蛋白酪氨酸激酶信号转导途径与抗肿瘤药物
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药学学报Acta
Pharmaceutica Sinica
2008,43(4):323—334
?综述?
蛋白酪氨酸激酶信号转导途径与抗肿瘤药物
茆勇军1,李海泓2,李剑峰1,沈敬山h
(1.中国科学院上海药物研究所,上海201203;2.上海特化医药科技有限公司,上海2
01209)
摘要:细胞信号转导(signal transduction)在细胞的代谢、分裂、分化、生物功能及死亡过程中起着重要作用,肿瘤 的发生和发展与细胞信号转导过度激活有关。本文简要阐述了蛋白酪氨酸激酶(protein
tyrosine
kinases,PTKs)介导
的信号转导途径,分别介绍了受体酪氨酸激酶介导的Ras/Raf/MAPK和PI.3K/Akt途径,非受体酪氨酸激酶介导的 Sre、Bcr?Abl和JAK/STAT途径。以此5条信号转导通路中参与的重要蛋白分子为靶点,统计和介绍了相关的已经上 市或处于临床研究的抗肿瘤药物。 关键词:信号转导;受体酪氨酸激酶;非受体酪氨酸激酶;酪氨酸激酶抑制剂;抗肿瘤药物
中图分类号:R979.1 文献标识码:A
文章编号:0513—4870(2008)04—0323—12
Signal transduction by protein tyrosine kinases and antitumor agents
MAO Yong-junl,LI Hai—hon92,LI Jian.fen91,SHEN Jing—shanl+
(J.Shanghai Institute of Materia Medica,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201203,China;
2.Topharman Shanghai Co.,Ltd.,Shanghai
201209,China)
Abstract:Intracellular
signal
transduction plays
an
important and
role cell
in
the
process
of
cellular signal
metabolism,segmentation,differentiation,biological transduction relates
to
behaviour
death.Overactive
tumor
development and progression.Signaling pathways operated by protein tyrosine
here
kinases(PTKs)will be illuminated
receptor protein tyrosine protein tyrosine
briefly.The Ras/Raf/MAPK and PI.3K/Akt pathways through
non—receptor
kinases(RTKs),the Src,Bcr—Abl and JAK/STAT pathways by
agents targeting the
kinases(nrPTKs)are shown separately.Antitumor
routes are
key
proteins
involved in the above five signalling Key words:signal kinase;protein
tyrosine
also summarized in this review.
protein tyrosine
transduction;receptor
kinase;non—receptor protein
tyrosine
kinases inhibitor;antitumor agent
肿瘤的发生和发展是一个多因素作用、多基因 参与、多阶段形成的极其复杂的生物学现象,肿瘤病 毒、外界的理化因素、遗传、癌基因(oncogene,onc) 与抗癌基因异常、控制代谢的酶表达失常等因素参 与作用。随着肿瘤生物学及相关学科的飞速发展, 人们逐渐认识到细胞癌变的本质是细胞信号转导通 路失调导致的细胞无限增殖…。外源性信号(如光
线、温度等)和内源性信号(如激素、神经递质、细胞 因子等)作用于细胞,可通过不同途径产生各种细 胞效应。信号转导(signal transduction)是指各类细 胞信号通过细胞膜和信号分子引起的细胞基因表达 改变的过程,可以说,几乎所有重要的生命现象都与 细胞内信号转导有关。细胞信号转导过程的异常会 导致细胞生长、分化、代谢和生物学行为障碍,进而 引起各种疾病乃至肿瘤的发生¨’。因此,从信号转 导途径中所涉及的生物靶标的作用去寻找新型抗肿 瘤药物是一个很好的研究课题。 很多因素参与信号转导过程,如腺苷酸环化酶、
收稿日期:2007-09-26. ’通讯作者Tel:86—2l一50806600—3418.
Fax:86—2l一50805891.
E—mail:jsshen@mail.shcnc.∽.cn
万方数据
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磷脂酶C、蛋白激酶A、蛋白激酶C、丝氨酸/苏氨 酸激酶、G蛋白、ATP、钙等,其中蛋白酪氨酸激酶 (protein
tyrosine
胞因子受体(stem
cell factor
receptor,c-kit)等,这类
受体的激活与许多人类疾病有关,如血管再狭窄、动 脉粥样硬化和肿瘤等。③血管内皮生长因子受体 (vascular
