抗癌药物的研究和发展

1、抗癌药物的研究与发展陆志红罗伯特巴.戴安修美国伯明翰阿拉巴马大学药理与毒理学系、临床药理学部癌症是当今世界上大多数国家的主要死因之一。 尽管到目前为止已有数十种化疗或辅 助抗癌药物可以用于临床治疗，但大多数药物只能使病情缓解，无法达到治愈的目的。虽 然一些儿童的癌症或成人皮肤肿瘤有治愈或长期缓解的可能， 但大多数死亡率很高而又很 常见的癌症如胃癌、食道癌、肺癌等仍缺乏有效的抗癌药物。近年来，各国都在抗癌药物 的研究与发展上投入了大量的人力、物力，希望在不久的将来能有所突破。本章就抗癌药 物的研究与发展的分子生物学基础、 药物的筛选与评价以及非临床研究和临床试验的特点 作一综述，以帮助读者对这一

2、领域的进展有所了解。第一节抗癌药物研究的分子生物学基础抗癌药物研究的依据是人们对癌症生物学的理解。 早期人们对于癌症的了解限于细胞 水平，所以大多数药物的发展着眼于细胞分裂分化和免疫等环节。近年来，肿瘤生物学的 进展非常迅速，人们对癌症的了解深入到了分子水平，比如癌基因的发现，细胞凋亡学说 的形成， 肿瘤抑制基因的发现等为抗癌药物的研究与发展提供了新的分子生物学基础。下简述这些方面的研究进展。一、细胞分裂自 50 年代，人们认为肿瘤细胞比正常细胞分裂快，并应用这一概念发展了一系列的抗癌药物用于干扰或阻止细胞的分裂。 主要包括破坏细胞脱氧核糖核酸 （DNA ）以及蛋白质代谢的药物。比如烷化剂(

3、Alkylating Agents)， DNA 拓扑异构酶抑制剂(Topoisomerase InhibitorS以及抗生素类(Antibiotics )。通过对细胞周期的仔细研究，现 在我们知道肿瘤细胞并不比正常细胞分裂得快， 只是在任何时间都有较高比例的肿瘤细胞 处于分裂期。二、细胞增殖周期调控 中国医药资讯网 因为肿瘤细胞失去了正常细胞的控制机制，在癌组织中的细胞更倾向处于细胞分裂 期。根据这一理论，许多抗癌药物作用于处于分裂期的细胞。如抑制 DNA 合成的抗代谢药物(Antimetabolites)和抑制微小管有丝分裂形成的微小管蛋白结合剂(Tubulin BindingAte nts

4、)就是根据此概念发展而来的。三、肿瘤抗原研究表明某些癌症组织在免疫学上不同于正常细胞，癌症细胞在一定程度上是“异 物”，或者是去分化的细胞，且可能存在特异的肿瘤抗原，这一发现是肿瘤免疫治疗的基础。根据这一概念，人们试图用各种特异及非特异的方法，提高人体对肿瘤的免疫功能。比如用细胞毒性免疫细胞、单克隆抗体、细胞因子(Cytokins )以及核受体结合剂(VitaminD3、Retinoids)等治疗癌症。四、癌基因及其活化80 年代以来的研究发现，在某些肿瘤细胞中，一些癌基因被激活。若能抑制癌基因的激活，应可治疗癌症。例如研究发现ras癌基因蛋白的激活需要farnesyl蛋白转移酶的存在，因此

5、farnesyl 蛋白转移酶抑制剂被发展成为抗癌药物。另外，许多人类肿瘤，如膀胱癌、乳腺癌以及慢性白血病，含有不正常的酪氨酸激酶(Tyrosine Kinase)，因此EGF-受体激酶、 erbB2 激酶以及 abl 激酶等一系列酪氨酸激酶抑制剂被用于发展抗癌药物。除此以外，调节哺乳类细胞信息传递以及细胞周期转换的丝氨酸苏氨酸激酶也用作发展 抗癌药物的靶分子。五、肿瘤抑制基因现在已充分证明，在人体中不仅存在癌基因，而且还存在肿瘤抑制基因，如P53等。在某些人类癌症细胞中， 肿瘤抑制基因缺失或失去功能， 这提供了另一潜在的药物发展靶 分子。大约有30%50%的癌症失去了成视网膜细胞瘤 (Ret

