細胞周期蛋白依賴性激酶4/6抑制劑的研究進展

張文歆 陳海飛 戚慧潔 王天笑 李群益

摘 要 細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinase， CDK）4/6通過與細胞周期蛋白D結合，參與DNA的復制和細胞分裂，控制細胞從第一個生長階段轉變至合成階段，在細胞周期控制中起著關鍵作用。細胞周期蛋白D- CDK4/6-視網膜母細胞瘤蛋白信號通路的激活有助于腫瘤細胞增殖，因此CDK4/6成為抗腫瘤藥物的重要作用靶點之一。本文概要介紹CDK4/6抑制劑的作用機制及其臨床研究進展。

關鍵詞 細胞周期蛋白依賴性激酶4/6抑制劑 細胞周期 腫瘤

中圖分類號：R979.19； R730.53 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2020）15-0013-05

Research advances of cyclin-dependent kinase 4/6 inhibitors*

ZHANG Wenxin1**， CHEN Haifei1， QI Huijie1， WANG Tianxiao1， LI Qunyi1， 2***（1. Department of Pharmacy， Northern Division of Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 201907， China； 2. Department of Pharmacy， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT Cyclin-dependent kinase （CDK） 4/6 plays a pivotal role in the G1 to S phase of cell cycle by associating with cyclin D， participating in DNA replication and cell division. The activation of cyclin D-CDK4/6-retinoblastoma protein signaling pathway helps tumor cell proliferation， so CDK4/6 has become an important target for clinical treatment of tumors. This article mainly reviews the mechanism of action and clinical research progress of CDK4/6 inhibitors.

KEY WORDS cyclin-dependent kinase 4/6 inhibitors； cell cycle； tumors

Tim Hunt、Paul Nurse和Leland H. Hartwell發現，細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependent kinase， CDK）與細胞周期蛋白的結合在細胞周期控制中起著關鍵作用，他們也因此獲得了2001年度的諾貝爾生理學或醫學獎。CDK是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其家族有CDK1 ～ 8，其中CDK4/6是細胞周期的核心調控者，調控著細胞周期各階段的轉變。CDK4/6也是大多數惡性腫瘤發生、發展的關鍵蛋白激酶，因此成為抗腫瘤藥物的重要作用靶點之一[1]。目前，美國FDA已批準3個CDK4/6抑制劑用于乳腺癌治療，它們分別為哌柏西利（palbociclib）、ribociclib和abemaciclib。

1 細胞周期蛋白D- CDK4/6在細胞周期控制中的作用

細胞分裂是一個受到嚴格管控的過程，通過細胞周期控制可防止細胞無限制的增殖。細胞周期紊亂是腫瘤細胞的典型特征[2]。CDK1 ～ 6在控制細胞周期進程中起著關鍵作用，CDK7 ～ 8則主要影響RNA聚合酶Ⅱ的磷酸化[3]。CDK能與細胞周期蛋白D結合形成復合物，進而啟動細胞周期轉變信號，使細胞依次經歷第一個生長階段（G1期）、合成階段（S期）、第二個生長階段（G2期）和有絲分裂階段（M期）[4-5]。在各CDK中，CDK4和CDK6的功能相似，氨基酸序列同源性達71%，它們在各類細胞中均有表達，且均可與細胞周期蛋白D的3種亞型（細胞周期蛋白D1、D2和D3）結合，磷酸化視網膜母細胞瘤蛋白（retinoblastoma protein， Rb），磷酸化的Rb將釋放與介導細胞周期從G1期向S期轉變相關的腺病毒E2啟動子結合因子（adenovirus E2 promoter binding factor， E2F）[6]。E2F會結合DNA，由此參與DNA的復制與細胞分裂，促進細胞周期的持續轉變[7]。CDK4/6的活性受CDK4抑制因子（inhibitor of CDK4， INK4）家族（p15、p16、p18和p19）和CDK相互作用蛋白/激酶抑制蛋白（CDK interacting protein/kinase inhibition protein， CIP/KIP）家族（p21和p27）的調控，其中INK4通過直接與CDK結合來抑制細胞周期蛋白D- CDK4/6復合物的活性；p21CIP1和p27KIP1則既能穩定細胞周期蛋白D- CDK4/6復合物，又可在一定條件下抑制CDK4/6活性，起著一種維持穩態的調控作用[8]。

