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· 242 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 242-257 已上市和部分正在Ⅲ期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及 信号传导通路分析 吴 文, 卢 骋, 陈思宇, 余聂芳* (中南大学药学院分子设计与药物发现研究所, 湖南 长沙 410013) 摘要: 细胞的信号传导在细胞的代谢、分化以及死亡的过程中起着重要的作用。肿瘤的发生和发展与细胞信 号的过度表达有关。以蛋白激酶为靶点的抗肿瘤治疗现已成为肿瘤研究中十分活跃的领域。目前作为抗癌药物 已经上市及正在临床开发中的激酶抑制剂多数为多靶点抑制剂。多靶点激酶抑制剂能够同时抑制多个细胞信号 转导通路，从而使得肿瘤细胞在多个方面受到抑制。多靶点激酶抑制剂在疗效和控制耐受性方面具有一定的优 势。本文对已经上市及部分正在 III 期临床开发中的多靶点激酶抑制剂的抑酶谱及其信号传导通路进行综述分 析。 关键词: 肿瘤; 多靶点; 激酶抑制剂; 信号传导通路; 抗肿瘤药物 中图分类号: R916 文献标识码: A 文章编号: 0513-4870 (2009) 03-0242-16 The signal transduction pathway of multi-target kinase inhibitors as anticancer agents in clinical use or in phase Ⅲ WU Wen, LU Cheng, CHEN Si-yu, YU Nie-fang* (Institute of Molecular Design and Drug Discovery, School of Pharmaceutical Sciences, Central South University, Changsha 410013, China) Abstract: Signal transduction in cells plays an important role in the process of cellular metabolism, segmentation, differentiation, biological behaviors and cell death. Direct and indirect involvement of kinases in tumor growth, metastasis and apoptosis make them the most promising targets for anticancer discovery. Most of the kinase inhibitors in clinical use or in late development stages are multi-target kinase inhibitors (MTKIs). These MTKIs are demonstrated to exert potent anti-tumor effects through several different pathways. This re- view presents in the view of a medicinal chemistry point, a brief account and analysis of transduction pathways of representative MTKIs in clinical use or in late development stages. Key words: tumor; multi-target; kinase inhibitor; signal transduction; anticancer agents 自从 20 世纪 80 年代以后，抗癌药物研究的热 点逐步从抑制 DNA的合成转移到了抑制激酶的催化 活性上。BCR-ABL是第一个被鉴定为可以作为抗癌 靶点的激酶。诺华公司（Novartis）的科学家们经过 了近 10年的努力，发现了 BCR-ABL抑制剂的先导化 合物。在此基础上，于 1992年设计并合成出了 imatinib 收稿日期: 2009-01-07. 基金项目: 国家自然科学基金资助项目(30772645, 30873137). *通讯作者 Tel / Fax: 86-731-2650458, E-mail: niefang_yu@yahoo.com (表 1, 化合物 1)[1]。诺华公司的努力及其取得的进展 吸引了全球的注意。人们对癌细胞的细胞转导机制进 行了大量的研究，从而开发出了以 imatinib为代表的 一系列以激酶为靶点的抗癌药物。此外，还有众多的 侯选药物在临床开发研究中(http://www.fda.gov)。 由于激酶的活性结合部即 ATP 结合部极为相 似，因此，在激酶抑制剂作为抗肿瘤药物的开发过程 中，对激酶的高选择性往往是主要考察指标之一。理 论上，高选择性的激酶抑制剂作为抗肿瘤药物，其毒 吴 文等: 已上市和部分正在 III期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及信号传导通路分析 · 243 · 副作用似乎应该更低。