小分子靶向抗癌药物蛋白酪氨酸激酶抑制剂研究进展

1、Research Advance of Small Molecular Targeted Anti-Tumor Agents TKIs 小分子靶向抗癌药物蛋白酪氨酸激酶抑制剂研究进展广东药学院药科学院张志华黄彦王晓明谭载友教授中图分类号R979.1文献标识码A文章编号1671-945(200606-0050-04【摘要】本文综述了一类靶向抗肿瘤药物蛋白酪氨酸激酶抑制剂的研究进展,并讨论这类药物的靶向抗肿瘤机制。从上世纪末到本世纪初,大量肿瘤细胞生物学和分子生物学研究结果表明,肿瘤细胞表面存在一些特定基因受体的表达。这为研制靶向抗癌药提供了新的思路通过干扰或阻断受体蛋白表达途径来影响肿瘤细胞的活

2、动过程,达到治疗目的。在这种策略指导下,研发并上市了一系列小分子蛋白酪氨酸激酶抑制剂(TyrosineKinaseInhibitor,TKI,见表11。与单克隆抗体(monoclonalAntibody,mAb药物在细胞外和抗原结合的作用机理不同,TKIs进入细胞内,阻断肿瘤细胞的信号转导,激活补体依赖的细胞毒作用或抗体依赖性细胞毒性(A n t i b o d y DependentCell-mediatedCytotoxicity, ADCC效应,促使肿瘤细胞凋亡。首先成功上市的是诺华公司研发的格列卫(甲磺酸伊马替尼,见图11。甲磺酸伊马替尼是一种白色至类白色、灰白色或微黄色结晶性粉末,分

3、子式为C29H31N7OCH4SO3,相对分子量589.7。极易溶于水,在pH5.5的水溶液可溶,在中性和碱性水溶液中极微溶甚至不溶。对于非水溶剂来说,药物从易溶到极微溶的顺序是二甲亚砜、甲醇和乙醇,不溶于正辛醇、丙酮和乙腈1。慢性髓细胞样白血病(CML患者的费城染色体异常会产生构成异常性酪氨酸激酶Bcr-Abl,甲磺酸伊马替尼是这种激酶的抑制剂。甲磺酸伊马替尼抑制Bcr-Abl阳性细胞的增殖,诱导其凋亡。实验证明,无论是转染了Bcr-Abl的鼠骨髓细胞,还是取自急性发作期CML患者的Bcr-Abl阳性细胞,甲磺酸伊马替尼都能抑制肿瘤细胞的生长。体外研究证明伊马替尼不是完全选择性抑制剂,它可以

4、抑制其他受体的酪氨酸激酶,如血小板衍生生长因子(PDGF、干细胞因子(SCF、c-Kit等受体的酪氨酸激酶,继而抑制PDGF和SCF介导的细胞活动。伊马替尼可作为阿霉素、长春新碱等化疗药物的增敏剂。理论上可拓展格列卫的新适应证1-9。随着临床使用的增加及研究的深入,伊马替尼的耐药性问题也开始凸现20,21,主要的可能因素有:1.基因突变11,12,14。这种基因突变是由于伊马替尼结合Bcr-Abl酶后,未消除ATP结合而造成的13;2.高水平Bcr-Abl基因产物15-16;3.交替信号转导途径的激活,使肿瘤细胞存活17;4.多向性抗药P-糖蛋白水平的升高18;5.血浆组分增高,结合伊马替尼,

5、导致其有效【ABSTRACT】This paper is to review the current advance of the small molecular targeted anti-tumor agents Tyrosine Kinase Inhibitors and their mechanisms of action.浓度下降19。此外,有研究表明一些内源性或治疗性细胞活素(如白介素-3等与伊马替尼耐药性的产生有关,这些细胞活素不但能刺激初级CML 细胞的存活,而且在使用伊马替尼时能延长Bcr-Abl阳性细胞的存活时间。具体机制有待进一步研究10,22,23,24。随着格列卫的上

