基于腫瘤細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的抗腫瘤藥物機制的研究現(xiàn)狀

第1章引言癌癥嚴(yán)重威脅著人類的生命健康，人們至今仍未全面了解癌癥的致病機制。近年的研究表明，細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。傳統(tǒng)的化學(xué)治療藥物通過非特異性的阻斷細胞分裂而引起細胞死亡，在殺死腫瘤細胞的同時也破壞了人體的正常細胞，雖然這些藥物的抗腫瘤作用較強，但由于缺乏選擇性，其毒副作用也較大。而靶向于腫瘤細胞特性通路的抗腫瘤藥物可減少對正常細胞的毒性。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，有關(guān)腫瘤發(fā)生的生物學(xué)機制逐漸被人們認(rèn)識，促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)系統(tǒng)、IκBkinase/NF-κB(IKK/NF-κB)通路、TGF-β信號系統(tǒng)等多個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑形成了一個精密調(diào)控腫瘤細胞生長、分化、遷移和凋亡的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。針對腫瘤信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中關(guān)鍵分子研發(fā)的靶向藥物的成功應(yīng)用，把腫瘤的靶向治療推進到一個嶄新的階段。第2章生長因子受體與蛋白激酶細胞應(yīng)答胞外因子刺激首先是通過該因子結(jié)合到細胞表面受體，觸發(fā)細胞內(nèi)一系列生化級聯(lián)反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)靶蛋白的功能和表達。在這一連續(xù)的多步途徑中，蛋白磷酸化是一種主要方式。蛋白激酶是一種能夠?qū)TP的磷酸基團轉(zhuǎn)移到蛋白上的酶，組成了癌基因產(chǎn)物的很大一部分，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的幾個不同水平上發(fā)揮作用[1]。2.1酪氨酸蛋白激酶通過對蛋白激酶、生長因子受體和癌基因進行序列比較，確定相對保守的酪氨酸激酶催化功能域。根據(jù)這段序列，人們發(fā)現(xiàn)許多癌基因含有酪氨酸激酶域。正常的生長因子受體酪氨酸激酶只有當(dāng)與相應(yīng)的生長因子結(jié)合、形成生長因子受體的二聚體，并互相磷酸化對方后，才有活性，而很多癌基因同源產(chǎn)物因配基結(jié)合區(qū)的缺失或其他突變，而具有組成型激酶活性，不再受生長因子的調(diào)控。勞氏肉瘤病毒（Roussarcomavirus，RSV）的src癌基因編碼一個60×103的蛋白，是發(fā)現(xiàn)的可磷酸化酪氨酸殘基的第一種蛋白激酶。細胞內(nèi)Src蛋白的第527位酪氨酸通常由于被其他酪氨酸激酶（如Csk）磷酸化，而沒有活性，特定的磷酸酯酶能催化該酪氨酸脫磷酸化，從而激活Src。RSV的src基因編碼的蛋白丟失了第527位酪氨酸在內(nèi)的C端18個氨基酸，因此具有組成型活性。圖2-1細胞Src蛋白和病毒Src蛋白的結(jié)構(gòu)比較2.2酪氨酸蛋白激酶抑制劑目前已上市或臨床研究的酪氨酸激酶抑制劑的結(jié)構(gòu)較多，大多數(shù)都同時含有苯環(huán)和含氮雜環(huán)，這類藥物可大致分為喹唑啉類、喹啉類、吲哚類、吲唑類、氨基嘧啶類、噠嗪類及芳基脲類[2]。甲磺酸伊馬替尼（imatinibmesylate，14-80）是由瑞士諾華公司研發(fā)的2-苯氨基嘧啶類的Bcr-Abl酪氨酸激酶抑制劑，于2001年首次在美國上市。該產(chǎn)品通過競爭結(jié)合ATP位點，特異性阻止酪氨酸激酶受體自身磷酸化，影響細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制細胞增殖，對白血病患者的療效優(yōu)于已有的化療方法和骨髓移植法。圖2-2甲磺酸伊馬替尼（imatinibmesylate，14-80）圖2-3達沙替尼（dasatinib，14-81）圖2-4尼羅替尼（nilotinib，14-82）研究已證實伊馬替尼（也稱Gleevec）在治療慢性粒細胞白血?。╟hronicmyeloidleukemia，CML）中有顯著療效[3]，于2001年被批準(zhǔn)用于IFN-α治療失敗的CML患者。