但是，由于至今仍然缺乏高度 选择性、仅仅作用于单一激酶的抑制剂，因此选择性 越高毒性越低的思考方向有待证明。另一方面，激酶 抑制剂的毒性来源于缺乏高度选择性的新型抗癌药 物的推断也没有得到验证。相反地，在包括抗癌药物 在内的一些治疗领域，越来越多的实验结果直接挑战 了“一病一靶点、一药一靶点”的传统模式[2]。尤其 是在激酶抑制剂作为抗癌药物的开发实践中，大多激 酶抑制剂都为多靶点抑制剂。不过，它们所涉及的信 号传导是有所区别的。本文就目前作为抗癌药物已经 上市以及部分在 III-期临床试验中的激酶抑制剂的抑 酶谱及信号传导进行简单分析综述。 表 1 已上市的多靶点激酶抑制剂 名称 结构 上市公司（上市时间） Imatinib Novartis (FDA Approved in May 10, 2001) Gefitinib AstraZeneca (FDA Approved in May 5, 2003) Erlotinib OSI (FDA Approved in November 18, 2004) Sorafenib Bayer (FDA Approved in December 20, 2005) Sutent Pfizer (FDA Approved in January 26, 2006) Dasatinib Bristol-Myers Squibb (FDA Approved in June 8, 2006) Lapatinib Glaxosmithkine (FDA Approved in March 13, 2007) Nilotinib Novartis (FDA Approved in October 29, 2007) · 244 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 242-257 1 已上市的激酶抑制剂的抑酶谱及其信号传导通路 1.1 Imatinib (Gleevec) Imatinib (Gleevec) 是由 Novartis 公司化学研发 组在 20 世纪 90 年代发现的。Imatinib 与 ABL 蛋白 晶体模型有很好的契合性，通过多个氢键的形式, 牢 牢占据了 ABL 蛋白激酶区的 ATP 口袋，阻碍 ATP 与 ABL的结合，从而抑制其激酶活性（图 1），阻断 下游信号的传导[3]。 Imatinib被认为是第一个通过合理药物设计发展 而来的药物。Imatinib的先导化合物为 2-苯胺嘧啶的 衍生物 9 (图 2)。该化合物是诺华公司利用高通量技 术筛选 PKC 抑制剂时发现的。化合物 9具有良好的 成药性及足够的潜在多样性。在结构改造中发现，在 苯胺环上引入酰胺基团，即可提高相应衍生物 10 (图 2) 的抑制 BCR-ABL的活性[4-6]。而在苯胺衍生物的 6-位上引入甲基所得化合物 11，则可以消除 PKC的 抑制活性，进一步结构优化从而发现了 imatinib。 Imatinib 对慢性粒细胞性白血病 (CML) 具有明显的 疗效，最终在 2001年 5月由 FDA审批上市[4]。 Imatinib主要是针对 BCR-ABL而展开研究的。 BCR-ABL在肿瘤细胞的形成与发展过程中起主要作 用。Imatinib通过与 BCR-ABL的 ATP结合位点结合, 使其失去磷酸化的催化活性。但是, 事实上, imatinib 并非仅仅抑制 BCR-ABL。据报道, 在所测试的 518 种激酶中, imatinib在较低的 Kd < 10 nmol·L-1下主要 抑制 ABL-1、ABL-2和 DDR-1。但是, 在 Kd为 10～ 100 nmol·L-1时, 则能抑制 13种不同的激酶, 详见图 3[7]。 由于各种激酶所影响信号转导通路有所不同, imatinib 主要通过同时抑制细胞膜上 PDGFR、c-Kit 受体激酶以及细胞内 BCR-ABL酪氨酸激酶, 达到抑 制下游 Ras/Raf/MEK、JAK/STAT 和 PI-3K/Akt 三条 细胞信号转导通路, 从而抑制癌细胞增殖、促进癌细 胞凋亡和抑制肿瘤血管生成。但是, 值得注意的是, 图 1 Imatinib与 ABL 激酶结合图 图 2 Imatinib的开发过程 吴 文等: 已上市和部分正在 III期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及信号传导通路分析 · 245 · 图 3 Imatinib 对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) imatinib对正常细胞则没有影响[8, 9]。 在临床上，目前 imatinib用于 BCR-ABL过度表 达的慢性粒细胞性白血病 (CML), 更多的适应症仍 在开发中[3]。 1.2 Gefitinib Gefitinib (ZD1839，表 1，化合物 2) 是阿斯利康 公司针对 EFGR (细胞表皮生长因子受体) 开发的抑 制剂，于 2003年由 FDA审批上市。在治疗人体实体 肿瘤方面疗效优异。EGFR 是跨膜受体，属于 HER 受体家族，在正常人体细胞中通过调节组织形成和分 化促进器官组织生长，但在乳癌、头颈癌、非小细胞 肺癌、前列腺癌等实体肿瘤中过度表达或以变异体高 度表达[10]。 