6、市及在CML 治疗中的阶段性成功,使蛋白酪氨酸激酶作为靶点的抗肿瘤药物研发成为热点。随后上市的两种小分子靶向抗肿瘤药物TARCEVA(erlotinib,OSI-774和IRESSA (ZD1839都是蛋白酪氨酸激酶的抑制剂,选择性地作用于表皮生长因子受体(EGFR的酪氨酸激酶1,结构见图2和图3。TARCEVA(erlotinib是口服的人表皮生长因子受体1型(HER1的酪氨酸激酶抑制剂,临床上主要治疗非小细胞肺癌,能够延长一期或二期化疗 2002年 Roche/Genentech 表1.已上市的TKI肿瘤类型 乳腺癌 结肠癌 胃癌 脑癌和颈部癌症 胰腺癌 肾细胞癌 表2.肿瘤类型与EGFR

7、 过表达发生率图2.OSI-774图3.ZD1839图4.4-苯胺奎哪唑啉图1.甲磺酸伊马替尼后患者的存活时间25-27,29。有报道称其可与顺铂联用,或与吉西他滨联用治疗胰腺癌28。与抗肿瘤药物亚叶酸和5-氟尿嘧啶联用时,因为毒性过大,被迫停止临床试验30。近年来,对表皮生长因子受体的研究发现,表皮生长因子受体的突变会影响肿瘤细胞的应答率,是否影响细胞的存活时间有待研究。细胞对TARCEVA 的应答率会随着表皮生长因子受体的突变而提高,但是存活时间没有显著性差异31。IRESSA(gefitinib用于非小细胞肺癌的二线或三线治疗。已知其可抑制酪氨酸激酶的磷酸化,但抗肿瘤机制还不十分明确。临

8、床研究未表现出药物与表皮生长因子受体表达的相关性1,32。以EGFR 为靶点的小分子蛋白酪氨酸激酶抑制剂在结构上都具有4-苯胺奎哪唑啉母核,见图4。表皮生长因子受体是一个多结构域的跨膜蛋白治疗领域作为标准方案治疗无效的晚期非小细胞肺癌TARCEVA(ERLOTINIB、OSI-774、肿瘤的EGFR 过度表达的发生率1491433801003089 床研究的E G F R 抑制剂G W 572016(Lapatinib进行了结构分析比较,见图5。 TARCEVA 与EGFR 结合引起酶 构象的变化不大,酶仍然处于活性构象。这种结合不很紧密,容易脱落。T A R C E V A 主要抑制H E

9、R 1。GW572016与EGFR 的结合相对来说更紧密,酶的构象发生较大变化。G W 572016抑制H E R 1和H E R 2。GW572016与酶的结合情况与甲磺酸伊马替尼相似,都使酶呈现出非活性 构象。尽管还不清楚GW572016致使酶发生构象失活的过程和状态,但目前仍然看好G W 572016作为新的EGFR抑制剂的前景。上述结果表明,研究药物与受体蛋白结合的三级结构(构象变化比一级结构(氨基酸序列可能更重要44。 拟治疗鳞状上皮细胞癌和皮肤癌的CI-1033是已通过期临床的以 EGFR 酪氨酸激酶为靶点的抑制剂,见图6。CI-1033与同类药物的区别在于:与EGFR 酪氨酸激酶

10、具有高度亲合力,能不可逆地抑制酪氨酸激酶活性。CI-1033对大部分EGFR酪氨酸激酶都有抑制作用,被称为全EGFR 酪氨酸激酶抑制剂45。新开发的HKI-272、HKI-357和EKB-569三个化合物都是不可逆酪氨酸激酶抑制剂,拟治疗非小细胞肺癌,见图7、图8和图9。研究推测是其不可逆抑制EGFR 酪氨酸激酶的关键结构46-48。细胞信号传导过程复杂,涉及多蛋白结构和功能变化的生化系统。由单一因素的过表达来判断是否有肿瘤生长也许并不全面。试图通过药物阻断某个受体来阻断肿瘤细胞所有信号转导,治疗效果可能不够客观。于是产生了多靶点药物的概念。正在研究的多靶点血管生成抑制剂中,SU11248家族

