抗癌药物发展策略2007_10_29.ppt

1、抗癌药物发展策略,付剑江 药学院 药理学科组 J,抗癌药物发展策略,认识肿瘤 1、一般性认识 2、发病机制 3、癌基因与抑癌基因 4、信号转导与肿瘤 抗癌药物研究的发展与发展策略 1、肿瘤化学预防药物的研究 2、肿瘤分化诱导剂的研究（细胞分化与肿瘤） 3、肿瘤侵袭及转移药物的研究（肿瘤转移） 4、克服肿瘤耐药的药物研究（耐药机制） 分子靶向药物的发展策略,Cancer is a disease characterized by a population of cells that grow and divide without respect to normal limits, invade

2、and destroy adjacent tissues, and may spread to distant anatomic sites through a process called metastasis.,Copyright 2006 American Cancer Society,From Jemal, A. et al. CA Cancer J Clin 2006;56:106-130.,FIGURE 1 Ten Leading Cancer Types for the Estimated New Cancer Cases and Deaths, by Sex, US, 2006

3、.,认识肿瘤几个一般性概念,肿瘤：良性肿瘤与恶性肿瘤 癌症：恶性肿瘤（广义） 恶性肿瘤：癌与肉瘤 癌：来源于上皮组织，易经淋巴道转移 肉瘤：来源于间叶组织，易经血液播散，如纤维肉瘤； 白血病：血液系统的肿瘤，多起源于白细胞的恶性生长,认识肿瘤肿瘤表现,、细胞失去控制的异常生长； 、对邻近正常组织及身体的远处其他部位的侵犯（转移，metastasis） 3、与其来源组织细胞有相似的形态和功能， 相似性：肿瘤的分化程度 差异：分泌功能、表达癌胚抗原等,认识肿瘤肿瘤认识的发展,中医对肿瘤的认识 西医对肿瘤的认识 化学、物理因素致癌 分子肿瘤学的发展、建立（多基因、多步骤的疾病）,癌基因与原癌基因：1

4、969年发现第一个癌基因Src，到目前为止已 发现100多个癌基因。,抑癌基因与两次打击学说（double-hit）：Rb基因、P53基因；等位基因； 因；到目前为止已鉴定了20多种抑癌基因,认识肿瘤肿瘤多因素多步骤发病机理,化学致癌 物理致癌 致瘤病毒 遗传因素 肿瘤发病的多阶段,1、化学致癌（carcinogen）,化学致癌物的分类： 直接致癌物 间接致癌物 促癌物,直接致癌物,与人体细胞直接作用 不需代谢 致癌力强 作用快速,烷化剂：早期的抗肿瘤药物 亚硝酸胺类：亚硝胺等,间接致癌物与促癌物,间接致癌物须经微粒体酶活化，形成化学性质活泼的致癌物；如多环芳烃、芳香胺、黄曲霉素,活化酶：混合

5、功能氧化酶系统，包括细胞色素P450和P448； 细胞色素P450基因多态性是肿瘤遗传易感性的重要方面 与遗传易感性相关的其他酶：芳香烃羟化酶等,促癌物单独作用于机体物致癌作用，但能促进其他致癌物诱发肿瘤，如巴豆油（佛波酯），糖精，苯巴比妥等,DNA加和物的形成,致癌物或活化致癌物形成亲电基团，攻击基因组DNA，导致DNA的化学修饰，形成致癌物-DNA加和物； 共价形式与非共价形式； DNA损伤：碱基的替换、缺失、插入、颠换、烷化（甲基硝基亚硝胍，MNNG）；DNA交联、断裂； 突变：移码突变、点突变从而影响DNA的复制与转录，促使细胞发生恶变,2、物理致癌,电离辐射：主要包括以短波和高频为特

