第二个线粒体衍生半胱天冬氨酸蛋白酶激活剂模拟物与乳腺癌治疗

赵玉立 张艺馨 王 森 郭慧敏 封 丽

1.山东第一医科大学（山东省医学科学院）研究生部，山东 济南 250117；2.山东第一医科大学第一附属医院（山东省千佛山医院）超声医学科，山东省医药卫生腹部医学影像学重点实验室，山东 济南 250014

乳腺癌是全球女性最常见的癌症，也是女性癌症死亡的主要原因[1］。乳腺癌依据雌激素受体、孕酮受体和人类表皮生长因子受体2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）的存在与否而分为3类：luminal型、HER2型和三阴性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）[2］。手术、化疗、放疗和激素治疗是当前临床治疗乳腺癌患者最常用的方法，虽然这些技术大大提高了早期和复发乳腺癌患者的生存率，但由于乳腺癌的高度异质性，难以使所有患者获得最佳治疗并预测个体转移风险[3］，尤其在疾病的晚期。癌症的产生是由于癌细胞促凋亡和抗凋亡途径相关分子平衡状态的失调，导致肿瘤中抗凋亡蛋白过度表达及促凋亡蛋白下调。因此，调节癌细胞的促凋亡能力可能是目前乳腺癌治疗中所面临问题的有效解决方法。凋亡抑制蛋白（inhibitor of apoptosis protein，IAP）是在肿瘤细胞中过度表达的重要分子之一，通过抑制半胱天冬 酶（caspase）和调 节 核因子κB（nuclear factor kappa-B，NFκB）来抑制癌细胞凋亡。第二个线粒体衍生半胱天冬氨酸蛋白酶激活剂（second mitochondria-derived activator of caspase，Smac）蛋白是一种天然的IAP 拮抗剂，在与NFκB 激活的相关癌症中特别有效[4］。研究显示，Smac模拟物与当前抗癌治疗方法联合治疗乳腺癌具有更好的效果，同时作为单一疗法时也有一定疗效[5］。

1 肿瘤细胞凋亡与IAP蛋白

凋亡是细胞一种重要的生理行为，机体通过这种行为维持内环境的平衡。细胞凋亡包括不同的子程序，其中有2个主要的凋亡途径，即外源性凋亡途径和内源性凋亡途径。外源性凋亡途径是由肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）超家族的死亡受体（death receptors，DRs）等诱导的，导致Caspase-8的激活；内源性途径是由细胞应激引起细胞色素c和Smac从线粒体释放到细胞质，从而激活Caspase-9，并与凋亡酶激活因子（apoptotic protease activating factor-1，Apaf1）形成蛋白酶。这2 种途径最终均引起Caspase-3和Caspase-7的激活[6-8］。在大多数癌症的发生过程中，癌细胞的促凋亡分子和抗凋亡分子之间发生失衡，使癌细胞凋亡减少，从而导致肿瘤的发生。IAP蛋白是细胞抗凋亡的主要原因之一[9］，在肿瘤细胞中表达增强，抑制肿瘤细胞凋亡，促进肿瘤的发生[5］。另外B 细胞淋巴瘤因子-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）基因家族对肿瘤的促凋亡和抗凋亡通过外源性途径或内源性途径调节，IAP蛋白作为一种强大的抗凋亡蛋白在肿瘤发生中发挥作用[10］。癌细胞抗凋亡的增强是导致癌症治疗失败的重要原因[11］，针对各种靶点调节和诱导癌细胞的凋亡成为解决当前乳腺癌治疗问题中的理想策略。