与 imatinib不同，gefitinib的抑酶谱相对较窄。 共结晶研究表明，gefitinib对于肺癌有关的 EGFR突 变异构酶具有极强的结合能力（图 4）[11]。在所测试 的 518 种激酶中，Kd在 10 nmol·L-1以下的有 EGFR 及其异构酶。Kd在 10～100 nmol·L-1范围内，gefitinib 还能抑制 GAK（Kd = 13 nmol·L-1）。在更高浓度还 能抑制 FLT3（Kd = 1 µmol·L-1）等激酶（图 5）[7]。 已知 EGFR受体的配基可分为三类: 与 EGFR结 合的细胞表皮生长因子 (EGF)、转化生长因子 TGF-b 和双向调节因子, 与EGFR和ErbB4相互作用的 beta- 动物纤维素, 肝磷脂结合因子等物质。这些配体以单 体或二聚体随机性的与EFGR结合, 形成同源多聚体 或异源多聚体, 使得细胞表皮生长受体对其他配体 关闭, 导致分子内区域 N-末端自磷酸化, 而酪氨酸 激酶磷酸化的残基可以和第二信使蛋白结合, 被激 活后从而引发一系列的信号转导, 如 Ras/Raf, PI3K/ AKT等[12]。也有报道认为 gefitinib对 STATS相关信 图 4 Gefitinib与 EGFR突变株 L858R的相互作用 图 5 Gefitinib对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 号转导通道有一定的影响[13]。但由于酶抑制活性相 差较大, 所以其抗癌活性主要是通过抑制细胞膜上 EGFR受体激酶的活化，阻断 Ras/Raf/MEK、PI-3K/ Akt两条细胞信号转导通路从而抑制癌细胞增殖、促 进癌细胞凋亡和抑制肿瘤血管，达到抗癌的目的。 临床上，gefitinib主要用于治疗晚期肺癌。但是, gefitinib的临床疗效不高，并且容易产生耐药[14]。这 是否与其选择性有联系，目前尚未见文献报道。 1.3 Erlotinib Erlotinib (表 1, 化合物 3) 也是一种表皮生长因 子受体-酪氨酸激酶 (EGFR-TK) 拮抗剂, 属小分子 化合物，于 2004年由 FDA审批上市。Erlotinib通过 其结构上的三个部分竞争性的结合于 EGFR 受体的 ATP-结合位点: ① 侧链炔键结合于受体由Thr766所 形成的口袋中; ② 喹唑啉环的 N1与Met769上的酰 胺键形成氢键结合; ③ 喹唑啉环的 N3与 Thr766侧 链形成亲水氢键结合。由于 ErbB (EGFR家族成员之 一) 酪氨酸的磷酸化需要与 ATP 结合位点结合才能 进行, erlotinib阻断了 ErbB酪氨酸磷酸化过程，从而 · 246 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 242-257 阻断了下游信号转导过程的发生，抑制了细胞的异常 增殖，促使细胞凋亡[15]。 在抑酶谱实验中发现，erlotinib 主要抑制 EGFR 家族激酶 (Kd < 10 nmol·L-1)。另外对 LOK和 SLK也 有很强的作用。此外，erlotinib对 ABL (Kd: 100～300 nmol·L-1) 和 FLT (Kd: 100～300 nmol·L-1) 等激酶也 有良好的抑制作用。Erlotinib在更高浓度时，能抑制 的激酶更多 (图 6)[7]。 细胞因子等异常配体与表皮生长因子受体 (特 别是 ErbB酪氨酸激酶受体) 的 ATP位点结合, 导致 受体的二聚化, 二聚化的受体激活了细胞内的酪氨 酸结构域, 受激发的酪氨酸引起受体自动磷酸化, 从 而激活下游Ras-MAPK和Akt/PI-3K信号转导过程的 发生, 引起细胞的异常增殖[16]。此外, erlotinib 可能 通过抑制 ABL及 FLT双重阻断 PI-3K/Akt 的信号转 导通路。 临床上, Erlotinib 可以用于有效治疗原发性或 者复发的晚期非小细胞肺癌, 主要用于治疗晚期肺 癌[17]。 1.4 Sorafenib Sorafenib (表 1, 化合物 4) 是 Bayer公司研发生 产的, 于 2005年由美国 FDA批准上市的用于治疗初 期肾癌和中期肝癌的药物。在该药的研发过程中, 从 最初的高通量筛选得到的对 Raf 激酶有抑制活性的 化合物[18], 再通过组合化学的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 筛选出具有活性 的化合物 (图 7, 化合物 12), 初步结构修饰得到先导 化合物 13。对先导化合物进行结构改造才得到最终的 药物 (图 7)[18]。 从图 8可以看出, sorafenib主要通过两个部分以 氢键与 B-Raf激酶结合: ① 氨基 N原子与谷氨酸残 图 6 Erlotinib对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 图 7 Sorafenib：从活性化合物到临床药物 吴 文等: 已上市和部分正在 III期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及信号传导通路分析 · 247 · 图 8 Sorafenib与 Raf激酶相互作用 基Glu500的羧基部位以氢键结合; ② 酰胺基上的氧 原子与天门冬氨酸 Asp593的氮原子以氢键结合。