6、征的电磁波的辐射以及电子、质子、中子、粒子等的辐射。 同位素的辐射；紫外线的照射等 机理：产生电离，形成自由基，破坏正常分子结构而使生物靶受伤。,3、致瘤病毒,致瘤病毒的概念及主要特征 与人类肿瘤相关的致瘤病毒 致瘤病毒致瘤的分子机制,致瘤病毒的概念及主要特征,与肿瘤相关的病毒 病毒的分类 DNA肿瘤病毒 RNA肿瘤病毒,DNA肿瘤病毒,分类： 乳-多-空病毒：SV40 腺病毒： 疱疹病毒 乙型肝炎病毒 痘病毒,基本特征： 1、其致癌作用发生在病毒进入细胞后复制的早期阶段，相关的癌基因多整合到宿主细胞DNA上； 2、在染色体上的定位具有倾向性，往往涉及到染色体上的脆弱部位或原癌基因的位点上。

7、3、DNA病毒在细胞内一般没有同源物，其编码的蛋白主要是核蛋白，直接调控细胞周期,DNA肿瘤病毒,人乳头状瘤病毒HPV与宫颈癌 HPV：80多个亚型，大部分亚型与人类异常疣、尖锐湿疣、传染性软疣相关 HPV16、HPV18：宫颈癌关系密切，E6、E7（HPV的癌基因）与P53、Rb基因（抑癌基因）,乙型肝炎病毒（HBV）与肝癌 HBx被认为是HBV的癌基因，其致癌性可能与P53突变有关,RNA肿瘤病毒,与禽类、哺乳动物和人类肿瘤相关的致癌性RNA病毒主要是逆转录病毒，与癌基因关系密切 HTLV与ATLV： HTLV：人T细胞白血病病毒 ATLV：成人T细胞白血病病毒 编码两个反式作用蛋白Tax

8、与Rex，可诱发多发性间质瘤。,致瘤病毒作用的分子机制,（1）、病毒编码产物模拟细胞内的分子信号,LMP1是一种由EBV编码的潜伏膜蛋白,致瘤病毒作用的分子机制,LMP1是一种CD40的组成性激活形式的类似物， 在功能上与CD40极其相似,致瘤病毒作用的分子机制,（2）、病毒编码产物激活细胞信号转导途径 EBV还可表达另一种基因BZLF1（BamH1 Z leftward reading frame）基因，其编码产物为一种反式激活蛋白Z蛋白，该蛋白可以激活MAPK、P38及JNK通路,致瘤病毒作用的分子机制,（3）、病毒编码产物干预和调控细胞周期 -影响P53活性,许多病毒编码的产物均可使P5

9、3失活，SV40T抗原、 腺病毒E1B、HPVE6、E7、HBVX等,4、遗传因素,两次突变学说（two-hit hypothesis）,Fox Chase Cancer Center的Alfred Knudson提出， 其基本观点： 1、遗传性的肿瘤病例，在出生时就从双亲那里获得一个变异的致病基因，另一个等位基因在后天的成长过程中再发生变异，即经历两次打击。 2、非遗传性肿瘤两次突变都在后天逐渐形成，发病较慢。 抑癌基因的概念,基因的多态性与肿瘤的遗传易感性,5、肿瘤发病的多阶段Colorectal cancer (CRC),5、肿瘤发病的多阶段,癌基因与抑癌基因,癌基因（oncogene）

10、就是存在于人或其他动物基因组中，与细胞生长发育调控有关的一组结构基因，具有增加癌源性或转化潜能，一旦活化就能导致正常细胞癌变。 癌基因可分为两大类：一类是致瘤病毒中能在体内诱发肿瘤并在体外引起细胞转化的基因，即病毒癌基因（viral oncogene, v-onc）；另一类是存在于细胞基因组中、正常情况下处于静止或低水平（限制性）表达状态，对维持细胞正常功能具有重要作用，当受到致癌因素作用被活化而导致细胞恶变的基因，即原癌基因（protooncogene，pro-onc）或称细胞癌基因（cellular oncogene，c-onc）。,癌基因的发现,1911年， Reyton Rous 报道

11、将鸡肉瘤的无细胞滤液注射给健康鸡后，可诱导发生肉瘤，表明无细胞滤液含致病原，可传播肿瘤。 Rous提出病毒致癌理论：即传播肿瘤的无细胞滤液中含的是病毒。 这种感染性颗粒后来被证实是逆转录病毒(RNA病毒)。Rous因此获得1966年诺贝尔生理和医学奖。,Reyton Rous,追踪研究逆转录病毒致癌的线索，Bishop等人于1980年提出了癌基因假说。 根据这一假说，引起Rous鸡肉瘤等的逆转录病毒的基因组中存在有致癌基因，即病毒癌基因，v-onc。 Bishop等用分子杂交的方法发现人和动物基因组中也有与该v-onc相同序列的基因,鸡Rous肉瘤病毒基因组,病毒癌基因与正常细胞中的原癌基因同

