ｍＴＯＲ抑制劑的研究進展

龔晶淼

1 mTOR概述

mTOR（哺乳動物雷帕霉素靶蛋白)是蛋白激酶家族中新的一員，這類蛋白激酶又屬于磷酯酰肌醇激酶相關激酶(PIKK)［1-3］。mTOR是在研究免疫抑制劑雷帕霉素的過程中發現的，科學家在研究中發現結構相似的免疫抑制劑FK506和雷帕霉素能夠與相同的靶蛋白FKBP12 (FK506結合蛋白)結合發揮其免疫抑制作用，但是它卻與FK506的免疫抑制機制不同，雷帕霉素與FKBP12結合形成的復合物不能與鈣調素結合，并且雷帕霉素也不能抑制T細胞的早期激活或直接減少細胞因子的合成，它是通過不同的細胞因子受體阻斷信號傳導，阻斷T淋巴細胞及其它細胞由G1期至S期的進程，而FK506則是抑制T淋巴細胞由G0期至G1期的增殖［4］。

由于mTOR在細胞增殖、分化、轉移和存活中的重要地位，mTOR已經成為癌癥治療中的一個新靶點。mTOR抑制劑的抗癌機制都是通過首先與FKBP-12蛋白生成復合物，此復合物再與mTOR的FRB區域結合由此抑制mTOR的功能，從而抑制了下游的相關因子的功能，將腫瘤細胞阻滯于G1期(前DNA合成期)從而使腫瘤細胞的生長受抑制并最終阻滯細胞的增殖甚至使細胞凋亡。

2 mTOR抑制劑

2.1 雷帕霉素及其衍生物 雷帕霉素(Rapamycin,Sirolimus,RAPA,1)屬大環內酯類抗生素，與FK506結構相似。早在1975年，從們已從吸水鏈霉菌(Steoptomyces hyproscopicus)的代謝產物中分離出雷帕霉素，但由于其過低的抗菌活性而遭冷遇，直至1977年由于其結構與免疫抑制劑FK506相似而被發現同樣具有免疫抑制活性，但令人驚奇的是雷帕霉素與FK506卻有著非常不同的免疫抑制機制，這也加深了人們對T細胞活化的理解。1989年雷帕霉素作為抗移植的排斥反應的新藥進入臨床，現已上市。在上世紀90年代中期，由于雷帕霉素對T淋巴細胞增殖的抑制又引導人們將其用于抗腫瘤細胞治療，并發現其同樣具有較好的抗腫瘤活性，此藥作為抗癌藥已由美國惠氏公司開發即將進入臨床［5］。

雷帕霉素的抗腫瘤活性雖強，但它有兩個嚴重的缺點：穩定性差及溶解性差。雷帕霉素對酸或堿都不穩定，即使在生理pH條件下雷帕霉素也會發生β-消除形成α,β-不飽和酮和發生內酯環的水解形成β-羥基酮而活性下降。所以曾有研究者嘗試將內酯環附近引入較大位阻的基團以及將32位的羰基還原以阻止雷帕霉素的降解。其修飾的結果表明在1位引入烷基可以延長雷帕霉素衍生物的半衰期，并且烷基的體積增大使得雷帕霉素衍生物的穩定性增加但其FKBP結合活性也隨之劇降從而使得mTOR抑制活性降低；而將32位的羰基還原成羥基對穩定性和抑制活性的影響都較小［6-7］。

雷帕霉素溶解性差的問題則導致了很難得到其蓋侖制劑或口服劑型，一直以來雷帕霉素的使用都是通過非腸道給藥系統。為了解決口服給藥生物利用度過低的問題，研究者試圖在雷帕霉素的結構上引人親水性的基團。將16位的甲氧基的甲基脫去或者將甲氧基替換成炔氧基可以增加雷帕霉素衍生物的穩定性和生物利用度。而在40位的羥基上的修飾顯然對改善雷帕霉素的理化性質更為有利。

