蛋白激酶小分子抑制剂在肿瘤治疗中的研究进展

摘要

蛋白激酶的异常功能与肿瘤密切相关，通过研发相应的蛋白激酶抑制剂调控对应的信号转导通路是现今抗肿瘤药物开发的重点与热点。自从第一种蛋白激酶抑制剂在2001年被美国食品药品监督管理局（FDA）批准上市以来，已有50余种激酶抑制剂获得批准用于治疗乳腺癌和肺癌等恶性肿瘤，在肿瘤患者的治疗中起到重要的作用。小分子蛋白激酶抑制剂同样存在许多亟待解决的问题，为此，研究者不断地开发新的激酶靶向药物来克服发现的问题，许多新的小分子激酶抑制剂已处于临床试验阶段。本综述就抗肿瘤小分子蛋白激酶抑制剂的分类、作用底物以及作用机理进行分析和总结，并系统阐述抗肿瘤小分子激酶抑制剂的研发现状、研究进展和发展趋势。

概述

恶性肿瘤已经成为危害人类健康的重要致命物，针对抗肿瘤治疗的研究一直以来都是现今医学领域的热点内容。进入21世纪后的抗肿瘤药物研发战略是在继续深入发展细胞毒性药物的基础上，逐渐引入分子靶向性药物的开发。在20世纪末，分子靶向治疗主要依赖于单克隆抗体，第一代HER-2靶向药物曲妥珠单抗（赫赛汀）改变了HER-2阳性乳腺癌的治疗方式和效果。随着治疗慢性髓系白血病（chronic myeloid leukemia，CML）的伊马替尼上市，正式揭开小分子靶向治疗时代的序幕。在此后长达20年的时间里，涌现出大量的小分子靶向药物，其中蛋白激酶抑制剂占大部分。目前美国食品药品监督管理局（FDA）已批准了52个的小分子激酶抑制剂，同时还有大量的小分子抑制剂处于临床研究阶段。

01
蛋白激酶介绍及分类

蛋白激酶是将ATP末端的γ磷酸基团转移至底物，从而活化底物、激活信号传导通路的一类蛋白质，是细胞生命活动的重要信号使者。蛋白激酶参与了众多的生理过程，包括细胞增殖、凋亡、代谢、神经传导等[1]。现今已明确的蛋白激酶有518种，根据其磷酸化的底物氨基酸残基，被分为酪氨酸蛋白激酶、丝/苏氨酸蛋白激酶、组氨酸蛋白激酶、色氨酸蛋白激酶以及天冬氨酰基/谷氨酰基蛋白激酶。其中，酪氨酸蛋白激酶与丝/苏氨酸蛋白激酶被广泛研究。

酪氨酸蛋白激酶有90种，分为受体型酪氨酸蛋白激酶与非受体型酪氨酸蛋白激酶，受体型酪氨酸蛋白激酶主要包括表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）、血管内皮细胞生长因子受体（vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR）、成纤维细胞生长因子受体（fibroblast growth factor receptor，FGFR）等，其异常激活与新生血管生成、肿瘤侵袭与转移密切相关[2-3]。非受体型酪氨酸蛋白激酶主要包括布鲁顿酪氨酸激酶（Bruton's tyrosine kinase，BTK）、JAK激酶（Janus kinase）以及局部黏着斑激酶（focal adhesion kinase，FAK），与细胞的增殖与迁移密切相关[4]。

丝/苏氨酸蛋白激酶种类较多，共有388个。被广泛研究的是BRAF（b- rapidly accelerated fibrosarcoma）、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）以及Polo样激酶（Polo-like kinase，PLK），在调节细胞的生长、增殖和凋亡等过程中发挥重要作用[5-6]。

02
小分子抑制剂

小分子抑制剂主要是指化学合成的通常分子量小于1 000的有机化合物，具有良好的空间分散性，其化学性质决定了其良好的成药性能和药物代谢动力学性质。相对单克隆抗体类药物仅作用于细胞表面受体，小分子抑制剂能通过浓度梯度顺利进入细胞内，使其能靶向膜蛋白和胞内蛋白，这些特点就使得小分子药物在多方面表现出较大优势[7]。目前，小分子抑制剂覆盖的领域包括肿瘤、心血管疾病、内分泌疾病、感染性疾病、免疫性疾病、代谢性疾病以及神经系统疾病，在抗肿瘤药物治疗研究中发挥日益重要的作用。小分子抑制剂主要通过特异性地阻断肿瘤生长、增殖过程中所必需的信号传导通路，抑制肿瘤的生长、转移和复发，从而达到治疗肿瘤的作用[8]。

