雄激素受体蛋白降解药物在前列腺癌治疗中的研究进展

李本义

1 前言

前列腺癌是全球男性的第二大常见癌症。局部或区域性前列腺癌患者的5年生存率接近100%，但有远处转移的患者生存率仅30%[1]。局部原发前列腺癌主要通过手术切除腺体进行治疗，如果患者的病情不允许，则采用放射治疗。远处转移通常发生在高危患者中，包括局部晚期(手术切缘阳性)或高级别(Gleason总分≥8)肿瘤，是前列腺癌死亡的主要原因[2]。本文将讨论当前转移性前列腺癌的药物治疗选择和抗雄激素受体(androgen receptor, AR)治疗方法的最新研究进展。

2 前列腺癌的临床药物治疗

AR蛋白是一种在良性和恶性前列腺组织中都表达的细胞核受体，对前列腺生理功能和前列腺癌进展至关重要[3]。作为一种转录因子，AR蛋白与雄激素通过其羧基端配体结构域结合，激活后进入细胞核调节基因表达[3]。自1941年起，前列腺癌的治疗主要集中在降低雄激素水平和阻断雄激素诱导的AR蛋白激活[4]。转移性前列腺癌首选手术或药物去势等降低雄激素的雄激素剥夺疗法(androgen deprivation therapy，ADT)进行治疗，通常会导致短期内前列腺萎缩和癌症消退，但几乎全部患者都会复发，并进展为去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer，CRPC)[5]。

CRPC进展的机制包括AR基因突变、扩增、转录剪接和与细胞信号通路的交叉反应，以及恶性前列腺细胞合成雄激素，且CRPC的大多数癌细胞仍然依赖于AR信号传导来促进生长和恶化[5]。因此，目前临床治疗CRPC采用氟他胺、比卡鲁胺、氯硝柳胺、恩杂鲁胺、阿帕鲁胺和达洛鲁胺等竞争性抑制剂，阻断雄激素诱导的AR蛋白激活，或用CYP17A1抑制剂——阿比特龙，减少前列腺癌组织和肾上腺中的雄激素产生，但这些疗法仅能为CRPC患者提供非常短期的生存益处[6]。

鉴于ADT和抗雄激素在内的激素疗法未能有效治愈或长期缓解转移性前列腺癌，因此针对前列腺癌细胞中AR蛋白而开发全新疗法成为治愈前列腺癌的新方案。

3 AR基因静寂疗法

自2001年引入小干扰RNA(siRNA)技术以来，在活体生物中可以成功敲低或静寂内源基因表达。为了克服抗AR治疗耐药的临床难题，我们课题组首先提出在前列腺癌细胞中阻断AR基因表达来完全消除AR信号活性，从而导致癌细胞生长停滞或死亡。我们的研究结果证实，用siRNA可以极大地降低前列腺癌细胞中AR基因表达，导致多种AR阳性的前列腺癌细胞系发生明显的凋亡性细胞死亡[7]。然后，我们基于纳米颗粒技术的前列腺癌特异性递送方法和全身递送AR siRNA表达的腺病毒方法，在裸鼠动物模型中证实，阻断AR基因表达可诱导前列腺癌异种移植肿瘤的快速消退和根除[8-9]。其他研究小组使用不同方法抑制AR基因表达也获得了和我们团队相似的研究结果[10-14]。因此，消除AR蛋白(野生或突变型)有可能完全克服晚期前列腺癌对目前治疗方法的耐药性，从而治愈前列腺癌。

4 AR蛋白靶向降解嵌合体化合物

蛋白靶向降解嵌合体(protein targeted degradation chimera, PROTAC)，采用具有两个结合部分的双功能小分子，将靶蛋白和细胞蛋白降解体系(泛素E3连接酶介导的蛋白酶体降解系统)结合在一起[15]。这项技术可以将治疗的靶标蛋白选择性地去除。目前各种E3连接酶的技术描述和应用在其他文章中均有非常全面的总结[15]，本文将只讨论为AR蛋白设计的PROTAC化合物。

4.1 ARV-110

2004年首次报道了第一个AR蛋白靶向PROTAC化合物，它是FKBP12配体和二氢睾酮的嵌合分子[16]。经过多次优化后，合成了一种高效的AR特异性PROTAC化合物ARCC-4，具有纳摩尔浓度效率[17]。其进一步改进的ARV-110已进入转移性前列腺癌的临床试验阶段[18]。目前Clinical Trials有两项正在进行的临床试验，第一项是Ⅰb期开放标签临床试验(NCT05177042)，旨在评估阿比特龙治疗后生化复发的转移性前列腺癌患者应用ARV-110和阿比特龙联合治疗的效果，该临床研究将于2023年4月结束。第二项是合并Ⅰ/Ⅱ期开放标签单剂量递增和队列扩展试验，以评估ARV-110的安全性和耐受性(NCT03888612)，该项目将于2023年2月下旬完成。