Everolimus［Certican,RAD001,SDZ RAD,43-O-(2-hydroxethyl)-rapamycin］ Everolimus（其結構如圖1所示）是Novartis公司研發的水溶性比雷帕霉素好的半合成衍生物，可以口服給藥。體外免疫抑制活性比雷帕霉素低3倍，但在體內與雷帕霉素相當。作為免疫抑制劑與環孢素有協同作用，目前處于腎移植的Ⅲ期臨床試驗中；Evero-limus有抑制血管內皮細胞增殖的作用，已批準作為藥物支架的涂層藥物；Everolimus也是mTOR抑制劑，是作用于mTOR靶位的抗腫瘤藥物，它能與細胞毒抗腫瘤藥物聯合使用，對非小細胞肺癌有實質性的效果，處在I期臨床。對黑色素瘤、直腸癌、胰腺癌有作用，口服劑量2.5 mg/（kg?d）［8］。

惠氏的研究人員又從RAD001入手研究了將引人的羥乙基制成各種酯，比如水溶性聚乙二醇酯及將40位的羥基成二羥甲基丙酸酯(CCI-779) ，由此得到的衍生物不僅有與雷帕霉素相當的活性而且還具有適宜的理化性質。

CCI-779［Temsirolimus,2,2-bis-(hydroxymethyl)propionic acid C-43 rapamycinester］ CCI-779（細胞周期抑制劑-779)（其結構如圖1所示）是水溶性比雷帕霉素更好的丙酸酯類衍生物，作用于mTOR靶位，是一種雷帕霉素信號通道抑制劑。幾乎無免疫抑制活性，但有抗腫瘤活性，是一種延遲腫瘤增殖的非細胞毒藥物。2004年8月FDA批準Wyeth的CCI-779通過快速審批通道用于晚期腎癌患者的治療。腎癌占人類惡性腫瘤3％，發病機制不明，美國2005年腎癌新增病例36 000例，死亡約26 000例。該藥物現在已完成I期臨床，進入腎癌和乳癌的Ⅱ期臨床，靜脈注射給藥。CCI-779單用或同細胞毒藥物聯合應用可以對抗10多種腫瘤［9］。

Ariad公司開發的AP23573(Dimethyl-phosphinic acid C-43 rapamycin ester)AP23573（其結構如圖1所示）先是由計算機輔助設計出來的半合成藥物，是將40位的羥基成二甲基次磷酸酯，也是mTOR抑制劑。在各種有機溶劑、不同pH水溶液、血漿和全血中都很穩定。無免疫抑制活性，但對各種癌癥都有很強的作用，可單用、也可同細胞毒藥物聯合使用。該藥由美國ARIAD公司生產，FDA快速審批通道批準用于治療軟組織和骨骼惡性腫瘤。對血液癌(白血病和淋巴瘤)和實體瘤(肉瘤、前列腺、各種膠質細胞瘤)的治療分別處在Ⅱ期和Ⅰ期臨床試驗中。AP23573現為靜脈注射劑型，2005年第二季度開始申請口服劑型［10］。

上述四種雷帕霉素類新的抗腫瘤靶向藥物與已知的細胞毒抗腫瘤藥截然不同，它們的不良反應非常輕，如輕度皮膚炎、黏膜炎和腹瀉等。

2.2 吡咯并喹啉衍生物 理論上，mTOR作為PIKK家族的一員也可以被PI3K抑制劑所抑制。現有的P13K抑制劑wortmannin (5)（其結構如圖2所示）及LY294002 (6)（其結構如圖3所示）在研究PIKK家族在胞內信號傳導中的地位有著無可估量的價值，但可惜的是它們的毒性和治療譜窄決定了它們不可能成為抗癌藥。所以研究者們又著眼于尋找其他結構類型的PI3K抑制劑。Peng等人根據wortamannin的結構設計出了吡咯并喹啉類的PI3K抑制劑，并發現這類化合物同時具有mTOR抑制活性。如化合物DK8G557(7)（其結構如圖4所示）所示這類化合物都具有一個近平面的骨架以及一個高度缺電子的反應中心，此部位可以與靶蛋白的親核基團發生Michael加成反應。進一步的構效分析表明一個帶有α,β-不飽和環外雙鍵的γ-內酯環也是mTOR抑制活性所必濡的。然而現有的化合物的檢測結果也表明僅有以上這些結構特征對mTOR抑制活性仍然是不充分的，而且這類化合物與雷帕霉素類藥物相比，無論mTOR抑制活性或是體外抗腫瘤細胞活性都有著巨大的差距，是否能從中發現更有價值的化合物還有待進一步的研究［11-12］。

