他莫昔芬Tamoxifen的作用机制及在乳腺癌研究、基因编辑等中的应用_abio生物试剂品牌网
雌激素受体（Estrogen Receptor，ER）在动物的多种生理和病理过程中发挥重要作用，包括生殖、心血管保护、骨骼健康以及某些肿瘤的发生和发展。
Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）是一种选择性雌激素受体调节剂（SERM），可有效调节ER的活性，Tamoxifen在乳腺癌和基因编辑的研究中备受关注。
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一、 Tamoxifen 的作用机制 雌激素受体（Estrogen Receptor, ER）是细胞中的一种信号接收蛋白，可分为两大类：经典的核受体（ERα和ERβ）和膜受体（如GPER1、Gaq-ER和ER-X）。这些受体在细胞核、细胞质和细胞膜中均有分布，通过不同的信号传导途径发挥生物学效应。ERα和ERβ是经典的核受体（位于细胞核内），它们通过与DNA上的雌激素应答元件（ERE）结合，调节基因的转录。 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）对ERα和ERβ均有一定的亲和力 ，但与ERα的结合更为紧密。在动物乳腺组织中，Tamoxifen-ER复合物主要表现为拮抗剂的作用，它能够抑制雌激素与 ER的结合，从而阻断雌激素介导的信号通路，抑制乳腺细胞的增殖。而在骨骼和子宫内膜等其他组织中，Tamoxifen-ER复合物却表现出激动剂的作用，促进细胞的生长和功能维持。在骨组织中，Tamoxifen-ER能够维持骨密度 [1]。在子宫内膜中，Tamoxifen则可能刺激子宫内膜细胞的增殖 [2]。有文献认为上述差异性可能是由于Tamoxifen诱导ER构象变化的差异，以及不同组织细胞中共调节因子（co-regulators）的不同 [3]。
图 1. Mechanism of action of Tamoxifen.
二、 Tamoxifen 的科研应用
1. Tamoxifen 用于肿瘤的研究 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）对雌激素受体（ER）阳性的乳腺癌细胞系具有显著的抑制作用。例如Tamoxifen能够抑制MCF-7人乳腺癌细胞的生长，阻滞细胞周期于G0/G1期，并诱导细胞凋亡 [4]。其抑制作用具有时间和浓度依赖性，且能够拮抗外源性雌激素对细胞的促生长作用。尽管Tamoxifen主要用于抑制ER阳性的乳腺癌，但在部分ER阴性的乳腺癌细胞系中也显示出一定的抑制效果。并且Tamoxifen对肿瘤细胞的抑制还可能存在“非雌激素受体依赖性”机制。例如有研究发现，Tamoxifen在MDA-MB-231、MDA-MB-468、MDA-MB-453和SK-BR-3等ER阴性乳腺癌细胞系中也能够诱导显著的细胞凋亡。其机制可能涉及到Tamoxifen对Akt信号通路和蛋白磷酸酶 2A的抑制 [5]。而在动物实验中，Tamoxifen能够降低实验动物体内的肿瘤生长因子（TSGF）和胰岛素样生长因子（IGF）的水平，同时提高性激素结合球蛋白（SHBG）的水平，进而限制游离雌二醇的可用性 [6]。Tamoxifen还能通过抑制蛋白激酶C，阻碍肿瘤细胞的DNA合成 [6]。
2. Tamoxifen 用作基因编辑技术中的诱导剂 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）在Cre/loxP系统中广泛用于激活CreER重组酶，以实现时空特异性基因编辑。其原理如下：Cre重组酶具有可识别基因组中loxP位点并介导DNA重组的能力；ERT2则是一种经过改造的雌激素受体配体结合域（LBD），丧失了内源性雌激素结合能力；实验人员将上述两个蛋白形成嵌合体，即Cre-ERT2融合蛋白；该融合蛋白在缺少Tamoxifen或其代谢物 4-羟基他莫昔芬（4-OHT，AbMole，M7839 ）时与HSP90（热激蛋白90）结合，并滞留于胞质中；在动物实验中通过皮下注射或口服给药的形式注射Tamoxifen，后者经肝脏代谢转变为4-OHT，4-OHT 与Cre-ERT2结合导致其构象改变，从而使Cre重组酶进入细胞核并启动重组，即实现了前文所述的时空特异性基因编辑。 2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
图 2. Principles of Inducible Cre-loxP mutation system
[7].
