 2015. doi:10.1016/j.biomaterials.2015.01.059