从寄生虫到心脏药：一个诺奖级科学家的50年逆袭之路

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撰文丨李林

来源丨医学界心血管频道

2023年，一款名为Mavacamten的肥厚型心肌病（HCM）治疗药物斩获美国盖伦奖最佳生物技术产品奖。这个被誉为“制药界诺贝尔奖”的荣誉，背后承载着斯坦福大学James A. Spudich教授团队跨越半世纪的科研传奇：从解析阿米巴肌球蛋白的分子机制起步，历经数十载基础研究与转化探索，最终成功开发出全球首个精准靶向治疗HCM的创新药物。

同年，Evaluate Pharma发布的行业报告中，同类在研药物Aficamten亦入选“全球十大最具价值潜力药品”，展现出靶向治疗在HCM治疗中的广阔前景。

Spudich教授在

Front Physiol

一、钥匙：一场看似“无用”却为心脏病机制奠基的科研征程（1971-1994）

1971年，26岁的James Spudich在斯坦福大学开启了他的科研生涯。当时，他选择的研究对象让同行颇感意外——既不是人类细胞，也不是经典模式生物果蝇，而是一种名为盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）的单细胞黏菌。这种微生物的特别之处在于：饥饿时会聚集成多细胞体，像微型动物般“爬行”觅食。这种看似简单的运动，却暗藏着一个关键科学问题：细胞如何通过肌球蛋白产生机械力？

当时，科学界对肌球蛋白如何将化学能转化为机械运动的机制争论不休。而能量转化机制是理解肌肉收缩（包括心脏收缩）的核心，主流观点认为，肌球蛋白头部（S1结构域）会像钟摆一样摆动，但实验结果却频频矛盾。

Spudich认为主流观点的实验结果矛盾源于实验体系的局限性——早期研究多依赖天然肌肉纤维，受细胞复杂环境干扰，难以精准解析单一分子的行为，所以他选择了一条少有人走的路：用最基础的生物化学手段，从阿米巴中纯化出肌球蛋白，在试管中重建其运动功能。

Spudich通过实验发现，肌球蛋白头部的某些区域在ATP水解过程中发生构象变化，这种变化可以放大为杠杆臂的摆动，从而推动肌动蛋白运动。而“钟摆摆动”模型认为肌球蛋白头部作为一个整体进行摆动，类似于钟摆绕固定轴的旋转，“杠杆臂”模型则强调肌球蛋白头部内部的局部结构域变化，通过杠杆原理产生力量。

当Spudich首次提出肌球蛋白通过摆动“杠杆臂”驱动心脏收缩时，学界嗤之以鼻：“用阿米巴虫研究心脏病？简直荒谬！”

“我们开发了两种革命性技术：体外运动实验和激光光镊。”Spudich回忆道。前者让肌球蛋白在玻片上“拖拽”肌动蛋白纤维，后者首次捕捉到单个肌球蛋白分子产生的纳米级位移（约10纳米）。这些发现不仅验证了“杠杆臂摆动”假说，更为后来解析心脏病的分子机制埋下伏笔。

关键突破：

• 1974年：博士后Margaret Clarke首次在阿米巴中发现肌球蛋白II，证明其能组装成双极粗纤维。

• 1987年：博士生Arturo De Lozanne通过基因敲除技术，首次证明肌球蛋白II是细胞分裂的关键。

• 1994年：博士后Jeff Finer用激光光镊技术首次测得单个肌球蛋白分子的10纳米步长，终结了科学界对“摆动横桥假说”的争议。

这些发现不仅验证了肌球蛋白作为分子马达的工作原理，更为后来解析人类心脏病的分子机制奠定了基础。正如Spudich在回忆录中写道：“基础科学就像在暗室中拼图，你永远不知道哪一片会通向光明。”

二、失控：“超能心脏”背后的基因突变（2010-2015）

时间来到2010年，当团队转向人类β-心肌肌球蛋白研究时，医学界长久以来的一个未解之谜再次引起关注：HCM患者的心脏为何会异常肥厚？这种每500人中就有1人患有的遗传病，40%的病例源于心肌肌球蛋白基因（MYH7）突变。

通过基因编辑技术，团队首次在实验室表达了人类β-心肌肌球蛋白，并引入

R403Q、R453C

但另一个现象让科学家陷入困惑：某些突变并未改变肌球蛋白的活性，却依然导致疾病。2015年，Spudich在睡梦中获得灵感，提出“肌球蛋白台面假说”：健康心脏中，部分肌球蛋白会通过折叠结构（IHM关闭态）进入休眠状态，而HCM突变破坏了这种“刹车机制”。

高分辨率电镜技术最终揭晓了答案：正常肌球蛋白的头部会像书本一样合拢，紧贴自身的尾部；而突变使这种结构变得松散，更多肌球蛋白“觉醒”，疯狂拉动肌动蛋白。这一发现解释了为何靶向抑制过度活跃的肌球蛋白能成为治疗关键。