在正常細胞中，CDK4/6主要通過細胞周期蛋白D- CDK4/6- INK4- Rb信號通路正反饋調控細胞周期從G1期向S期的轉變來促進細胞增殖。一旦此信號通路異常，則其不僅參與細胞周期控制，同時還會促進腫瘤細胞持續增殖，這在多種腫瘤的發生、發展中起著關鍵作用，CDK4/6的過表達也已成為多種腫瘤診斷的生物標志物。

2 CDK4/6抑制劑的作用機制

腫瘤細胞的增殖能力通常很強，而CDK4/6在細胞周期控制中起著核心調控作用，故是抗腫瘤藥物及其他增殖失調疾病治療藥物的較好作用靶點。CDK抑制劑的研發其實已有很長的歷史，但直到哌柏西利獲準上市，CDK4/6抑制劑才開始進入臨床應用。現市場上CDK4/6抑制劑的主要作用機制包括抑制細胞周期從G1期向S期轉變、激活抗腫瘤免疫應答、影響腫瘤微環境和細胞代謝等。

2.1 抑制細胞周期從G1期向S期轉變

細胞周期是指細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結束所經歷的全過程，可分為間期和分裂期兩個階段，其中間期包括G1期、S期和G2期，分裂期為M期。根據經典的細胞周期模型，當細胞受到刺激發生有絲分裂后，其G1期向S期的轉變開始于G1期早期，此時細胞周期蛋白D水平增高，并與CDK4或CDK6結合，形成細胞周期蛋白D- CDK4/6復合物。后者進入細胞核，經CDK激活激酶作用使Rb發生磷酸化，Rb磷酸化可促進E2F的表達。然后，細胞周期蛋白E結合并激活CDK2，使Rb進一步磷酸化，進一步增加E2F的表達。E2F的表達對DNA合成的啟動和使細胞周期進入S期至關重要。

在腫瘤細胞中，CDK表達異常，過度活化的CDK4/6使得細胞周期控制異常，導致細胞增殖不受控制[9]。CDK4/6抑制劑并不直接誘導腫瘤細胞凋亡，而是通過間接抑制Rb的磷酸化，使細胞周期停滯于G1期[10]：一方面，抑制CDK4/6可使Rb多位點磷酸化缺失，轉錄因子叉頭盒蛋白M1（forkhead box protein M1， FoxM1）失穩，使處于G1期的細胞進入靜止狀態，誘導細胞衰老，并且不受FoxM1表達水平的影響；另一方面，抑制CDK4/6可持續清除衰老的細胞，創造滿足細胞周期完結的寬松的細胞衰老環境[11]。

2.2 激活抗腫瘤免疫應答

正常情況下，機體免疫系統能夠識別并清除腫瘤微環境中的腫瘤細胞。但腫瘤細胞為了生存和生長，會采取不同策略使機體的免疫系統受到抑制，不能正常地殺滅腫瘤細胞，從而在抗腫瘤免疫應答的各階段得以幸存。CDK4/6抑制劑也可在抗腫瘤免疫應答中發揮一定的作用。

CDK4/6抑制劑可增強腫瘤抗原的呈遞[12]。abemaciclib可下調乳腺癌細胞系基因組中與細胞周期、有絲分裂、E2F作用靶點相關基因的表達，上調編碼Ⅰ類主要組織相容性復合物（major histocompatibility complex， MHC）分子的基因表達，而Ⅰ類MHC分子與抗原加工和呈遞相關。abemaciclib也可上調指導肽裂解的內質網氨基肽酶-1和抗原肽轉運蛋白-1、2的基因表達。Deng等[13]研究發現，在哌柏西利和環孢素共同作用于細胞程序性死亡受體-1過表達的Jurkat細胞時，即使存在哌柏西利，環孢素也能抑制Jurkat細胞產生白細胞介素-2。鑒于環孢素為鈣調神經磷酸酶抑制劑，可阻止活化T細胞核因子（nuclear factor of activated T cells， NFAT）信號通路的激活，因此推測CDK4/6抑制劑是通過增強NFAT信號通路來增加白細胞介素-2分泌量的。對T細胞活化和白細胞介素-2的轉錄調節，NFAT信號通路具有重要作用。