endothelial growth factor
kinases,PTKs,简称酪氨酸激酶)是
细胞信号转导过程中极为重要的物质,具有多种细 胞功能,在正常细胞的调节、通讯和发育生物学方 面起着十分重要的作用;酪氨酸激酶也与肿瘤的发 生和发展密切相关,酪氨酸激酶的活性过高,导致 其下游信号途径激活,从而导致细胞转化、增殖、 对抗细胞凋亡、促进细胞生存,最终导致肿瘤的形 成。近年来,抗肿瘤药物的研发趋势开始从传统的 细胞毒药物转向针对细胞内异常信号转导的药物, 陆续有相关药物应用于临床。1998年,Genetech公 司首个靶向HER2的人源化单克隆抗体Herceptin 被FDA批准用于治疗转移性乳腺癌,2001年首个 小分子Bcr—Abl酪氨酸激酶抑制剂Gleevec上市用 于慢性髓细胞白血病(chronic
myelogenous leukemia,
receptor,VEGFR)
家族,主要包括VEGFR一1(Fh.1)、VEGFR-2(Flk一1/ KDR)和VEGFR-3(Fit-4),是生理或病理性血管生 成的重要调节因子。④成纤维细胞生长因子受体 (fibroblast
growth factor
receptor。FGFR)家族,由4个
成员组成:FGFR.1、FGFR-2、FGFR.3和FGFR-4, 它们调节多种细胞过程,包括细胞生长、分化、迁 移和生存,在血管生成、伤口愈合和肿瘤发生中起重 要作用。⑤IGF-1 R/InsR(insulin—like
growth factor—I
receptor,胰岛素受体)家族,是由2个口单位和2个 口单位组成的四聚体,在血细胞肿瘤中常见此类受 体高表达。此外,受体酪氨酸激酶还包括肝细胞生长 因子受体(hepatocyte
growth factor
receptor,HGFR)、
CML)的治疗,标志着新一代抗肿瘤药物的研发成 功。至2007年底已有bevacizumab(Avastin)、pani— tumumab(Vectibix)、dasatinib(Sprycel)、lapatinib (Tykcrb)和nilotinib(Tasigna)等5个单抗和8个小 分子抑制剂先后上市,超过100个药物正在进行临 床研究”]。与传统的细胞毒类抗肿瘤药物相比,这 类药物疗效高、毒副作用小、易于制备,逐渐成为 当前抗肿瘤药物研发的热点。本文简要阐述有关细 胞信号转导途径以及作用该途径中相关靶点的抗肿 瘤药物。 1蛋白酪氨酸激酶的分类与功能 蛋白酪氨酸激酶按其结构可分为受体酪氨酸激 酶(receptor
protein tyrosine
神经细胞生长因子受体(nerve
growth factor receptor,
NGFR)、Trk(tropomyosin related kinase)受体和Tie
受体等。RTKs是细胞信号转导中的重要角色。 nrPTKs一般没有细胞外结构,它们通常与细胞 膜耦联或存在于胞质中。与细胞生存和增殖相关的 nrPTKs有Src激酶家族(Src
family kinases,SFKs)、
如Src(Sarcoma TK)、Abl(Albelson TK)、Fyn、Yes、 Blk、Yrk、Lck(1ymphoid
cell
kinase)、Lyn、Csk等和其
adhesion kinase),
他酪氨酸激酶如Jak,FAK(focal
Ack,Fes,Rak,Brk等。nrPTKs在细胞增殖、分化 和死亡调控中起不同的作用,有些广泛表达,有些则 只在特异组织中表达。在肿瘤组织中nrPTKs常被 激活,再激活下游的信号转导途径,促进细胞增殖、 抵抗细胞凋亡,促使肿瘤发生和发展。 RTKs或相应的配体过度表达可导致细胞内信 号激活。而nrPTKs主要是通过基因突变、重排等方 式激活,两者可以单独激活细胞内信号转导,更多情 况下是通过复杂的信号转导网络协同作用,最终致 使肿瘤的形成。细胞内信号转导异常复杂,各信号 通路间频繁交叉,所以肿瘤的治疗靶点很多,必要时 还需从多个靶点联合治疗方能见效。PTKs信号途 径与肿瘤之间的关系日益明确,将给肿瘤的治疗方 法带来革新。 2蛋白酪氨酸激酶细胞信号转导途径
2.1
kinases,RTKs)和非受体
protein tyrosine
酪氨酸激酶(non-receptor
kinases,
nrPTKs)旧1。RTKs通常具有一个细胞外结构域、一 个跨膜区以及一个细胞内激酶域,根据其细胞外区 域结构的不同。该类受体主要分为以下几类:①表 皮生长因子受体(epidermal
growth factor receptor,
EGFR)家族,其主要成员有EGFR(HERl/erbB?1)、 HER2(neu/erbB-2)、HER3(erbB一3)、HER4(erbB一 4),许多肿瘤中HERs(human
epidermal growth factor
receptors)表达增强,如结肠直肠癌、头颈鳞状上皮 细胞癌、非小细胞肺癌(non—small
cell lung
cancer,
NSCLC)、乳腺癌、胰腺癌、肾细胞癌等。②血小 板衍生生长因子受体(platelet—derived
growth factor
受体酪氨酸激酶信号转导 细胞外配体如EGF、VEGF、PDGF、FGF等与
receptor,PDGFR)家族,包括PDGFR.a、PDGFR-B、 集落刺激因子1.受体(colony-stimulating receptor,CSFl一R)、Flk-2(fetal
liver factor 1-
受体结合,触发受体的同源或异源二聚复合物的形 成,激活RTKs使其发生自身磷酸化,从而再激活
kinase-2)和干细
