蛋白激酶小分子抑制劑在腫瘤治療中的研究進展*

陳淼 陳曉婉 洪雪輝 宋永喜 綜述 王振寧 審校

惡性腫瘤已經成為危害人類健康的重要殺手，針對抗腫瘤治療的研究一直以來都是現今醫學領域的熱點內容。進入21 世紀后的抗腫瘤藥物研發戰略是在繼續深入發展細胞毒性藥物的基礎上，逐漸引入分子靶向性藥物的開發。在20世紀末，分子靶向治療主要依賴于單克隆抗體，第一代HER-2靶向藥物曲妥珠單抗（赫賽汀）改變了HER-2 陽性乳腺癌的治療方式和效果。隨著治療慢性髓系白血病（chronic myeloid leukemia，CML）的伊馬替尼上市，正式揭開小分子靶向治療時代的序幕。在此后長達20年的時間里，涌現出大量的小分子靶向藥物，其中蛋白激酶抑制劑占大部分。目前美國食品藥品監督管理局（FDA）已批準了52個的小分子激酶抑制劑，同時還有大量的小分子抑制劑處于臨床研究階段。

1 蛋白激酶介紹及分類

蛋白激酶是將ATP 末端的γ 磷酸基團轉移至底物，從而活化底物、激活信號傳導通路的一類蛋白質，是細胞生命活動的重要信號使者。蛋白激酶參與了眾多的生理過程，包括細胞增殖、凋亡、代謝、神經傳導等［1］。現今已明確的蛋白激酶有518 種，根據其磷酸化的底物氨基酸殘基，被分為酪氨酸蛋白激酶、絲/蘇氨酸蛋白激酶、組氨酸蛋白激酶、色氨酸蛋白激酶以及天冬氨酰基/谷氨酰基蛋白激酶。其中，酪氨酸蛋白激酶與絲/蘇氨酸蛋白激酶被廣泛研究。

酪氨酸蛋白激酶有90種，分為受體型酪氨酸蛋白激酶與非受體型酪氨酸蛋白激酶，受體型酪氨酸蛋白激酶主要包括表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）、血管內皮細胞生長因子受體（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）、成纖維細胞生長因子受體（fibroblast growth factor receptor，FGFR）等，其異常激活與新生血管生成、腫瘤侵襲與轉移密切相關［2-3］。非受體型酪氨酸蛋白激酶主要包括布魯頓酪氨酸激酶（Bruton's tyrosine kinase，BTK）、JAK激酶（Janus kinase）以及局部黏著斑激酶（focal adhesion kinase，FAK），與細胞的增殖與遷移密切相關［4］。

絲/蘇氨酸蛋白激酶種類較多，共有388 個。被廣泛研究的是BRAF（b-rapidly accelerated fibrosarcoma）、絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）以及Polo 樣激酶（Polo-like kinase，PLK），在調節細胞的生長、增殖和凋亡等過程中發揮重要作用［5-6］。

2 小分子抑制劑

小分子抑制劑主要是指化學合成的通常分子量小于1 000的有機化合物，具有良好的空間分散性，其化學性質決定了其良好的成藥性能和藥物代謝動力學性質。相對單克隆抗體類藥物僅作用于細胞表面受體，小分子抑制劑能通過濃度梯度順利進入細胞內，使其能靶向膜蛋白和胞內蛋白，這些特點就使得小分子藥物在多方面表現出較大優勢［7］。目前，小分子抑制劑覆蓋的領域包括腫瘤、心血管疾病、內分泌疾病、感染性疾病、免疫性疾病、代謝性疾病以及神經系統疾病，在抗腫瘤藥物治療研究中發揮日益重要的作用。小分子抑制劑主要通過特異性地阻斷腫瘤生長、增殖過程中所必需的信號傳導通路，抑制腫瘤的生長、轉移和復發，從而達到治療腫瘤的作用［8］。

