基于肿瘤细胞信号转导的抗肿瘤药物机制的研究现状.doc

基于肿瘤细胞信号转导的抗肿瘤药物机制的研究现状基于肿瘤细胞信号转导的抗肿瘤药物机制的研究现状 学生姓名 专 业 学 号 成 绩 2016 年年 1 月月 I 摘要摘要 细胞信号转导系统异常与肿瘤发生密切相关 针对信号转导通路中异常的 基因或蛋白质来设计药物 以抑制细胞过度增殖或上调凋亡 成为抗肿瘤药物 开发的研究重点 研究已取得一些有意义的成果 由于常规的细胞毒药物在杀 伤肿瘤细胞的同时 也抑制其它正常的生长旺盛细胞 如上皮细胞 生殖细胞 等 增殖 因此近年来抗肿瘤药物研发热点转向调节肿瘤细胞的信号转导通路 抑制其生长或促进凋亡 了解肿瘤细胞中信号通路异常及相应的药物研发 状况有助于人们发现新的抗肿瘤药物 本文主要概述了目前几种研究比较深入 的细胞信号转导系统异常对肿瘤发生的影响 简单介绍了它们的作用机制和相 应抗肿瘤药物的药理作用 关键词关键词 信号转导 抗肿瘤药物 蛋白激酶 NF B Ras 蛋白 II Abstract Abnormal cell signal transduction system is closely related to tumorigenesis Aiming at abnormal genes or proteins in signal transduction pathways to design drugs to curb excessive proliferation of cell or increase apoptosis become the research emphasis of the development of antitumor agents The research has made some significant results Due to conventional cytotoxic drugs at the same time of killing tumor cells also inhibiting the growth of other normally healthy cells such as epithelial cells and reproductive cells etc proliferation Therefore the research hotspot of the antitumor agents in recent years adjusts to tumor cell signal trans duction pathways that inhibits the growth or promotes apoptosis Understanding the abnormal signaling pathways of cancer cells and the status of the corresponding drug development can help people discover new antitumor agents This paper summarizes influence of the current deep research of several relatively abnormal cell signal transduction system on tumorigenesis and introduces their mechanism and the pharmacological effects of corresponding antitumor agents Key words signal transduction antitumor agents protein kinase NF B Ras protein III 目录目录 摘要摘要 I ABSTRACT II 第第 1 章章 引言引言 1 第第 2 章章 生长因子受体与蛋白激酶生长因子受体与蛋白激酶 2 2 1 酪氨酸蛋白激酶 2 2 2 酪氨酸蛋白激酶抑制剂 2 第第 3 章章 IKK NF B 信号转导通路信号转导通路 4 3 1 NF