万方数据
茆勇军等:蛋白酪氨酸激酶信号转导途径与抗肿瘤药物
下游的信号分子Hjl。RTKs的主要信号转导是Ras (retrovirus—associated
accelerated
protein
亚基p85和催化亚基pl 10组成的异源二聚体。 RTKs磷酸化后,与p85的SH2结构域结合,而把
p85一pl
DNA
sequences)/Raf(rapidly
activated
fibrosarcoma)/MAPK(mitogen
10复合物聚集到细胞膜上并使之激活,活化
kinase,丝裂原活化蛋白激酶)途径和PI一3K
的PI-3K促使磷脂酰肌醇二磷酸酯(phosphatidylino-
sitol
(ph08phatidylinositol一3 kinase,磷脂酰肌醇一3激酶)/
4,5-bisphosphate,PIP,)转化成磷脂酰肌醇三磷
Akt(protein
kinase
B,PKB)途径(图1)。
酸酯(phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate,PIP3)。 PIP,作为第二信使激活下游的蛋白如Akt等;RTKs 还可以通过Ras途径激活PI一3K/Akt通路。Akt转 移至细胞核,通过磷酸化调控多种转录因子(如 FKHRLl、NF—KB、Bcl-2等),从而抑制凋亡基因的表 达;Akt还能磷酸化糖原合成激酶.3(glycogen
synthase kinase
3。GSK.3)和哺乳动物雷帕霉素靶蛋
target
白(mammalian
of
rapamycin,roTOR),从而上
调周期蛋白D(Cyclin D),以及磷酸化一系列抑制 蛋白(如p21 cln和p27 K1P1),引起细胞周期变短,从 而导致肿瘤发生¨-。 2.2非受体酪氨酸激酶信号转导 这组受体家族能诱导类似于RTKs的反应,但 又没有内源性催化活性。T淋巴细胞受体、B淋巴 细胞受体、白介素.2受体、免疫球蛋白受体、红细胞 生成素受体等能够募集nrPTKs,而后通过酪氨酸磷
图1
酪氨酸激酶介导的细胞信号转导途径 Ras/Raf/MAPK信号转导途径 该途径主
酸化形成信号转导复合物,再激活下游的信号转导 如Ras/Raf/MAPK、p103 K/Akt、JAK(Janus kinase)/
2.1.1
STAT(signal
transducer and activator of transcription,
要是调控细胞增殖和细胞生存过程。受体磷酸化后 与接头蛋白如生长因子受体结合蛋白2(growth
factor receptor binding protein
信号传导及转录活化因子)等途径,促进细胞增殖, 导致肿瘤的形成。
2.2.1
2,Grb2)的Src同源结 2,SH2)结合,Grb2的 3,SH3)结
Src信号转导途径
许多刺激因素都可激
构域2(Src
homology domains
活内源性的Src,如通过PTP.a或Csk水解其527位 酪氨酸激酶磷酸基团、527位酪氨酸激酶突变或缺 失、SH2或SH3结构域被高亲和性配体取代等,使 Src转变成活性构象,同时释放对激酶和SH结构域 的抑制作用,Src被修饰定位于细胞膜,募集高亲 和力的配体到特异性的细胞内位点,再分别激活 Ras/Raf/MAPK途径和PI-3K/Akt途径来调控细胞 周期、介导细胞的生存¨1。此外,Src也可被RTKs (如PDGFR)激活,形成PDGF/PDGFR/Src/sTA仍/ c—Myc信号途径;Src与EGFR在生长信号调节中也 能起协同作用;Src还可作为G蛋白信号的效应子, 使细胞增殖能够不依赖于生长因子一’。Src激活后 也能减弱细胞粘附力、促进迁移,且有助于血管生 成。所以,抑制Src的活性会对肿瘤生物学行为产 生明显的影响,并可能成为有价值的治疗药物。
2.2.2
Src同源结构域3(Src
homology domains
构域与下游的G蛋白交换因子(如son
of sevenless,
SOS)结合,SOS从细胞浆中募集Ras-GDP至细胞 膜,使之转化成活性的Ras.GTP,Ras依次再激活
Raf(MAP kinase kinase kinases,MAPKKK)、MEK (MAP kinase kinases,MAPKK)和MAPKs[如细胞外
信号调节激酶(extracellular
ERK)、JNK(Jun
osmolarity
signal—regulated kinase,
N—terminal
kinase)、p38(high
glycerol,HOG)等],活化的MAPKs进入细
胞核通过磷酸化作用激活转录因子(如Elkl、Etsl、 c.Myc等),从而干扰细胞周期和细胞转化过程,最 终导致肿瘤形成;MAPKs还能诱导蛋白及基质降 解、促进细胞迁移、维持肿瘤生长¨’。
2.1.2
PI-3K/Akt信号转导途径
该通路涉及细
胞生长、凋亡抑制、侵袭和转移过程,起着与Ras/ Raf/MAPK途径同等重要的作用。PI-3K是由调节
Bcr-Abl信号转导途径Abl酪氨酸激酶存
在于细胞质和细胞核中,在细胞分化、分裂、细胞黏
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附和应激反应过程中起重要作用,基因转位导致B 细胞受体(B
cell