4.2 ARD系列化合物

AR降解促进剂(androgen receptor degradation promoter，ARD)系列化合物(ARD-61、-69、-266、-2128、-2585)由密歇根大学的药物化学课题组设计[19]。他们最新的ARD-2585化合物具有非常高的效率(DC50<0.1 nmol/L)，可口服给药，其效力至少是ARV-110的10倍[19]。这些化合物的不同之处在于运用了不同的E3连接酶结合结构域、AR拮抗剂和可变长度的中间链接部分。然而，ARV-110和ARD-2585化合物都依赖于AR的配体结合区(ligand binding domain，LBD)，因此它们对AR剪接变体蛋白(譬如AR-V7)等无效。

4.3 其他AR靶向的PROTAC化合物

特异性靶向AR蛋白的化合物还有TD-802(DC50=12.5 nmol/L)[20]、A031(IC50<0.25 mol/L)[21]和MTX-23(DC50=0.37～2 mol/L)[22]。其中MTX-23可用于AR野生型和AR-V7变体，其疗效均在动物实验得以证实。另外，仅在细胞模型中测试过的有三种PROTAC化合物，包括A9、A16[23]和AR SNIPER-51化合物[24]。

5 AR蛋白非特异性降解化合物

UT-34为合成小分子化合物，是基于UT-69和UT-155优化而获得，可在体外和体内发挥有效的AR降解活性[25]。UT-34与AR氨基端AF-1结构域结合，可以靶向野生型和剪接变体的AR蛋白。UT-34具有良好的口服生物利用度等药理学特征，在60 mg/(kg·d)的剂量下，可抑制来自恩杂鲁胺耐药性前列腺癌细胞的异种移植肿瘤生长[26]。

臭椿酮是通过高通量筛选发现的一种AR反式激活抑制剂，它可以通过靶向HSP90共伴侣蛋白p23，诱导野生型AR和剪接变体AR-V7蛋白的降解[27]。臭椿酮在前列腺癌的体外细胞培养模型(0.2～0.4 mol/L)和体内异种移植模型[2 mg/(kg·d)]中均表现出强大的抗癌作用，还显示出良好的药物样特性[28]。

HG122是基于MMTV-荧光素酶测定的高通量筛选而发现的AR活性抑制剂，与AR阴性细胞相比，HG122抑制AR阳性前列腺癌细胞的生长，IC50为7～9 mol/L。进一步研究发现，HG122抑制AR转录活性并通过蛋白酶体途径促进AR蛋白降解。在动物实验中，HG122[10 mg/(kg·d)]抑制22RV1细胞来源的异种移植肿瘤生长(抑制率82%)，而恩杂鲁胺在相同剂量下的抑制率为60%[29]。然而，HG122促进AR降解的蛋白酶体机制尚不清楚。

6 AR剪接变体蛋白降解疗法

AR蛋白具有4个不同的结构域，氨基端(amino terminal，NTD)、DNA结合结构域(DNA binding domain，DBD)、铰链区和羧基端配体结合域(LBD)。在前列腺癌中，AR基因的转录剪接变体与恩杂鲁胺、阿比特龙等抗AR治疗后前列腺癌的去势或耐药有关[30]。由于这些AR变体蛋白缺乏羧基末端LBD区域，因此它们对当前靶向LBD的抗AR药物没有反应。同样，使用LBD配体的PROTAC分子也不适用于降解剪接变体AR蛋白，故而这些变异蛋白是晚期前列腺癌临床治疗的巨大障碍。

6.1 氯硝柳胺

氯硝柳胺是美国食品药品管理局批准的口服抗蠕虫药物，用于治疗寄生虫感染。在AR-V7变体驱动的基于荧光素酶高通量筛选试验中发现，氯硝柳胺可以有效抑制AR-V7活性。机制研究表明，0.5～1.0 mol/L的氯硝柳胺显著降低前列腺癌细胞中的AR-V7蛋白水平[31]。联合应用恩杂鲁胺和氯硝柳胺[25 mg/(kg·d)]极大地抑制小鼠CRPC异种移植瘤的生长[32]。尽管使用单剂量氯硝柳胺的临床试验未能达到有效血清浓度[33]，但最近一项使用重新配制的氯硝柳胺加阿比特龙的Ⅰb期临床试验显示出预期的临床效果[34]，表明这一疗法是AR-V7阳性CRPC患者的新希望。

6.2 CUDC-101

CUDC-101是一种针对多个靶点的小分子抑制剂，包括HDAC、EGFR和HER2/Neu。最近发现它可以减少前列腺癌22RV1细胞中的野生型AR和AR-V7蛋白水平(0.3 mol/L，24 h)。在裸鼠实验中，50 mg/(kg·d)的CUDC-101治疗14天，可显著抑制22RV1细胞来源的异种移植瘤生长[35]。然而，由于CUDC-101对多个靶点均有抑制作用，预计在临床试验中会出现严重的副作用。

6.3 二甲基姜黄素

二甲基姜黄素(ASC-J9)是一种姜黄素类似物，具有多种蛋白靶标，包括AR蛋白[36]。ASC-J9诱导前列腺癌细胞中野生型AR和AR-V7的蛋白质降解，并抑制源自CRPC细胞的异种移植肿瘤生长[36]。在CRPC异种移植瘤模型中，二甲基姜黄素增强恩杂鲁胺的疗效[37]，并增加前列腺癌对放射治疗的敏感性[38]。然而，ASC-J9目前仅在皮肤痤疮护理的临床试验中进行了测试(Clinical Trials：NCT01289574和NCT00525499)。