3 小分子蛋白激酶抑制劑的作用機制

根據與蛋白激酶結合模式的不同，小分子蛋白激酶抑制劑總體分為不可逆和可逆兩大類。可逆性激酶抑制劑主要通過作用于蛋白激酶的關鍵結構域“鉸鏈區”發揮效應。鉸鏈區是蛋白激酶中具有高保守性的催化活性結構域，包含ATP 結合位點，并通過形成氫鍵與ATP的腺嘌呤相互作用。“鉸鏈區”中還存在一些其他的功能區域，這些區域的不同構象決定了蛋白激酶處于活性或非活性狀態［9］。可逆性激酶抑制劑通過干擾蛋白激酶轉移磷酸基團的過程抑制蛋白激酶作用，可分為3 種類型。Ⅰ型蛋白激酶抑制劑是ATP競爭型抑制劑，通過搶占ATP結合位點與鉸鏈區相結合而競爭性抑制ATP 與蛋白激酶的結合［10］。Ⅱ型蛋白激酶抑制劑作用于蛋白激酶由活性構象轉變為非活性構象時暴露的新的疏水基團，并模仿結合底物的效應，使其無法轉化為活性狀態發揮功能。Ⅲ型蛋白激酶抑制劑又稱為變構抑制劑，不同于Ⅰ/Ⅱ型蛋白激酶抑制劑，不與ATP 結合位點發生作用，而是與鉸鏈區ATP 結合位點之外的特異性變構位點相結合抑制蛋白激酶活性，從而體現了較高的選擇性［11］。不可逆抑制劑亦稱共價抑制劑，這類抑制劑通過與ATP活性位點周圍的親核半胱氨酸殘基結合形成共價鍵，封閉ATP 的結合空間、阻止了ATP 與蛋白激酶的結合從而達到對蛋白激酶的抑制作用［12］。

4 小分子蛋白激酶抑制劑的臨床應用

目前，FDA已批準上市了52種小分子激酶抑制劑（表1），按照其與蛋白激酶結合方式大致分為以下4種。

4.1 Ⅰ型蛋白激酶抑制劑

Ⅰ型蛋白激酶抑制劑是至今為止FDA 批準上市種類最多的，包括博舒替尼、達沙替尼和克唑替尼等。達沙替尼作用于Bcr-Abl、SRC激酶家族和血小板衍生生長因子受體（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）等多個靶點，起初被用于伊馬替尼耐藥的CML治療［13］。與伊馬替尼相比，達沙替尼具有更高的效力、中樞神經系統滲透性和對伊馬替尼耐藥活性［14］。隨著臨床試驗的進行，達沙替尼被批準用于治療費城染色體陽性的急性淋巴細胞白血病（Philadelphia chromosome-positive acute lymphocytic leukemias，Ph+ALL）成人患者［13］。此外，研究人員還發現具有YES1基因（SRC激酶家族）突變的非小細胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）可能也是達沙替尼的潛在治療目標［15］。克唑替尼是抗腫瘤藥物研發史上進展最快速的藥物之一，證實在間變性淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase，ALK）、ROS 激酶和肝細胞生長因子受體（hepatocyte growth factor receptor，HGFR/c-Met）活性異常的腫瘤患者中具有顯著療效。克唑替尼治療ALK+NSCLC 患者的早期試驗顯示腫瘤緩解率提高了50%～57%，進一步的臨床試驗結果證實接受克唑替尼治療的ALK+NSCLC患者的應答率、應答持續時間以及無進展生存期均有改善［16］。

表1 FDA批準的小分子抑制劑及其主要適應證

4.2 Ⅱ型蛋白激酶抑制劑

Ⅱ型蛋白激酶抑制劑較Ⅰ型抑制劑有更高的選擇性與安全性。目前此類抑制劑經FDA 批準上市的有Bcr-Abl 抑制劑伊馬替尼和尼洛替尼，主要用于CML的治療。伊馬替尼作為最早的CML治療藥物，也是第一個被FDA 批準上市的抗腫瘤小分子蛋白激酶抑制劑，被廣泛的應用于CML、胃腸道間質瘤等疾病的治療，并顯著改善了患者的無進展生存、提高了腫瘤緩解率［17-18］。但是隨著腫瘤細胞基因突變的不斷發生，伊馬替尼耐藥的出現成為了新的難題，尼洛替尼的研發為伊馬替尼耐藥型CML 提供了新的治療方案［19］。Ⅱ型抑制劑的另一個代表性藥物索拉非尼是一種典型的多靶點藥物，它不僅可以作用于VEGFR2、PDGFR-β 等酪氨酸激酶，同時也可以作用于絲/蘇氨酸激酶BRAF。索拉非尼能明顯延長晚期腎細胞癌（renal cell carcinoma，RCC）患者的無進展生存期［20］，隨著臨床試驗的進行，后續也被批準用于肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的臨床治療［21］。

