当代抗肿瘤药物的发展战略

当代抗肿瘤药物的发展战略

近年来，肿瘤化疗取得了很大进展，肿瘤患者的生活时间显著延长，尤其是白花肿瘤和良性肿瘤的治疗。然而，它对人类生命和健康最严重的实体瘤的治疗没有取得令人满意的效果。占肿瘤瘤的90%以上。药学家和肿瘤学家越来越深刻地认识到:要提高肿瘤治疗的疗效,必须从肿瘤发生发展的机制着手,才能取得新的突破性进展。近年来,分子肿瘤学、分子药理学的发展使肿瘤本质正在逐步阐明;大规模快速筛选、组合化学、基因工程等先进技术的发明和应用加速了药物开发进程;抗肿瘤药物的研究与开发已进入一个崭新的时代。当今抗肿瘤药物的发展战略有以下几点:①以占恶性肿瘤90%以上的实体瘤为主攻对象;②从天然产物中寻找活性成分;③针对肿瘤发生发展的机制,寻找新的分子作用(酶、受体、基因)靶点;④大规模快速筛选(High-throughputscreening);⑤新技术的导入和应用:组合化学、结构生物学、计算机辅助设计、基因工程、DNA芯片、药物基因组学(功能基因组学与药理学结合)等。抗肿瘤药物正从传统的细胞毒性药物,向针对机制的多环节作用的新型抗肿瘤药物发展,目前国内外关注的抗肿瘤作用的新靶点和相应的新型抗肿瘤剂或手段有:①以细胞信号转导分子为靶点:包括蛋白酪氨酸激酶抑制剂、法尼基转移酶抑制剂、MAPK信号转导通路抑制剂、细胞周期调控剂;②以新生血管为靶点:新生血管生成抑制剂;③减少癌细胞脱落、粘附和基底膜降解:抗转移药;④以端粒酶为靶点:端粒酶抑制剂;⑤针对肿瘤细胞耐药性:耐药逆转剂;⑥促进恶性细胞向成熟分化:分化诱导剂;⑦特异性杀伤癌细胞:(抗体或毒素)导向治疗;⑧增强放疗和化疗的疗效:肿瘤治疗增敏剂;⑨提高或调节机体免疫功能:生物反应调节剂;⑩针对癌基因和抑癌基因:基因治疗——导入野生型抑癌基因、自杀基因、抗耐药基因及反义寡核苷酸、肿瘤基因工程瘤菌。本文将就其中一些热点领域及其最新进展作一简述。1新化合物的筛选和合成目前或在相当一段时期内,传统细胞毒性药物仍将是肿瘤药物治疗的主体。细胞毒性药物的主要缺陷是对实体瘤疗效差,不良反应大,易产生耐药性。因此,细胞毒性药物的发展战略是:①针对实体瘤,改进筛选方法,提高筛选效率;②重视从天然产物(植物、海洋生物等)中寻找新的化学结构;③针对关键靶点如拓扑异构酶(TOPO)、微管系统(microtubulesystem)、胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶(TS)、DNA聚合酶(DNApolymerase)、DNA引物酶(DNAprimase)等,提高选择性;④克服耐药性。近10年来,细胞毒性抗肿瘤药物的研究和开发有了显著的进展,美国国家癌症研究所(NCI)与制药公司和科研机构合作,现有一批前景良好的新化合物正在临床前和临床I期研究阶段,见表1。下面介绍一些已投入临床使用或临床II,III期试验取得较理想效果的抗肿瘤新药。1.1新的理论抑制剂真核细胞DNA的拓扑结构由两类关键酶TOPOⅠ和TOPOⅡ调节,这两类酶在DNA复制、转录、重组,以及在形成正确的染色体结构、染色体分离、浓缩中发挥重要作用。TOPOI抑制剂主要为喜树碱类化合物,近年发展了2个新的喜树碱类药物,即拓扑特肯(topotecan)和依莲洛特肯(irinotecan),临床上主要对卵巢癌、小细胞和非小细胞性肺癌、宫颈癌、结直肠癌、前列腺癌等疗效较好,其他TOPOI抑制剂还有9A-Camptothecin,Campotosar,DX-8951等。由于TOPOI与DNA片断的共价结合及非共价复合物的三维晶体结构已于最近阐明,新TOPOI抑制剂的寻找又成为热点,发展喜树碱类药物的口服制剂以提高治疗指数也显得越来越重要。