6.4 Thailanstatin D

Thailanstatins是细菌衍生的天然产物，是mRNA前体剪接变异的有效抑制剂。由于AR-V7主要由mRNA前体剪接产生，故在AR-V7阳性前列腺癌细胞中测试了Thailanstatin D (TST-D)的细胞毒性。研究发现，TST-D在5 nmol/L时可降低AR-V7水平，0.3 mg/(kg·d)治疗4天对CRPC细胞来源的异种移植瘤生长抑制率达50%[39]。据推测，TST-D与恩杂鲁胺或阿比特龙的联合治疗，可能在CRPC模型中显示更显著的抗肿瘤效应。

6.5 芸香碱

芸香碱是一种从中药吴茱萸中提取的心血管保护性生物碱。在AR-V7驱动的荧光素酶筛选试验中，发现它有效抑制AR-V7表达[40]。机制研究表明，芸香碱通过增强AR-V7与GPR78和泛素E3连接酶SIAH2的相互作用，促进AR-V7蛋白降解，其诱导AR-V7降解的DC50约为20 mol/L。在裸鼠动物实验中，40 mg/(kg·d)的芸香碱可完全阻断22RV1细胞来源的异种移植瘤生长[40]。由于它不影响野生型AR蛋白，因此还需要在体内测试其与AR拮抗剂，如恩杂鲁胺或阿比特龙的协同作用。

6.6 Indisulam

Indisulam属于一类新的合成磺胺类药物，可选择性降解mRNA前体剪接因子RBM39等致癌蛋白，具有潜在的抗肿瘤活性。由于mRNA前体剪接对AR-V7表达至关重要，因此，Indisulam有可能通过RBM39依赖性机制对AR-V7表达发挥抑制作用。研究结果显示，Indisulam(10 μmol/L)不仅阻断恩杂鲁胺诱导的VCaP细胞中AR-V7表达，还在25 mg/(kg·d)的剂量下抑制裸鼠VCaP细胞来源的异种移植肿瘤的生长[41]。

6.7 诺比列汀

诺比列汀是一种从柑橘皮中提取的植物类黄酮，具有广泛的抗癌活性。最近的一项研究表明，20 mol/L的诺比列汀可降低22RV1细胞中AR-V7蛋白水平，与恩杂鲁胺[20 mg/(kg·2 d)]联用可显著抑制22RV1细胞来源的异种移植肿瘤生长。机理研究表明，诺比列汀阻断AR-V7与两种去泛素酶USP14和USP22的相互作用，导致基于蛋白酶体的AR-V7蛋白降解[42]。

7 结论与展望

从80年前开始，转移性前列腺癌的首选治疗为雄激素剥夺或去势疗法，但这种单纯去除雄激素的方法并不能治愈前列腺癌，去势治疗的患者经常复发并进展到CRPC阶段。由于CRPC癌细胞仍依赖AR蛋白活性，因此目前的临床治疗主要集中在阻断雄激素与AR结合(AR拮抗剂)或减少非睾丸组织(包括前列腺癌组织)中的雄激素产生(CYP17A1抑制剂)。然而，由于几乎所有CRPC患者的AR基因都有突变，有些合并AR mRNA剪接变体(例如AR-V7)，最终都会产生治疗抗性。此外，在长期AR拮抗剂治疗后，高达20%的CRPC患者会发展为更具侵袭性的亚型，即神经内分泌前列腺癌。因此，雄激素去除和阻断方法不仅不能治愈前列腺癌，而且会导致疾病更具侵袭性。

近年来，靶向AR蛋白稳定性的治疗方法已成为开发晚期前列腺癌新疗法的热点。本文总结了数种小分子化合物，它们可特异性降低AR蛋白稳定性(见图1)。其中姜黄素类似物ASC-J9、臭椿酮、HG122和CUDC-101显示在前列腺癌细胞中诱导AR蛋白降解。然而，这些小分子化合物不具备AR蛋白特异性。

注：CRPC：去势抵抗性前列腺癌； AR：雄激素受体； siRNA：小干扰RNA； PROTAC：蛋白靶向降解嵌合体； ARD：AR降解促进剂图1 雄激素受体蛋白降解药物治疗前列腺癌机制图

与此同时，具备AR特异性降解活性的PROTAC技术可能效果更好。ARV-110正在临床试验中作为与阿比特龙的联合治疗进行测试。然而，这些靶向AR羧基末端的PROTAC使用了现有的AR拮抗剂，因此它们对AR剪接变体无效。不过，有一些专门针对AR-V7变体蛋白进行降解的化合物，包括氯硝柳胺、CUDC-101、Thailanstatins、芸香碱、Indisulam和诺比列汀，如果将它们与AR拮抗剂、PROTAC化合物或AR-V7抑制剂联合应用，有可能在临床治疗中发挥协同效应。