2.3 影響腫瘤微環境

腫瘤微環境即腫瘤細胞發生和生存的內環境，其中不僅包括腫瘤細胞本身，還有其周圍的成纖維細胞、免疫細胞、炎性細胞和膠質細胞等各種細胞，同時也包括附近區域內的細胞間質、微血管以及浸潤于其中的生物分子[14]。復雜的腫瘤微環境不僅支持腫瘤細胞增殖，且還會使腫瘤細胞更具侵襲性。一項研究利用RCAS-PDGF/nestin-TvA方法構建了CDK4缺陷少突膠質瘤小鼠模型，發現CDK4是腫瘤細胞增殖所必需的，而CDK4缺陷則會使得腫瘤細胞缺乏侵襲性[15]。此外，CDK4對CD4+、叉頭盒蛋白p3（forkhead box protein p3， Foxp3）陽性的調節性T細胞的發育亦是必需的，可抑制細胞毒性T淋巴細胞反應。在荷瘤和非荷瘤動物中，CDK4缺乏與CD4+、Foxp3+的調節性T細胞的浸潤和循環數量減少相關，但對其他T細胞亞群的影響極小[16-17]。另有研究表明，CDK4/6抑制劑可激活衰老相關分泌表型，后者能促進炎性細胞因子的產生，誘導免疫性炎癥反應的發生，進而控制腫瘤的發生、發展[18]。

3 CDK4/6抑制劑的臨床研究

迄今為止，已有3個CDK4/6抑制劑在美國獲準臨床應用，它們分別是哌柏西利、ribociclib和abemaciclib。這3個藥物均能與CDK4/6的三磷酸腺苷結合位點結合，由此抑制CDK4/6的活性，進而抑制Rb的磷酸化以及一系列下游事件的發生，最終產生抗腫瘤作用。

3.1 哌柏西利

2015年2月，美國輝瑞公司研發的哌柏西利成為第一個獲得美國FDA批準的CDK4/6抑制劑。哌柏西利主要通過抑制細胞周期從G1期轉變到S期來抑制腫瘤細胞的增殖。一項共納入35例Rb+的晚期實體瘤患者的I期臨床試驗顯示，經哌柏西利治療4個療程，10例患者疾病穩定，其中6例患者的疾病穩定時間達到10個月[19]。有研究表明，相對于雌激素受體（estrogen receptor， ER）陰性乳腺癌細胞株，ER+乳腺癌細胞株對哌柏西利治療更敏感[20]。“PALOMA-1”研究是在ER+、人表皮生長因子受體-2（human epidermal growth factor receptor-2， Her2）陰性的晚期乳腺癌患者中進行的一項開放性Ⅱ期臨床試驗，其比較了哌柏西利聯合來曲唑與單用來曲唑治療的臨床效果。結果發現，哌柏西利聯合來曲唑治療組患者的中位疾病無進展生存期（progression-free survival， PFS）為20.2個月，顯著長于單用來曲唑治療組患者的10.2個月（風險比=0.488），同時安全性可接受[21]。該研究數據也是美國FDA加速批準哌柏西利聯合來曲唑一線治療ER+、Her2-的絕經后婦女轉移性乳腺癌的主要依據之一。

哌柏西利治療其他一些腫瘤也有效。一項使用哌柏西利治療17例復發性套細胞淋巴瘤患者的單組研究顯示，1例患者達到完全緩解，2例患者達到部分緩解，5例患者的PFS>1年[22]。一項哌柏西利治療Rb+的晚期高分化和去分化脂肪肉瘤患者的Ⅱ期臨床試驗則顯示，PFS>12周的患者占比為66%[23]。哌柏西利還能增強紫杉醇的細胞毒性，兩藥聯用可治療肺鱗癌[24]。