3. Tamoxifen 用于骨质疏松研究 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）在某些组织中能够促进骨形成和抑制骨吸收。在乳腺癌动物模型中，由于卵巢功能衰竭以及使用芳香化酶抑制剂等，实验动物往往表现出骨质疏松的增加。Tamoxifen能增加骨密度，降低骨质疏松性骨折的发生风险。这主要是得益于Tamoxifen能够影响成骨细胞和破骨细胞的活性，进而调节骨代谢，有助于增加和稳定骨密度，对骨骼起到一定的保护作用。
三、 范例详解
1. Nature. 2020 Dec;588(7839):664-669. 韩国浦项科技大学的研究团队在上述顶级期刊《Nature》中探究了膀胱类器官（bladder assembloids）的构建，并发现这些类器官能够模拟膀胱组织的再生和癌症发展的过程。研究人员通过将膀胱干细胞与多种基质细胞组合，构建了具有空间组织结构的多层膀胱类器官。这些类器官不仅在结构上类似于真实的膀胱组织，而且在基因表达和细胞组成上也与成熟的成体器官高度相似。上述文章为研究膀胱组织的再生和癌症发展提供了一个新的模型系统。在实验中，科研人员使用了由AbMole提供的三个产品：其中 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）被实验人员用于构建可控的基因重组工具。具体来说，研究人员利用了 RAInbow 小鼠模型，通过 Tamoxifen 诱导Cre重组酶的活性，从而实现对特定基因的敲除或激活。这种技术允许研究人员在活体动物中进行精确的基因操作，以便研究特定基因在膀胱再生和癌症发展中的作用。此外，在类器官的培养中，实验人员还使用了来自AbMole的 Y-27632（AbMole，M1817 ）另外，研究团队为了探究Hedgehog信号通路在上述类器官癌变模型中的功能，使用了Hedgehog抑制剂-- Vismodegib （GDC-0449，AbMole，M1713） [8]。
图 3. Bladder assembloids mimic the pathophysiology and represent tissue dynamics during urinary tract infection
[8].
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[1] Ghadier Matariek, John Oluwafemi Teibo, Kholoud Elsamman, et al., Tamoxifen: The Past, Present, and Future of a Previous Orphan Drug, European Journal of Medical and Health Sciences 4(3) (2022) 1-10.
[2] Kouhen Fadila, Rais Fadoua, Benhmidou Naoual, et al., Tamoxifen Treatment and Risk of Endometrial Cancer: An Overview, J. of Health Science 4(1) (2016).
[3] V. C. Jordan, Tamoxifen (ICI46,474) as a targeted therapy to treat and prevent breast cancer, British journal of pharmacology 147 Suppl 1(Suppl 1) (2006) S269-76.
[4] 高德宗, 高华, 郭秀会, et al., 他莫昔芬与γ-干扰素联合抗人乳腺癌细胞株的作用及其机制研究, 中国普通外科杂志 16(11) 14-108.
[5] C. Y. Liu, M. H. Hung, D. S. Wang, et al., Tamoxifen induces apoptosis through cancerous inhibitor of protein phosphatase 2A-dependent phospho-Akt inactivation in estrogen receptor-negative human breast cancer cells, Breast cancer research : BCR 16(5) (2014) 431.
[6] H. Kim, M. Kim, S. K. Im, et al., Mouse Cre-LoxP system: general principles to determine tissue-specific roles of target genes, Laboratory animal research 34(4) (2018) 147-159.
