Nature子刊-综述巨著| 当肿瘤遇上耐药,我们都采用了什么策略?药学速览深度解读
2020/09/11
肿瘤靶向药物的耐药突变-肿瘤与人类的一场博弈。

本文转载自“药学速览"。

▉ 写在前面

分子靶向治疗,是在细胞分子水平上,针对已经明确的致癌位点(该位点可以是肿瘤细胞内部的一个蛋白分子,也可以是一个基因片段),来设计相应的治疗药物,药物进入体内会特异地选择致癌位点来相结合发生作用,使肿瘤细胞特异性死亡,相比较传统的化疗药物,靶向药物不会波及正常组织细胞,所以分子靶向治疗又被称为“生物导弹”。自第一个靶向药格列卫(伊马替尼)取得巨大成功以来,靶向癌症靶点的药物已经玲琅满目,一些癌症的治疗取得了巨大成效,给患者带来了福音以及希望。

但是道高一尺,魔高一丈。狡猾的癌细胞岂能是任人刀俎的鱼肉。产生耐药性是它们抗争的最直接的表现。比如非小细胞肺癌的治疗,由于癌细胞的靶点产生耐药突变,不得不使靶向药物升级换代,目前为止已经经历了三代药物的更迭(下图),不幸的是,第三代针对T790M突变药物奥希替尼也产生了突变,目前面临没有新的靶向药物更换的尴尬局面。再比如费城染色体易位的慢性骨髓性白血病,在经历第一代靶向神药格列卫突变后,第二代,第三代的药物应用而生,比如尼洛替尼,氟马替尼等。


其实除了靶点突变的耐药机制以外,癌细胞进化出了各种神奇的耐药机制。比如表达排出药物的泵系统,俗称吃了吐。还有会进化出减毒的机制,让毒性的药物变成无毒的药物,以及改变了自身的繁殖方式等等都会产生对当前药物的抵抗性。最近一篇《Science》文章指出肿瘤在进行化疗时会累积DNA损伤,并会增加基因突变的概率,最终少部分肿瘤细胞会被筛选出来从而进化出各种耐药性。

当癌症靶向药物遭遇耐药后,科学家也并不是束手无策,病人也更不会束手就擒,针对耐药性本篇文章总结了常见五种针对耐药性的策略(下图)。下面将一一进行解读。


▉ 设计具有独特结合模式的抑制剂(1)


ALK阳性的肺癌患者治疗要首选靶向药,也就是ALK激酶抑制剂。2011年,克唑替尼(Crizotinib)成为第一个ALK抑制剂,获得FDA批准用于ALK阳性的NSCLC的一线治疗,也问世中国临床多年。虽然有效,但许多患者在治疗约1年后通常会发生耐药(L1196M)。针对该突变,研发出第二代的药物,2017年FDA批准了能够替代克唑替尼的ALK抑制剂-色瑞替尼(ceritinib)。但后续由于检测到ALK基因继发突变(C1156Y),该突变提示对第二代靶向药ceritinib不敏感,但却是第三代靶向药lorlatinib的有效靶点。Lorlatinib治疗持续8个月有效后,癌症复发,基因检测发现,不仅有ALK C1156Y突变,还出现了新的ALK L1198F突变。但是有意思的是,L1198F突变会介导产生lorlatinib耐药,但却可以增强第一代ALK靶向药crizotinib的作用,这种增效作用足以胜过原有的C1156Y突变相关耐药。所以,患者又从第三代lorlatinib及时换回到第一代crizotinib治疗,收获了较好的效果。

著名医学杂志《New England Journal of Medicine》刊登了这个经典的案例,所以在全程ALK靶向药治疗中,一旦发生耐药则基于耐药基因实时监测指导下,从第一代吃到第三代,再换回吃第一代,通过轮换靶向药成功克服了耐药。

▉ 设计共价结合模式的抑制剂(2)


过去十年里,NSCLC (非小细胞肺癌)治疗方案中最显著的改变可能就是 EGFR 酪氨酸激酶抑制剂用于具有 EGFR 靶向性驱动突变患者一线治疗。其中设计开发的共价抑制剂是一大亮点和突破。以EGFR为靶标的第一代非共价抑制剂,如吉非替尼, 厄洛替尼。对治疗EGFR~(L858R)突变的NSCLC患者有良好的疗效。然而,在接受EGFR抑制剂治疗8-14个月后,约60%的患者发生了T790M突变并产生耐药性。