03
小分子蛋白激酶抑制剂的作用机制

根据与蛋白激酶结合模式的不同，小分子蛋白激酶抑制剂总体分为不可逆和可逆两大类。可逆性激酶抑制剂主要通过作用于蛋白激酶的关键结构域“铰链区”发挥效应。铰链区是蛋白激酶中具有高保守性的催化活性结构域，包含ATP结合位点，并通过形成氢键与ATP的腺嘌呤相互作用。“铰链区”中还存在一些其他的功能区域，这些区域的不同构象决定了蛋白激酶处于活性或非活性状态[9]。可逆性激酶抑制剂通过干扰蛋白激酶转移磷酸基团的过程抑制蛋白激酶作用，可分为3种类型。Ⅰ型蛋白激酶抑制剂是ATP竞争型抑制剂，通过抢占ATP结合位点与铰链区相结合而竞争性抑制ATP与蛋白激酶的结合[10]。Ⅱ型蛋白激酶抑制剂作用于蛋白激酶由活性构象转变为非活性构象时暴露的新的疏水基团，并模仿结合底物的效应，使其无法转化为活性状态发挥功能。Ⅲ型蛋白激酶抑制剂又称为变构抑制剂，不同于Ⅰ/Ⅱ型蛋白激酶抑制剂，不与ATP结合位点发生作用，而是与铰链区ATP结合位点之外的特异性变构位点相结合抑制蛋白激酶活性，从而体现了较高的选择性[11]。不可逆抑制剂亦称共价抑制剂，这类抑制剂通过与ATP活性位点周围的亲核半胱氨酸残基结合形成共价键，封闭ATP的结合空间、阻止了ATP与蛋白激酶的结合从而达到对蛋白激酶的抑制作用[12]。

04
小分子蛋白激酶抑制剂的临床应用

目前，FDA已批准上市了52种小分子激酶抑制剂（表 1），按照其与蛋白激酶结合方式大致分为以下4种。

4.1 Ⅰ型蛋白激酶抑制剂

Ⅰ型蛋白激酶抑制剂是至今为止FDA批准上市种类最多的，包括博舒替尼、达沙替尼和克唑替尼等。达沙替尼作用于Bcr-Abl、SRC激酶家族和血小板衍生生长因子受体（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）等多个靶点，起初被用于伊马替尼耐药的CML治疗[13]。与伊马替尼相比，达沙替尼具有更高的效力、中枢神经系统渗透性和对伊马替尼耐药活性[14]。随着临床试验的进行，达沙替尼被批准用于治疗费城染色体阳性的急性淋巴细胞白血病（Philadelphia 染色体-positive acute lymphocytic leukemias，Ph +ALL）成人患者[13]。此外，研究人员还发现具有YES1基因（SRC激酶家族）突变的非小细胞肺癌（nonsmall cell lung cancer，NSCLC）可能也是达沙替尼的潜在治疗目标[15]。克唑替尼是抗肿瘤药物研发史上进展最快速的药物之一，证实在间变性淋巴瘤激酶（anaplastic lymphoma kinase，ALK）、ROS激酶和肝细胞生长因子受体（hepatocyte growth factor receptor，HGFR/cMet）活性异常的肿瘤患者中具有显著疗效。克唑替尼治疗ALK+NSCLC患者的早期试验显示肿瘤缓解率提高了50%~57%，进一步的临床试验结果证实接受克唑替尼治疗的ALK+NSCLC患者的应答率、应答持续时间以及无进展生存期均有改善[16]。