三、两次创业：从癌症到心脏的跨界

1998年，Spudich与三位科学家创立了Cytokinetics公司，目标是开发针对细胞骨架的癌症和心脏病药物。这家公司诞生于旧金山机场的贵宾厅——四位创始人每月在此秘密讨论，最终决定兵分两路：一方面研究靶向有丝分裂驱动蛋白（治疗癌症），另一方面研究激活心肌肌球蛋白（治疗心力衰竭）。

“我们最初的明星药物是Omecamtiv Mecarbil（OM），它能增强心脏收缩力。”现任CEO Robert Blum透露。但在筛选肌球蛋白激活剂的过程中，化学家们意外发现了一批抑制剂。这些“失败品”被暂时封存，直到一个更小众的疾病进入视野——HCM。

四、创业公司的诞生密码：一杯咖啡

2012年，距离Mavacamten获批还有整整十年，Spudich在斯坦福的办公室里接到了一个改变历史的电话。来电者是著名风投Third Rock Ventures的合伙人Charles Homcy——这位曾参与创建Portola制药的连续创业者，正在寻找“颠覆心脏病治疗”的药物。

“他问我：‘斯坦福有什么值得投资的黑科技？’”Spudich回忆道。两个半小时的咖啡会谈后，Charles被一个细节震撼：实验室已成功表达出携带HCM突变的人类β-心肌肌球蛋白，这是全球首个能模拟患者心脏分子缺陷的模型。

五、老东家的“意外遗产”：“垃圾堆”里的黄金

鲜为人知的是，Mavacamten的诞生竟源于Spudich的上一段创业故事。

2012年，Spudich与心脏病遗传学家创立MyoKardia公司，专攻HCM。此时，Cytokinetics已将研发重心转向骨骼肌和神经退行性疾病，但慷慨授权了早期化合物库。MyoKardia团队在“科研垃圾堆”中淘金，发现了一个关键分子：代号为“S构型”的化合物，这就是后来的Mavacamten。从拿到化合物到确定先导结构，MyoKardia仅用90天。首席化学家Bob McDowell发现，苯环上的三氟甲基是“分子刹车”的关键——它能像楔子一样卡住肌球蛋白的转换器结构。

“它像一把特制钥匙，卡在肌球蛋白的转换器区域。”Spudich展示的分子结构显示，Mavacamten既能抑制ATP酶活性，又稳定了肌球蛋白的“休眠状态”。

六、从实验室到药瓶的“马拉松”

在Mavacamten成为改变生命的药物之前，它经历了科学界最严苛的“闯关测试”——从分子水平的微观验证，到动物器官的功能测试，最终在人体临床试验中证明价值。这场持续十年的全链条验证，揭示了现代药物研发的精密与严谨。

小鼠心脏的“逆生长”奇迹

2016年，《科学》杂志发表的一项研究震惊了学界：Mavacamten剂量依赖性地降低小鼠心肌收缩力，早期干预可使突变小鼠左心室壁厚度维持在正常水平，心肌细胞排列紊乱减少30%，纤维化面积降低80%。

临床研究的“精准卡位”

2016年，MyoKardia团队启动了关键性III期临床试验。他们需要验证两个核心问题：Mavacamten能否逆转心肌肥厚进程？安全性如何？

2020年公布的III期临床试验结果再次震动了学界：与安慰剂组相比，Mavacamten组运动后左心室流出道梯度降低36mmHg（95%CI：-43.2至-28.1），峰值耗氧量增加1.4ml/kg/min（95%CI：0.6至2.1）、34%患者NYHA心功能分级至少改善1个分级、KCCQ-CSS评分增加9.1（95%CI：5.5至12.7）；磁共振子研究显示Mavacamten治疗患者的左室质量指数、左室最大室壁厚度均较安慰剂组显著减少。同时，Mavacamten表现出良好的安全性。

一位参与试验的患者在接受采访时说：“以前爬楼梯会窒息，现在我能陪孙子踢足球了——这不仅是药，是重获新生的机会。”2022年4月，FDA基于这项研究批准Mavacamten上市。

七、第二把钥匙：Aficamten的逆袭

正当Mavacamten大获成功时，Cytokinetics也悄然完成转身。2024年，其研发的第二个药物Aficamten公布III期临床试验结果，较安慰剂组，主要终点峰值摄氧量提升1.74ml/kg/min（最小二乘平均差），在所有10个预设的次要终点中，包括堪萨斯城心肌病问卷临床总结评分、NYHA功能分级改善≥1级的患者比例、左心室流出道梯度的变化等均观察到统计学显著且具临床意义的改善。

如今，76岁的Spudich仍未停步——他的新公司Kainomyx正针对疟原虫肌球蛋白研发抗寄生虫药。这场横跨半个世纪的分子革命，仍在书写新的篇章。

参考文献：

[1]Spudich JA. From amoeboid myosin to unique targeted medicines for a genetic cardiac disease. Front Physiol. 2024 Oct 28;15:1496569.

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