[7] E. Kim, S. Choi, B. Kang, et al., Creation of bladder assembloids mimicking tissue regeneration and cancer, Nature 588(7839) (2020) 664-669.
一、 Tamoxifen 的作用机制 雌激素受体（Estrogen Receptor, ER）是细胞中的一种信号接收蛋白，可分为两大类：经典的核受体（ERα和ERβ）和膜受体（如GPER1、Gaq-ER和ER-X）。这些受体在细胞核、细胞质和细胞膜中均有分布，通过不同的信号传导途径发挥生物学效应。ERα和ERβ是经典的核受体（位于细胞核内），它们通过与DNA上的雌激素应答元件（ERE）结合，调节基因的转录。 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）对ERα和ERβ均有一定的亲和力 ，但与ERα的结合更为紧密。在动物乳腺组织中，Tamoxifen-ER复合物主要表现为拮抗剂的作用，它能够抑制雌激素与 ER的结合，从而阻断雌激素介导的信号通路，抑制乳腺细胞的增殖。而在骨骼和子宫内膜等其他组织中，Tamoxifen-ER复合物却表现出激动剂的作用，促进细胞的生长和功能维持。在骨组织中，Tamoxifen-ER能够维持骨密度 [1]。在子宫内膜中，Tamoxifen则可能刺激子宫内膜细胞的增殖 [2]。有文献认为上述差异性可能是由于Tamoxifen诱导ER构象变化的差异，以及不同组织细胞中共调节因子（co-regulators）的不同 [3]。
图 1. Mechanism of action of Tamoxifen.
二、 Tamoxifen 的科研应用
1. Tamoxifen 用于肿瘤的研究 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）对雌激素受体（ER）阳性的乳腺癌细胞系具有显著的抑制作用。例如Tamoxifen能够抑制MCF-7人乳腺癌细胞的生长，阻滞细胞周期于G0/G1期，并诱导细胞凋亡 [4]。其抑制作用具有时间和浓度依赖性，且能够拮抗外源性雌激素对细胞的促生长作用。尽管Tamoxifen主要用于抑制ER阳性的乳腺癌，但在部分ER阴性的乳腺癌细胞系中也显示出一定的抑制效果。并且Tamoxifen对肿瘤细胞的抑制还可能存在“非雌激素受体依赖性”机制。例如有研究发现，Tamoxifen在MDA-MB-231、MDA-MB-468、MDA-MB-453和SK-BR-3等ER阴性乳腺癌细胞系中也能够诱导显著的细胞凋亡。其机制可能涉及到Tamoxifen对Akt信号通路和蛋白磷酸酶 2A的抑制 [5]。而在动物实验中，Tamoxifen能够降低实验动物体内的肿瘤生长因子（TSGF）和胰岛素样生长因子（IGF）的水平，同时提高性激素结合球蛋白（SHBG）的水平，进而限制游离雌二醇的可用性 [6]。Tamoxifen还能通过抑制蛋白激酶C，阻碍肿瘤细胞的DNA合成 [6]。
2. Tamoxifen 用作基因编辑技术中的诱导剂 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）在Cre/loxP系统中广泛用于激活CreER重组酶，以实现时空特异性基因编辑。其原理如下：Cre重组酶具有可识别基因组中loxP位点并介导DNA重组的能力；ERT2则是一种经过改造的雌激素受体配体结合域（LBD），丧失了内源性雌激素结合能力；实验人员将上述两个蛋白形成嵌合体，即Cre-ERT2融合蛋白；该融合蛋白在缺少Tamoxifen或其代谢物 4-羟基他莫昔芬（4-OHT，AbMole，M7839 ）时与HSP90（热激蛋白90）结合，并滞留于胞质中；在动物实验中通过皮下注射或口服给药的形式注射Tamoxifen，后者经肝脏代谢转变为4-OHT，4-OHT 与Cre-ERT2结合导致其构象改变，从而使Cre重组酶进入细胞核并启动重组，即实现了前文所述的时空特异性基因编辑。 2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
图 2. Principles of Inducible Cre-loxP mutation system
[7].
