抗肿瘤小分子靶向药物及靶点研究进展

蒋建利，付之光　(第四军医大学细胞工程研究中心，陕西 西安 710038)



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抗肿瘤小分子靶向药物及靶点研究进展

蒋建利，付之光(第四军医大学细胞工程研究中心，陕西 西安 710038)

【摘要】恶性肿瘤目前仍然是全球排名第二的致死性疾病. 与恶性肿瘤的常规治疗方法如手术、化疗和放疗等不同，分子靶向治疗作为肿瘤治疗的新手段，正以其高疗效，低毒副反应以及高度特异性等优势成为肿瘤治疗研究的热点. 随着分子生物学机制的不断发展及生物技术产业的不断推动和支持，人们对肿瘤的探索也不断深入，越来越多的肿瘤特异性分子靶点已为人们所认识，随之而来的抗肿瘤小分子靶向药物亦发展壮大. 本研究旨在依据肿瘤不同的分子生物学特性，对研究较多的肿瘤靶点及相应小分子靶向药物进行总结和综述.

【关键词】抗肿瘤药;分子靶向治疗;靶点

0引言

恶性肿瘤是严重危害人类健康的疾病. 传统治疗手段无法达到治愈效果，尤其对于中晚期恶性肿瘤患者，其疗效似乎已进入瓶颈期. 随着肿瘤分子生物学的不断发展，人们对肿瘤分子机制及其生物学特性均有了更深入的认识. 不同生物学特性都离不开一些重要驱动分子的参与或调控，而针对这些驱动分子所研发的小分子靶向药物在治疗恶性肿瘤的过程中取得了重大进展. 关于肿瘤的生物学特性，相关文献中有很多描述与分类，目前比较权威的是Weinberg于2011年依据近十年肿瘤学的研究进展，总结出的10个生物学特征，分别为：自给自足生长信号(self-sufficiency in growth signals)、抗生长信号的不敏感(insensitivity to antigrowth signals)、抵抗细胞死亡(resisting cell death)、潜力无限的复制能力(limitless replicative potential)、持续的血管生成(sustained angiogenesis)、组织浸润和转移(tissue invasion and metastasis)、免疫逃逸作用(avoiding immune destruction)、肿瘤相关炎症反应(tumor promotion inflammation)、细胞能量代谢异常(deregulating cellular energetics)、基因组不稳定和突变(genome instability and mutation). 笔者通过搜集和查阅文献，试图对不同特征的重要靶点分子以及相应的小分子靶向药物进行介绍.

1自给自足的生长信号

正常组织细胞能够精准地调控生长相关信号和因子的产生与释放，从而使细胞进入正常的生长分化周期，维持正常组织结构与功能. 而肿瘤细胞则通过破坏信号通路的调控，使其逐渐形成自给自足的生长信号. 大部分维持肿瘤细胞生长的信号通路依赖细胞表面受体，特别是包含酪氨酸激酶结构域的分子[1]. 本研究主要介绍丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)信号通路和表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)信号通路.

1.1MAPK信号通路MAPK信号通路可以调节细胞增殖，生存和分化. 该通路通过RAS、RAF、MEK及ERK的特异性级联磷酸化将信号由细胞外传入细胞核内. RAF家族由丝氨酸-丝氨酸激酶ARAF，BRAF和CRAF组成. 被磷酸化的RAF蛋白可以进一步活化MEK1和MEK2，继而磷酸化ERK1和ERK2，激活转录因子，调节细胞增殖，生存和分化. BRAF基因突变引起MAPK信号通路系列活化，是人类肿瘤中普遍发生的信号通路改变. 高频的BRAF突变常见于黑色素瘤、甲状腺癌、结直肠癌等[2]. 因此，近年来，靶向BRAF的小分子抑制剂逐渐被重视并呈现出令人期待的临床疗效. 2011年，美国FDA批准的小分子抑制剂Vemurafenib可显著抑制BRAF(V600E)、CRAF以及野生型BRAF，用于治疗晚期或不可切除的黑色素瘤. 而2013年批准的Dabrafenib则是一种可逆性的ATP竞争抑制剂，可选择性抑制BRAF(V600E)，用于晚期转移或不可切除的黑色素瘤的治疗. 此外，针对MEK激酶的小分子抑制剂Trametinib于2013年获批上市，用于治疗转移性或难根治的BRAF突变的黑色素瘤. 2015年批准的新药Cobimetinib可与Vemurafenib联用，可用于治疗晚期无法手术的转移性黑色素瘤[3].