除 此之外, sorafenib分子中末梢部位的吡啶环通过范德 华力与 Trp530、Phe582以及 Phe594的芳香残基作用 占据了 ATP 结合口袋; 另一端的三氟甲基则伸进激 酶另一侧由 αC、αE和末端N残基构成的疏水口袋中。 这种结合作用使得 B-RAF 激酶不能磷酸化，从而抑 制了其活性[18]。 在抑酶谱方面，sorafenib在 Kd <10 nmol·L-1时, 主要抑制DDR1、DDR2等激酶, 随着浓度的增加, 抑 制的激酶的数量增多。当 Kd在 10～100 nmol·L-1时, 主要抑制 PDGFR、VEGFR、KIT和 FLT激酶 (图 9), 当 Kd在 100～500 nmol·L-1时，抑制了 21 种不同的 激酶，显示出较广的抑酶谱[7]。 根据抑酶活性大小的不同及不同激酶在细胞信号 转导通路中所起的作用不同, sorafenib 主要通过同时 抑制细胞膜上 VEGFR2、PDGFRβ、FLT3, c-Kit受体 激酶以及细胞内 ERK1/2激酶, 抑制下游 Ras/Raf/MEK 和 PI-3K/Akt 两条细胞信号转导通路, 从而抑制癌细 胞增殖, 促进癌细胞凋亡, 抑制肿瘤血管生成[19, 20]。 目前 sorafenib 已用于肾癌、肝癌的治疗，并且 对肾癌、肝癌、黑素瘤和非小细胞肺癌都有一定的治 疗作用[21]。笔者推测，sorafenib在临床上的广谱抑瘤 图 9 Sorafenib 对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 可能与其较广的抑酶谱有关。 1.5 Sunitinib (Sutent) Sunitinib (Sutent，表 1，化合物 5) 是美国 Prifzer 公司研究开发的于 2006年 2月由美国 FDA批准上市 的药物[22]，其药物开发的过程经历了从化合物 14 (新 生血管生成抑制剂、VEGFR-2 的特异性抑制剂) 到 化合物 15, 最后到 sunitinib的过程，即从单一靶点药 物到多靶点药物的过程 (图 10)。另一方面，从改造 的过程可以看出，sunitinib 是在化合物 14 的吡咯环 上增加了一长链的基团，增加了化合物的溶解性。这 图 10 Sunitinib的开发过程 · 248 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 242-257 也可能是除了多靶点之外, sunitinib比化合物14和15 作用效果好的原因之一。 在抑酶谱试验中, sunitinib 在较低的 Kd (<10 nmol·L-1) 下主要抑制 FLT3、Kit、PDGFR和 VEGFR2 等 18 种不同的激酶, 显示出较强的抑酶活性。而当 Kd在 10～100 nmol·L-1时, 则能抑制 44 种不同的激 酶。更高浓度时, 则抑制的数量更多 (图 11)[7]。由此 可见, sunitinib具有较广的抑酶谱。由于 sunitinib对 各种激酶抑制活性相差较大, 故其主要是通过抑制 VEGFR2、PDGFRs、FLT3和 c-Kit受体激酶的活性[22, 23], 抑制了下游 PI-3K/AKT、Ras/Raf/MEK和 PKCs三条 信号转导通路, 从而抑制癌细胞增殖, 促进肿瘤细胞 的凋亡, 抑制肿瘤血管的生成。 在临床应用方面，sunitinib主要用于治疗肾细胞 癌[24]以及耐 imatinib的 GIST患者[24]。Sunitinib的抑 酶谱较广，更多临床适应症正在开发中。 1.6 Dasatinib (BMS-354825) Dasatinib (BMS-354825, 表 1, 化合物 6) 是 Bristol-Myers Squibb公司研究开发的于 2006 年上市 的药物。Dasatinib通过氢键与受体激酶结合, 能同时 作用于包括 ABL在内的多个激酶靶点[25]。 在 dasatinib 的研发过程中, 发现以噻唑为基本 结构的化合物 16 具有 LCK 激酶抑制活性。在结构 改造中, 将噻唑环上的氨基用不同的杂环替代, 这样 得到了具有较好的抑制 Src 家族 (包括 Lck、Fyn、 Src、Hck) 活性的化合物 17、18。进一步的结构改 造得到有抑制 Src 和 BCR-ABL 激酶活性的化合物 BMS- 334864 (图 12)[26]。 在抑酶谱实验中，dasatinib显示出了很广的激酶 图 11 Sunitinib对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 抑制谱。在 Kd为 0～10 nmol·L-1范围内的抑制百分 比与其他已上市的激酶抑制剂相比最高 (图 13)[7], 主要抑制 DDR、EPHA、EPHB等激酶受体家族，并 且该药在不同的浓度下都能抑制较多数量的激酶。 在细胞信号传导的过程中，dasatinib主要通过同 时抑制细胞膜上 TCR 受体、细胞内 Src 激酶及 BCR-ABL 酪氨酸激酶的活化，抑制下游 Ras/Raf/ MEK、JAK/STAT和 PI-3K/Akt三条细胞信号转导通 路[27, 28], 从而抑制肿瘤细胞的生成。 