4.3 變構激酶抑制劑

最早的變構抑制劑CI-1040是一種針對絲裂原活化蛋白激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MEK）的口服小分子抑制劑，曾被用于治療乳腺癌的臨床試驗中，雖然結果顯示缺乏臨床療效，但是它的低毒性使學者們增強了對于變構抑制劑的興趣［22］。曲美替尼（trametinib）和考比替尼（cobimetinib）都是典型的靶向MEK1/2的變構激酶抑制劑，二者皆可用于轉移性黑色素瘤的治療［23］。相對于經典的達拉非尼單藥治療，曲美替尼和達拉非尼聯合治療可明顯提高黑色素瘤的總體生存率［24］。另一種變構激酶抑制劑asciminib能與Bcr-Abl的肉豆蔻酸結合位點結合，主要用于CML的治療，研究發現asciminib與ATP競爭型蛋白激酶抑制劑聯合治療CML能抑制對ATP競爭性蛋白激酶抑制劑耐藥性的產生［25］。變構激酶抑制劑不與ATP結合位點相互作用，因此它可以與ATP競爭型抑制劑共同作用于蛋白激酶，這一特點使得變構抑制劑成為克服小分子抑制劑低選擇性、脫靶以及耐藥的關鍵途徑［26］。

4.4 共價抑制劑

FDA目前批準上市的此類抑制劑有阿法替尼，作用于EGFR，主要用于NSCLC的治療。相對第一代EGFR抑制劑（吉非替尼、厄洛替尼），阿法替尼具有更低的藥物毒性，并且能明顯延長患者的無進展生存時間和總生存時間［27］。來那替尼可靶向抑制HER-2，臨床上被用于HER-2陽性的乳腺癌患者治療，而HER-2的過表達可見于25%～30%的乳腺癌患者，且預后相對較差。相關臨床試驗表明，在曲妥珠單抗治療后給予來那替尼延長輔助治療1年，顯著降低了乳腺癌復發的比例［28］。BTK抑制劑伊布替尼［29］（ibrutinib）和acalabrutinib，主要用于慢性淋巴細胞白血病、套細胞淋巴瘤、邊緣區淋巴瘤的治療，其中acalabrutinib能明顯延長慢性淋巴細胞白血病患者的無進展生存期［30］。

5 研發中的蛋白激酶抑制劑

蛋白激酶抑制劑的出現無疑為癌癥患者帶來了一條全新的抗癌之路。雖然已經應用于臨床的小分子靶向藥物取得了重要成效，但仍面臨耐藥、脫靶以及因為腫瘤異質性而導致的部分人群不能獲益等諸多問題。研究新的藥物來解決藥物的脫靶和耐藥是當前的工作重點，而目前正在研發中的小分子蛋白激酶抑制劑約有100 余種（表2）。針對經典的蛋白激酶研發出的全新的小分子抑制劑是解決耐藥性的主要手段之一，比如EGFR 激酶抑制劑tucatinib（ARRY380）在Ⅱ期臨床試驗中被用于HER-2陽性的轉移性乳腺癌的治療，它與曲妥珠單抗、卡培他濱聯合明顯提高了患者無進展生存期和總生存期［31］。lazertinib、olmutinib 均在Ⅰ期臨床試驗中被用于NSCLC 的治療，它們表現出良好的臨床活性以及較高的安全性，進一步的臨床試驗結果令人期待［32-33］。同樣的，新的VEGFR 激酶抑制劑也在不斷地被研發并投入臨床試驗，比如tivozanib 已在Ⅰ期臨床試驗中被用于晚期無法手術的HCC 患者的治療并表現出良好的臨床活性與較低可控的藥物毒性，下一步臨床試驗正在進行中［34］。而brivanib 用于治療軟組織肉瘤和卵巢癌的Ⅱ期臨床試驗結果表明相對于安慰劑組，患者1.4 個月的中位無進展生存時間，接受brivanib 治療的患者中位無進展生存時間提高至2.8個月［35］。其他已投入臨床試驗的VEGFR 激酶抑制劑還有anlotinib、cediranib等，相關研究成果令人期待。