然而，大多数患者服用该类药物后可获得耐药而使肿瘤复发. 目前的研究认为BRAF在黑色素瘤发生获得性耐药机制是由于各种原因导致的MAPK信号通路的重激活及/或PI3K信号通路的上调[4]. 然而，更加明确的耐药机制目前仍在研究之中.

1.2EGFR信号通路EGFR是细胞膜表面的表皮生长因子受体，具有酪氨酸激酶(tyrosine kinase, TK)活性，由原癌基因c-erbB-1编码，分子量为170 kDa. EGFR包含3个区域，胞外区、跨膜区以及具有TK活性的胞内区. EGFR与其配体结合后，使其构象发生改变，形成同源或异源二聚，继而激活其中的酪氨酸激酶，使其受体自身的酪氨酸残基发生磷酸化. 磷酸化后的酪氨酸激酶募集含SH2结构域的信号转导蛋白，激活下游多种信号途径，如MAPK、PI3K/Akt、STAT等. 异常的信号最终导致细胞增殖失控、凋亡抑制等恶性表型[5].

EGFR在上皮来源的肿瘤中高水平表达，其靶向药物在肿瘤治疗中也取得了显著的疗效. EGFR酪氨酸激酶小分子抑制剂的机制主要是通过ATP与配体结合位点的竞争性结合，阻断酪氨酸激酶活化，从而抑制EGFR激活，进一步抑制肿瘤细胞生长，促进细胞凋亡. Gefitinib、Erlotinib为FDA批准上市的治疗非小细胞肺癌的可逆性酪氨酸激酶抑制剂. 新近上市的Afatinib、Osimertinib是EGFR激酶不可逆抑制剂，对EGFR(wt)、EGFR(L858R)、EGFR(L858R/T790M)和HER2均有抑制作用，用于治疗晚期非小细胞肺癌[6].

2不敏感的抗生长信号

肿瘤细胞除了维持自给自足的生长信号之外，还必须要避开强大的负调控生长信号，最常见的负调控生长信号依赖于肿瘤抑制基因. 在诸多肿瘤抑制基因中，以p53最为著名. 在所有的恶性肿瘤中，50%以上会出现该基因的突变. p53作为转录因子，控制着细胞周期的启动. 同时，p53能够促进泛素蛋白连接酶MDM2、MDM4的表达，而MDM2又可以负反馈调节p53，使其泛素化降解，最终p53与MDM2/MDM4处于一个平衡状态. 根据这一生物学机制，罗氏公司在2010年开展了小分子抑制剂RG7112的研究. 试验表明，RG7112能够诱导p53、MDM2的表达上调，并且对癌症患者有一定的临床获益，相关研究已经进入了临床试验阶段.

3肿瘤细胞死亡抵抗

在恶性肿瘤的发生发展中，细胞死亡特别是凋亡抵抗发挥重要的作用. 细胞凋亡不仅在肿瘤发生和发展过程中发挥着重要的作用，而且化疗、放疗和生物治疗都是主要通过诱导凋亡来治疗肿瘤[7]. Bcl-2蛋白家族是一类重要的凋亡调节因子，共分为三类，分别为抑制细胞凋亡蛋白(Bcl-w、Bcl-2、Mcl-1和Bcl-XL等)、促进细胞凋亡蛋白(Bak、Bax、Bok等)以及仅含BH3结构域的促细胞凋亡蛋白(Bim、Bid、Puma等). Bcl-2通过与Bax形成二聚体以及自身二聚，调控细胞凋亡. Bcl-2和Bax蛋白在细胞死亡信号检查点之间的平衡，决定了细胞的生存或凋亡[8]. 由于在癌细胞中高度表达，Bcl-2家族蛋白抑制剂可以选择性地在肿瘤细胞中发挥抗肿瘤的作用. 目前，Bcl-2家族蛋白已成为抗癌药物研发的重要靶标之一. 大量的Bcl-2家族蛋白小分子抑制剂处于不同的开发阶段[9-10].