6、in oblastoma, Rb)基因及p53蛋白基因。另外 AT，MCC，APC，Von HipelLindan 蛋白基因的突变也在某些组织中找 到。对于这些突变,可能的潜在治疗方法是用基因工程的方法恢复这些基因的功能。六、细胞分化成熟DNA ( Telomeric对于哺乳类细胞来说,每次细胞分裂都会失去染色体末端的端粒DNA )。对于正常细胞来说,细胞内贮存的端粒 DNA 足以补充这一丢失。但肿瘤细胞处于持续分裂期需要更多的端粒DNA，因此需要端粒酶(Telomerase来补充失去的端粒DNA ,否则肿瘤细胞不能无限制地分裂。 这给抗癌药物发展提供了一条新的途径一使用端 粒酶抑制剂。七、新

7、血管生成肿瘤需要新血管的生长才能维持肿瘤的生长。 肿瘤细胞能诱导血管生成及促进血流供应。假如没有新的血供,实体瘤不可能无限生长,直径不会超过12 毫米。因此,若能 抑制新血管在肿瘤内的生长就能抑制肿瘤的生长。根据这一理论, 80 年代以来的许多研 究致力于发展血管生长调节物。 现已发现几种潜在的靶分子可用于此目的, 包括内皮细胞 生长因子（VEGF）,纤维细胞生长因子（FGF）。这些调节因子的抗体以及多肽分子抑制 剂均可发展成抗癌药。 目前已有部分在动物模型中显示抗癌治性并进入临床试验阶段, 比如 TNP470,Suramin 等。八、 DNA 修复正常细胞存在一套完整的 DNA 修复机制，而

8、肿瘤细胞一些基因的突变使其失去此功 能。这给抗癌药物的发展提供了一个新方向：一是可以用基因工程的方法修复这些缺陷； 二是可以促进肿瘤细胞的这类突变，使肿瘤细胞对化疗更敏感。九、细胞凋亡自 70 年代以来，研究发现许多细胞组织具有周期性的自我生长调节机制。一些细胞 在组织发育的一定阶段将自然死亡。 通常把这种现象称为细胞程序化死亡或细胞调亡。 这 一过程涉及到细胞内外的一系列信息传递过程。 进入这一过程的细胞发生一系列的特征性 形态学和生化的变化，以至最终死亡。许多人类疾病据说与细胞凋亡的增加或减少有关。肿瘤细胞可能失去细胞凋亡的功能， 恢复这一功能可用于肿瘤治疗。 现认为大多数临床使 用的抗癌

9、药物可引起特定癌症细胞的细胞调亡。另外，与正常细胞相比，肿瘤细胞对细胞 凋亡的诱导更为敏感。这或许可以解释作用于细胞分裂的抗癌药物为何更易杀死肿瘤细 胞。现发现某些癌基因的激活及肿瘤抑制基因的丢失可抑制细胞凋亡，因此，如能抑制癌 基因或修复肿瘤抑制基因功能或许可以解决某些癌症对现有化疗药物不敏感的问题。 研究 细胞凋亡是近年来分子生物学领域的一个热点, 许多与细胞凋亡有关的信息传递、 蛋白酶活性的研究可望为肿瘤治疗提供更新的手段（表16- 1）。表16-1与细胞凋亡有突的基因举例中国医药资讯网 htt p:/诱发细胞凋亡p53BaxBadElaE2FMycFos抑制细胞凋亡Bcl - 2Bcl

10、 - xlE6E1bRasAblSrc十、肿瘤的抗药性在肿瘤治疗中，另一严峻挑战是抗药性。许多肿瘤细胞对一系列相关或不相关的药物 均具有抗药性。这一领域也是抗癌药物研究的重点。 肿瘤抗药性可能与减少对药物的吸收 与摄取、加快药物的降解代谢、加快药物从细胞内的排出以及特殊蛋白的表达有关。已发 现多种与抗药性有关的基因，抑制这些基因的表达可望达到提高或恢复肿瘤组织对药物的 敏感性。1一、细胞信息传递各种细胞生长因子、细胞因子、蛋白激酶等均存在于正常及肿瘤细胞，但是其活性程度及表达水平有差异。一般说来，由于与细胞增殖有关，这些因子在肿瘤细胞中的活性较 高，或对肿瘤细胞的增殖比起正常组织（不分裂）更为

11、必需。因此，调节或抑制细胞信息 传递系统可能成为新的抗癌药物的发展依据。 例如，近年来许多调节蛋白激酶C和蛋白激 酶A的药物正在进行临床试验。许多天然药物也作用于细胞信息传递系统。十二、联合疗法上述靶分子都可能作为单一药物的发展基础。但是，现在的趋势是发展联合疗法，不 仅是多种化疗药物联合使用，还包括与生物制剂、放射等疗法的联合使用。这些联合疗法 的机制大致包括：各种疗法作用于不同的细胞周期；提高肿瘤细胞的敏感性；使肿瘤细胞 停留在对化疗敏感的细胞周期； 降低药物在人体内及细胞内的降解速度； 提高药物对肿瘤 组织的针对性分布及摄取率；提高正常组织对药物副作用的抵抗力。第二节化疗药物的筛选与评价