3. Tamoxifen 用于骨质疏松研究 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）在某些组织中能够促进骨形成和抑制骨吸收。在乳腺癌动物模型中，由于卵巢功能衰竭以及使用芳香化酶抑制剂等，实验动物往往表现出骨质疏松的增加。Tamoxifen能增加骨密度，降低骨质疏松性骨折的发生风险。这主要是得益于Tamoxifen能够影响成骨细胞和破骨细胞的活性，进而调节骨代谢，有助于增加和稳定骨密度，对骨骼起到一定的保护作用。
三、 范例详解
1. Nature. 2020 Dec;588(7839):664-669. 韩国浦项科技大学的研究团队在上述顶级期刊《Nature》中探究了膀胱类器官（bladder assembloids）的构建，并发现这些类器官能够模拟膀胱组织的再生和癌症发展的过程。研究人员通过将膀胱干细胞与多种基质细胞组合，构建了具有空间组织结构的多层膀胱类器官。这些类器官不仅在结构上类似于真实的膀胱组织，而且在基因表达和细胞组成上也与成熟的成体器官高度相似。上述文章为研究膀胱组织的再生和癌症发展提供了一个新的模型系统。在实验中，科研人员使用了由AbMole提供的三个产品：其中 Tamoxifen（他莫昔芬，AbMole，M7353）被实验人员用于构建可控的基因重组工具。具体来说，研究人员利用了 RAInbow 小鼠模型，通过 Tamoxifen 诱导Cre重组酶的活性，从而实现对特定基因的敲除或激活。这种技术允许研究人员在活体动物中进行精确的基因操作，以便研究特定基因在膀胱再生和癌症发展中的作用。此外，在类器官的培养中，实验人员还使用了来自AbMole的 Y-27632（AbMole，M1817 ）另外，研究团队为了探究Hedgehog信号通路在上述类器官癌变模型中的功能，使用了Hedgehog抑制剂-- Vismodegib （GDC-0449，AbMole，M1713） [8]。
图 3. Bladder assembloids mimic the pathophysiology and represent tissue dynamics during urinary tract infection
[8].
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献及鸣谢
[1] Ghadier Matariek, John Oluwafemi Teibo, Kholoud Elsamman, et al., Tamoxifen: The Past, Present, and Future of a Previous Orphan Drug, European Journal of Medical and Health Sciences 4(3) (2022) 1-10.
[2] Kouhen Fadila, Rais Fadoua, Benhmidou Naoual, et al., Tamoxifen Treatment and Risk of Endometrial Cancer: An Overview, J. of Health Science 4(1) (2016).
[3] V. C. Jordan, Tamoxifen (ICI46,474) as a targeted therapy to treat and prevent breast cancer, British journal of pharmacology 147 Suppl 1(Suppl 1) (2006) S269-76.
[4] 高德宗, 高华, 郭秀会, et al., 他莫昔芬与γ-干扰素联合抗人乳腺癌细胞株的作用及其机制研究, 中国普通外科杂志 16(11) 14-108.
[5] C. Y. Liu, M. H. Hung, D. S. Wang, et al., Tamoxifen induces apoptosis through cancerous inhibitor of protein phosphatase 2A-dependent phospho-Akt inactivation in estrogen receptor-negative human breast cancer cells, Breast cancer research : BCR 16(5) (2014) 431.
[6] H. Kim, M. Kim, S. K. Im, et al., Mouse Cre-LoxP system: general principles to determine tissue-specific roles of target genes, Laboratory animal research 34(4) (2018) 147-159.
[7] E. Kim, S. Choi, B. Kang, et al., Creation of bladder assembloids mimicking tissue regeneration and cancer, Nature 588(7839) (2020) 664-669.