4基因组不稳定和突变

DNA损伤时刻伴随着哺乳动物细胞，如不能及时、精确地修复，便会进一步导致基因组的不稳定，而基因组不稳定是癌变的重要前提和特征[11]. DNA损伤修复机制对于维持基因组的稳定性具有十分重要的作用. 肿瘤细胞能够激活自身DNA的损伤修复机制，引起放化疗的耐药现象. 因此阻断DNA修复通路是肿瘤治疗的一个重要途径.

聚腺苷酸二磷酸核糖基聚合酶[Poly(ADP-ribose) polymerase, PARP]是一种单链DNA修复酶，其通过碱基切除修复途径对DNA复制过程出现的单链损伤进行切除修复，从而参与了DNA的复制与转录并维持基因组的稳定性，因此PARP被认为是DNA损伤的感受器[12]. 最初开发PARP抑制剂用于增强化疗药物的疗效，后来主要针对DNA修复缺陷型癌症. 近年来一批靶向PARP1/2的小分子抑制剂Olaparib、Iniparib等已成功进入三期临床试验，用于乳腺癌、非小细胞肺癌以及卵巢癌的治疗. 2014年，小分子药物Lynparza获批上市，通过靶向抑制PARP治疗晚期卵巢癌伴BRCA基因缺失的女性患者[3].

5肿瘤新生血管

新生血管的形成在肿瘤的发生、发展和转移过程中起着重要的作用. 肿瘤血管生成是所有实体瘤的共同特征. 有数据[13]表明，恶性肿瘤的生长和转移必须依赖丰富的营养供给，若无血管生成，体外培养的肿瘤组织生长体积不超过4 mm3，体内肿瘤不超过1～2 mm3. 血管内皮生长因子(VEGF)及其受体VEGFR能特异性地促进内皮细胞的分裂、增殖和迁移，在肿瘤新生血管的过程中发挥着重要的作用. 因此，VEGF、VEGFR成为目前癌症治疗应用最广泛的靶点. 靶向VEGF的单克隆抗体治疗剂已广泛应用于临床治疗多种实体瘤，如FDA批准的针对VEGF/VEGFRs的贝伐珠单抗，主要用于治疗转移性结肠直肠癌、非小细胞肺癌、转移性乳腺癌、转移性肾细胞癌及胶质瘤. 而靶向VEGF的小分子药物目前尚处于临床试验阶段[14].

6组织浸润和转移

转移是恶性肿瘤又一重要的生物学特性，也是临床肿瘤治疗的主要瓶颈. 因此，靶向肿瘤转移的研究是治疗肿瘤，提高肿瘤患者生存率的关键[15]. 近年来，比较有代表性的靶点为肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor, HGF). HGF是一种多肽生长因子，参与多种细胞的增殖和迁移，对肿瘤的侵袭转移有着重要的诱导作用. HGF的受体是原癌基因c-met编码的Met跨膜蛋白. 多种肿瘤细胞都过度表达Met. 目前，很多靶向HGF/c-met的小分子抑制剂已经进入临床研究，已经上市的c-Met抑制剂有Crizotinib以及Cabozantinib，然而这两种抑制剂并不是单一靶点药物，除了抑制c-Met还抑制了其他靶点，属于多靶点抑制剂.

除HGF外，近年来CD147分子也越来越受到人们的关注. CD147分子又被称为基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMPs)诱导因子，广泛高表达于肿瘤细胞，通过诱导MMPs的分泌促进肿瘤的侵袭转移. 目前，由我科室研发的靶向CD147的单抗药物利卡汀已用于肝细胞肝癌的临床治疗[16]，针对CD147的小分子抑制剂也已进入了临床前的研究阶段(未发表数据).