B 的激活 4 3 2 NF B 抑制剂 4 第第 4 章章 RAS 信号转导通路信号转导通路 5 4 1 RAS基因家族及其相关酶系在细胞生长中的活动 5 4 2 RAS法尼酰基转移酶抑制剂 6 第第 5 章章 总结总结 7 参考文献参考文献 8 1 第第 1 章章 引言引言 癌症严重威胁着人类的生命健康 人们至今仍未全面了解癌症的致病机制 近年的研究表明 细胞信号转导与肿瘤的发生 发展和转移密切相关 传统的 化学治疗药物通过非特异性的阻断细胞分裂而引起细胞死亡 在杀死肿瘤细胞 的同时也破坏了人体的正常细胞 虽然这些药物的抗肿瘤作用较强 但由于缺 乏选择性 其毒副作用也较大 而靶向于肿瘤细胞特性通路的抗肿瘤药物可减 少对正常细胞的毒性 随着生命科学的发展 有关肿瘤发生的生物学机制逐渐 被人们认识 促分裂原活化蛋白激酶 MAPK 系统 I B kinase NF B IKK NF B 通路 TGF 信号系统等多个信号转导途径形成了一个精密调控肿瘤细胞生 长 分化 迁移和凋亡的复杂网络 针对肿瘤信号转导通路中关键分子研发的 靶向药物的成功应用 把肿瘤的靶向治疗推进到一个崭新的阶段 2 第第 2 章章 生长因子受体与蛋白激酶生长因子受体与蛋白激酶 细胞应答胞外因子刺激首先是通过该因子结合到细胞表面受体 触发细胞 内一系列生化级联反应 从而调节靶蛋白的功能和表达 在这一连续的多步途 径中 蛋白磷酸化是一种主要方式 蛋白激酶是一种能够将 ATP 的磷酸基团转 移到蛋白上的酶 组成了癌基因产物的很大一部分 在信号转导的几个不同水 平上发挥作用 1 2 1 酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶 通过对蛋白激酶 生长因子受体和癌基因进行序列比较 确定相对保守的 酪氨酸激酶催化功能域 根据这段序列 人们发现许多癌基因含有酪氨酸激酶 域 正常的生长因子受体酪氨酸激酶只有当与相应的生长因子结合 形成生长 因子受体的二聚体 并互相磷酸化对方后 才有活性 而很多癌基因同源产物 因配基结合区的缺失或其他突变 而具有组成型激酶活性 不再受生长因子的 调控 劳氏肉瘤病毒 Rous sarcoma virus RSV 的 src 癌基因编码一个 60 103 的蛋白 是发现的可磷酸化酪氨酸残基的第一种蛋白激酶 细胞内 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 而没有活性 特定的磷酸酯酶能催化该酪氨酸脱磷酸化 从而激活 Src RSV 的 src 基因编码 的蛋白丢失了第 527 位酪氨酸在内的 C 端 18 个氨基酸 因此具有组成型活性 图 2 1 细胞 Src 蛋白和病毒 Src 蛋白的结构比较 2 2 酪氨酸蛋白激酶抑制剂酪氨酸蛋白激酶抑制剂 目前已上市或临床研究的酪氨酸激酶抑制剂的结构较多 大多数都同时含 有苯环和含氮杂环 这类药物可大致分为喹唑啉类 喹啉类 吲哚类 吲唑类 氨基嘧啶类 哒嗪类及芳基脲类 2 甲磺酸伊马替尼 imatinib mesylate 14 80 是由瑞士诺华公司研发的 2 苯 氨基嘧啶类的 Bcr Abl 酪氨酸激酶抑制剂 于 2001 年首次在美国上市 该产品 通过竞争结合 ATP 位点 特异性阻止酪氨酸激酶受体自身磷酸化 影响细胞信 号转导 抑制细胞增殖 对白血病患者的疗效优于已有的化疗方法和骨髓移植 3 法 图 2 2 甲磺酸伊马替尼 imatinib mesylate 14 80 图 2 3 达沙替尼 dasatinib 14 81 图 2 4 尼罗替尼 nilotinib 14 82 研究已证实伊马替尼 也称 Gleevec 在治疗慢性粒细胞白血病 chronic myeloid leukemia CML 中有显著疗效 3 于 2001 年被批准用于 IFN 治疗失 败的 CML 患者 此外 伊马替尼还具有抗干细胞因子受体 c kit 和血小板源生 长因子 platelet derived growth factor PDGF 受体的酪氨酸激酶活性 4 但是 在治疗中发现 一些患者逐渐出现了对伊马替尼的耐药性 针对这种耐药性 近年来人们开发了第二代 