3.2 ribociclib

ribociclib由諾華公司研發，是又一個口服有效的CDK4/6抑制劑，被美國FDA批準用于聯合來曲唑一線治療激素受體（hormone receptor， HR）陽性、Her2-的絕經后婦女晚期或轉移性乳腺癌。臨床前研究表明，單用ribociclib治療可使Rb表達正常的腫瘤細胞株的細胞周期和生長停滯，表現出劑量依賴性的抗腫瘤活性[25]。一項單用ribociclib治療132例Rb表達正常的實體瘤和淋巴瘤等患者的Ⅰ期臨床試驗顯示，在可評估的70例患者中有3例達到部分緩解，其中1例為CDK2編碼基因CDKN2A缺失的頭頸部腺癌患者，1例為磷脂酰肌醇-3激酶催化亞單位α突變、細胞周期蛋白D1擴增、ER+的乳腺癌患者，1例為BRAF野生型、NRAS野生型、細胞周期蛋白D1擴增的惡性黑素瘤患者[26]。ribociclib治療的常見不良反應是中性粒細胞減少（發生率45%）、白細胞減少（44%）、惡心（43%）和疲勞（42%），3或4級不良反應主要為中性粒細胞減少、白細胞減少和淋巴細胞減少。

“MONALEESA-2”研究是一項多中心、隨機、雙盲、安慰劑對照Ⅲ期臨床試驗，旨在比較ribociclib聯合來曲唑與單用來曲唑治療HR+、Her2-的絕經后婦女晚期乳腺癌患者的安全性和療效。該研究共納入668例美國東部腫瘤協作組體力狀況評分≤1分的初治患者，她們經隨機分配分別接受ribociclib聯合來曲唑或安慰劑聯合來曲唑治療，主要研究終點是PFS，次要終點包括總生存期、客觀緩解率、臨床獲益率和安全性。結果顯示，ribociclib聯合來曲唑治療患者的中位PFS為25.3個月，顯著長于單用來曲唑治療患者的16.0個月[27]。“MONALEESA-7”研究則是全球首項評估CDK4/6抑制劑用于HR+、Her2-的絕經前婦女晚期乳腺癌患者一線治療效果的大型Ⅲ期臨床試驗，結果表明與單用戈舍瑞林治療患者相比，ribociclib聯合戈舍瑞林治療患者的中位PFS顯著更長（分別為13.0和23.8個月），死亡風險比為0.553[28]，預后得到顯著改善。

3.3 abemaciclib

abemaciclib由禮來公司研發，其也是一個口服有效的CDK4/6抑制劑。Ⅰ期臨床試驗顯示，單用abemaciclib治療ER+乳腺癌患者的客觀緩解率為31%，疾病控制率達81%[29]。該研究還發現，K-RAS突變患者對abemaciclib治療更敏感。

2018年，美國FDA主要基于“MONARCH-3”研究數據，批準了abemaciclib聯合芳香化酶抑制劑（aromatase inhibitor， AI）一線治療HR+、Her2-的絕經后婦女晚期或轉移性乳腺癌患者。“MONARCH-3”研究是一項隨機、雙盲、安慰劑對照Ⅲ期臨床試驗，其共納入493例HR+、Her2-的絕經后婦女轉移性乳腺癌患者，她們分別接受abemaciclib聯合AI或安慰劑聯合AI的一線治療。結果顯示，abemaciclib聯合AI治療患者的中位PFS為28.2個月，顯著長于單用AI治療患者的14.8個月（風險比=0.52）[30]。此外，一項研究表明，在使用電離輻射治療非小細胞肺癌時，聯用abemaciclib可抑制Rb和E2F的活性、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白和乏氧誘導因子-1的表達，減少輻射誘導的血管新生，增強腫瘤細胞對放療的敏感性[31]。

4 結語

CDK4/6在細胞周期控制中起著重要作用，這使其成為抗腫瘤藥物的作用靶點之一。CDK4/6抑制劑可通過抑制腫瘤細胞周期從G1期向S期轉變、激活抗腫瘤免疫應答和影響腫瘤微環境等機制產生抗腫瘤活性，臨床上對某些類型的腫瘤有較好的療效。不過，CDK4/6抑制劑治療也會逐漸導致腫瘤耐藥現象的發生[32]。因此，在深化CDK4/6抑制劑研發及其臨床研究的同時，也應研究CDK4/6抑制劑治療相關的腫瘤耐藥的發生和發展機制，以便在臨床上更好地應用這一類抗腫瘤藥物。

參考文獻

[1] Hanahan D， Weinberg RA. Hallmarks of cancer： the next generation [J]. Cell， 2011， 144（5）： 646-674.