现阶段 dasatinib主要用来治疗 imatinib耐药的慢 性粒细胞性白血病 (CML) 和急性淋巴细胞白血病 (ALL)[25]。 1.7 Lapatinib (GW572016) Lapatinib (GW572016，表 1，化合物 7) 是 Glaxosmithkine公司研发的在 2007年上市的药物, 被 FDA批准与 capecitabine联合用药治疗乳腺癌, 是抑 图 12 Dasatinib的开发过程 吴 文等: 已上市和部分正在 III期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及信号传导通路分析 · 249 · 图 13 Dasatinib对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 制 EGFR和 HER2的酪氨酸激酶抑制剂。 人类 EGFR 家族由 4 个不同的受体酪氨酸激酶 (RTKs) 组成，分别是 EGFR、HER2、HER3和 HER4。 EGFR在头颈鳞癌、非小细胞肺癌、结肠癌、胰腺癌、 乳腺癌等多种肿瘤中可出现过度表达，并可同时伴有 TGF-α 等配体的过多产生，形成自分泌或旁分泌通 路，持续激活信号转导，HER2在多种肿瘤中出现过 度表达，导致细胞表面异源二聚体形成增多，信号转 导增强，它的过度表达会与女性的乳腺癌有关。和 sorafenib一样，lapatinib也是一个有效的用来减少癌 症导致的乳腺细胞增殖的激酶抑制剂[29, 30]。 Lapatinib 和其他的 EGFR 抑制剂如 gefitinib 和 erlotinib 在结构上有一个共同的 4-苯胺喹唑啉的母 核。据报道，erlotinib与 EGFR的 ATP区域结合的开 口比 lapatinib与 EGFR的 ATP区域结合的开口要大， 这个大的口袋在 C helix的末端 (图 14、15), 有足够 大的空间来容纳 3-氟苯甲氧基，3-氟苯甲氧基伸向此 空间可能改变了药物分子与激酶的结合力[30]。 在抑酶谱实验中，lapatinib在Kd小于 10 nmol·L-1 时, 主要抑制 EGFR 激酶亚型和 ERBB2 激酶, 在更 高浓度时, 能抑制激酶的数量也不多 (图 16)[7]。虽然 lapatinib的抑酶谱较窄，但它的抑酶活性较强。 在细胞信号传导方面，lapatinib主要通过同时抑 制细胞膜上 EGFR、HER2以及 P95HER2受体激酶的 活化，达到抑制下游 Ras/Raf/MEK、PI-3K/Akt 两条 细胞信号转导通路[29, 31]，抑制癌细胞增殖，促进癌 细胞凋亡，抑制肿瘤血管生成的结果。 临床上，lapatinib主要用于转移性乳腺癌的一线 治疗[30]。 图 14 Lapatinib 与 EGFR的 ATP 区域结合图. Lapatinib 在图 上用紫色表示，氢键用虚线表示 图 15 Lapatinib 和 erlotinib 与 EGFR 结合的区别. Lapatinib 和 erlotinib 分别用黄色和蓝色的球棒模型表示, 红色和绿色分 别表示 C helix与 lapatinib 和 erlotinib 结构的结合, 虚线表示 与 Lys721和 Glu738在两个 lapatinib和 erlotinib之间的氢键 图 16 Lapatinib 对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) · 250 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 242-257 1.8 Nilotinib Nilotinib（表 1，化合物 8）是 Novartis 公司在 2007 上市的酪氨酸激酶抑制剂，是由 imatinib 分子 结构改进而来，设计的思路是在 imatinib的分子结构 基础上增加药物分子与 ABL 激酶的亲和力，从而达 到更好的抑制效果[32]。 与 imatinib类似，nilotinib为 BCR-ABL激酶抑 制剂，它与突变的 ABL激酶的 ATP结合位点通过多 个氢键相结合 (图 17)[33], 阻断了 ATP 与 ABL 的结 合，从而抑制了激酶活性，阻断下游 Ras/Raf/MEK、 JAK/STAT 和 PI-3K/Akt 三条细胞信号转导通路，抑 制癌细胞增殖，促进癌细胞凋亡，抑制肿瘤血管生成。 从图 17中可以看出，nilotinib与 imatinib都以 4 个氢键与激酶结合，不同的是 nilotinib的甲基异吡唑 基侧链伸向了 Glu286、Lys285和 Glu282构成的疏水 区域中，这点不同可能是导致 nilotinib比 imatinib抑 制更多 ABL变异激酶的原因[34]。 由于 nilotinib 对 ABL 激酶具有比 imatinib 更好 的抑制活性, 临床上 nilotinib主要用于对 imatinib耐 药或不耐受的慢性粒细胞性白血病。同时 nilotinib还 应用于难治性或复发的 Ph染色体阳性的急性淋巴细 胞性白血病、胃肠道基质细胞瘤以及初治的系统性肥 大细胞增多症等，更多的适应症仍在开发中[35]。 图 17 Nilotinib 和 imatinib 与 ABL 的相互作用. 