用单克隆抗体(如bevacizumab、panitumumab等)和 小分子酪氨酸激酶抑制剂。抗体的制备方法和给药 方式也一定程度上限制了其临床应用,其种类和发 展也没有小分子酪氨酸激酶抑制剂丰富‘13,14]。小 分子抑制剂的结构类型较多、差别较大,现阶段研究 较多的是EGFR和VEGFR酪氨酸激酶抑制剂,很多 化合物可以同时抑制多个靶点,目前认为多靶点抑 制剂比单一靶点的抑制剂效率高,可提高疗效和对 抗耐药性等。根据现阶段的研究可以简单地将该类 小分子抑制剂分为喹唑啉类、吲哚酮类、哒嗪类、氰 基喹啉类和吡咯并嘧啶类等结构,本文简要介绍各
receptor,Bcr)和Abl基因头尾融合
形成融合基因Bcr-Abl。Bcr—Abl激酶有多个功能结 构域,包括SH2、SH3结构域、核定位结构域和3个 DNA结构域,其激活有助于白血病的发生。酪氨酸 激酶活性对于Bcr.Abl的功能是必需的,Bcr.Abl激 活的某些信号途径与造血生长因子激活的途径相 似,如Ras、PI一3K、JAK/STAT等。Bcr-Abl的过度激 活改变造血细胞的黏附性、诱导细胞骨架功能异常, 通过多种途径干扰细胞周期和细胞黏附,促进肿瘤 的发生和发展¨…。
2.2.3
JAK/STAT信号转导通路
细胞因子
种结构类型中有代表性的化合物。 喹唑啉结构的化合物较多,lapatinib(Tykerb,1) 是GlaxoSmithKline公司2007年3月上市的新药,能 同时抑制EGFR(IC∞为10.8 nmol?L“)和HER2 (IC∞为9.2 nmol?L。),可13服用于乳腺癌、 NSCLC、头颈部癌和胃癌的治疗。ZD-6474 (vandetanib,,Zactima,2)抑制EGFR、VEGFR-2(IC50 为40 nmol?L“)和RET(rearranged
during
(cytokine)能够通过多种途径进行细胞内信号转导, 从而参与调控细胞生长、分化和凋亡过程。细胞因 子受体通常在胞质区没有RTKs结构域,但在细胞 因子靶细胞中存在有nrPTKs,以此介导细胞因子与 其受体结合后的信号转导。其中JAK激酶与其下 游的STAT组成了重要的信号途径。许多细胞因子 都能够激活JAK/STAT信号途径,如干扰素(IFN) 家族、gpl30家族、yC家族、单链家族等。此外, EGF、PDGF和CSFl一R也可以通过RTKs激活JAK/ STAT信号通路。细胞因子与其受体结合引起细胞 质受体的构象改变,进而激活与受体关联的JAK激 酶家族,JAK激酶促使相应的STAT磷酸化而激活, 激活的STAT从受体上游离,形成二聚体后进入细 胞核,与GAS增强子家族成员结合,从而激活转录、 诱导细胞转化、调控某些与细胞增殖和存活相关基 因的表达,在肿瘤的发生中起重要的作用¨“。
3
transfection
TK),2005年10月FDA推荐为治疗滤
泡型、髓质型、未分化型、以及局部复发或转移的乳 突型甲状腺癌的孤儿药(orphan drug),2006年1月 获欧洲罕见病药品委员会(COMP)批准,推荐用于 治疗髓甲状腺癌(MTC)。其抑制VEGF介导的细 胞(HUVEC,human
umbilical vein endothelial cell)增
殖的IC如值为60 nmol?L~,同时抑制依赖于 VEGFR的血管生成和依赖于EGFR的细胞增殖和 生存,因此ZD-6474对EGFR抑制剂耐药的肿瘤生 长有抑制作用,现处于III期临床用于治疗NSCLC、 乳腺癌、骨髓瘤等¨引。AZD-2171(cediranib,3)抑制 VEGFR—l,2,3(IC∞为1—5 nmol?L“)、PDGFR毋 (IC卯为5 nmol?L。)和c—kit(IC50为2 nmol?L“), 同时抑制VEGF介导的细胞增殖和VEGFR-2的磷 酸化(1C∞值分别为0.4和0.5 nmol?L叫),III期 临床研究用于NSCLC、结肠直肠癌和肾癌等的治 疗¨…。BIBW-2992(4)是不可逆EGFR和HER2双 重抑制剂,抑制野生型、耐受和双重耐受(dual resistant)的H1666、H3255和NCll875细胞(ICso 值分别为7、6和93 nmol?L。1),其结构中6位的 ot,JB-不饱和酰胺侧链被认为是产生不可逆抑制的 主要因素,现处于II期临床研究,用于治疗乳腺癌、 结肠直肠癌等¨7。。另外,喹啉结构的OSI-930(5) 和KRN-951(6)也可作用于VEGFR、c.kit等靶点, 均已进入临床研究阶段。
作用于酪氨酸激酶信号转导途径的抗肿瘤药物 许多肿瘤细胞中存在信号转导途径的异常,如
上皮细胞来源的肿瘤中常见EGFR家族受体过度表 达,胶质瘤中常见PDEFR家族受体过度表达,CML 中Bcr.Abl过度激活等,这些受体或生长因子的过 度表达激活其下游信号转导途径,促进细胞增殖、对 抗细胞凋亡,与肿瘤的发生发展密切相关。人们致 力于抑制细胞信号转导途径以开发新型抗肿瘤药 物,并已取得初步成果。表1和2中列出部分已上 市(美国FDA批准)和处于临床阶段的药物信 息【l 21,下面分述抑制酪氨酸激酶信号转导的抗肿瘤 药物,结构见图2—4。 3.1生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂 该类抑制剂作用于信号转导途径的最上游,同 时阻断多条通路,具有治疗范围广、疗效高等优点。 目前阻断生长因子信号转导的方法主要有两种:使
万方数据
茆勇军等:蛋白酪氨酸激酶信号转导途径与抗肿瘤药物
?327?
表1
蛋白酪氨酸激酶抑制剂研究现状(1)
吲哚酮结构为另一类化合物,其中sunitinib (Sutent,7)于2006年上市,用于治疗胃肠道基质瘤 和肾癌。SU-6668(8)选择性抑制VEGFR-2(IC卯为
2.1
Novartis公司的PTK-787(vatalanib,10)为苯并 哒嗪结构,同时作用于VEGFR.1(IC蛐为77
nmol?
