抗腫瘤小分子靶向藥物及靶點研究進展

蔣建利，付之光　(第四軍醫大學細胞工程研究中心，陜西 西安 710038)

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抗腫瘤小分子靶向藥物及靶點研究進展

蔣建利，付之光(第四軍醫大學細胞工程研究中心，陜西 西安 710038)

【摘要】惡性腫瘤目前仍然是全球排名第二的致死性疾病. 與惡性腫瘤的常規治療方法如手術、化療和放療等不同，分子靶向治療作為腫瘤治療的新手段，正以其高療效，低毒副反應以及高度特異性等優勢成為腫瘤治療研究的熱點. 隨著分子生物學機制的不斷發展及生物技術產業的不斷推動和支持，人們對腫瘤的探索也不斷深入，越來越多的腫瘤特異性分子靶點已為人們所認識，隨之而來的抗腫瘤小分子靶向藥物亦發展壯大. 本研究旨在依據腫瘤不同的分子生物學特性，對研究較多的腫瘤靶點及相應小分子靶向藥物進行總結和綜述.

【關鍵詞】抗腫瘤藥;分子靶向治療;靶點

0引言

惡性腫瘤是嚴重危害人類健康的疾病. 傳統治療手段無法達到治愈效果，尤其對于中晚期惡性腫瘤患者，其療效似乎已進入瓶頸期. 隨著腫瘤分子生物學的不斷發展，人們對腫瘤分子機制及其生物學特性均有了更深入的認識. 不同生物學特性都離不開一些重要驅動分子的參與或調控，而針對這些驅動分子所研發的小分子靶向藥物在治療惡性腫瘤的過程中取得了重大進展. 關于腫瘤的生物學特性，相關文獻中有很多描述與分類，目前比較權威的是Weinberg于2011年依據近十年腫瘤學的研究進展，總結出的10個生物學特征，分別為：自給自足生長信號(self-sufficiency in growth signals)、抗生長信號的不敏感(insensitivity to antigrowth signals)、抵抗細胞死亡(resisting cell death)、潛力無限的復制能力(limitless replicative potential)、持續的血管生成(sustained angiogenesis)、組織浸潤和轉移(tissue invasion and metastasis)、免疫逃逸作用(avoiding immune destruction)、腫瘤相關炎癥反應(tumor promotion inflammation)、細胞能量代謝異常(deregulating cellular energetics)、基因組不穩定和突變(genome instability and mutation). 筆者通過搜集和查閱文獻，試圖對不同特征的重要靶點分子以及相應的小分子靶向藥物進行介紹.

1自給自足的生長信號

正常組織細胞能夠精準地調控生長相關信號和因子的產生與釋放，從而使細胞進入正常的生長分化周期，維持正常組織結構與功能. 而腫瘤細胞則通過破壞信號通路的調控，使其逐漸形成自給自足的生長信號. 大部分維持腫瘤細胞生長的信號通路依賴細胞表面受體，特別是包含酪氨酸激酶結構域的分子[1]. 本研究主要介紹絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)信號通路和表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)信號通路.

1.1MAPK信號通路MAPK信號通路可以調節細胞增殖，生存和分化. 該通路通過RAS、RAF、MEK及ERK的特異性級聯磷酸化將信號由細胞外傳入細胞核內. RAF家族由絲氨酸-絲氨酸激酶ARAF，BRAF和CRAF組成. 被磷酸化的RAF蛋白可以進一步活化MEK1和MEK2，繼而磷酸化ERK1和ERK2，激活轉錄因子，調節細胞增殖，生存和分化. BRAF基因突變引起MAPK信號通路系列活化，是人類腫瘤中普遍發生的信號通路改變. 高頻的BRAF突變常見于黑色素瘤、甲狀腺癌、結直腸癌等[2]. 因此，近年來，靶向BRAF的小分子抑制劑逐漸被重視并呈現出令人期待的臨床療效. 2011年，美國FDA批準的小分子抑制劑Vemurafenib可顯著抑制BRAF(V600E)、CRAF以及野生型BRAF，用于治療晚期或不可切除的黑色素瘤. 而2013年批準的Dabrafenib則是一種可逆性的ATP競爭抑制劑，可選擇性抑制BRAF(V600E)，用于晚期轉移或不可切除的黑色素瘤的治療. 此外，針對MEK激酶的小分子抑制劑Trametinib于2013年獲批上市，用于治療轉移性或難根治的BRAF突變的黑色素瘤. 2015年批準的新藥Cobimetinib可與Vemurafenib聯用，可用于治療晚期無法手術的轉移性黑色素瘤[3].