TOPOⅡ抑制剂种类较多,近年来临床上疗效较好的有DNA嵌入型的阿霉素衍生物去甲柔红霉素(idarubicin)、吡喃阿霉素(pirarubicin)和非DNA嵌入型的鬼臼毒素类药物鬼臼噻吩甙(teniposid,VM-26)等。原有抑制剂的改造又发现了一批新的TOPOⅡ抑制剂,如蒽环类抗生素MX2,AD32,AD198,AD312,吡啶并咔唑衍生物S16020-2都进入了临床研究阶段。中国科学院上海药物研究所最近从药用植物红根草中提取到有效成分,经修饰后得到一个全新的抗肿瘤化合物沙尔威辛(salvicine),也是TOPOⅡ抑制剂,体内外实验显示其对肺癌、胃癌等疗效明显,现已完成临床前研究工作。1.2抑制微管解聚研究表明,有大量的天然和合成化合物能干扰微管蛋白的功能。它们主要是与微管作用,抑制微管聚合,使纺锤体无法形成,从而使细胞分裂停止在有丝分裂中期;或是促进微管聚合、抑制微管解聚而抑制细胞分裂。微管蛋白活性抑制剂是最有效的抗肿瘤药物之一。紫杉醇类药物是近年来发现的新作用机制的细胞毒类抗肿瘤药物,紫杉醇及其衍生物紫杉特尔(docetaxel)能促使微管蛋白迅速聚集成微管,并结合到微管上抑制微管的解聚,从而使细胞有丝分裂中止。临床上对卵巢癌、乳腺癌、非小细胞性肺癌、头颈部恶性肿瘤等有显著的疗效[13,14,15,16,17,18]。由于紫杉醇的溶解度很差,不良反应大和耐药性的产生,许多研究机构正在探寻新的紫杉醇衍生物,并开发缓释等紫杉醇新剂型。1.3rexed和奥沙利铂的联合应用胸腺嘧啶脱氧核苷酸合成酶(TS)把单磷酸脱氧尿嘧啶(dUMP)转换成单磷酸胸腺嘧啶(TMP),是DNA合成过程中的关键酶之一。近年来发展了一系列新的TS特异性抑制剂,其中最著名的是raltitrexed(Tomudex)。Raltitrexed是水溶性的TS特异性抑制剂,不影响RNA合成等其他细胞内生命活动,因而不良反应较小。临床试验中单药或与其他抗癌药(如5-FU,CPT-11,oxaliplatin)及放射线治疗联用,对头颈部恶性肿瘤、前列腺癌、肺癌、结直肠癌、胃癌、软组织肉瘤、白血病等有较理想的疗效。第三代铂类抗癌药物奥沙利铂(oxaliplatin)和萘达铂(nedaplatin)在临床试验中取得了良好的反响。一项国际多中心临床III期试验表明奥沙利铂与5-FU联合应用,对大肠癌的总缓解率超过50%。目前,奥沙利铂已被认为是治疗晚期大肠癌的一线药,与TOPOI和TS抑制剂的联合化疗试验正在美国、欧洲、中国等地进行中。萘达铂的肾脏毒性较小,临床II期试验表明其对肺癌、头颈部恶性肿瘤、睾丸和女性生殖系统肿瘤有明显的疗效。2细胞信号转导细胞的活性受外部信号控制,外部信号转导到细胞内部引起细胞内的一系列反应,这一过程称为信号转导。信号转导包括多种细胞内途径,最经典的为丝裂原活化的蛋白激酶(MAPK)信号转导通路,在肿瘤生长、转移过程中起重要作用的一些生长因子及其受体都是通过MAPK信号转导通路起作用的。细胞信号转导异常,导致恶性肿瘤快速增殖、无限生长。针对MAPK信号转导通路的各个环节研究MAPK通路特异性抑制剂,从理论上讲可以从根本上防治恶性肿瘤,现介绍2类研究最活跃、进展较快的细胞信号转导过程中关键酶的抑制剂。2.1其他新型ptk抑制剂PTK是一组酶系,能催化ATP上的磷酸基转移到许多重要的蛋白质的酪氨酸残基上,使其残基磷酸化,从而激活各种底物酶,通过一系列反应影响细胞的生长、增殖和分化。真核细胞的生长因子如EGF,PDGF,胰岛素的受体和许多癌基因的表达产物都具有PTK活性。多数肿瘤细胞PTK活性异常升高,因此PTK是一个非常重要和有价值的抗肿瘤靶点。