细胞周期蛋白依赖性激酶4/6抑制剂的研究进展

张文歆 陈海飞 戚慧洁 王天笑 李群益

摘 要 细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase， CDK）4/6通过与细胞周期蛋白D结合，参与DNA的复制和细胞分裂，控制细胞从第一个生长阶段转变至合成阶段，在细胞周期控制中起着关键作用。细胞周期蛋白D- CDK4/6-视网膜母细胞瘤蛋白信号通路的激活有助于肿瘤细胞增殖，因此CDK4/6成为抗肿瘤药物的重要作用靶点之一。本文概要介绍CDK4/6抑制剂的作用机制及其临床研究进展。

关键词 细胞周期蛋白依赖性激酶4/6抑制剂 细胞周期 肿瘤

中图分类号：R979.19； R730.53 文献标志码：A 文章编号：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發现，细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase， CDK）与细胞周期蛋白的结合在细胞周期控制中起着关键作用，他们也因此获得了2001年度的诺贝尔生理学或医学奖。CDK是一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其家族有CDK1 ～ 8，其中CDK4/6是细胞周期的核心调控者，调控着细胞周期各阶段的转变。CDK4/6也是大多数恶性肿瘤发生、发展的关键蛋白激酶，因此成为抗肿瘤药物的重要作用靶点之一[1]。目前，美国FDA已批准3个CDK4/6抑制剂用于乳腺癌治疗，它们分别为哌柏西利（palbociclib）、ribociclib和abemaciclib。

1 细胞周期蛋白D- CDK4/6在细胞周期控制中的作用

细胞分裂是一个受到严格管控的过程，通过细胞周期控制可防止细胞无限制的增殖。细胞周期紊乱是肿瘤细胞的典型特征[2]。CDK1 ～ 6在控制细胞周期进程中起着关键作用，CDK7 ～ 8则主要影响RNA聚合酶Ⅱ的磷酸化[3]。CDK能与细胞周期蛋白D结合形成复合物，进而启动细胞周期转变信号，使细胞依次经历第一个生长阶段（G1期）、合成阶段（S期）、第二个生长阶段（G2期）和有丝分裂阶段（M期）[4-5]。在各CDK中，CDK4和CDK6的功能相似，氨基酸序列同源性达71%，它们在各类细胞中均有表达，且均可与细胞周期蛋白D的3种亚型（细胞周期蛋白D1、D2和D3）结合，磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白（retinoblastoma protein， Rb），磷酸化的Rb将释放与介导细胞周期从G1期向S期转变相关的腺病毒E2启动子结合因子（adenovirus E2 promoter binding factor， E2F）[6]。E2F会结合DNA，由此参与DNA的复制与细胞分裂，促进细胞周期的持续转变[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）的调控，其中INK4通过直接与CDK结合来抑制细胞周期蛋白D- CDK4/6复合物的活性；p21CIP1和p27KIP1则既能稳定细胞周期蛋白D- CDK4/6复合物，又可在一定条件下抑制CDK4/6活性，起着一种维持稳态的调控作用[8]。

在正常细胞中，CDK4/6主要通过细胞周期蛋白D- CDK4/6- INK4- Rb信号通路正反馈调控细胞周期从G1期向S期的转变来促进细胞增殖。一旦此信号通路异常，则其不仅参与细胞周期控制，同时还会促进肿瘤细胞持续增殖，这在多种肿瘤的发生、发展中起着关键作用，CDK4/6的过表达也已成为多种肿瘤诊断的生物标志物。

2 CDK4/6抑制剂的作用机制

肿瘤细胞的增殖能力通常很强，而CDK4/6在细胞周期控制中起着核心调控作用，故是抗肿瘤药物及其他增殖失调疾病治疗药物的较好作用靶点。CDK抑制剂的研发其实已有很长的历史，但直到哌柏西利获准上市，CDK4/6抑制剂才开始进入临床应用。现市场上CDK4/6抑制剂的主要作用机制包括抑制细胞周期从G1期向S期转变、激活抗肿瘤免疫应答、影响肿瘤微环境和细胞代谢等。

2.1 抑制细胞周期从G1期向S期转变

细胞周期是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，可分为间期和分裂期两个阶段，其中间期包括G1期、S期和G2期，分裂期为M期。根据经典的细胞周期模型，当细胞受到刺激发生有丝分裂后，其G1期向S期的转变开始于G1期早期，此时细胞周期蛋白D水平增高，并与CDK4或CDK6结合，形成细胞周期蛋白D- CDK4/6复合物。后者进入细胞核，经CDK激活激酶作用使Rb发生磷酸化，Rb磷酸化可促进E2F的表达。然后，细胞周期蛋白E结合并激活CDK2，使Rb进一步磷酸化，进一步增加E2F的表达。E2F的表达对DNA合成的启动和使细胞周期进入S期至关重要。