7能量代谢异常

肿瘤细胞糖酵解的显著增加是肿瘤能量代谢异常的基本特征之一. 快速增殖的肿瘤细胞摄取大量的葡萄糖通过有氧糖酵解用于合成代谢以及能量的产生，即“Warburg效应”. 糖代谢和脂代谢的关键调控酶备受关注，如糖代谢中的己糖激酶Ⅱ(hexokinaseⅡ, HKⅡ)、乳酸脱氢酶A(lactate dehydrogenase A, LDHA)以及参与脂代谢的脂肪酸合酶均被报道参与肿瘤细胞的代谢并促进肿瘤细胞增殖，而阻断他们的抑制剂也呈现出显著破坏肿瘤代谢和抑瘤的作用. 氨基酸代谢中的谷氨酰胺代谢近年来备受关注，癌细胞中谷氨酰胺代谢的变化在肿瘤细胞大分子生物合成，信号通路的调节以及氧化还原内稳态的维护过程中均发挥着重要的作用. 因此，干预这一重要的代谢过程可以作为肿瘤治疗的策略之一[17]. 目前阻断谷氨酰胺代谢的抑癌策略主要是通过靶向参与谷氨酰胺代谢过程中的关键分子. 例如，SLC1A5(ASCT2)是钠离子依赖性氨基酸转运体，主要负责转运小分子中性氨基酸，其中包括谷氨酰胺. 谷氨酰胺依赖的肿瘤均高度表达SLC1A5，如肺癌、结肠癌、肝癌等. 小分子抑制剂GPNA可以通过结合ASCT2抑制谷氨酰胺摄取并诱导ROS富集，从而抑制肺癌细胞生长. SLC7A5(LAT1)，是一个双向的转运蛋白，同时调节细胞谷氨酰胺的流出和亮氨酸的流入，通过HIF-2α和MYC刺激而上调，并且高度表达在肾癌细胞和前列腺癌细胞. 小分子抑制剂Benzylserine可以通过靶向1型氨基酸转运体1(LAT1)和SLC7A5抑制谷氨酰胺的运输，进一步通过抑制mTOR信号通路抑制黑色素瘤细胞增殖. 谷氨酰胺酶(glutaminase, GLS)是催化谷氨酰胺脱氨基成为谷氨酸的酶. GLS的基因编码两种酶GLS1和GLS2，在细胞能量代谢和氧化防御中作用各异. GLS1主要在肾脏表达，GLS2主要在肝脏表达. 相关报道[18]显示，小分子抑制剂BPTES和CB-839都可以特异性抑制谷氨酰胺酶，在多种临床前的动物模型中显示出了良好的抑瘤特性.

8免疫逃逸作用

与正常细胞相比，肿瘤细胞由于表观遗传性、基因突变等多因素的改变，在其表面存在大量的抗原分子，能够被免疫系统所识别和清除. T细胞是抗肿瘤免疫的核心执行者，它的活化不但需要由抗原提呈细胞提供的第一信号的刺激，同时还需要协同刺激分子提供的第二信号的刺激. 我们将这些免疫抑制信号称为免疫检查点. 在肿瘤的发生、发展过程中，肿瘤细胞可以通过免疫检查点，抑制T细胞激活，从而逃避免疫杀伤. 应用免疫检查点抑制剂，可以解除肿瘤患者的免疫抑制，发挥T细胞抗肿瘤的作用，达到治疗肿瘤的目的. 到目前为止，已经鉴定出10余种介导第二信号的配体或受体，而细胞毒T淋巴细胞相关抗原4(CTLA-4)和程序细胞死亡蛋白1(PD-1)及配体PD-L1是目前研究比较透彻的免疫检查点分子，FDA已批准靶向CTLA-4用于治疗黑色素瘤的单抗药物Ipilimumab和以PD-1为靶点治疗黑素瘤和非小细胞肺癌的单抗药物Pembrolizumab. 针对该类靶点尚无小分子抑制剂投放市场[19].