11、,每个蛋白都由一个细胞外配体结合域(约620个氨基酸残基、一个单体跨膜结构域和一个细胞内酪氨酸激酶结构域三部分构成。该蛋白家族共有4个成员EGFR(HER1/ErbB1、ErbB2(HER2/Nue、ErbB3(HER3和ErbB4(HER4,其中HER1、HER2和HER4都具有酪氨酸激酶催化活性33。HER3没有酪氨酸激酶活性,但具有结合配体进行信号转导的功能。EGFR在细胞和组织的成长和分化过程中扮演重要的角色,其异常的活性与多种人体癌症有关,是目前已知重要的肿瘤细胞分子靶点。肿瘤类型与EGFR表达的关系见表234-43。EGFR 蛋白家族在信号转导过程中的作用机制是:受体通过二聚化激活

12、,受体二聚化包括与配体结合,受体过表达和转活(异二聚化。受体二聚化后,激活内源性蛋白酪氨酸激酶,发生自磷酸化,细胞内各种底物聚集到EGFR 受体细胞内结构域周围,进一步磷酸化,激活一系列丝裂信号传递和其他的细胞活动38。因此,抑制酪氨酸激酶的活性,可改变细胞的活动。通过对EGFR 蛋白和4-苯胺奎哪唑啉相互关系的深入研究,我们知道:具有同一母核的不同药物对受体蛋白的选择性,与受体蛋白的三级结构密切相关。即便是同一种酶,与不同药物的结合也会呈现不同的构象。研究中将TARCEVA和另一种还在进行期临图5.GW572016图6.CI-1033图7.HKI-272图8.HKI-357图9.EKB-56

13、9图10.SU11248的结构表3.SU11248的活性体外试验数据 表4.SU11248的体内试验数据参考文献2Gordana Vlahovic,Jeffrey Caawford.Activa-tion of Tyrosine Kinases in Cancer.The Oncologist,2003,8:531-538. 3Buchdunger E, Zimmermann J, Mett H, et al .Inhibition of the Abl protein-tyrosine kinase in vitro and in vivo by a 2-phenylaminopyrimid

14、ine derivative.Cancer Res,1996, 56: 100 - 104. 4Druker B J, Tamura S , Buchdunger E , Ohno S,et al . Effects of a selective inhibitor of the Abl ty-rosine kinase on the growth of Bcr-Abl positive cells.Nat Med,1996, 5: 561 - 566. 5Deininger M W, Goldman JM, Lydon N , et a l.The tyrosine kinase inhib

15、itor CGP57148B selectively inhibits the growth of BCR-ABLpositive cells. Blood,1997,90: 3691 - 3698,. 6Gambacorti-Passerini, C , le Coutre P ,Mologni L , et al. Inhibition of the ABL kinase activ-ity blocks the proliferation of BCR/ABL+ leukemic cells and induces apoptosis. Blood Cells Mol Dis,1997,

16、 23:380 - 394. 7Druker B J , Sawyers C L , Kantarjian H ,et al. Activity of a specific inhibitor of the BCRABL tyrosine kinase in the blast crisis of chronic myeloid leukemia and acute lymphoblastic leukemia with the Philadelphia chromosome. N Engl J Med,2001,344:1038 - 1042. 8Druker B J , Talpaz M , Resta D J,et al. Effi-cacy and safety of a specific inhibitor of the BCR-ABL tyrosine kinase in chronic myeloid leukemia. N Engl J Med, 2001,344: 1031 - 1037.最为引人注目,已进入期临床,见图10