然而，大多數患者服用該類藥物后可獲得耐藥而使腫瘤復發. 目前的研究認為BRAF在黑色素瘤發生獲得性耐藥機制是由于各種原因導致的MAPK信號通路的重激活及/或PI3K信號通路的上調[4]. 然而，更加明確的耐藥機制目前仍在研究之中.

1.2EGFR信號通路EGFR是細胞膜表面的表皮生長因子受體，具有酪氨酸激酶(tyrosine kinase, TK)活性，由原癌基因c-erbB-1編碼，分子量為170 kDa. EGFR包含3個區域，胞外區、跨膜區以及具有TK活性的胞內區. EGFR與其配體結合后，使其構象發生改變，形成同源或異源二聚，繼而激活其中的酪氨酸激酶，使其受體自身的酪氨酸殘基發生磷酸化. 磷酸化后的酪氨酸激酶募集含SH2結構域的信號轉導蛋白，激活下游多種信號途徑，如MAPK、PI3K/Akt、STAT等. 異常的信號最終導致細胞增殖失控、凋亡抑制等惡性表型[5].

EGFR在上皮來源的腫瘤中高水平表達，其靶向藥物在腫瘤治療中也取得了顯著的療效. EGFR酪氨酸激酶小分子抑制劑的機制主要是通過ATP與配體結合位點的競爭性結合，阻斷酪氨酸激酶活化，從而抑制EGFR激活，進一步抑制腫瘤細胞生長，促進細胞凋亡. Gefitinib、Erlotinib為FDA批準上市的治療非小細胞肺癌的可逆性酪氨酸激酶抑制劑. 新近上市的Afatinib、Osimertinib是EGFR激酶不可逆抑制劑，對EGFR(wt)、EGFR(L858R)、EGFR(L858R/T790M)和HER2均有抑制作用，用于治療晚期非小細胞肺癌[6].

2不敏感的抗生長信號

腫瘤細胞除了維持自給自足的生長信號之外，還必須要避開強大的負調控生長信號，最常見的負調控生長信號依賴于腫瘤抑制基因. 在諸多腫瘤抑制基因中，以p53最為著名. 在所有的惡性腫瘤中，50%以上會出現該基因的突變. p53作為轉錄因子，控制著細胞周期的啟動. 同時，p53能夠促進泛素蛋白連接酶MDM2、MDM4的表達，而MDM2又可以負反饋調節p53，使其泛素化降解，最終p53與MDM2/MDM4處于一個平衡狀態. 根據這一生物學機制，羅氏公司在2010年開展了小分子抑制劑RG7112的研究. 試驗表明，RG7112能夠誘導p53、MDM2的表達上調，并且對癌癥患者有一定的臨床獲益，相關研究已經進入了臨床試驗階段.

3腫瘤細胞死亡抵抗

在惡性腫瘤的發生發展中，細胞死亡特別是凋亡抵抗發揮重要的作用. 細胞凋亡不僅在腫瘤發生和發展過程中發揮著重要的作用，而且化療、放療和生物治療都是主要通過誘導凋亡來治療腫瘤[7]. Bcl-2蛋白家族是一類重要的凋亡調節因子，共分為三類，分別為抑制細胞凋亡蛋白(Bcl-w、Bcl-2、Mcl-1和Bcl-XL等)、促進細胞凋亡蛋白(Bak、Bax、Bok等)以及僅含BH3結構域的促細胞凋亡蛋白(Bim、Bid、Puma等). Bcl-2通過與Bax形成二聚體以及自身二聚，調控細胞凋亡. Bcl-2和Bax蛋白在細胞死亡信號檢查點之間的平衡，決定了細胞的生存或凋亡[8]. 由于在癌細胞中高度表達，Bcl-2家族蛋白抑制劑可以選擇性地在腫瘤細胞中發揮抗腫瘤的作用. 目前，Bcl-2家族蛋白已成為抗癌藥物研發的重要靶標之一. 大量的Bcl-2家族蛋白小分子抑制劑處于不同的開發階段[9-10].