9无限复制

在肿瘤细胞无限复制的特性中，端粒(telomere)和端粒酶(telomerase)起了重要作用. 端粒是真核生物染色体3'末端，由富含鸟嘌呤的DNA重复序列和端粒结合蛋白组成的核蛋白复合物，主要通过防止染色体DNA降解、末端融合、缺失及非正常重组等来维持染色体的完整和稳定. 端粒酶是一种特殊的DNA聚合酶，具有逆转录酶活性，可以补偿细胞分裂时的染色体末端缩短，导致肿瘤细胞避开细胞正常的复制-衰亡机制的制约. 研究发现，端粒酶的活性在肿瘤细胞中增强[20]. 因此，通过有效抑制端粒酶的活性来干预肿瘤的发生发展已成为肿瘤治疗的又一新策略.

比较有代表性的药物为针对模板序列的反义核苷酸抑制剂GRN163L. 反义寡核苷酸能够与靶RNA或DNA特异性互补，使恶性肿瘤细胞端粒酶活性降低，进而导致增殖能力下降，诱导凋亡. 最新的临床试验数据表明，GRN163L与紫杉醇联合/不联合贝伐单抗治疗局部复发或转移性乳腺癌已顺利通过一期临床试验；初始诱导化疗后应用GRN163L治疗非小细胞肺癌取得显著疗效，已完成二期临床试验. 而GRN163L与硼替佐米与地塞米松联用治疗复发/难治性多发性骨髓瘤也已完成一期临床试验[21]. 但是以端粒酶为靶点的小分子抑制剂尚未进入临床应用.

10促进肿瘤的炎症

近年来对“炎癌链”的研究颇多. 在某些情况下，炎症可作为肿瘤早期的显著标志，并进一步促进肿瘤的发展. 研究[22]显示，一些抗炎药物也可以用于肿瘤干预策略. 这些抗炎药物包括非甾体类抗炎药(NSAIDs)、选择性COX-2抑制剂和一些具有抗炎功效的天然化合物. 一般认为NSAIDs抗癌机制分为两大类，一类为环氧合酶(COXs)依赖途径，即通过抑制环氧合酶发挥作用. 环氧合酶是前列腺素合成的关键酶，在体内有两种异构体，即COX-1和COX-2，目前对COX-2的研究较为深入. COX-2可通过异常表达导致PG增加、促进肿瘤细胞增殖和抑制肿瘤细胞凋亡、间接激活癌基因或引起p53等抑癌基因突变、促进血管形成、内皮细胞迁移和血行播散等作用参与肿瘤的发生发展. NSAIDs通过抑制环氧合酶发挥抑瘤活性. 另一类为环氧合酶非依赖途径，如可通过抑制核因子NF-κB，促进活性氧(ROS)等干预肿瘤的发生发展，然而确切的抗癌机制及抗癌效果还需要进行进一步地深入探讨.

11结语

综上所述，目前分子靶向治疗已成为肿瘤治疗的重要策略，越来越多的小分子靶向药物已被应用于临床，且取得了一定的疗效. 然而诸如获得性耐药和毒副作用等小分子靶向药物的临床应用问题也逐渐凸显出来. 我们应该更加深刻地认识肿瘤的发病机制，深入了解靶点的分子机制，真正做到“对症下药”. 同时应该将靶向治疗与“个体化治疗”、“精准医疗”结合起来，为不同的患者“量体裁衣”，最大限度减少药物的毒副作用，提高疗效. 考虑到肿瘤的复杂性，我们应该尽可能尝试多靶点、多药物联合治疗，最大程度降低耐药风险. 期待肿瘤的小分子靶向治疗策略能够在未来更上一个台阶，真正成为治愈恶性肿瘤的重要手段.

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【中图分类号】R979.1;R73

【文献标识码】A

作者简介：蒋建利. 博士,教授. 研究方向:肿瘤细胞生物学和生物制药. Tel:029-84774547E-mail:jiangjl@fmmu.edu.cn

基金项目:国家863计划项目(2012AA020302);国家自然科学基金面上项目(31371405)

收稿日期：2015-12-12；接受日期：2015-12-26

文章编号：2095-6894(2016)01-05-04