紫色部分代 表 nilotinib, 绿色部分代表 imatinib, 黄色部分代表 ABL 激酶 与药物的结合部位, 橙色部分代表 ABLM351T激酶 (ABL 激酶 的变异体) 的结合部位, 红色虚线表示 nilotinib 与 ABLM351T 激酶相结合的氢键, 黑色虚线表示 imatinib 与 ABL 激酶相结 合的氢键 图 18 III期临床的多靶点激酶抑制剂 吴 文等: 已上市和部分正在 III期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及信号传导通路分析 · 251 · 2 部分 III 期临床试验中的激酶抑制剂的抑酶谱及 其信号转导通路 2.1 Vandetanib Vandetanib (ZD6474, 图 18, 化合物 19) 是Astra Zeneca 公司研制开发的治疗髓质型甲状腺药物 [36], 能同时作用于 VEGFR、EGFR、RET等多个靶点, RET 对某些类型的甲状腺癌是重要的生长驱动因子[37]。 Vandetanib具有较广的激酶抑制谱（图 19）[7]。 它在低浓度下主要抑制 EGFR家族。在高浓度下，则 抑制 ABL、RET、Src等在传导中有着重要作用的激 酶。该药物是通过阻断受体酪氨酸激酶 VEGFR-2和 PDEFR及 Raf激酶, 阻断 Raf/MEK/ERK途径, 抑制 肿瘤细胞增殖和血管新生的靶向抗肿瘤药物[38, 39]。 在临床上该药除了应用于甲状腺癌之外，在治疗 非小细胞肺癌上，临床结果表明该药与抑酶谱较窄的 gefitinib相比更有效[40]。 图 19 Vandetanib 对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 2.2 Pazopanib Pazopanib (GW-786034，图 18，化合物 20) 是葛 兰素史克公司针对肾细胞癌研发的药物, 目前已进 入临床 III期研究[41]。临床 II期研究表明, pazopanib 对未经处理或者经过氧氨嘧啶预处理的肾癌细胞 (RCC) 有良好的抑制作用[42]，它的主要作用靶点是 VEGFR、PDGFR以及 c-Kit激酶受体。 在抑酶谱试验中，GW-786034能较好地抑制Kit、 PDGFR等 6种不同的激酶（Kd < 10 nmol·L-1），而当 Kd在 10～100 nmol·L-1时，则能抑制 9种不同的激酶 (图 20)[7]。 图 20 Pazopanib 对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 2.3 CP-690550 CP-690550 (图 18, 化合物 21) 是新型的 JAK1、 JAK2、JAK3激酶抑制剂[43], 是 Pfizer公司从具有对 JAK3激酶有活性的原始化合物中经过筛选、结构改 造而得到的。目前对于该化合物的研究已进入临床 III期[44]。经过前期的研究发现, CP-690550是良好的 JAK 激酶的抑制剂, 通过阻断 JAK1、JAK2、JAK3 激酶的活化阻断肿瘤细胞的下游信号转导通路 [45], 抑制肿瘤的生成。 据报道，在所测试的 518种激酶中，CP-690550 在较低的 Kd（<10 nmol·L-1）下主要抑制 JAK2、JAK3、 DCAMKL3 等 3 种不同的激酶，对 JAK激酶的选择 性比较明显（图 21）[7]。 图 21 CP-690550对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 2.4 Midostaurin Midostaurin（PKC412，图 18，化合物 22）是 Novartis公司研究开发的抗肿瘤药物。目前已经进入 · 252 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 242-257 III 期临床，主要与其他药物联合应用于白血病的治 疗[46]。研究表明，midostaurin为 PKC、FLT3、KIT、 VEGFR 和 PDGFR 蛋白激酶抑制剂，通过阻断激酶 的活化抑制肿瘤细胞的分化与增殖[46, 47]。 据报道，在所测试的 518种激酶中，midostaurin 在较低的 Kd（<10 nmol·L-1）下主要抑制 FLT3、KIT、 PKN1等 4种不同的激酶。当 Kd在 10～100 nmol·L-1 时，则能抑制 27种不同的激酶（图 22）[7]。 图 22 Midostaurin 对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 2.5 Vatalanib (PTK-787) Vatalanib (PTK-787, 图 18，化合物 23）是由 Novartis和 Bayer公司共同研发的多靶点血管生成抑 制剂，它是一种氨基酞嗪结构的化合物[48]，vatalanib 与 ZD6474同属于 VEGF抑制剂，从结构上分析，两 者有共同的喹唑啉结构。基于此母核的生物活性, Lü 等[49]用苯并三嗪结构替换，并引入烷氧基或短链甲 氧基合成的新系列衍生物，同样对测试的癌细胞有较 好的抑制活性。 作为有口服活性的血管生成抑制剂，vatalanib能 够抑制VEGF的已知亚型VEGF1、VEGF2和VEGF3。 