L一1)、VEGFR-2(IC∞为37 nmol?L“)、6一kit(IC卯为
730
p。mol?L。)、PDGFR(IC∞为8 nmol?L“)和
nmol?L“)和PDGFR(IC∞为580 nmol?L“)
FGFR,体外实验表明其抑制酪氨酸激酶底物E4Y 肽经RET/PTC3磷酸化的IC如值为562
nmol?L~,
多个靶点,抑制VEGF介导的细胞(HMEC)增殖 (IC如为30 nmol?L以),不影响正常组织细胞的增 殖,III期临床研究用于结肠直肠癌、乳腺癌、脑肿瘤 和肾癌等的治疗嵋o。。Bayer公司的BAY-57-9352 (telatinib,11)为呋喃并哒嗪结构,抑制VEGFR-2 (IC50为6 nmol?L_)、VEGFR-3(IC50为4
nmol?
SU-6668在2007年重新处于II期临床研究,用于治 疗卵巢癌、前列腺癌和脑肿瘤等¨引。BIBF-1000(9) 是具有口服活性的VEGFR一1,2,3(IC∞为13—34 nmol?L’1)、PDGFR和FGFR抑制剂,还能抑制 Src、Lck和Lyn激酶,抑制VEGF介导的细胞增殖 Ic∞值为9 nmol?L。(HUVEC)和12 (HMEC,human
microvascular endothelial nmol?L一
L“)、PDGFR(IC∞为15 nmol?L“)和c—kit(IC卯为
1
nmol?L叫)多个靶点,但于2007年7月中止于II
cell),有望
期临床研究。AG-013736(axitinib,12)为吲唑结构, 具有口服活性,同时抑制VEGFR—l,2,3(IC。为
0.25~1.2
治疗先天性肺纤维化和急性髓细胞白血病(acute
myeloid
leukemia,AML)等‘1
91。
nmol?L。)、PDGFRlB(IC∞为2.5
nmol?
万方数据
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L“)和c-kit(IC,。为2 nmol?L一),体外实验表明能 抑制内皮细胞的增殖和生存、抑制人结肠癌和肺癌 移植小鼠的肿瘤血管生成和肿瘤生长。AG-013736 还是CSFl一R抑制剂,IC。值为16 nmol?L。1(酶水 平)和21 nmol?L“(细胞水平),III期临床研究用 于治疗甲状腺癌、NSCLC和黑色素瘤等旧¨。AMG- 706(motesanib,13)为烟碱结构,具有口服活性,能 同时抑制VEGFR-1,2,3(IC∞为2—10
nmol?
加内皮细胞的凋亡、减少肿瘤的血管区域,现处于 II期临床,用于治疗胃肠道基质瘤、甲状腺癌和 NSCLC等口…。Wyeth公司的HKI一272(neratinib, 14)属3.氰基喹啉类结构,不可逆抑制EGFR(IC,。为
59
nmol?L。)和HER2(IC50为92 nmol?L“),抑
制SKBR3癌细胞IC,。值为2 nmol?L一,Il期临床研 究用于治疗NSCLC和乳腺癌等睢31;另外一类3.氰 基喹啉结构的化合物(如SKI-606)具有抑制Src或 Bcr.Abl非受体酪氨酸激酶活性,可对抗imatinib耐 药的CML。AEE?788(15)为吡咯并嘧啶结构,能同 时抑制EGFR和VEGFR,抑制EGFR、HER2、 VEGFR.1、VEGFR-2的IC如值分别为2、6、59和77
L“)、RET(IC50为59 nmol?L。)、c-kit(IC50为6—
10
nmol?L。)和PDGFR(IC蚰为51—110
nmol?
L“),抑制VEGF诱导的细胞(HUVEC)增殖(IC,。 值为10 nmol?L一),组织学分析表明AMG-706增
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图2蛋白酪氨酸激酶抑制剂结构(1)
万方数据
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nmol?L~。在细胞水平抑制EGFR、HER2磷酸化的 Ic,。值分别为l 1和220 nmol?L~,现处于I期临床 研究,用于治疗结肠直肠癌、乳腺癌和头颈部癌 等旧“。CHIR.258(dovitinib,16)结构新颖,具有口 服活性,作用于VEGFR、FGFR、PDGFR等多个靶点, 现处于I期临床研究。
3.2 3.2.1
与其将外来信号整合到MAPK通路是一致的。PD- 0325901(21)和ARRY.886(AZD-6244,22)为口服 MEK.1,2抑制剂,II期临床研究用于黑色素瘤、乳腺 癌和NSCLC患者旧7 3。PD-0325901为CI.1040结构 类似物,能抑制转基因肝细胞癌小鼠模型的肿瘤生 长(43%)。ARRY一886抑制MEK.1的IC,。值为14 nmol?L~,对多种人源肿瘤模型如乳腺癌、结肠癌、 肺癌、黑色素瘤和胰腺癌都有抑制活性,与阿霉素合 用时抑制肿瘤生长疗效远大于两者单独使用。XL一 518为特异性MEK抑制剂,临床前研究表明能抑制 某些异种移植瘤模型的生长¨“。 在MAPK家族中,目前只发现了JNK和p38的 特异性抑制剂。前者包括吡唑蒽酮类化合物JNK一 401(CC-401,SP-600125,23),抑制rh—JNK2的IC。。 为110 nmol?L~,抑制乳腺癌、前列腺癌、HMEC细 胞增殖的IC,。分别为7、7和3 I山mol?L~,可用于治 疗癌症、自身免疫性疾病、炎症等旧引。CEP.1347 (24)为半合成的JNK抑制剂,通过抑制上游的 MLKs(mixed
lineage
作用于Ras/Raf/MAPK途径的抗肿瘤药物 法尼基转移酶抑制剂(farnesyltransferase Ras合成后需经过法尼基化反应
inhibitors,FTIs)
定位于细胞膜,法尼基转移酶(FTase)催化这一过 程,抑制FTase即可抑制Ras功能。FTase被认为与 膀胱癌、结肠癌、胰腺癌和肺癌的生长有关。1999 年在美国上市的arglabin(17)为第一个FTI,用于肝 癌、乳腺癌和卵巢癌等的治疗,副作用较轻。目前, tipifarnib(Zamestra,18)和lonafamib(Sarasar,19)是 最有代表性的两个药物,均处于III期临床试验,有 望在治疗乳腺癌、CML和NSCLC等方面发挥作 用旧“。体外试验表明tipifarnib抑制FrI'ase底物