4.2 Ⅱ型蛋白激酶抑制剂

Ⅱ型蛋白激酶抑制剂较Ⅰ型抑制剂有更高的选择性与安全性。目前此类抑制剂经FDA批准上市的有Bcr-Abl抑制剂伊马替尼和尼洛替尼，主要用于CML的治疗。伊马替尼作为最早的CML治疗药物，也是第一个被FDA批准上市的抗肿瘤小分子蛋白激酶抑制剂，被广泛的应用于CML、胃肠道间质瘤等疾病的治疗，并显著改善了患者的无进展生存、提高了肿瘤缓解率[17-18]。但是随着肿瘤细胞基因突变的不断发生，伊马替尼耐药的出现成为了新的难题，尼洛替尼的研发为伊马替尼耐药型CML提供了新的治疗方案[19]。Ⅱ型抑制剂的另一个代表性药物索拉非尼是一种典型的多靶点药物，它不仅可以作用于VEGFR2、PDGFR-β等酪氨酸激酶，同时也可以作用于丝/苏氨酸激酶BRAF。索拉非尼能明显延长晚期肾细胞癌（renal cell carcinoma，RCC）患者的无进展生存期[20]，随着临床试验的进行，后续也被批准用于肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的临床治疗[21]。

4.3 变构激酶抑制剂

最早的变构抑制剂CI-1040是一种针对丝裂原活化蛋白激酶激酶（mitogen-activated protein kinase kinase，MEK）的口服小分子抑制剂，曾被用于治疗乳腺癌的临床试验中，虽然结果显示缺乏临床疗效，但是它的低毒性使学者们增强了对于变构抑制剂的兴趣[22]。曲美替尼（trametinib）和考比替尼（cobimetinib）都是典型的靶向MEK1/2的变构激酶抑制剂，二者皆可用于转移性黑色素瘤的治疗[23]。相对于经典的达拉非尼单药治疗，曲美替尼和达拉非尼联合治疗可明显提高黑色素瘤的总体生存率[24]。另一种变构激酶抑制剂asciminib能与Bcr-Abl的肉豆蔻酸结合位点结合，主要用于CML的治疗，研究发现asciminib与ATP竞争型蛋白激酶抑制剂联合治疗CML能抑制对ATP竞争性蛋白激酶抑制剂耐药性的产生[25]。变构激酶抑制剂不与ATP结合位点相互作用，因此它可以与ATP竞争型抑制剂共同作用于蛋白激酶，这一特点使得变构抑制剂成为克服小分子抑制剂低选择性、脱靶以及耐药的关键途径[26]。

4.4 共价抑制剂

FDA目前批准上市的此类抑制剂有阿法替尼，作用于EGFR，主要用于NSCLC的治疗。相对第一代EGFR抑制剂（吉非替尼、厄洛替尼），阿法替尼具有更低的药物毒性，并且能明显延长患者的无进展生存时间和总生存时间[27]。来那替尼可靶向抑制HER-2，临床上被用于HER-2阳性的乳腺癌患者治疗，而HER-2的过表达可见于25%~30%的乳腺癌患者，且预后相对较差。相关临床试验表明，在曲妥珠单抗治疗后给予来那替尼延长辅助治疗1年，显着降低了乳腺癌复发的比例[28]。BTK抑制剂伊布替尼[29]（ibrutinib）和acalabrutinib，主要用于慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤、边缘区淋巴瘤的治疗，其中acalabrutinib能明显延长慢性淋巴细胞白血病患者的无进展生存期[30]。

05
研发中的蛋白激酶抑制剂

蛋白激酶抑制剂的出现无疑为癌症患者带来了一条全新的抗癌之路。虽然已经应用于临床的小分子靶向药物取得了重要成效，但仍面临耐药、脱靶以及因为肿瘤异质性而导致的部分人群不能获益等诸多问题。研究新的药物来解决药物的脱靶和耐药是当前的工作重点，而目前正在研发中的小分子蛋白激酶抑制剂约有100余种（表 2）。针对经典的蛋白激酶研发出的全新的小分子抑制剂是解决耐药性的主要手段之一，比如EGFR激酶抑制剂tucatinib（ARRY380）在Ⅱ期临床试验中被用于HER-2阳性的转移性乳腺癌的治疗，它与曲妥珠单抗、卡培他滨联合明显提高了患者无进展生存期和总生存期[31]。lazertinib、olmutinib均在Ⅰ期临床试验中被用于NSCLC的治疗，它们表现出良好的临床活性以及较高的安全性，进一步的临床试验结果令人期待[32-33]。同样的，新的VEGFR激酶抑制剂也在不断地被研发并投入临床试验，比如tivozanib已在Ⅰ期临床试验中被用于晚期无法手术的HCC患者的治疗并表现出良好的临床活性与较低可控的药物毒性，下一步临床试验正在进行中[34]。而brivanib用于治疗软组织肉瘤和卵巢癌的Ⅱ期临床试验结果表明相对于安慰剂组，患者1.4个月的中位无进展生存时间，接受brivanib治疗的患者中位无进展生存时间提高至2.8个月[35]。其他已投入临床试验的VEGFR激酶抑制剂还有anlotinib、cediranib等，相关研究成果令人期待。