12、源,原癌基因的分类,1、蛋白激酶类： （1）跨膜生长因子受体 包括erbB、fms、kit、neu（erb-2、HER-2）、ret、sea等基因。 （2）膜结合的酪氨酸蛋白激酶 包括src、abl、fes、fgr、fps、fym、kck、lck、lyn、ros、tkl和yes 等基因。 （3）可溶性酪氨酸蛋白激酶。包括met、trk等基因 （4）胞浆丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，包括raf（mil、mht）mos、cot、pl-1等基因。 （5）非蛋白激酶受体，包括mas、erb等基因,根据表达产物的功能和定位可将原癌基因分为以下几类：,原癌基因的分类,2、信息传递蛋白类： （1）与膜结合的GTP

13、结合蛋白。包括H-ras、K-ras、N-ras等基因。 （2）生长因子类，包括sis、int-2等基因。 （3）核内转录因子，包括c-myc、N-myc、L-myc、fos、jun等基因。,EGFR is a oncogene,癌基因的激活机制,点突变与癌基因,常见的为ras原癌基因的点突变。 ras原癌基因点突变后导致其GTPase活性下降，不能将其结合的GTP迅速水解，从而使其持续保持激活状态。,癌基因的激活机制,基因扩增与癌基因,即基因数量或拷贝数目明显增加。 常见的为myc原癌基因，由于其基因数目的增多而使其表达的蛋白产物增多。,癌基因的激活机制,染色体重排与癌基因,由于染色体重排而

14、导致细胞癌基因从正常位置转移到另一位置，常常是插入一启动子后而使其转录活性增加。 如c-abl原癌基因，经重排后插入到另一称为bcr基因的启动子之后，而使其转录活性增加，从而引起慢性粒细胞性白血病的发生。,慢性淋巴细胞白血病与费城染色体,癌基因的激活机制,基因甲基化与癌基因 基因甲基化状态的改变可以导致基因结构和功能的异常表观遗传学 CpG岛（CpG island）极易被甲基化,DNA甲基化与肿瘤,CpG dinucleotides are often methylated by DNA METs. MBPs and PcG proteins can bind to regions of DN

15、A methylation to facilitate gene silencing.,癌基因的激活机制-原癌基因的插入激活,long terminal repeated sequence, LTR,抑癌基因,抑癌基因（tumor suppressor）又称为抗癌基因（anti-oncogene）或肿瘤抑制基因，是指存在于正常细胞中，其编码产物能抑制细胞生长、增殖的一组结构基因。 当抑癌基因发生缺失或突变时，细胞不能表达或表达无活性的肿瘤抑制蛋白，细胞增殖失控而导致肿瘤的发生。与癌基因相比，它们的数量有限，说明比多样化的癌基因具有更普遍的作用，在人类癌症发生过程中具有至关重要的作用。,Rb基因

16、的作用机制,Rb基因的作用机制,p53基因的作用机制,P53蛋白的功能： p53蛋白是一种DNA结合蛋白，可以识别两侧对称的10bp长的模体（motif），它可以结合双链DNA也可结合单链DNA。它的两个主要功能为： p53蛋白是一种细胞周期“关卡点check point”控制蛋白； p53也是一种转录因子，可以调控基因的转录，控制基因表达，调控细胞生长及细胞周期调控；,P53蛋白的复杂功能,M,G1,G0,S,G2,DNA Damage,p53,p21,CDK4,pRB,E2F,Cell Cycle Control,Proapoptotic proteins,Anti-apoptotic p