lamin B和K.ras
B肽的IC。值分别为0.86和7.9
kinases)而抑制JNK通路,其抑
nmol?L~,此外还能增强细胞毒药物如长春新碱 (20%)、阿霉素(46%)和硼替佐米(42%)的疗效。 lonafamib口服具有活性,在人乳腺癌细胞系中, lonafamib能提高4.羟基他莫昔芬的抗增殖效果,并 能阻止MCF-7细胞从G.期向S期的转移,加速其
凋亡。
制MLK.1、MLK-2、MLK-3的Ic,。值分别为38、64、23 nmol?L~,现处于III期临床研究。通过阻断特定 的MAPK通路,有望为临床治疗炎症、血栓和肿瘤 等疾病提供新的思路。 3.3作用于PI-3K/Akt途径的抗肿瘤药物 PI一3K/Akt信号通路具有抗细胞凋亡作用,为 一个很有希望的抗肿瘤治疗靶点嵋…。LY-294002 (25)能抑制PI一3K(IC如为10 I山mol?L“)、roTOR 及NSCLC小鼠的肿瘤增长(68%),且无明显体重 减轻,在人前列腺癌小鼠模型中,给药50—100 mg?kg~?d。1两周,91%的肿瘤生长受到抑制, 且耐受性较好,2007年进入临床研究,用于治疗前 列腺癌、乳腺癌、卵巢癌和肾癌等n2’301。Exelixis 公司2007年进入临床研究的XL.147和XL-765均 为PI.3K抑制剂,XL-765还抑制roTOR,临床前研究 表明,XL-147具有抗乳腺癌、卵巢癌、肺癌和神经胶 质瘤活性,并能提高一些化疗药物和EGFR抑制剂 的疗效¨2’”1。 Akt抑制剂包括D.21266(perifosine,26)和XL. 418等。D-21266为磷酸酯衍生物,还可作用于 MAPK途径,体外实验表明D021266能加速细胞凋 亡,可与放疗协同作用阻止肿瘤生长,II期临床研 究用于治疗前列腺癌、乳腺癌、胰腺癌和黑色素瘤 等”¨。XL-418的I期临床研究表明其通过抑制 Akt而抑制肿瘤细胞的生长和对化疗的耐药性。抑
抑制了FTase的活性,Ras还可经GGTase催化 发生拢牛儿烯反应(geranylgeranylation)定位活化, 而FTIs和GGTIs合用则毒性太大,因此FTIs作为有 前景的抗肿瘤药物仍需进一步研究。
3.2.2
Raf抑制剂
Raf具有丝氨酸/苏氨酸激酶
活性,通过磷酸化激活下游信号分子。目前进入临 床的Raf抑制剂有反义核苷酸和小分子抑制剂。后 者包括sorafenib(Nexavar,20),sorafenib为双芳基脲 结构,能抑制Raf(IC∞为6 nmol?L“)、VEGFR-2 (IC∞为90 nmol?L“)、VEGFR-3(IC50为20
nmol?
L“)、PDGFR母(IC50为57 nmol?L“)和c—kit(Ic50 为68 nmol?L。1)等多个靶点,2005年FDA批准用 于治疗肾癌,其III期临床试验用于治疗肝细胞癌、 黑色素瘤和NSCLC旧引。Exelixis公司的XL-281为 特异性Raf抑制剂,2007年进入I期临床,拟在63 例实体瘤病人中评定其安全性、耐受性和药动 学‘1
2。。
3.2.3
MEK/MAPK抑制剂
除ERK一1和ERK.2
外,MEK不再作用于其他底物,这种独特的选择性
万方数据
药学学报Acta Pharmaceutica Sinica 2008,43(4):323—334
∥N百NⅨC『3
NH2 18 Tipifarnib /NH
℃III
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PD-0325∞1
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27 Simlimus/Rapamycin
图3蛋白酪氨酸激酶抑制剂结构(2)
制Akt下游分子mTOR的雷帕霉素(sirolimus, rapacan,rapamycin,27,)及其结构类似物everolimus (RAD-001,Cenican)、temsirolimus(CCI-779,Torisel, 28)都已上市,用于治疗器官移植排斥、肾癌等;结 构类似物AP-23573(deforolimus)也已进入IIl期临 床研究,有望治疗肾癌、淋巴瘤和肉瘤等旧21。 抑制上游分子PI.3K或Akt会同时阻断下游的 多条通路,毒副作用较大;而mTOR抑制剂在临床 试验中却体现出较好的治疗效果,对乳腺癌、前列腺 癌、胶质母细胞瘤和胰腺癌等具有明显的治疗作用, 显示出良好的开发前景口3’”1。
3.4
(KU812)和20 nmol?L“(K562,MEG-01),II期临 床研究用于治疗乳腺癌、胰腺癌、CML和NSCLC,并 能对抗部分imatinib耐药的肿瘤细胞旧引。AZD. 0530(31)为5位取代的喹唑啉类结构,能同时抑制 Src和Abl,有阻止肿瘤细胞侵袭和对抗代谢的治疗 作用,用于实体瘤和血液恶性肿瘤的治疗。KX2— 391(KXO一1,32)为非ATP竞争性Src抑制剂,具有 口服活性,2007年7月进入临床研究。Src激酶抑 制剂可与Bcr.Abl激酶抑制剂(imatinib)合用,对白 血病疗效更明显。
3.5
Bcr-Abi抑制剂
Src抑制剂 Wyeth公司的一类3一氰基喹啉结构化合物属于
2001年上市的imatinib(Gleevec,Glivec,33)是 首个小分子酪氨酸激酶抑制剂,竞争性结合于酪氨 酸激酶的ATP 121袋中,抑制Bcr—Abl(IC5。为50一100 nmol?L叫)及其下游信号转导途径,对CML疗效十 分显著。但也发现对imatinib耐药的现象,Gorre等 研究发现主要是由于Bcr-Abl基因突变或扩增所 致旧6|。新型的Src—Abl双重抑制剂如dasatinib (Sprycel,34)和SKI-606等,均是对imatinib耐药的
Src激酶抑制剂,化合物29抑制Src的IC∞值为
0.78
nmol?L’1(酶水平)和13 nmol?L。(细胞水
nmol?