Bcr Abl 酪氨酸激酶抑制剂 如达沙替尼 dasatinib 14 81 和尼罗替尼 nilotinib 14 82 在临床上可用于治疗伊马 替尼不能耐受的成人慢性髓细胞和费城染色体阳性的急性淋巴细胞白血病 4 第第 3 章章 IKK NF B 信号转导通路信号转导通路 基因结合核因子 nuclear factor gene binding NF B 是一类普遍存在 的转录因子 参与 150 余种基因的转录调控 可促进细胞的存活 分裂 黏附 侵袭和血管生成 3 1 NF B 的激活的激活 通常情况下 NF B 位于细胞质中 与 B 结合抑制蛋白 inhibitor binding I B 结合形成复合体 NF B 的异常激活常导致不依赖于有丝分裂的 细胞生长和异常的细胞存活 各种信号通过降解 I B 的方式来活化 NF B 活 化的 NF B 进入细胞核内与 DNA 结合 IkB 首先是在 IkB 激酶 I B kinase IKK 催化下使其的两个保守的丝氨酸残基磷酸化 IKK 是由一个调节 亚单位 IKK 也被称为 NEMO 和两个催化亚单位 IKK IKK 组成 接 着 IkB 在 SCF E3 泛素 蛋白酶体的催化作用下多泛素化而被蛋白酶降解 活化 的 NF B 转位到核内和与其相关的 DNA 基序结合以诱导靶基因的转录 NF B 可以诱导抗凋亡蛋白 FLIP Bcl xl XIAP 以及 Cox2 的表达 从而增强肿瘤 细胞存活和血管生成 3 2 NF B 抑制剂抑制剂 NF B 的过度激活可引起多种疾病的发生 因此 针对 NF B 激活的各个 环节 选择性地加以阻断 从而在病理状态下抑制 NF B 的活性成为治疗某些 疾病的新靶向 5 活性氧簇 reactive oxygen species ROS 被认为是一种细胞第二信使 参 与翻译后修饰 并可调节氧化敏感转录因子 NF B 而氧化剂可影响 NF B 通 路中多种激酶的活性 6 因此 使用抗氧化剂 N 乙酰半胱氨酸 N acetylcysteine NAC 维生素 E 衍生物 抗坏血酸 二甲基亚砜等来抑制 NF B 的产生或其生物学活性对限制炎症等疾病有益 目前研究较多的是吡咯烷二 硫代甲酸铵盐 Pyrrolidine dithiocarbamate PDTC PDTC 是一种抗氧化剂 可以在多种细胞中抑制 NF B 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 Jurkat E6 1 细胞中的 NF B 活化 7 抑 制结肠癌移植瘤小鼠中肿瘤细胞中 IL 6 的合成 8 抑制白血病细胞 HL 60 增殖 诱导细胞凋亡 9 图 3 1 吡咯烷二硫代甲酸铵盐 5 第第 4 章章 Ras 信号转导通路信号转导通路 一些细胞表面受体通过 G 蛋白与细胞内靶点偶联 一些 G 蛋白偶联受体也 可作为癌基因 因此 G 蛋白也具有潜在的致癌活性 引起多种人类癌症的重要 蛋白 Ras 便属于 G 蛋白家族的成员 基因转移实验从人癌细胞中鉴定出的 rasH rasK 和 rasN 是 ras 基因家族的三个成员 在许多不同类型的人类肿瘤中 都具有癌基因的活性 ras 癌基因编码的产物高特异性和亲和性地结合鸟嘌呤核苷酸 也具有内源 性 GTPase 活性 其功能活性和调节方式都与 G 蛋白 亚基类似 虽然它不与 亚基相互作用 通常一些点突变可以激活 ras 使之成为有活性的癌基因 鸟嘌呤核苷酸交换因子 GEF 刺激 GTP 与 GDP 交换而激活 Ras 许多 GEF 如 Crk Shc Nck 和 Grb2 是癌基因编码的 它们的激活突变造成 Ras 的激活 导致细胞的转化 研究表明 酪氨酸蛋白激酶如 Src 需要 Ras 才能诱导转化 暗示在信号途径中 Src 在 Ras 上游 说明癌基因可在信号转导的多个水平发挥 作用 图 4 1 Ras 蛋白与鸟嘌呤核苷酸的相互作用 ras 是人类癌基因最容易突变的基因之一 因此发展以 Ras 信号转导通路为 靶点的抗肿瘤抑制剂具有很好的药学前景 Ras 信号抑制剂已经证实在动物模 型中可以逆转 Ras 依赖的转化并导致肿瘤细胞的退化 