4基因組不穩定和突變

DNA損傷時刻伴隨著哺乳動物細胞，如不能及時、精確地修復，便會進一步導致基因組的不穩定，而基因組不穩定是癌變的重要前提和特征[11]. DNA損傷修復機制對于維持基因組的穩定性具有十分重要的作用. 腫瘤細胞能夠激活自身DNA的損傷修復機制，引起放化療的耐藥現象. 因此阻斷DNA修復通路是腫瘤治療的一個重要途徑.

聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶[Poly(ADP-ribose) polymerase, PARP]是一種單鏈DNA修復酶，其通過堿基切除修復途徑對DNA復制過程出現的單鏈損傷進行切除修復，從而參與了DNA的復制與轉錄并維持基因組的穩定性，因此PARP被認為是DNA損傷的感受器[12]. 最初開發PARP抑制劑用于增強化療藥物的療效，后來主要針對DNA修復缺陷型癌癥. 近年來一批靶向PARP1/2的小分子抑制劑Olaparib、Iniparib等已成功進入三期臨床試驗，用于乳腺癌、非小細胞肺癌以及卵巢癌的治療. 2014年，小分子藥物Lynparza獲批上市，通過靶向抑制PARP治療晚期卵巢癌伴BRCA基因缺失的女性患者[3].

5腫瘤新生血管

新生血管的形成在腫瘤的發生、發展和轉移過程中起著重要的作用. 腫瘤血管生成是所有實體瘤的共同特征. 有數據[13]表明，惡性腫瘤的生長和轉移必須依賴豐富的營養供給，若無血管生成，體外培養的腫瘤組織生長體積不超過4 mm3，體內腫瘤不超過1～2 mm3. 血管內皮生長因子(VEGF)及其受體VEGFR能特異性地促進內皮細胞的分裂、增殖和遷移，在腫瘤新生血管的過程中發揮著重要的作用. 因此，VEGF、VEGFR成為目前癌癥治療應用最廣泛的靶點. 靶向VEGF的單克隆抗體治療劑已廣泛應用于臨床治療多種實體瘤，如FDA批準的針對VEGF/VEGFRs的貝伐珠單抗，主要用于治療轉移性結腸直腸癌、非小細胞肺癌、轉移性乳腺癌、轉移性腎細胞癌及膠質瘤. 而靶向VEGF的小分子藥物目前尚處于臨床試驗階段[14].

6組織浸潤和轉移

轉移是惡性腫瘤又一重要的生物學特性，也是臨床腫瘤治療的主要瓶頸. 因此，靶向腫瘤轉移的研究是治療腫瘤，提高腫瘤患者生存率的關鍵[15]. 近年來，比較有代表性的靶點為肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor, HGF). HGF是一種多肽生長因子，參與多種細胞的增殖和遷移，對腫瘤的侵襲轉移有著重要的誘導作用. HGF的受體是原癌基因c-met編碼的Met跨膜蛋白. 多種腫瘤細胞都過度表達Met. 目前，很多靶向HGF/c-met的小分子抑制劑已經進入臨床研究，已經上市的c-Met抑制劑有Crizotinib以及Cabozantinib，然而這兩種抑制劑并不是單一靶點藥物，除了抑制c-Met還抑制了其他靶點，屬于多靶點抑制劑.

除HGF外，近年來CD147分子也越來越受到人們的關注. CD147分子又被稱為基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMPs)誘導因子，廣泛高表達于腫瘤細胞，通過誘導MMPs的分泌促進腫瘤的侵襲轉移. 目前，由我科室研發的靶向CD147的單抗藥物利卡汀已用于肝細胞肝癌的臨床治療[16]，針對CD147的小分子抑制劑也已進入了臨床前的研究階段(未發表數據).