IAP家族是在众多恶性肿瘤中高度表达的一组蛋白质，它通常在肿瘤中被解除调控，并通过增加癌细胞的侵袭性和对治疗的耐药性而与不良预后相关[5，12］，其首先在杆状病毒中被发现并描述[13-14］。该家族由8个成员组成，分别为X连锁IAP（XIAP）、细胞IAP1（cell IAP，cIAP1）和细胞IAP2（cIAP2）、神经元IAP（neuronal IAP，NAIP）、存活素（survivin）、Apolon（BRUCE）、livin 和睾丸特异性IAP（testiclespecific IAP，Ts-IAP），它们通过抑制Caspase和调节NFκB 来抑制癌细胞凋亡[5］。每个成员至少包含1个由大约70 个氨基酸组成的杆状病毒IAP 重复序列结构域（baculovirus inhibitior of apoptosis protein repeat，BIR），该结构域是抑制细胞凋亡所必需的[15］。在众多IAP 家族中，XIAP、cIAP1/2 是最重要也是研究最多的成员，它们是由3 个串联杆状病毒BIR 和泛 素 化 连 接 酶E3 中RING 结构域组成[2］。cIAP 通过介导受体相互作用蛋白激酶1（receptorinteracting protein kinase 1，RIPK1）的泛素化将肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）信号从诱导凋亡导向NFκB 和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途径[16］。

2 Smac模拟物与乳腺癌治疗

Smac蛋白是来自于线粒体的IAP天然拮抗剂，肿瘤细胞凋亡过程中Smac 在线粒体中的释放可由IAP 家族成员survivin 调节[3］。Smac 模拟物以Smac蛋白的N 端四肽序列（AVPI）为模型，该四肽与IAP的BIR结构域结合，在Smac蛋白阻断IAP抗凋亡作用中至关重要[9］。阻断TNF-α的抗体可以阻断肿瘤细胞死亡，表明TNF-α 在诱导细胞死亡中的重要性。Smac 模拟物的开发有助于揭示IAP 在调节TNF信号中的作用。Smac蛋白通过下调cIAP1/2蛋白调节TNF 与其受体（tumor necrosis factor receptor 1，TNFR1）的结合形成复合物I，从而激活外源性凋亡通路[6，17］，降低RIPK1 的泛素化和生存基因的表达，将NFκB 和MAPK 信号通路重新定向到凋亡通路[1-2］。去泛素化的RIPK1 与Caspase-8 结合，形成致命的复合物II。Caspase-8在该复合物内被激活，并切割RIPK1 和Caspase-3 以诱导细胞凋亡。在某些情况下，Caspase-8的活性不足以阻止由未清除的RIPK1 和RIPK3 组成的二级复合物，该复合物磷酸化并激活混合系列蛋白激酶样结构域（mixed lineage kinase domain-like，MLKL）以诱导细胞程序性死亡。与cIAP1/2 相反，XIAP 通过直接结合并抑制Caspase-3、Caspase-7 和Caspase-9 来显示其抗凋亡活性[18］。Smac 模拟物与XIAP 的BIR 结构域结合，而阻止XIAP 对Caspase-3、Caspase-7 和Caspase-9的抑制作用[2］。乳腺癌细胞在转移过程中不断受到机械应力的挑战，当它通过微孔膜后会产生抗失巢凋亡的能力，Smac 模拟物在抑制凋亡蛋白后，同时可以恢复乳腺癌细胞对失巢凋亡的敏感性[19］。

目前癌症治疗的主要挑战之一是癌细胞对凋亡的抵抗。联合治疗是结合2种或2种以上的治疗方法，近年来已成为癌症治疗的基本方法[7］。目前，一些Smac 模拟物正在包括乳腺癌在内的一系列恶性肿瘤中进行早期临床试验，有研究确定了它们在放射低敏、化疗耐药等高侵袭性乳腺癌细胞系中的抗增殖活性和促凋亡潜力[2，8］，有望成为解决当前乳腺癌治疗问题中的有效策略。

2.1 Smac模拟物与乳腺癌化疗

尽管较多的乳腺癌患者正在接受标准化疗方案，但由于乳腺癌的高度异质性使得其病理完全缓解率仍然较低。因此，需要一种新的策略来克服标准方案的低疗效问题。据报道，Smac模拟物可单独或与DRs 配体或已建立的化疗药物联合诱导细胞死亡，通过增强疗效或允许低剂量的化疗药物来提高治疗效果，从而减少不良反应。目前几种Smac模拟物已经临床试验中进行了测试[9，17］。