在肿瘤细胞中，CDK表达异常，过度活化的CDK4/6使得细胞周期控制异常，导致细胞增殖不受控制[9]。CDK4/6抑制剂并不直接诱导肿瘤细胞凋亡，而是通过间接抑制Rb的磷酸化，使细胞周期停滞于G1期[10]：一方面，抑制CDK4/6可使Rb多位点磷酸化缺失，转录因子叉头盒蛋白M1（forkhead box protein M1， FoxM1）失稳，使处于G1期的细胞进入静止状态，诱导细胞衰老，并且不受FoxM1表达水平的影响；另一方面，抑制CDK4/6可持续清除衰老的细胞，创造满足细胞周期完结的宽松的细胞衰老环境[11]。

2.2 激活抗肿瘤免疫应答

正常情况下，机体免疫系统能够识别并清除肿瘤微环境中的肿瘤细胞。但肿瘤细胞为了生存和生长，会采取不同策略使机体的免疫系统受到抑制，不能正常地杀灭肿瘤细胞，从而在抗肿瘤免疫应答的各阶段得以幸存。CDK4/6抑制剂也可在抗肿瘤免疫应答中发挥一定的作用。

CDK4/6抑制剂可增强肿瘤抗原的呈递[12]。abemaciclib可下调乳腺癌细胞系基因组中与细胞周期、有丝分裂、E2F作用靶点相关基因的表达，上调编码Ⅰ类主要组织相容性复合物（major histocompatibility complex， MHC）分子的基因表达，而Ⅰ类MHC分子与抗原加工和呈递相关。abemaciclib也可上调指导肽裂解的内质网氨基肽酶-1和抗原肽转运蛋白-1、2的基因表达。Deng等[13]研究发现，在哌柏西利和环孢素共同作用于细胞程序性死亡受体-1过表达的Jurkat细胞时，即使存在哌柏西利，环孢素也能抑制Jurkat细胞产生白细胞介素-2。鉴于环孢素为钙调神经磷酸酶抑制剂，可阻止活化T細胞核因子（nuclear factor of activated T cells， NFAT）信号通路的激活，因此推测CDK4/6抑制剂是通过增强NFAT信号通路来增加白细胞介素-2分泌量的。对T细胞活化和白细胞介素-2的转录调节，NFAT信号通路具有重要作用。

2.3 影响肿瘤微环境

肿瘤微环境即肿瘤细胞发生和生存的内环境，其中不仅包括肿瘤细胞本身，还有其周围的成纤维细胞、免疫细胞、炎性细胞和胶质细胞等各种细胞，同时也包括附近区域内的细胞间质、微血管以及浸润于其中的生物分子[14]。复杂的肿瘤微环境不仅支持肿瘤细胞增殖，且还会使肿瘤细胞更具侵袭性。一项研究利用RCAS-PDGF/nestin-TvA方法构建了CDK4缺陷少突胶质瘤小鼠模型，发现CDK4是肿瘤细胞增殖所必需的，而CDK4缺陷则会使得肿瘤细胞缺乏侵袭性[15]。此外，CDK4对CD4+、叉头盒蛋白p3（forkhead box protein p3， Foxp3）阳性的调节性T细胞的发育亦是必需的，可抑制细胞毒性T淋巴细胞反应。在荷瘤和非荷瘤动物中，CDK4缺乏与CD4+、Foxp3+的调节性T细胞的浸润和循环数量减少相关，但对其他T细胞亚群的影响极小[16-17]。另有研究表明，CDK4/6抑制剂可激活衰老相关分泌表型，后者能促进炎性细胞因子的产生，诱导免疫性炎症反应的发生，进而控制肿瘤的发生、发展[18]。

3 CDK4/6抑制剂的临床研究

迄今为止，已有3个CDK4/6抑制剂在美国获准临床应用，它们分别是哌柏西利、ribociclib和abemaciclib。这3个药物均能与CDK4/6的三磷酸腺苷结合位点结合，由此抑制CDK4/6的活性，进而抑制Rb的磷酸化以及一系列下游事件的发生，最终产生抗肿瘤作用。

3.1 哌柏西利

2015年2月，美国辉瑞公司研发的哌柏西利成为第一个获得美国FDA批准的CDK4/6抑制剂。哌柏西利主要通过抑制细胞周期从G1期转变到S期来抑制肿瘤细胞的增殖。一项共纳入35例Rb+的晚期实体瘤患者的I期临床试验显示，经哌柏西利治疗4个疗程，10例患者疾病稳定，其中6例患者的疾病稳定时间达到10个月[19]。有研究表明，相对于雌激素受体（estrogen receptor， ER）阴性乳腺癌细胞株，ER+乳腺癌细胞株对哌柏西利治疗更敏感[20]。“PALOMA-1”研究是在ER+、人表皮生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor-2， Her2）阴性的晚期乳腺癌患者中进行的一项开放性Ⅱ期临床试验，其比较了哌柏西利联合来曲唑与单用来曲唑治疗的临床效果。结果发现，哌柏西利联合来曲唑治疗组患者的中位疾病无进展生存期（progression-free survival， PFS）为20.2个月，显著长于单用来曲唑治疗组患者的10.2个月（风险比=0.488），同时安全性可接受[21]。该研究数据也是美国FDA加速批准哌柏西利联合来曲唑一线治疗ER+、Her2-的绝经后妇女转移性乳腺癌的主要依据之一。