以前大部分的抑制剂是可逆的,科学家脑洞大开,是否可以利用激酶中具有亲核功能的基团比如巯基,设计含有亲电基团的共价抑制剂呢?于是第二代共价EGFR抑制剂横空出世,如阿法替尼和达克替尼,被开发用于治疗EGFR~(L858R)突变和T790M耐药突变的NSCLC患者。但这些抑制剂对EGFR~(T790M)突变型和野生型EGFR激酶之间缺乏选择性 ,因而会产生较强的毒副作用。2018年,FDA批准了第三代共价EGFR抑制剂,如奥希替尼(泰瑞沙),对EGFR~(WT)活性较弱,而对EGFR~(T790M)具有较高的活性及选择性,减轻了毒副作用。然而,接受其治疗的三分之一患者出现了C797S突变并产生耐药性,也就是把能够发生共价反应的巯基突变成了羟基(就不让你反应)。目前针对该突变尚未有合适的靶向药,如果产生耐药了,患者可能就要考虑传统的化疗药物。

▉ 设计变构结合模式的抑制剂(3)


变构效应长期以来都被应用于调节正构效应难以靶向的药物靶标,近年来,它被逐步应用到蛋白相互作用的调节当中。通过变构效应调节蛋白相互作用已经成为创新药物研发领域的热点。变构剂保守性低于ATP结合位点,选择性高,并具有额外的有利性质。当靶点具有双重结合位点(活性位点和变构位点)时,在单独给药产生耐药突变后,可选择另外一个位点的靶向药物,如上图a,b. 如果靶向两个结合位点会怎么样呢?上图c所示,双重抑制(鸡尾酒疗法)会不会产生1+1>2的效果,会不会克服耐药性的产生呢?


最近有研究,在慢性粒细胞白血病(CML)的治疗中采用一种新的ABL1激酶变构抑制剂ABL001可以和第二代TKI类药物尼罗替尼联用,在小鼠模型中可以起到根治CML的效果。与靶向作用于ATP结合位点的TKI类药物不同,ABL001作用于正常ABL1蛋白起自我抑制作用的N端豆蔻酰化的帽子结构(MC)的作用位点,从而起到变构抑制激酶活性的作用。有资料显示,单用ABL001已经可以取得比伊马替尼(格列卫)更好的效果。但可能更好的信息是相比较使用任意一种药物产生突变的现象,联合这两种药物的抗突变的能力较强,产生突变的概率更低。

▉ 设计双价结合模式的抑制剂(4)


mTOR是人类癌症中都很活跃的细胞信号通路,科学家们已经发展了以天然产物雷帕霉素的类似物第一代药物比如:依维莫司和西罗莫司等药物来抑制这条通路。这些药物靶向mTOR上的雷帕霉素结合位点(FRB)。但是不幸的是大多会产生耐药突变,比如A2034V以及F2108L突变。针对该突变,开发了第二代mTOR抑制剂,比如AZD8055,MLN0128。它们是通过靶向另一个三磷酸腺苷(ATP)活性位点发挥功能。一些第二代抑制剂已经进入到临床试验阶段。不幸的是,癌细胞依然会产生耐药性,第二代mTOR抑制剂也难逃失效的命运。


之前研究者发现mTOR上的两个结合位点相距不过15Å。因此他们用一个长度合适的聚乙二醇连接分子将第一代抑制剂雷帕霉素和第二代抑制剂MLN0128连接到一起(上图)。新分子能够跨越两个结合位点,同时与它们结合。这就是第三代mTOR抑制剂,RapaLink-1。它比已有的抑制剂更加强大,而且产生耐药性的可能性更小。但是这也仅仅在小鼠模型中得到验证,真正像这种二价的化合物上临床以及真正成药还是有难度的。

▉ 依据蛋白酶体降解策略(5)


PROTAC 技术通过利用人体自身的泛素-蛋白酶体系统,实现对靶向特定靶点蛋白的降解,只需要小分子药物短暂地与特定的蛋白结合、给蛋白打上 “泛素化” 的标签,就可以实现高效特异性的蛋白降解。这种技术在理论上可以靶向大量一直以来被认为 “不可成药” 的以及容易产生耐药突变的靶点。不怕你突变,我直接把你灭亡。当然靶点也会在后期重新表达出来,产生不可预知的耐药。而且PROTACs分子量一般在700~1200之间,透膜能力与口服生物利用度较差,且缺少如适用于小分子药物的“类药五原则”的预测模型。但是该策略是克服耐药性的一个重要的、有意义的应用方向。

跟该机理类似的还有“分子胶水”的策略,它也是利用泛素-蛋白酶体系统,能够介导蛋白质-蛋白质相互作用的小分子化合物。广义上的分子胶水包括PROTAC。与PROTAC相比,分子胶水具有更小的分子量也更像目前常用的小分子药物,但是分子胶水的发现也更具有偶然性。

▉ 总结

肿瘤耐药性问题现在越来越普遍,针对靶点的突变,研究者已经开发了各式各样的策略应对,很多取得了非常明显的效果。但是需要注意的是突变是不会停止的,药物创新也是永恒的话题,尽管创新的道路上荆棘丛生,但是我们一直在路上。

图片来源:google,bing,pixabay

参考资料:

[1] https://www.nature.com/articles/s41589-020-0596-8

[2] Cree and Charlton BMCCancer (2017) 17:10

[3] https://science.sciencemag.org/content/368/6495/1127

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