此外，伊馬替尼還具有抗干細胞因子受體c-kit和血小板源生長因子（plateletderivedgrowthfactor，PDGF）受體的酪氨酸激酶活性[4]。但是在治療中發(fā)現(xiàn)，一些患者逐漸出現(xiàn)了對伊馬替尼的耐藥性。針對這種耐藥性，近年來人們開發(fā)了第二代Bcr-Abl酪氨酸激酶抑制劑，如達沙替尼（dasatinib，14-81）和尼羅替尼（nilotinib，14-82），在臨床上可用于治療伊馬替尼不能耐受的成人慢性髓細胞和費城染色體陽性的急性淋巴細胞白血病。第3章IKK/NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路κ基因結(jié)合核因子（nuclearfactor-κgenebinding，NF-κB）是一類普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子，參與150余種基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控，可促進細胞的存活、分裂、黏附、侵襲和血管生成。3.1NF-κB的激活通常情況下NF-κB位于細胞質(zhì)中，與κB結(jié)合抑制蛋白（inhibitorκ-binding，IκB）結(jié)合形成復(fù)合體。NF-κB的異常激活常導(dǎo)致不依賴于有絲分裂的細胞生長和異常的細胞存活。各種信號通過降解IκB的方式來活化NF-κB，活化的NF-κB進入細胞核內(nèi)與DNA結(jié)合。IkB首先是在IkB激酶（IκBkinase，IKK）催化下使其的兩個保守的絲氨酸殘基磷酸化。IKK是由一個調(diào)節(jié)亞單位IKK-γ（也被稱為NEMO）和兩個催化亞單位IKK-α、IKK-β組成。接著IkB在SCF-E3泛素-蛋白酶體的催化作用下多泛素化而被蛋白酶降解?；罨腘F-κB轉(zhuǎn)位到核內(nèi)和與其相關(guān)的DNA基序結(jié)合以誘導(dǎo)靶基因的轉(zhuǎn)錄。NF-κB可以誘導(dǎo)抗凋亡蛋白FLIP、Bcl-xl、XIAP以及Cox2的表達，從而增強腫瘤細胞存活和血管生成。3.2NF-κB抑制劑NF-κB的過度激活可引起多種疾病的發(fā)生，因此，針對NF-κB激活的各個環(huán)節(jié)，選擇性地加以阻斷，從而在病理狀態(tài)下抑制NF-κB的活性成為治療某些疾病的新靶向[5]。活性氧簇（reactiveoxygenspecies，ROS）被認(rèn)為是一種細胞第二信使，參與翻譯后修飾，并可調(diào)節(jié)氧化敏感轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，而氧化劑可影響NF-κB通路中多種激酶的活性[6]。因此，使用抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine，NAC）、維生素E衍生物、抗壞血酸、二甲基亞砜等來抑制NF-κB的產(chǎn)生或其生物學(xué)活性對限制炎癥等疾病有益。目前研究較多的是吡咯烷二硫代甲酸銨鹽（Pyrrolidinedithiocarbamate，PDTC），PDTC是一種抗氧化劑，可以在多種細胞中抑制NF-κB的激活。研究表明，PDTC能有效地抑制IL-1刺激的EL4.NOB-1胸腺瘤和TNF刺激的JurkatE6.1細胞中的NF-κB活化[7]；抑制結(jié)腸癌移植瘤小鼠中腫瘤細胞中IL-6的合成[8]；抑制白血病細胞HL-60增殖，誘導(dǎo)細胞凋亡[9]。圖3-1吡咯烷二硫代甲酸銨鹽第4章Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路一些細胞表面受體通過G蛋白與細胞內(nèi)靶點偶聯(lián)。一些G蛋白偶聯(lián)受體也可作為癌基因，因此G蛋白也具有潛在的致癌活性。引起多種人類癌癥的重要蛋白Ras便屬于G蛋白家族的成員。基因轉(zhuǎn)移實驗從人癌細胞中鑒定出的rasH、rasK和rasN是ras基因家族的三個成員，在許多不同類型的人類腫瘤中都具有癌基因的活性。ras癌基因編碼的產(chǎn)物高特異性和親和性地結(jié)合鳥嘌呤核苷酸，也具有內(nèi)源性GTPase活性，其功能活性和調(diào)節(jié)方式都與G蛋白α亞基類似，雖然它不與βγ亞基相互作用。通常一些點突變可以激活ras，使之成為有活性的癌基因。鳥嘌呤核苷酸交換因子（GEF）刺激GTP與GDP交換而激活Ras，許多GEF如Crk、Shc、Nck和Grb2是癌基因編碼的，它們的激活突變造成Ras的激活，導(dǎo)致細胞的轉(zhuǎn)化。