17、roteins,Apoptosis,p53基因的作用机制,P53基因曾经被误认为癌基因 p53的突变体，约有一半左右的人肿瘤均存在p53的突变，其突变的主要形式是点突变和等位基因的缺失，,P53蛋白可分为三个结构域： N端的酸性区、中段疏水核心区与C端的碱性区， P53蛋白可与特异的DNA片段结合， 其酸性区域具有许多转录因子的共同特征，并与寡聚体的形成有关。,P53的结构域,小结,癌基因，原癌基因，细胞癌基因，病毒癌基因 抑癌基因 癌基因与抑癌基因的关系：“油门”与“刹车”的关系,信号转导与肿瘤,信号转导（signal transduction）:细胞外因子通过与受体（膜受体或核受体）结合，

18、引发细胞内的一系列生物化学反应，直至细胞省里反应所需基因的转录表达开始的过程。 信号转导的基本组成：细胞外因子（生长因子、细胞因子及激素、递质）；受体（膜受体、核受体）；第二信使；胞内的连接蛋白；胞内激酶； 磷酸化的概念；激酶（kinase）；磷酸酶 信号转导与癌症,受体-膜受体和核受体,离子通道型受体及其信号转导 ；乙酰胆碱受体；有五个亚基组成；每个亚基均有四次跨膜结构。,离子通道型受体可以是阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体， 也可以是阴离子通道，如甘氨酸和氨基丁酸的受体,受体-膜受体和核受体,G蛋白偶联型受体,受体-膜受体和核受体,单次跨膜受体，只有一次跨膜结构，多种生长因子

19、和细胞因子的受体，其中最重要的是受体酪氨酸激酶（Protein Tyrosine Kinase, PTK）,受体-膜受体和核受体,脂溶性化学信号(如类固醇激素、甲状腺素、前列腺素、维生素A及其衍生物和维生素D及其衍生物等)的受体位于细胞浆或细胞核内。激素进入细胞后，有些可与其胞核内的受体相结合形成激素-受体复合物,有些则先与其在胞浆内的受体结合,然后以激素-受体复合物的形式进入核内。 这些受体均属于转录因子，并具有锌指结构作为其DNA结合区,主要的信号转导通路,离子通道型受体及其信号转导,主要的信号转导通路,G蛋白偶联型受体及其信号转导,小分子量G蛋白Ras蛋白,Ras也是一种GTPase,小

20、结,抗癌药物发展策略,付剑江 药学院 药理学科组 J,一、抗癌药物研究的发展,抗肿瘤药物的现状 传统的细胞毒药物为主，主要是针对DNA合成、转录、翻译以及蛋白质合成等生物过程中的关键酶来设计药物。如5-FU、MTX、CTX、ADR等等,20世纪 抗肿瘤药物的三大发现 紫杉醇类: 微管；多烯紫杉醇(Docetaxel)、紫杉醇（taxol） 喜树碱类：Topo I; 拓扑替康（topotecan）、依利替康(irinotecan） 维甲类化合物：维甲酸、LGD1069,分子靶向药物 格列卫（gleevec）;易瑞沙（Iressa）;特罗凯(Tarceva) ; Avastin,Copyright

21、 2006 American Cancer Society,From Jemal, A. et al. CA Cancer J Clin 2006;56:106-130.,FIGURE 2 Annual Age-adjusted Cancer Incidence and Death Rates* for All Sites, by Sex, US, 1975 to 2002.,抗癌药物发展策略,一、抗癌药物研究的发展 1、肿瘤化学预防药物的研究 2、肿瘤分化诱导剂的研究 3、肿瘤侵袭及转移药物的研究 4、克服肿瘤耐药的药物研究 二、抗癌药物发展的策略与方向 1、抗癌药物发展策略 2、抗癌药物发

22、展的新方向,1、肿瘤化学预防药物的研究,肿瘤化学预防：用化学药物预防肿瘤的发生，或使癌分化逆转，从而达到预防恶性肿瘤的目的。 研究方法及策略 NCI的筛选方法： 始发阶段 促发阶段 演进阶段,肿瘤化学预防药物,植物药及衍生物 维生素A类 维生素E类 钙 硒 NSAIDs（celecoxib,预防家族性结肠癌的发生） 他莫昔芬（tamoxifen, 预防乳腺癌的复发）,非甾体抗炎药（NSAIDs）,非甾体抗炎药 生物学及生化基础,非甾体抗炎药（NSAIDs）,生物学及生化基础 流行病学调查,非甾体抗炎药（NSAIDs）,COX-2的过度表达与结肠直肠癌,Celecoxib,预防肿瘤的分子机制：