2.3 色酮衍生物 LY294002 (6)是最早被發現有抑制P13K作用的化合物。由于mTOR的碳端與P13K有相似序列，故研究者也嘗試將之用于mTOR抑制活性的研究。但LY294002作用的選擇性過小，在抑制mTOR的同時也抑制了多個P13K依賴的重要信號通路造成了嚴重的副作用。X衍射分析表明，LY294002的嗎啡啉基團的氧原子可能與T882形成氫鍵從而置換了P13K活性位點處的ATP。這促使研究人員針對LY294002的嗎啡琳環進行改造以期提高選擇性。最終Vlahos等發現以N,S,C置換氧原子都能不同程度的降低對P13K的抑制活性，其中尤以哌嗪環替代嗎啡琳環得到的LY303511(其結構見圖5)對P13K的抑制活性最低，而同時還保留了對mTOR的抑制活性。而對于LY294002其它部位的改造不能使P13K的抑制活性有明顯下降，甚至7,8位并合一個苯環后成為了DNA-PK（DNA依賴性蛋白激酶)的抑制劑。Amold等證實LY303511同雷帕霉素一樣抑制mTOR依賴性的S6K通路的激活，從而在體外阻斷了A549細胞及PASM細胞的繁殖。但LY303511還可以抑制酪蛋白激酶2(CK2，一種影響G1及G2/M期進程的酶)，這說明LY303511不單純是mTOR的抑制劑，這也解釋了對雷帕霉素耐受的A549細胞卻對LY303511敏感。由于P13K抑制活性的降低，LY303511只抑制細胞的繁殖而不造成細胞的凋亡，這也使LY303511的體內毒性急劇下降而具有較好的治療指數。LY303511目前還在進行進一步的藥理檢測［13-14］。

2.4 α-亞甲基-γ-丁內酯類衍生物這類衍生物是受Wortxnannin的結構啟發而設計的，其結構如圖6所示。根據Peng的理論，Woranannin的活性來源于一個近平面的結構以及一個與丁內酯共扼的親電的環外雙鍵，所以Ding設計了在吲哚的氮上連接亞甲基丁內醋的結構。初步的研究表明R1對活性影響不大，R2取代有利于提高活性但取代類型的影響不大，R3為小基團更有利。目前，這類衍生物的研究工作還有限，所得的化合物的活性低于或與Wortmannin相當，并且這類化合物的選擇性還有待進一步研究［15-16］。

在細胞受到刺激時而產生增殖、分裂的信號傳導過程是極其復雜的，而mTOR在這一過程中占有核心的地位。在對雷帕霉素免疫抑制作用的研究過程中，人們逐漸弄清了mTOR的結構和作用機制。mTOR在被P13K,Akt/PKB活化后激活兩種下游因子p70s6k和4E-BP-1的功能，從而影響了細胞周期中與G1-S轉化有關的mRNAs的翻譯。所以mTOR的抑制將會使細胞停留在G1期直至造成細胞的凋亡。目前，正在研究的mTOR抑制的抗癌藥主要有雷帕霉素類衍生物，早期的研究多數集中于改善其理化性質，而試圖提高雷帕霉素活性的結構改造都以失敗告終，也許對mTOR和雷帕霉素作用機制的更深入的研究會有助于突破這一難關。另一類在研究中的小分子mTOR抑制劑是由PI3K抑制劑woranalutm及LY294002的結構為依據設計出來的，雖然這類化合物的構效關系研究還略顯粗糙，但從PIKK家族尋找MTOR抑制劑的工作仍然獲得了一些有希望的小分子化合物。由于小分子抑制劑在合成的容易、穩定性甚至活性等方面比雷帕霉素更優越，所以對小分子mTOR抑制劑的研究將會日益活躍。

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