研究表明，酪氨酸蛋白激酶如Src，需要Ras才能誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化，暗示在信號途徑中Src在Ras上游，說明癌基因可在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的多個水平發(fā)揮作用。圖4-1Ras蛋白與鳥嘌呤核苷酸的相互作用ras是人類癌基因最容易突變的基因之一，因此發(fā)展以Ras信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路為靶點的抗腫瘤抑制劑具有很好的藥學(xué)前景。Ras信號抑制劑已經(jīng)證實在動物模型中可以逆轉(zhuǎn)Ras依賴的轉(zhuǎn)化并導(dǎo)致腫瘤細胞的退化。最有希望的新型惡性腫瘤抑制劑是法尼?；D(zhuǎn)移酶抑制劑，這類化合物是在癌基因ras功能依賴于翻譯后修飾的機制研究的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的，與許多常規(guī)的化學(xué)治療藥物相比，法尼?；D(zhuǎn)移酶抑制劑具有更高的選擇性。4.1Ras基因家族及其相關(guān)酶系在細胞生長中的活動Ras蛋白作為細胞漿的前體蛋白，發(fā)揮全部的生物學(xué)活性需要進行翻譯后修飾。這些修飾包括異戊二烯化、蛋白水解、羧甲基化和棕櫚化[10]。蛋白的異戊二烯化是通過類異戊二烯為中間體的生物合成途徑，這個過程被3種酶催化：法尼酰基轉(zhuǎn)移酶FTase、二牛龍牛兒基轉(zhuǎn)移酶Ⅰ(GGTaseⅠ)、二牛龍牛兒基轉(zhuǎn)移酶Ⅱ(GGTaseⅡ)。異戊二烯化后的蛋白具有相同的羧基端序列，該序列可以分為CAAX、CC、CXC的序列特征。法尼基化是Ras翻譯后修飾的第一步，這個修飾通過以硫醚鍵將法尼基殘基連接到包含有CAAX序列的半胱氨酸蛋白的羧基端。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)有許多腫瘤的癌基因和抑癌基因產(chǎn)物定位在Ras-MAPK（絲裂原活化蛋白激酶，mitogen-activatedproteinkinase）通路上，這使Ras和Ras-MAPK通路成為很好的抗癌藥物制劑靶點[11]。通過抑制Ras的翻譯后修飾最終在體內(nèi)阻礙ras癌基因的功能。在Ras翻譯后修飾的步驟中，只有法尼基化是Ras定位于細胞膜和細胞轉(zhuǎn)化活性必須的，因此通過抑制法尼酰基轉(zhuǎn)移酶可以抑制Ras突變。4.2Ras法尼?；D(zhuǎn)移酶抑制劑法尼?；D(zhuǎn)移酶FTase是抗癌治療劑中非常有潛力的靶點，控制Ras的法尼基化能夠控制ras癌基因的功能。大量的法尼?；D(zhuǎn)移酶抑制劑(farnesyltransferaseinhibitor，F(xiàn)TI)被合成并通過活性測試，大致分為3類：①法尼基焦磷酸FPP類似物：羥基法尼基磷酸、氧代磷酸、羥基磷酸類似物、J-104871[12]；②CAAX肽鏈類似物：BZA-5B、L-739、Cys-4-ABA-Met、FTI-276、B956、B1096[13]；非肽類三輪列FTI：SCH44342、SCH54429、SCH663366（洛那法尼，lonafarnib）。研究表明，聯(lián)合使用洛那法尼和紫杉醇將提高對卵巢癌的抑制效應(yīng)；③雙底物抑制劑如膦酸類似物，磷化氫抑制劑BMS-185828、BMS-186511[14]。圖4-2洛那法尼（lonafarnib）第5章總結(jié)隨著對腫瘤細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路研究的深入，人們對腫瘤細胞內(nèi)部復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制及它們對腫瘤生長、凋亡、轉(zhuǎn)移等的影響越來越了解。尋找能對腫瘤細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)進行調(diào)控的化合物從而達到抗腫瘤目的，已經(jīng)成為全球生物醫(yī)藥領(lǐng)域研究的熱點之一[15]。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)調(diào)控相關(guān)靶向藥物的成功開發(fā)為人類防治腫瘤的研究展現(xiàn)了美好前景，同時也顯示出靶點選擇的重要性。與細胞增殖有關(guān)的分子靶標(biāo)，如影響細胞周期、凋亡或血管生成的因子在癌細胞中普遍存在；而特異性靶標(biāo)則是某些腫瘤所特有的[16]。