7能量代謝異常

腫瘤細胞糖酵解的顯著增加是腫瘤能量代謝異常的基本特征之一. 快速增殖的腫瘤細胞攝取大量的葡萄糖通過有氧糖酵解用于合成代謝以及能量的產生，即“Warburg效應”. 糖代謝和脂代謝的關鍵調控酶備受關注，如糖代謝中的己糖激酶Ⅱ(hexokinaseⅡ, HKⅡ)、乳酸脫氫酶A(lactate dehydrogenase A, LDHA)以及參與脂代謝的脂肪酸合酶均被報道參與腫瘤細胞的代謝并促進腫瘤細胞增殖，而阻斷他們的抑制劑也呈現出顯著破壞腫瘤代謝和抑瘤的作用. 氨基酸代謝中的谷氨酰胺代謝近年來備受關注，癌細胞中谷氨酰胺代謝的變化在腫瘤細胞大分子生物合成，信號通路的調節以及氧化還原內穩態的維護過程中均發揮著重要的作用. 因此，干預這一重要的代謝過程可以作為腫瘤治療的策略之一[17]. 目前阻斷谷氨酰胺代謝的抑癌策略主要是通過靶向參與谷氨酰胺代謝過程中的關鍵分子. 例如，SLC1A5(ASCT2)是鈉離子依賴性氨基酸轉運體，主要負責轉運小分子中性氨基酸，其中包括谷氨酰胺. 谷氨酰胺依賴的腫瘤均高度表達SLC1A5，如肺癌、結腸癌、肝癌等. 小分子抑制劑GPNA可以通過結合ASCT2抑制谷氨酰胺攝取并誘導ROS富集，從而抑制肺癌細胞生長. SLC7A5(LAT1)，是一個雙向的轉運蛋白，同時調節細胞谷氨酰胺的流出和亮氨酸的流入，通過HIF-2α和MYC刺激而上調，并且高度表達在腎癌細胞和前列腺癌細胞. 小分子抑制劑Benzylserine可以通過靶向1型氨基酸轉運體1(LAT1)和SLC7A5抑制谷氨酰胺的運輸，進一步通過抑制mTOR信號通路抑制黑色素瘤細胞增殖. 谷氨酰胺酶(glutaminase, GLS)是催化谷氨酰胺脫氨基成為谷氨酸的酶. GLS的基因編碼兩種酶GLS1和GLS2，在細胞能量代謝和氧化防御中作用各異. GLS1主要在腎臟表達，GLS2主要在肝臟表達. 相關報道[18]顯示，小分子抑制劑BPTES和CB-839都可以特異性抑制谷氨酰胺酶，在多種臨床前的動物模型中顯示出了良好的抑瘤特性.

8免疫逃逸作用

與正常細胞相比，腫瘤細胞由于表觀遺傳性、基因突變等多因素的改變，在其表面存在大量的抗原分子，能夠被免疫系統所識別和清除. T細胞是抗腫瘤免疫的核心執行者，它的活化不但需要由抗原提呈細胞提供的第一信號的刺激，同時還需要協同刺激分子提供的第二信號的刺激. 我們將這些免疫抑制信號稱為免疫檢查點. 在腫瘤的發生、發展過程中，腫瘤細胞可以通過免疫檢查點，抑制T細胞激活，從而逃避免疫殺傷. 應用免疫檢查點抑制劑，可以解除腫瘤患者的免疫抑制，發揮T細胞抗腫瘤的作用，達到治療腫瘤的目的. 到目前為止，已經鑒定出10余種介導第二信號的配體或受體，而細胞毒T淋巴細胞相關抗原4(CTLA-4)和程序細胞死亡蛋白1(PD-1)及配體PD-L1是目前研究比較透徹的免疫檢查點分子，FDA已批準靶向CTLA-4用于治療黑色素瘤的單抗藥物Ipilimumab和以PD-1為靶點治療黑素瘤和非小細胞肺癌的單抗藥物Pembrolizumab. 針對該類靶點尚無小分子抑制劑投放市場[19].