[2] Collins K， Jacks T， Pavletich NP. The cell cycle and cancer[J]. Proc Natl Acad Sci U S A， 1997， 94（7）： 2776-2778.

[3] Malumbres M， Barbacid M. Mammalian cyclin-dependent kinases [J]. Trends Biochem Sci， 2005， 30（11）： 630-641.

[4] Bloom J， Cross FR. Multiple levels of cyclin specificity in cell-cycle control [J]. Nat Rev Mol Cell Biol， 2007， 8（2）： 149-160.

[5] Nurse P. Regulation of the eukaryotic cell cycle [J]. Eur J Cancer， 1997， 33（7）： 1002-1004.

[6] Harbour JW， Luo RX， Dei Santi A， et al. Cdk phosphorylation triggers sequential intramolecular interactions that progressively block Rb functions as cells move through G1[J]. Cell， 1999， 98（6）： 859-869.

[7] Sherr CJ. G1 phase progression： cycling on cue [J]. Cell， 1994， 79（4）： 551-555.

[8] Hamilton E， Infante JR. Targeting CDK4/6 in patients with cancer [J]. Cancer Treat Rev， 2016， 45： 129-138.

[9] Liu M， Liu H， Chen J. Mechanisms of the CDK4/6 inhibitor palbociclib （PD 0332991） and its future application in cancer treatment （review） [J]. Oncol Rep， 2018， 39（3）： 901-911.

[10] Tempka D， Tokarz P， Chmielewska K， et al. Downregulation of PARP1 transcription by CDK4/6 inhibitors sensitizes human lung cancer cells to anticancer drug-induced death by impairing OGG1-dependent base excision repair [J]. Redox Biol， 2018， 15： 316-326.

[11] Klein ME， Kovatcheva M， Davis LE， et al. CDK4/6 inhibitors： the mechanism of action may not be as simple as once thought [J]. Cancer Cell， 2018， 34（1）： 9-20.

[12] Teh JLF， Aplin AE. Arrested developments： CDK4/6 inhibitor resistance and alterations in the tumor immune microenvironment [J]. Clin Cancer Res， 2019， 25（3）： 921-927.

[13] Deng J， Wang ES， Jenkins RW， et al. CDK4/6 inhibition augments antitumor immunity by enhancing T-cell activation[J]. Cancer Discov， 2018， 8（2）： 216-233.

[14] Jung YD， Ahmad SA， Akagi Y， et al. Role of the tumor microenvironment in mediating response to anti-angiogenic therapy [J]. Cancer Metastasis Rev， 2000， 19（1/2）： 147-157.

[15] Ciznadija D， Liu Y， Pyonteck SM， et al. Cyclin D1 and cdk4 mediate development of neurologically destructive oligodendroglioma [J]. Cancer Res， 2011， 71（19）： 6174-6183.

[16] Classon M， Harlow E. The retinoblastoma tumour suppressor in development and cancer [J]. Nat Rev Cancer， 2002， 2（12）： 910-917.

[17] Chow YH， Zhu XD， Liu L， et al. Role of Cdk4 in lymphocyte function and allergen response [J/OL]. Cell Cycle， 2010， 9（24）： 4922-4930 [2020-03-21]. doi： 10.4161/cc.9.24.14209.

[18] Schaer DA， Beckmann RP， Dempsey JA， et al. The CDK4/6 inhibitor abemaciclib induces a T cell inflamed tumor microenvironment and enhances the efficacy of PD-L1 checkpoint blockade [J]. Cell Rep， 2018， 22（11）： 2978-2994.