平),是目前此类结构中活性最好的化合物之一。 SKI-606(bosutinib,30)为Src(IC50为1.2
L。1)和Bcr—Abl(IC∞为25 nmol?L“)的双重抑制 剂,抑制细胞水平Bcr.Abl的IC如值为5
nmol?L一
万方数据
茆勇军等:蛋白酪氨酸激酶信号转导途径与抗肿瘤药物
?331。
表2蛋白酪氨酸激酶抑制剂研究现状(2)
名称
Arglabin Lonafarnib/Sarasar Ftase Ftase Ftase Raf MEK.1.2 MEK.1.2 MEK—1.2 MEK MEK MEK
作用靶点
研究阶段
Launched Phase III Phase 111 Phase I Phase II Discontinued Phase II Phase I Phase I in l 999
开发公司
NuOneology
Labs
Schefing?Piough
Tipifamib/Zanestra
XL-28l ARRY-886 CI—1040/PD-184352 PD旬32590l ARRY-704 XL.518 AR.1 19/RDEA.1 19 CEP—1347
Johnson&Johnson
Exelixis Array BioPharma Pfizer Pfizer Array BioPharma Exelixis Ardea Bioseiences Cephalon Celgene Exelixis Array BioPharma
Phase I
Phase 111 PhaBe II Phase I Phase I
JNK JNK JNK-2
p38 P1.3K Pl-3K PI.3K.mTOR roTOR mTOR mTOR roTOR。VEGFR
JNK-40l/CC.40l XL旬19
ARRY.797 LY-294002 XL.147 XL-765
Phase I Phase I Phase I L¨nched
in 1999
Semafore
Exelixis Exelixis
Sirolimus/Rapamyein
Everolimus/Certican Temsirolimus/Torisel AP-23573/deforolimuS XL.418 D.21266/perifosine lmatinib/Gleevee SKI-606/bosutinib KX2-39l/KXO.1 XL.228
Wyeth
Novartis
Launched in 2004 Launehed in 2007
Wyeth
Ariad Exelixis AEterna Zentaris Novartis
Phase III Phase I
Phase II Launehed in 200l
Akt(PKBl Akt(PKB),JNK
Bcr.Abl.PDGFR.e-k“ Sre.Bcr.Abl Sre Src.Abl。IGF.1 R
PhaseⅡ Phase I
Phase I Phase II
Wyeth
Kinex Exelixis Vertex PharmaeeuticMs
VX-680/MK出57
AZD旬530 NS.187/INNO-406 CP-690550 UCN.0l
Ber.Abl.Jak-2。Flt.3
Src.Abl Bcr.Abl.Lyn
Phase Phase Phase
II I III
AstrsZeneea Nippon Shinyaku Pfizer Kyowa Hakko
Jak-3
PKC
Phase II
Ber.Abl激酶的有效抑制剂。dasatinib是Bristol—
Myers
2007年进入临床研究的NS-187(INNO-406,36)是 口服的Bcr.Abl和Lyn双重抑制剂,与imatinib结构 类似,抑制Bcr—Abl强于imatinib 10倍(体内)和 25—55倍(体外),抑制HMC-1细胞增殖的IC,0为
51 3.6
Squibb公司2006年上市的药物,能同时作用
于Bcr.Abl、Sre、c.kit、PDGFR等多个靶点,IC50分 别为1 nmol?L“(Bcr-Abl)、0.5 nmol?L“(Src)、
0.4 nmol?L“(Lck)、0.5
nmol?L“(Yes)和0.2
nmol?L~,有望对抗imatinib耐药的肿瘤¨…。 JAK/STAT信号转导通路抑制剂 JAK/STAT通路的异常活化与肿瘤、免疫相关
nmol?L一(Fyn),用于治疗imatinib耐药的CML和
ALL(acute lymphocytic leukaemia,急性淋巴细胞白
血病)¨7|。Nilotinib(AMN一107,Tasigna,35)为 imatinib结构类似物,作用于Bcr—Abl、c-kit和 PDGFR等靶点,抑制Ph+CML(Philadelphia—positive CML)和Ph+ALL(Philadelphia—positive ALL)中造血 细胞增殖的Ic,。值为12 nmol?L一,抑制Ph+ALL 的作用比imatinib强20一40倍,而且生物利用度更 好,可口服用于治疗imatinib耐药白血病¨“,于 2007年10月份获FDA批准上市。Innovive公司