氨基酰基tRNA 合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase，ARSs）作为氨基酸代谢的关键酶可诱导细胞坏死，Lee 等[10］研究证明，酪氨酸氨基酰基tRNA 合成酶（recombinant tyrosyl tRNA synthetase，YARS）是预测化疗反应最可靠的标志物。针对YARS 阳性乳腺癌，Smac 模拟物LCL161 和Bcl-2 抑制剂ABT-263 联合治疗可发挥乳腺癌细胞毒性作用，并可与标准化疗方案产生协同作用。另有研究发现，Smac 模拟物LCL161 可直接调节ATP 结合家族亚家族B1（ATP-binding cassette subfamily B member 1，ABCB1）活性，并抑制ABCB1 药物外排，LCL161也通过下调survivin部分降低细胞内ATP水平；LCL161 联合治疗恢复了表达ABCB1 的乳腺癌细胞对紫杉醇的敏感性，并增加了人乳腺癌他莫昔芬耐药株（MCF7-TamC3）对他莫昔芬的敏感性[20］。TNBC 由于缺乏有用的分子靶点，其治疗仍然是一个重要的临床挑战。Lalaoui等[2］研究发现，Smac模拟物birinapant 在所有TNBC 的人源肿瘤异种移植物（patient derived tumor xenograft，PDX）模型中都表现出单一药物活性，并且通过诱导TNF增强了对多西紫杉醇的反应。在体外的PDX 中，birinapant 在TNBC 中比ER+乳腺癌细胞更有效。重要的是，birinapant 在TNBC-PDX 的体内模型中也有效。该研究揭示了包括TNBC在内的一些乳腺癌的靶向子集，探索了birinapant作为一种可能的靶向策略的可行性。微管靶向剂（microtubule-targeting agent，MTA）是应用最广泛的化疗药物之一，长期以来在临床已经取得了巨大成功。MTA 通过细胞膜定位TNF（membrane TNF，memTNF）介导肿瘤细胞间的杀伤，在乳腺癌细胞中发挥作用，memTNF可以作为患者治疗反应性的标志物。研究证明，Smac模拟物显著增强了memTNF 介导的细胞杀伤作用，将是MTA 化疗的有效佐剂[21］。研究发现，新型Smac 模拟物SBP-0636457 和阿霉素（doxorubicin，Dox）联合治疗可诱导乳腺癌细胞凋亡，是一种很有前途的策略，尤其是癌细胞对凋亡不敏感时[22］。

2.2 Smac模拟物与乳腺癌放疗

放射治疗是局部控制乳腺癌的治疗选择，尤其是在乳腺癌患者进行保守手术之后。然而，癌细胞的放射敏感性较差限制了治疗效果。因此，开发乳腺癌细胞辐射增敏的治疗剂对于改善治疗结果至关重要。SmacN7 是Smac 蛋白的活性基团，也是最小的促凋亡单位。吕紫嫣等[23］研究发现，SmacN7主要通过TNF 相关的凋亡诱导配体（TNF-related apoptosis inducing ligand，TRAIL）介导的死亡受体途径和线粒体介导的内源性凋亡途径抑制乳腺癌细胞MDA-MB-157增殖，诱导其凋亡，有助于乳腺癌的治疗，为临床乳腺癌的基因治疗提供了实验依据。另有研究将IAP 作为乳腺癌中有效的放射增敏靶点，通过使用Smac 模拟物可以抑制其活性，从而激活Caspase，增加乳腺癌的放射敏感性，用于治疗抗辐射乳腺癌[24］。