由于很多腫瘤都是積累了大量遺傳變異后才發(fā)病的，聯(lián)合應(yīng)用新型靶向藥物與有價值的普通化療藥可顯著增強療效[17]。未來的腫瘤靶向治療將強調(diào)靶標(biāo)的綜合性，同時針對多個靶向治療的抗腫瘤藥物有望取得良好療效。參考文獻陳啟明,耿運琪.分子生物學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2010.徐文芳.藥物化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2012.DrukerBJ,SawyersCL,KantarjianH,etal.ActivityofaspecificinhibitoroftheBCR-ABLtyrosinekinaseintheblastcrisisofchronicmyeloidleukemiaandacutelymphoblasticleukemiawiththePhiladelphiachromosome[J].NewEnglandJournalofMedicine,2001,344(14):1038-1042.DrukerBJ,LydonNB.Lessonslearnedfromthedevelopmentofanabltyrosinekinaseinhibitorforchronicmyelogenousleukemia[J].JournalofClinicalInvestigation,2000,105(1):3-7.朱妮.核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB及其抑制劑的研究進展[J].中國生物制品學(xué)雜志,2011,24(7):869-872.Bonello,S,Zahringer,C,BelAiba,RSetal.ReactiveoxygenspeciesactivatetheHIF-1alphapromoterviaafunctionalNFkappaBsite[J].Arteriosclerosis,Thrombosis,andVascularBiology,2007,27(4):755-761.Schini-KerthV,BaraA,MülschA,BusseR.Pyrrolidinedithiocarbamateselectivelypreventstheexpressionoftheinduciblenitricoxidesynthaseintherataorta[J].Europeanjournalofpharmacology,1994,265(1-2):83-7.BesshoR,MatsubaraK,KubotaM,KuwakadoK,HirotaH,WakazonoY,LinYW,OkudaA,KawaiM,NishikomoriR.Pyrrolidinedithiocarbamate,apotentinhibitorofnuclearfactorkappaB(NF-kappaB)activation,preventsapoptosisinhumanpromyelocyticleukemiaHL-60cellsandthymocytes[J].Biochemicalpharmacology,1994,48(10):1883-9.TsaiJC,JainM,HsiehCM,LeeWS,YoshizumiM,PattersonC,PerrellaMA,CookeC,WangH,HaberE,SchlegelR,LeeME.InductionofapoptosisbypyrrolidinedithiocarbamateandN-acetylcysteineinvascularsmoothmusclecells[J].TheJournalofbiologicalchemistry,1996,271(7):3667-70.YuC,HanW,ShiT,etal.PTPIP51,anovel14-3-3bindingprotein,regulatescellmorphologyandmotilityviaRaf-ERKpathway[J].CellSignaling,2008,20(12):2208-2220.Roberts,P.J.,Der,C.J.TargetingtheRaf-MEK-ERKmitogen-activatedproteinkinasecascadeforthetreatmentofcancer[J].Oncegene,2007,26(5):3291-3310.陳為志,郭冬梅,劉傳方.惡性血液病ras基因突變激活與Ras蛋白法尼基化抑制劑的研究進展[J].國際輸血及血液學(xué)雜志.2006,29(5)