[19] Flaherty KT， Lorusso PM， Demichele A， et al. Phase I， dose-escalation trial of the oral cyclin-dependent kinase 4/6 inhibitor PD 0332991， administered using a 21-day schedule in patients with advanced cancer [J]. Clin Cancer Res， 2012， 18（2）： 568-576.

[20] Finn RS， Dering J， Conklin D， et al. PD 0332991， a selective cyclin D kinase 4/6 inhibitor， preferentially inhibits proliferation of luminal estrogen receptor-positive human breast cancer cell lines in vitro [J/OL]. Breast Cancer Res，2009， 11（5）： R77 [2020-03-21]. doi： 10.1186/bcr2419.

[21] Finn RS， Crown JP， Lang I， et al. The cyclin-dependent kinase 4/6 inhibitor palbociclib in combination with letrozole versus letrozole alone as first-line treatment of oestrogen receptor-positive， HER2-negative， advanced breast cancer（PALOMA-1/TRIO-18）： a randomised phase 2 study [J]. Lancet Oncol， 2015， 16（1）： 25-35.

[22] Leonard JP， LaCasce AS， Smith MR， et al. Selective CDK4/6 inhibition with tumor responses by PD0332991 in patients with mantle cell lymphoma [J]. Blood， 2012， 119（20）： 4597-4607.

[23] Dickson MA， Tap WD， Keohan ML， et al. Phase II trial of the CDK4 inhibitor PD0332991 in patients with advanced CDK4-amplified well-differentiated or dedifferentiated liposarcoma[J]. J Clin Oncol， 2013， 31（16）： 2024-2028.

[24] Cao J， Zhu Z， Wang H， et al. Combining CDK4/6 inhibition with taxanes enhances anti-tumor efficacy by sustained impairment of pRB-E2F pathways in squamous cell lung cancer [J]. Oncogene， 2019， 38（21）： 4125-4141.

[25] 陳本川. 治療晚期乳腺癌新藥——瑞博西尼（ribociclib）[J]. 醫藥導報， 2017， 36（8）： 945-951； 后插1.

[26] Geoerger B， Bourdeaut F， DuBois SG， et al. A phase I study of the CDK4/6 inhibitor ribociclib （LEE011） in pediatric patients with malignant rhabdoid tumors， neuroblastoma， and other solid tumors [J]. Clin Cancer Res， 2017， 23（10）： 2433-2441.

[27] Hortobagyi GN. Ribociclib for the first-line treatment of advanced hormone receptor-positive breast cancer： a review of subgroup analyses from the MONALEESA-2 trial [J/ OL]. Breast Cancer Res， 2018， 20（1）： 123 [2020-03-21]. doi： 10.1186/s13058-018-1050-7.

[28] Tripathy D， Im SA， Colleoni M， et al. Ribociclib plus endocrine therapy for premenopausal women with hormonereceptor-positive， advanced breast cancer （MONALEESA-7）： a randomised phase 3 trial [J]. Lancet Oncol， 2018， 19（7）： 904-915.

[29] Patnaik A， Rosen LS， Tolaney SM， et al. Efficacy and safety of abemaciclib， an inhibitor of CDK4 and CDK6， for patients with breast cancer， non-small cell lung cancer， and other solid tumors [J]. Cancer Discov， 2016， 6（7）： 740-753.

[30] Goetz MP， Toi M， Campone M， et al. MONARCH 3： abemaciclib as initial therapy for advanced breast cancer [J]. J Clin Oncol， 2017， 35（32）： 3638-3646.

[31] Naz S， Sowers A， Choudhuri R， et al. Abemaciclib， a selective CDK4/6 inhibitor， enhances the radiosensitivity of non-small cell lung cancer in vitro and in vivo [J]. Clin Cancer Res， 2018， 24（16）： 3994-4005.

[32] Herrera-Abreu MT， Palafox M， Asghar U， et al. Early adaptation and acquired resistance to CDK4/6 inhibition in estrogen receptor-positive breast cancer [J]. Cancer Res， 2016， 76（8）： 2301-2313.