疾病的病理过程密切相关,已成为新药发现及研究 的重要靶点㈣o。JAK家族有4个成员,其中Jak一3 激酶被认为是一个有前途的药物靶点。CP-690550 (37)是第1个应用到灵长类动物的Jak一3抑制剂, IC。值为1 nmol?L~,现已进入III期临床,用于器 官移植排斥和风湿的治疗。VX-680(MK-0457,38) 能作用于Jak-2、Bcr—Abl和Fit-3,在人结肠直肠癌、 乳腺癌、前列腺癌、胰腺癌、白血病和黑色素瘤细胞
万方数据
药学学报Acta
Pharmaceutica Sinica
2008,43(4):323—334
H
H N
H N
犷CN
0
o
o 35 Nilotinib 36 NS一1 87,IN
No.4∞
H
H
OH
40
O Quercetin
UF
气 户=\
o
41
H
CPSll
图4蛋白酪氨酸激酶抑制剂结构(3) 中,VX-680都能阻止细胞增殖、诱导调亡;II期临床 研究用于治疗AML、结肠癌和乳腺癌等。此外,姜 黄素(curcumin,39)和槲皮素(quercetin,40)等天然 产物能阻断Jak2、Tyk2、Stat3和Stat4的酪氨酸磷酸 化,用于多发性硬化症及自身免疫疾病的治疗。 CPSll(41)、CPS49(42)等反应停类似物在多发性 骨髓瘤细胞中也可抑制JAK/STAT及PI-3K/Akt信 号转导通路H1|。虽然抑制JAKs激酶可阻断下游的 STATs信号转导,但是特异性STATs抑制剂可能比 特异性JAKs抑制剂对肿瘤的治疗更为有效¨21。 Blaskovich等H副通过高通量筛选发现葫芦素I
(cucurbitacin I,JSI-124,43)可有效且快速抑制Stat3
更广泛的应用。 4结论与展望 综上所述,信号转导抑制剂下调肿瘤的生存和 增殖信号,促进细胞凋亡,而不是通过细胞毒作用, 因此选择性较高、毒副作用较小。目前已有10多种 信号转导抑制剂应用于临床治疗肿瘤,种类还很少, 主要都是酪氨酸激酶抑制剂,针对的作用靶点也很 少,在肿瘤治疗中还不是主流。大多数信号转导抑 制剂只是抑制肿瘤生长,不能彻底杀死肿瘤细胞,因 此,从目前的研究情况看,此类抑制剂应与常规化 疗、放疗联合以达到更好的疗效。细胞含有复杂的 信号转导通路,即使抑制了肿瘤细胞的某些信号途 径,另外一些途径仍可以转导信号,并可能产生代偿 性而上调,影响治疗效果,所以,抑制信号转导的抗
介导的基因表达。随着JAK/STAT信号转导通路作 用机制的进一步阐明,以此为靶点的药物有望取得
万方数据
茆勇军等:蛋白酪氨酸激酶信号转导途径与抗肿瘤药物
?333?
肿瘤策略也应该多途径、多靶点联合用药,可能会取 得更好的效果,从长期用药着眼,采用联合疗法也可 以降低抗药性。 在抑制信号转导抗肿瘤成为常规治疗手段之 前,还有大量的问题有待研究。如imatinib、 gefitinib、erlotinib的抗药性和副反应是亟待解决的 问题,这也促使人们努力寻找新的药物和治疗方法。 另外,细胞转导通路十分复杂,对细胞内多条通路的 阻断能否提高抗癌疗效r值得人们思索和探讨。 EGFR表达水平是否与疗效相关?为什么VEGFR 抑制剂单独使用和联合其他化疗药物使用临床疗效 有显著差别Ⅲ1 7长期使用该类抑制剂应如何实施, 是否仍能保持不易耐药的特点?对于此类作用于生 理靶点的药物是否需要采用新的研究步骤和临床最 终研究目的(clinical
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剂与放疗、化疗药物的应用顺序等问题,都有待于进 一步研究。发现和确认更有效的生物靶点、提高选 择性和预后评价仍然是重要的课题H“。酪氨酸激 酶抑制剂应用于临床的时间不长,它们的远期疗效 及安全性如何,尚缺少有说服力的资料。当然,从细 胞信号转导途径研究开发抗肿瘤药物是未来一段时 间内的热点,充满了艰辛、机遇和挑战,随着人们对 细胞信号转导机制的认识日益深入,为合理设计抑 制信号转导药物提供了理论基础,也有助于为人类 战胜肿瘤明确方向。
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蛋白酪氨酸激酶信号转导途径与抗肿瘤药物
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 茆勇军, 李海泓, 李剑峰, 沈敬山, MAO Yong-jun, LI Hai-hong, LI Jian-feng, SHEN Jing-shan 茆勇军,李剑峰,沈敬山,MAO Yong-jun,LI Jian-feng,SHEN Jing-shan(中国科学院,上海药 物研究所,上海,201203), 李海泓,LI Hai-hong(上海特化医药科技有限公司,上海,201209) 药学学报 ACTA PHARMACEUTICA SINICA 2008,43(4) 14次
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