最有希望的新型恶性肿 瘤抑制剂是法尼酰基转移酶抑制剂 这类化合物是在癌基因 ras 功能依赖于翻 译后修饰的机制研究的基础上发现的 与许多常规的化学治疗药物相比 法尼 酰基转移酶抑制剂具有更高的选择性 4 1 Ras 基因家族及其相关酶系在细胞生长中的活动基因家族及其相关酶系在细胞生长中的活动 Ras 蛋白作为细胞浆的前体蛋白 发挥全部的生物学活性需要进行翻译后 修饰 这些修饰包括异戊二烯化 蛋白水解 羧甲基化和棕榈化 10 蛋白的异 戊二烯化是通过类异戊二烯为中间体的生物合成途径 这个过程被 3 种酶催化 法尼酰基转移酶 FTase 二牛龙牛儿基转移酶 GGTase 二牛龙牛儿基转 移酶 GGTase 异戊二烯化后的蛋白具有相同的羧基端序列 该序列可以 6 分为 CAAX CC CXC 的序列特征 法尼基化是 Ras 翻译后修饰的第一步 这 个修饰通过以硫醚键将法尼基残基连接到包含有 CAAX 序列的半胱氨酸蛋白的 羧基端 经研究发现有许多肿瘤的癌基因和抑癌基因产物定位在 Ras MAPK 丝裂 原活化蛋白激酶 mitogen activated protein kinase 通路上 这使 Ras 和 Ras MAPK 通路成为很好的抗癌药物制剂靶点 11 通过抑制 Ras 的翻译后修饰最终 在体内阻碍 ras 癌基因的功能 在 Ras 翻译后修饰的步骤中 只有法尼基化是 Ras 定位于细胞膜和细胞转化活性必须的 因此通过抑制法尼酰基转移酶可以 抑制 Ras 突变 4 2 Ras 法尼酰基转移酶抑制剂法尼酰基转移酶抑制剂 法尼酰基转移酶 FTase 是抗癌治疗剂中非常有潜力的靶点 控制 Ras 的法 尼基化能够控制 ras 癌基因的功能 大量的法尼酰基转移酶抑制剂 farnesyl transferase inhibitor FTI 被合成并通过活性测试 大致分为 3 类 法尼基焦 磷酸 FPP 类似物 羟基法尼基磷酸 氧代磷酸 羟基磷酸类似物 J 104871 12 CAAX 肽链类似物 BZA 5B L 739 Cys 4 ABA Met FTI 276 B956 B1096 13 非肽类三轮列 FTI SCH44342 SCH54429 SCH663366 洛那法尼 lonafarnib 研究表明 联合使用洛那法尼和紫杉醇将提高对卵巢癌的抑制效应 双底物抑制剂如膦 酸类似物 磷化氢抑制剂 BMS 185828 BMS 186511 14 图 4 2 洛那法尼 lonafarnib 7 第第 5 章章 总结总结 随着对肿瘤细胞信号转导通路研究的深入 人们对肿瘤细胞内部复杂的信 号转导机制及它们对肿瘤生长 凋亡 转移等的影响越来越了解 寻找能对肿 瘤细胞信号转导进行调控的化合物从而达到抗肿瘤目的 已经成为全球生物医 药领域研究的热点之一 15 信号转导网络调控相关靶向药物的成功开发为人类防治肿瘤的研究展现了 美好前景 同时也显示出靶点选择的重要性 与细胞增殖有关的分子靶标 如 影响细胞周期 凋亡或血管生成的因子在癌细胞中普遍存在 而特异性靶标则 是某些肿瘤所特有的 16 由于很多肿瘤都是积累了大量遗传变异后才发病的 联合应用新型靶向药 物与有价值的普通化疗药可显著增强疗效 17 未来的肿瘤靶向治疗将强调靶标 的综合性 同时针对多个靶向治疗的抗肿瘤药物有望取得良好疗效 8 参考文献参考文献 1 陈启明 耿运琪 分子生物学 M 北京 高等教育出版社 2010 2 徐文芳 药物化学 M 北京 高等教育出版社 2012 3 Druker B J Sawyers C L Kantarjian H et al Activity of a specific inhibitor of the BCR ABL tyrosine kinase in the blast crisis of chronic myeloid leukemia and acute lymphoblastic leukemia with the Philadelphia chromosome J New England Journal of 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