23、1、抑制PGs的分泌； 2、抑制COX-2的表达并降低其活性； 3、COXs非依赖的途径，PPAR与NF-B,雌激素受体与乳腺癌,内分泌治疗已经成为乳腺癌治疗中的重要手段,他莫昔芬的作用机制,2、肿瘤分化诱导剂的研究,分化诱导（cell differentiation）是指由同源细胞逐渐发育成具备稳定、生理功能和生化特征的另一类型细胞的过程。 细胞分化的特点：分化状态稳定，已分化细胞不能逆转到未分化状态，例如血细胞的分化。 癌细胞：去分化细胞，失去了原有的结构和特点，可以重新分化；这种细胞分化异常也是癌细胞的一个重要特征。 全反式维甲酸（all-trans retinoid acid, ATR

24、A）治疗急性早幼粒细胞白血病（acute promyelocytic leukemia, APL）,Acute Promyelocytic Leukemia, APL,APL是急性髓性白血病（AML）的一种； 它有两大特点：特异的细胞遗传学改变 对维甲酸的反应性。,Acute Promyelocytic Leukemia, APL,PML-RAR-alpha gene involvement. This schematic presentation of the translocation (15;17)(q22;q12), characteristic of APL (M3), involv

25、es the genes PML-RAR-alpha,Acute Promyelocytic Leukemia, APL,The breakpoints on this partial karyotype are indicated by arrows,Acute Promyelocytic Leukemia, APL,RAR：retinoid acid receptor, 、三种亚型 RXR：retinoid X receptor， 、三种亚型,RA 诱导分化的作用机理,RA 诱导分化的作用机理,肿瘤分化诱导剂,维甲酸类化合物，ATRA，9-cis RA，LGD1069 细胞因子， G-CS

26、F，GM-CSF，INF-，TNF，TGF-； 抗肿瘤药物，阿糖胞苷，抗肿瘤抗生素； 其他，砒霜（As2O3）,可能和cAMP的显著增加有关,3、肿瘤侵袭及转移药物的研究,肿瘤转移(metastasis) 是指恶性肿瘤通过各种方式，到达继发组织或器官得以继续增殖生长，形成与原发肿瘤相同性质的继发肿瘤的过程。 种子-土壤学说,肿瘤转移的多步骤机制,早期的肿瘤生长 肿瘤血管形成 肿瘤细胞脱落并侵入基质 进入脉管系统 癌栓形成 继发组织器官的定位生长,抗转移药物的作用靶点,细胞外基质与蛋白水解酶 细胞外基质膜是机体组织的屏障，是肿瘤细胞侵袭转移的第一道关卡。 基质蛋白酶：肝素酶，组织蛋白酶，纤溶蛋白

27、酶，金属蛋白酶（基质金属蛋白酶，MMP）。 细胞表面性质和粘附 细胞与基质的粘附；细胞与细胞的粘附 细胞运动与信号转导 肿瘤的血行扩散与免疫监控 血液粘稠度,抗转移药物的作用靶点,肿瘤血管生成(angiogenesis),Judah Folkman, M.D. is the founder of the field of angiogenesis research.,肿瘤血管生成是指血管内皮细胞在宿主原有组织的血管结构基础上形成的新血管结构.,Somatic mutation,Smallavascular tumor,Tumor secretion of angiogenic factors

28、stimulates angiogenesis,Rapid tumor growth, invasion and metastasis,Angiogenic inhibitors may reverse this vascularization,The Angiogenic Switch and Antiangiogenic Therapy,肿瘤血管生成抑制剂研究热潮难挡,Avastin； SU5416； PTK787/ZK222584 SU6668； ZD6474、,谢谢！,抗癌药物发展策略,付剑江 药学院 药理学科组 J,4、克服肿瘤耐药的药物研究,多药耐药（Multi-drug resistance,MDR）是指肿瘤细胞对一种抗肿瘤药物产生抗药性的同时，对结构和作用机制不同的抗肿瘤药物产生交叉耐药性。MDR是肿瘤化疗失败的重要原因。 肿瘤细胞可以通过不同的机制产生MDR