2.3 基于纳米颗粒系统的Smac模拟物

某些情况下，Smac模拟物在体内的应用会受到一些限制，纳米颗粒（nanoparticle，NP）给药系统有助于实现药物对癌细胞的靶向治疗，降低其毒性，提高药物稳定性，减少药物有效剂量。Priwitaningrum 等[9］开发了一种将Smac 蛋白传递到肿瘤的纳米系统（poly lactide glycolic acid，PLGA），负载在PLGA 中的Smac 模拟物与已建立的化疗药物（阿霉素）共同递送可以增强患者的化疗效果，从而产生更好的治疗效果，为治疗性肽纳米颗粒与癌症联合治疗药物的协同传递奠定了新的基础[25］。Nikkhoo 等[7］使 用 羧 甲 基 葡 聚 糖（carboxymethyl dextran，CMD）与N，N，N-三甲基壳聚糖氯化物（Ntrimethyl chitosan，TMC）结合形成TMC-CMD NP 进行特异性地给药。结果表明，TMC-CMD NP 能够有效地将siRNA 和Smac 模拟物BV6 传递至乳腺癌细胞，显著诱导癌细胞凋亡，抑制癌细胞增殖、存活、迁移和血管生成。

3 Smac模拟物与其他肿瘤

Craver 等[4］发现，Smac 模拟物可能对发生JAK2基因V617F 突变（JAK2V617F）的骨髓增殖性肿瘤（myeloproliferative neoplasm，MPN）患者有益，Smac模拟物的治疗作用是通过激活JAK2基因介导的，同时使用减少或阻断TNFα 的药物治疗可能增强Smac模拟物特异性靶向JAK2V617F突变细胞的能力。Shekhar等[26］研究发现，Smac模拟物LCL161和GDC-0152与免疫浸润细胞产生的TNFα 具有协同作用，可限制骨肉瘤的生长和转移，表明Smac模拟物的安全方案可能会改善骨肉瘤患者的治疗效果。研究发现，Smac 模拟物可促进TNF-α 影响胆囊癌细胞，并通过DRs途径诱导胆囊癌细胞凋亡，为化疗联合Smac 模拟物治疗胆囊癌提供了间接依据[27］。卵巢癌中Caspase8的低表达与其化疗耐药性相关，Smac模拟物与卡铂、紫杉醇等化疗药物联合使用可以增加癌细胞死亡，建立有效的抗肿瘤活性，突出了Smac 模拟物与其他化疗药物结合时作为有效抗癌药物的潜力[28-30］。Smac模拟物和γ干扰素协同诱导非小细胞肺癌细胞凋亡，而不损害正常肺上皮细胞，可作为预测非小细胞肺癌反应的生物标志物。另外Smac 模拟物和放射治疗增强了消融放疗（adaptive radio therapy，ART）诱导的肺癌特异性适应免疫，为增强ART的免疫原性提供了一种新的策略[31-32］。Hannes 等[33］研究发现，Smac模拟物BV6与干扰素基因刺激因子（stimulator of interferon genes，STING）联合使用可促进胰腺癌细胞的凋亡，可能是克服胰腺癌治疗失败的强大抗癌策略。Smac 模拟物在其他癌症如结直肠癌[34］、淋巴瘤[35］、胆管癌[36］中单独或与其他治疗方式相结合，在不同肿瘤中依据不同的促癌细胞凋亡机制发挥着重要作用。

4 小 结

乳腺癌作为全世界女性最常见的癌症，其临床表现和分子的异质性对于品谷患者对治疗的反应及预后带来了挑战[3］。靶向凋亡被证明是一种很有前途的策略[37］，Smac 模拟物模拟内源性Smac 蛋白对IAP有抑制作用，以时间和TNFR1依赖的方式改变基因表达[17，37］。研究证明了Smac 作为单一药物的有效性，同时Smac模拟物作为联合治疗方式可以大大提高常规治疗效果[5］。

识别乳腺癌治疗反应的生物标志物以开发合理的治疗组合，针对不同乳腺癌患者选择最合适的治疗，有望进一步改善治疗结果。Smac模拟物针对不同乳腺癌的分型和不同敏感性的乳腺癌的反应不同，其效果也不同，未来应针对乳腺癌的不同分型设计具有不同针对性的Smac 模拟物[5］。Smac 模拟物良好的特异性、安全性及与其他方式协同的治疗潜力，提示其具有良好的临床应用前景。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突。