但它对 VEGF2 的抑制作用最强。PTK787 同样抑制 属于同家族的蛋白酪氨酸激酶，包括血小板生长因子 (PDGF) 受体酪氨酸激酶、c-Kit激酶和 c-fms[50]。在 Kd < 10 nmol·L-1范围，PTK-787 主要抑制 FLT1 和 KIT，而当 Kd在 10～100 nmol·L-1范围，其可抑制 VEGFR2等激酶，且对 KIT变异型 KIT (V559D) 也 有较好的抑制活性 (图 23)[7]。 图 23 Vatalanib 对部分激酶的抑制活性 (Kd's in nmol·L-1) 目前 vatalanib 在临床上应用于结肠癌、原发 性肿瘤及实体肿瘤的治疗 [51]。最近几年采用动态 对比增强分子磁共振成像（DCE-MRI）技术作为生 物标记来研究药物对癌细胞的动态影响[52], 观察到 vatalanib (PTK-787)在小鼠肾癌细胞及转移模型中减 少肿瘤细胞血管的流量，抑制癌细胞生长及扩散, Bazelaire 等将 vatalanib 应用于临床试验，可以抑制 肾癌细胞的转移。 2.6 Ruboxistaurin Ruboxistaurin (LY333531, 图 18, 化合物 24) 是 由 Eli Lilly 公司开发[53], 用于治疗糖尿病性视网膜 病变的一类有大环双顺丁烯二酰亚胺结构的新化合 物[54]， LY333531是从天然化合物 staurosporine结构 改造而来, 是由 staurosporine 的内酰胺结构改造为 顺丁烯二酰亚胺结构, 并在其天然结构上去除了吲 哚环间的共价键 (图 24) 得到的。结构改造后得到 的 LY333531不仅较原化合物 staurosporine更易合成, 而且生物选择性也得到了提高[55]。 图 24 Ruboxistaurin 的开发过程 吴 文等: 已上市和部分正在 III期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及信号传导通路分析 · 253 · Ruboxistaurin (LY-333531) 能抑制 PKC 激酶各 亚型的活性, 在Kd < 10 nmol·L-1浓度下对 PRKCD和 PRKCQ的抑制活性很高, 分别为 3.6和 2.5; 在 10～ 100 nmol·L-1可抑制 PIM3、ERK8等激酶 (图 25)[7]。 Ruboxistaurin 用于治疗糖尿病黄斑水肿和糖尿病肾 病[56]的临床研究目前也在进行中。 2.7 其他 III期临床的多靶点激酶抑制剂 AMG-706 (图 18, 化合物 25) 是 Amgen开发的 多靶点抑制剂[57], 它作用于 EGFR1/FLT1、VEGFR2/ Flk-1、VEGFR3/FLT4、PDGF和 c-Kit靶点。临床试验 表明 AMG 706是口服生物活性高、耐受性较强的多 靶点激酶抑制剂, 现用于治疗各种人体恶性肿瘤[58]。 Axitinib (AG013736，图 18，化合物 26) 是 Pfizer公 司开发的一种 VEGFR-1,2,3、PDGFR和 cKIT受体抑 制剂[59]，临床可用于实体瘤的治疗，并在临床研究 中发现对于转移性的肾细胞瘤有抑制活性[60]。 图 25 Ruboxistaurin 与部分激酶结合活性图(Kd's in nmol·L-1) 图 26 激酶介导的细胞信号传导途径示意图 · 254 · 药学学报 Acta Pharmaceutica Sinica 2009, 44 (3): 242-257 Deforolimus (AP23573，图 18，化合物 27) 是 Ariad 和 Merck 公司联合研制的作用于 mTOR、Src 等靶点的抑制剂[61]，在 2008年被 FDA批准用作多发 性的软组织和骨肉瘤的化疗研究[62]。 XL184是 Exelixis公司研究开发的抗癌药物, 目前 已进入临床 III期研究, 用于治疗甲状腺癌的研究[46]。 前期的研究表明，XL184 是一个有效的 VEGFR2、 MET和 RET激酶的抑制剂[63]，并且对 gefitinib耐药 的非小细胞肺癌的癌细胞具有抑制作用[64]。 3 多靶点激酶抑制剂的信号转导通路分析 总结已上市和部分正在 III期临床开发的多靶点 激酶抑制剂的传导通路，可以得到图 26。 位于细胞膜上的受体激酶有表皮生长因子受体 家族（EGFR），血小板衍生生长因子受体家族 (PDGFR)，血管内皮生长因子受体家族 (VEGFR) 以 及 FLT3、RET等，受体激酶在接受配体的刺激后发 生自身的磷酸化，激活信号分子，信号分子激活下游 的信号转导途径，图 26 中以较粗的紫色实线箭头表 示位于细胞膜上的受体激酶在接受配体刺激后引起 的细胞内的下游信号转导通路的途径，主要包括 PKC、Ras/Raf/MEK和 PI-3K/Akt三条途径，引起一 系列的生物效应，例如细胞增殖增加，细胞凋亡减少， 肿瘤血管生成等，导致肿瘤的形成。 位于细胞膜内的非受体激酶包括 BCR-ABL、 Raf、Src、JAK和 PKC等，图 26中以虚线箭头表示 位于细胞膜内的非受体激酶之间的相互作用。从图中 可以看出，位于细胞膜内的各种非受体激酶除了能引 起细胞膜上受体激酶所能引起的 PKC、Ras/Raf/MEK 和 PI-3K/Akt三条途径外，还能引起 JAK/STAT途径。 