哌柏西利治疗其他一些肿瘤也有效。一项使用哌柏西利治疗17例复发性套细胞淋巴瘤患者的单组研究显示，1例患者达到完全缓解，2例患者达到部分缓解，5例患者的PFS>1年[22]。一项哌柏西利治疗Rb+的晚期高分化和去分化脂肪肉瘤患者的Ⅱ期临床试验则显示，PFS>12周的患者占比为66%[23]。哌柏西利还能增强紫杉醇的细胞毒性，两药联用可治疗肺鳞癌[24]。

3.2 ribociclib

ribociclib由诺华公司研发，是又一个口服有效的CDK4/6抑制剂，被美国FDA批准用于联合来曲唑一线治疗激素受体（hormone receptor， HR）阳性、Her2-的绝经后妇女晚期或转移性乳腺癌。临床前研究表明，单用ribociclib治疗可使Rb表达正常的肿瘤细胞株的细胞周期和生长停滞，表现出剂量依赖性的抗肿瘤活性[25]。一项单用ribociclib治疗132例Rb表达正常的实体瘤和淋巴瘤等患者的Ⅰ期临床试验显示，在可评估的70例患者中有3例达到部分缓解，其中1例为CDK2编码基因CDKN2A缺失的头颈部腺癌患者，1例为磷脂酰肌醇-3激酶催化亚单位α突变、细胞周期蛋白D1扩增、ER+的乳腺癌患者，1例为BRAF野生型、NRAS野生型、细胞周期蛋白D1扩增的恶性黑素瘤患者[26]。ribociclib治疗的常见不良反应是中性粒细胞减少（发生率45%）、白细胞减少（44%）、恶心（43%）和疲劳（42%），3或4级不良反应主要为中性粒细胞减少、白细胞减少和淋巴细胞减少。

“MONALEESA-2”研究是一项多中心、随机、双盲、安慰剂对照Ⅲ期临床试验，旨在比较ribociclib联合来曲唑与单用来曲唑治疗HR+、Her2-的绝经后妇女晚期乳腺癌患者的安全性和疗效。该研究共纳入668例美国东部肿瘤协作组体力状况评分≤1分的初治患者，她们经随机分配分别接受ribociclib联合来曲唑或安慰剂联合来曲唑治疗，主要研究终点是PFS，次要终点包括总生存期、客观缓解率、临床获益率和安全性。结果显示，ribociclib联合来曲唑治疗患者的中位PFS为25.3个月，显著长于单用来曲唑治疗患者的16.0个月[27]。“MONALEESA-7”研究则是全球首项评估CDK4/6抑制剂用于HR+、Her2-的绝经前妇女晚期乳腺癌患者一线治疗效果的大型Ⅲ期临床试验，结果表明与单用戈舍瑞林治疗患者相比，ribociclib联合戈舍瑞林治疗患者的中位PFS显著更长（分别为13.0和23.8个月），死亡风险比为0.553[28]，预后得到显著改善。

3.3 abemaciclib

abemaciclib由礼来公司研发，其也是一个口服有效的CDK4/6抑制剂。Ⅰ期临床试验显示，单用abemaciclib治疗ER+乳腺癌患者的客观缓解率为31%，疾病控制率达81%[29]。该研究还发现，K-RAS突变患者对abemaciclib治疗更敏感。

2018年，美国FDA主要基于“MONARCH-3”研究数据，批准了abemaciclib联合芳香化酶抑制剂（aromatase inhibitor， AI）一线治疗HR+、Her2-的绝经后妇女晚期或转移性乳腺癌患者。“MONARCH-3”研究是一项随机、双盲、安慰剂对照Ⅲ期临床试验，其共纳入493例HR+、Her2-的绝经后妇女转移性乳腺癌患者，她们分别接受abemaciclib联合AI或安慰剂联合AI的一线治疗。结果显示，abemaciclib联合AI治疗患者的中位PFS为28.2个月，显著长于单用AI治疗患者的14.8个月（风险比=0.52）[30]。此外，一项研究表明，在使用电离辐射治疗非小细胞肺癌时，联用abemaciclib可抑制Rb和E2F的活性、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白和乏氧诱导因子-1的表達，减少辐射诱导的血管新生，增强肿瘤细胞对放疗的敏感性[31]。

4 结语

CDK4/6在细胞周期控制中起着重要作用，这使其成为抗肿瘤药物的作用靶点之一。CDK4/6抑制剂可通过抑制肿瘤细胞周期从G1期向S期转变、激活抗肿瘤免疫应答和影响肿瘤微环境等机制产生抗肿瘤活性，临床上对某些类型的肿瘤有较好的疗效。不过，CDK4/6抑制剂治疗也会逐渐导致肿瘤耐药现象的发生[32]。因此，在深化CDK4/6抑制剂研发及其临床研究的同时，也应研究CDK4/6抑制剂治疗相关的肿瘤耐药的发生和发展机制，以便在临床上更好地应用这一类抗肿瘤药物。

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