12、化疗药物的筛选可采用各种不同的方法， 但总的来说可归纳为两大类， 一类是按已往 经验来寻找新药， 另一类则是按肿瘤生物学和分子生物学特征来推断及设计新药。 筛选的 方法难易程度不等， 但关键是这些系统必须能在较短的时间内筛选大量的化合物。 化疗药 物筛选的主要目的是找出具有发展前途的先导化合物， 然后对这些化合物作进一步的改进 使其适用于临床治疗。面将着重讨论美国国立癌症研究所（ NCI ）现采用的化疗药物筛选方法，并对其它方法亦作一简要的介绍。一、NCI 所用的体外化疗药物筛选法（图 16-1）简单地说， NCI 的体外化疗药物筛选系统由 60 种不同的人体肿瘤细胞株组成，测定 每个受试化合

13、物在一定浓度范围抑止各肿瘤细胞的生长的能力或细胞毒性程度。 以常规采 用的筛选试验为例， 在实验开始前一天， 所有 60 种肿瘤细胞株细胞先接种在 96孔细胞培养板上，然后将受试化合物10倍梯度稀释，一般最高浓度采用10-4mol。每种化合物试 验 5 种不同浓度。样品加入细胞悬液后培育 48 小时。此后用细胞染色法测定细胞的生长 曲线，用 sulforhodamine 染色，再测定吸光度用以估计细胞数目。根据比色结果画出 60条剂量一反应曲线，然后计算出 50生长抑止浓度（ GI50）， 100生长抑止浓度（ TGI）以及50%细胞死亡浓度（LC50）。再将各细胞系的GI50、TGI和LC5

14、0汇总画出均数图, 从此图可以大致看出该化合物对不同的肿瘤细胞株的抑止能力。然后用计算机进行计算、 模拟、比较，评价受试化合物的特征是否与某一类已知化疗药物类似，从而推测可能存在 的抗癌机制。据统计， NCI 到目前为止已筛选了近 460000 种化合物。用 NCI 体外化疗药 物筛选系统得出的数据也可用于指导将来对主要化合物的改造， 使化合物的药理及毒理性 质更为理想。表 16- 2 列出了 NCI 所用的 60 种人肿瘤细胞株。二、以分子生物学为基础的化疗药物筛选方法近年来， 对肿瘤的分子生物学研究取得了很大的进展， 这给化疗药物的发展提供了一 些新的目标。现在已有许多采用 X 射线衍射、

15、蛋白结晶、基因配对等方法来推断及设计 抗癌药物。 这些方法往往开拓了一些全新的途径， 但其缺点是这些化合物不一定对肿瘤细 胞有选择性。另外，这些化合物是否能进入肿瘤细胞也是一大问题。因此，任何采用非细 胞系统筛选的化合物都必须经过细胞系统以及合适的动物模型的检定才能进入临床试验。表 16-3 对上述两种方法的优缺点作了一个比较。三、经典的化疗药物筛选模型 中国医药资讯网 1985 年 NCI 建立体外细胞筛选系统。在此之前， NCI 抗癌药物的筛选方法主要采用体内肿瘤模型来进行。将白血病细胞株L1210及P388植入免疫缺陷鼠体内，待肿瘤长成 后再给予不同剂量的筛选化合物， 然后观察所试化合物

16、是否能抑制肿瘤细胞的生长， 甚至LC50使肿瘤细胞死亡、消失。然后再作计算分析，得出最小抑制剂量、中位抑制剂量、 等指标； 以这些指标作为衡量受试化合物的抗癌作用强度。 这一方法的优点是得到的药物 可穿过细胞膜以及某些生理屏障，缺点是所得到的药物仅对快速分裂的肿瘤（如白血病、NCI 在 1985 年对淋巴瘤）疗效较好，而对实体瘤的治疗远不尽人意。针对这一问题， 抗癌药物的筛选过程作了如下重大改变： 利用以肿瘤种类为指导的体外细胞筛选法取代 体内筛选法；利用实体瘤细胞株取代白血病细胞株； 用相对小量的原始材料用于初筛;重新强调利用生物实验指导天然物中具抗癌活性成分的筛选。体内实验的免疫缺陷鼠肿瘤模型现已不常用