表2 處于各期臨床試驗的小分子蛋白激酶抑制劑

此外，越來越多的蛋白激酶受到研究者的廣泛關注，酪蛋白激酶Ⅱ（CK2）、FAK、PKB/Akt、PLK、wee1蛋白激酶、c-Met等已成廣泛研究的熱點。已投入Ⅱ期臨床試驗的Akt 激酶抑制劑有治療慢性淋巴細胞白血病的afuresertib 和治療三陰性乳腺癌的ipatasertib［36］。其中ipatasertib的臨床試驗結果表明其能明顯延長患者的無進展生存期，由安慰劑組4.9個月的中位無進展生存期延長到ipatasertib組9個月的中位無進展生存期［37］。c-Met 激酶抑制劑是另一個廣泛研究的熱點，savolitinib（AZD6094）聯合奧西替尼治療EGFR 突變型NSCLC 的臨床實驗中表現出較高的安全性，推動了相關Ⅱ期臨床試驗的進行［38］。tivantinib（ARQ197）在Ⅱ期臨床試驗中被用于聯合西妥昔單抗治療頭頸部鱗癌，但臨床獲益并不明顯［39］。tepotinib、foretinib 完成了針對膽管癌、胃癌等晚期實體瘤治療的Ⅰ期臨床試驗并表現出良好的臨床活性，值得進一步研究［40-41］。

另一方面，多靶點的小分子抑制劑具有同時抑制多個細胞信號轉導通路的優點，臨床上易于取得更好的療效和耐受性。近期，許多PI3K/mTOR 抑制劑都已投入臨床試驗當中，如用于治療晚期子宮內膜癌的samotolisib（LY3023414）、治療乳腺癌的gedatolisib（PKI-587）以及用于治療頭頸部鱗癌bimiralisib（PQR309）均已開展Ⅱ期臨床試驗，用于治療卵巢癌的gedatolisib、膠質母細胞瘤的vistusertib（AZD2014）尚處于Ⅰ期臨床試驗階段［42-44］。sitravatinib（MGCD516）是一種靶向PDGFR、c-Met和干細胞生長因子受體（stem cell growth factor receptor，CD117/c-kit）多種蛋白激酶的小分子抑制劑，已在Ⅱ期臨床試驗中用于治療NSCLC、RCC 和HCC［45］。此外，最新的研究發現，sitravatinib 能通過阻斷癌細胞中ATP結合盒轉運蛋白ABCB1 和ABCG2 的藥物外排功能來改善化療藥物對多藥耐藥性癌細胞的治療效果［46］，這使其成為了多藥耐藥性癌癥的潛在治療策略。上述眾多臨床試驗結果表明，聯合用藥成為了克服腫瘤耐藥性的有力手段。

6 結語

小分子激酶抑制劑在腫瘤治療過程中占據了不可忽視的地位。然而，小分子蛋白激酶抑制劑面臨著各方面的挑戰。1）相對于龐大的蛋白激酶家族，現在研發的蛋白激酶抑制劑的種類仍較為局限，尋找新的靶向激酶成為了激酶抑制劑研發中的瓶頸。利用新型的基因編輯技術構建更全面高效的蛋白激酶敲除文庫，篩選參與腫瘤發生發展的關鍵激酶新靶點，可為研發小分子激酶抑制劑提供新的策略。2）激酶抑制劑的耐藥性以及腫瘤異質性大幅增加了腫瘤的治療難度。精準醫療計劃的提出，基因測序技術的廣泛應用，有利于篩選小分子抑制劑敏感人群。3）以免疫檢查點抑制劑為代表的免疫療法的研發引起了廣泛關注。但無錯配修復基因缺陷患者的存在，使部分人群對免疫治療始終無應答。而小分子抑制劑可以補充現有的治療性抗體，并且還可以與抗體聯合使用以達到協同作用［47］。

綜上所述，腫瘤小分子激酶抑制劑在臨床上的作用不可忽視。小分子蛋白激酶抑制劑與單克隆抗體藥物聯合治療、不同小分子蛋白激酶抑制劑的聯合治療均已取得了不錯的臨床效益，相信在后續的研究中，小分子蛋白激酶抑制劑新靶點的研發及其與多種治療方式的聯合運用將為腫瘤治療帶來新的曙光。