此外，越来越多的蛋白激酶受到研究者的广泛关注，酪蛋白激酶Ⅱ（CK2）、FAK、PKB/Akt、PLK、wee1蛋白激酶、c-Met等已成广泛研究的热点。已投入Ⅱ期临床试验的Akt激酶抑制剂有治疗慢性淋巴细胞白血病的afuresertib和治疗三阴性乳腺癌的ipatasertib[36]。其中ipatasertib的临床试验结果表明其能明显延长患者的无进展生存期，由安慰剂组4.9个月的中位无进展生存期延长到ipatasertib组9个月的中位无进展生存期[37]。c-Met激酶抑制剂是另一个广泛研究的热点，savolitinib（AZD6094）联合奥西替尼治疗EGFR突变型NSCLC的临床实验中表现出较高的安全性，推动了相关Ⅱ期临床试验的进行[38]。tivantinib（ARQ197）在Ⅱ期临床试验中被用于联合西妥昔单抗治疗头颈部鳞癌，但临床获益并不明显[39]。tepotinib、foretinib完成了针对胆管癌、胃癌等晚期实体瘤治疗的Ⅰ期临床试验并表现出良好的临床活性，值得进一步研究[40-41]。

另一方面，多靶点的小分子抑制剂具有同时抑制多个细胞信号转导通路的优点，临床上易于取得更好的疗效和耐受性。近期，许多PI3K/mTOR抑制剂都已投入临床试验当中，如用于治疗晚期子宫内膜癌的samotolisib（LY3023414）、治疗乳腺癌的gedatolisib（PKI- 587）以及用于治疗头颈部鳞癌bimiralisib（PQR309）均已开展Ⅱ期临床试验，用于治疗卵巢癌的gedatolisib、胶质母细胞瘤的vistusertib（AZD2014）尚处于Ⅰ期临床试验阶段[42-44]。sitravatinib（MGCD516）是一种靶向PDGFR、c-Met和干细胞生长因子受体（stem cell growth factor receptor，CD117/c-kit）多种蛋白激酶的小分子抑制剂，已在Ⅱ期临床试验中用于治疗NSCLC、RCC和HCC[45]。此外，最新的研究发现，sitravatinib能通过阻断癌细胞中ATP结合框转运蛋白ABCB1和ABCG2的药物外排功能来改善化疗药物对多药耐药性癌细胞的治疗效果[46]，这使其成为了多药耐药性癌症的潜在治疗策略。上述众多临床试验结果表明，联合用药成为了克服肿瘤耐药性的有力手段。

06
结语

小分子激酶抑制剂在肿瘤治疗过程中占据了不可忽视的地位。然而，小分子蛋白激酶抑制剂面临着各方面的挑战。1）相对于庞大的蛋白激酶家族，现在研发的蛋白激酶抑制剂的种类仍较为局限，寻找新的靶向激酶成为了激酶抑制剂研发中的瓶颈。利用新型的基因编辑技术构建更全面高效的蛋白激酶敲除文库，筛选参与肿瘤发生发展的关键激酶新靶点，可为研发小分子激酶抑制剂提供新的策略。2）激酶抑制剂的耐药性以及肿瘤异质性大幅增加了肿瘤的治疗难度。精准医疗计划的提出，基因测序技术的广泛应用，有利于筛选小分子抑制剂敏感人群。3）以免疫检查点抑制剂为代表的免疫疗法的研发引起了广泛关注。但无错配修复基因缺陷患者的存在，使部分人群对免疫治疗始终无应答。而小分子抑制剂可以补充现有的治疗性抗体，并且还可以与抗体联合使用以达到协同作用[47]。

综上所述，肿瘤小分子激酶抑制剂在临床上的作用不可忽视。小分子蛋白激酶抑制剂与单克隆抗体药物联合治疗、不同小分子蛋白激酶抑制剂的联合治疗均已取得了不错的临床效益，相信在后续的研究中，小分子蛋白激酶抑制剂新靶点的研发及其与多种治疗方式的联合运用将为肿瘤治疗带来新的曙光。

End
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