9無限復制

在腫瘤細胞無限復制的特性中，端粒(telomere)和端粒酶(telomerase)起了重要作用. 端粒是真核生物染色體3'末端，由富含鳥嘌呤的DNA重復序列和端粒結合蛋白組成的核蛋白復合物，主要通過防止染色體DNA降解、末端融合、缺失及非正常重組等來維持染色體的完整和穩定. 端粒酶是一種特殊的DNA聚合酶，具有逆轉錄酶活性，可以補償細胞分裂時的染色體末端縮短，導致腫瘤細胞避開細胞正常的復制-衰亡機制的制約. 研究發現，端粒酶的活性在腫瘤細胞中增強[20]. 因此，通過有效抑制端粒酶的活性來干預腫瘤的發生發展已成為腫瘤治療的又一新策略.

比較有代表性的藥物為針對模板序列的反義核苷酸抑制劑GRN163L. 反義寡核苷酸能夠與靶RNA或DNA特異性互補，使惡性腫瘤細胞端粒酶活性降低，進而導致增殖能力下降，誘導凋亡. 最新的臨床試驗數據表明，GRN163L與紫杉醇聯合/不聯合貝伐單抗治療局部復發或轉移性乳腺癌已順利通過一期臨床試驗；初始誘導化療后應用GRN163L治療非小細胞肺癌取得顯著療效，已完成二期臨床試驗. 而GRN163L與硼替佐米與地塞米松聯用治療復發/難治性多發性骨髓瘤也已完成一期臨床試驗[21]. 但是以端粒酶為靶點的小分子抑制劑尚未進入臨床應用.

10促進腫瘤的炎癥

近年來對“炎癌鏈”的研究頗多. 在某些情況下，炎癥可作為腫瘤早期的顯著標志，并進一步促進腫瘤的發展. 研究[22]顯示，一些抗炎藥物也可以用于腫瘤干預策略. 這些抗炎藥物包括非甾體類抗炎藥(NSAIDs)、選擇性COX-2抑制劑和一些具有抗炎功效的天然化合物. 一般認為NSAIDs抗癌機制分為兩大類，一類為環氧合酶(COXs)依賴途徑，即通過抑制環氧合酶發揮作用. 環氧合酶是前列腺素合成的關鍵酶，在體內有兩種異構體，即COX-1和COX-2，目前對COX-2的研究較為深入. COX-2可通過異常表達導致PG增加、促進腫瘤細胞增殖和抑制腫瘤細胞凋亡、間接激活癌基因或引起p53等抑癌基因突變、促進血管形成、內皮細胞遷移和血行播散等作用參與腫瘤的發生發展. NSAIDs通過抑制環氧合酶發揮抑瘤活性. 另一類為環氧合酶非依賴途徑，如可通過抑制核因子NF-κB，促進活性氧(ROS)等干預腫瘤的發生發展，然而確切的抗癌機制及抗癌效果還需要進行進一步地深入探討.

11結語

綜上所述，目前分子靶向治療已成為腫瘤治療的重要策略，越來越多的小分子靶向藥物已被應用于臨床，且取得了一定的療效. 然而諸如獲得性耐藥和毒副作用等小分子靶向藥物的臨床應用問題也逐漸凸顯出來. 我們應該更加深刻地認識腫瘤的發病機制，深入了解靶點的分子機制，真正做到“對癥下藥”. 同時應該將靶向治療與“個體化治療”、“精準醫療”結合起來，為不同的患者“量體裁衣”，最大限度減少藥物的毒副作用，提高療效. 考慮到腫瘤的復雜性，我們應該盡可能嘗試多靶點、多藥物聯合治療，最大程度降低耐藥風險. 期待腫瘤的小分子靶向治療策略能夠在未來更上一個臺階，真正成為治愈惡性腫瘤的重要手段.

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【中圖分類號】R979.1;R73

【文獻標識碼】A

作者簡介：蔣建利. 博士,教授. 研究方向:腫瘤細胞生物學和生物制藥. Tel:029-84774547E-mail:jiangjl@fmmu.edu.cn

基金項目:國家863計劃項目(2012AA020302);國家自然科學基金面上項目(31371405)

收稿日期：2015-12-12；接受日期：2015-12-26

文章編號：2095-6894(2016)01-05-04