例如 BCR-ABL 激酶活化后能激活 JAK 激酶，引起 JAK/STAT转导途径，同时活化的 BCR-ABL激酶还 同时激活 Ras/Raf/MEK和 PI-3K/Akt途径，引起细胞 的癌变。多靶点激酶抑制剂通过抑制位于细胞膜上的 受体激酶与细胞膜内的非受体激酶，主要阻断下游 Ras/Raf/MEK、PI-3K/Akt、PKC、JAK/STAT 信号转 导通路，抑制细胞的癌变，从而抑制肿瘤的形成。 对已经上市和 III期临床的多靶点激酶抑制剂作 用靶点与信号转导通路归纳如表 2。值得说明的是, 表中给出的每一种多靶点激酶抑制剂的抑制靶点与 抑制的信号转导通路都只是主要的，激酶抑制剂所抑 制的其他靶点以及各个信号转导通路之间更多的相 互作用关系仍然在进一步的研究中。 4 结论与展望 肿瘤发病机制比较复杂。它是一种多因素，多种 信号影响的疾病。如肿瘤新生血管发生是因为肿瘤细 胞产生过多的促血管生长因子。要阻断血管生成，就 需要抑制这些过生长因子的形成。VEGF/VEGFR2是 内皮细胞增殖最重要的信号通路，但其他因子如 EGF、bFGF、PDGF 也起相当大的作用[65]。并且所 有这些因子下游的信号通路之间，或多或少的都有代 偿作用。仅仅通过抑制某一种因子可能难以达到抑制 血管生成的目的。 多靶点激酶抑制剂能够同时抑制或者阻断多个 细胞生长的信号传导通路。多靶点激酶抑制剂已经成 为肿瘤治疗和新药研发的热点。上述已上市的和部分 在临床 III期的多靶点激酶抑制剂在临床中显示出较 表 2 已上市和 III期临床多靶点激酶抑制剂主要传导通路 激酶抑制剂 主要抑制靶点 主要抑制转导通路 Imatinib PDGFR, c-Kit, BCR-ABL Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt, JAK/STAT Gefitinib EGFR (各亚型) Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt Erlotinib EGFR, ABL, FLT Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt Sunitinib FLT3, c-Kit, PDGFR, VEGFR2 Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt, PKCs Sorafenib VEGFR2, PDGFR, FLT3, c-Kit, Erk, Raf Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt Dasatinib Src, BCR-ABL, TCR Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt, JAK/STAT Lapatinib EGFR, HER2, p95HER2 Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt Nilotinib ABL (各亚型及变异体) Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt, JAK/STAT Vandetanib VEGFR, EGFR, RET Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt Pazopanib c-Kit, PDGFR, VEGFR2 Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt CP-690550 JAK1, 2, 3 JAK/STAT PKC-412 PKC, FLT3, KIT, VEGFR, PDGFR Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt, PKCs, JAK/STAT Vatalanib PDGFR, c-Kit Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt Ruboxistaurin PKC (各亚型) Ras/Raf/MEK, PI-3K/Akt, PKCs 吴 文等: 已上市和部分正在 III期临床开发中的多靶点激酶抑制剂抑酶谱及信号传导通路分析 · 255 · 好的效果。多靶点抑制剂可能对某些耐药肿瘤也有 抑制作用。抑酶谱较广的 dasatinib 可以用来治疗 imatinib 耐药的慢性粒细胞性白血病 (CML) 和急性 淋巴细胞白血病 (ALL)[25]就是其中一个例子。 另外，同一激酶家族的不同亚型的激酶，其生物 学功能也可能比较接近。如果能彻底抑制该亚类所有 或者大部分异构酶，则相应的抑制剂对肿瘤也有良好 的抑制活性，不过可能有产生耐药性的问题 (如 gefitinib)。 至于多靶点抑制剂是否由于对某些与肿瘤无关 的激酶的抑制而带来某些潜在的副作用，目前仍然需 要进一步的研究[66, 67]。 References [1] Levitzki A. 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