目前PTK抑制剂主要有黄酮类、肉桂酰胺类、苯乙烯类、芪和苯胺类、二底物型抑制剂、吡哆嘧啶类、吡哆并喹唑啉和联硒双吲哚类等。来源于天然产物的有三羟异黄酮,erbstatin,lavendustinA,herbimycinA等;其中,erbstatin是PTK的双底物竞争性抑制剂,herbimycinA则是一种不可逆的共价抑制剂;这种奇特的作用方式将为发展新型PTK抑制剂提供思路。合成的PTK抑制剂有tyrphostin,它是基于erbstatin和酪氨酸的结构设计的,随后又发展了多种结构各异的抑制剂。迄今为止,已证明许多PTK抑制剂有抗癌活性,部分可诱导白血病细胞分化;PTK抑制剂与其他抗癌药物合用治疗癌症也取得了一些可喜的成果。小分子肽类受体酪氨酸激酶(RTK)抑制剂的研究已取得显著的进展,如具有RTK活性的表皮生长因子(EGF)受体小分子肽类抑制剂PD158780,PD169540,CL-387785,ZD1839,CP-358744,CGP59326,CGP59326-A等在体内外试验中显示出很强的抗肿瘤活性,已准备进入临床试验;具有RTK活性的血小板源性生长因子(PDGF)受体小分子肽类抑制剂PD-166285可明显延长荷瘤裸鼠的生存时间;SU-101已进入III期临床试验,且因其能增加细胞毒类抗肿瘤药物BCNU的作用,正在准备将两药合用进行II期临床试验。2.2ras抑制剂Ras癌变基因的表达产物Ras蛋白存在于多数肿瘤之中,Ras蛋白是一种三磷酸鸟苷(GTP)的结合蛋白,调控细胞的有丝分裂。Ras蛋白在细胞的增殖和恶性转化方面起重要作用,其最终须与胞浆膜结合才能发挥生物学效应,从胞浆到胞膜需要Ras蛋白的翻译后修饰,即从半胱氨酸残基法尼基化开始,法尼基化后,3个C末端的氨基酸残基被蛋白酶水解;法尼基基团的结合使分子容易插入到胞膜中,这是Ras成熟必须的第一步。FTase是近年来发现的与Ras蛋白异戊二烯化修饰密切相关的一种必需酶,抑制FTase活性,阻止Ras蛋白的法尼基化,可以有效地抑制肿瘤细胞的增殖。正在进行临床前和临床研究的FTase抑制剂(FTIs)可分为:①法尼基二磷酸(FPP)竞争性FTase抑制剂(FPP-competitiveFTIs):FPP是FTase作用底物之一,被FTase的α亚基所识别,法尼基转移到受体肽上需与Mg2+配位;这一机制为设计FTIs提供了思路。这类FTIs如ManumycinA,L-704272,BMS-186511,J-104871等正在进行临床前研究。②CAAX-competitiveFTIs:FTase催化的法尼基反应是在C端具有CAAX序(其中C为半胱氨酸,A常为脂肪类氨基酸,X常为甲硫氨酸、丝氨酸、丙氨酸或谷氨酸)的Ras蛋白,如K-RasB,K-RasA,N-Ras,H-Ras等。基于所需CAAX的结构特征与酶构象上的适应性,现已设计并合成了具有FTase识别与结合的Ras蛋白C端CAAX序四肽结构特征的肽模拟物,如L-739749,L-739550,L-744832,L-745631,FTI-276,FTI-277,Sch-44342,Sch-54329,Sch-66336,Sch-59228等,抑制有H-Ras,K-Ras和N-Ras突变的恶性肿瘤,其中Sch-66336已进入I期临床研究。3ta抑制剂的临床试验原发肿瘤的生长和转移是依赖于新生血管生成(angiogenesis)的。肿瘤既可通过肿瘤血管从宿主获取营养和氧气,又可通过肿瘤血管源源不断地向宿主输送转移细胞,并在机体的其他部位继续生长和诱导血管形成,导致肿瘤转移。肿瘤的血管系统已成为一个崭新的、有希望的抗肿瘤治疗靶点。人们正致力于开发和研究能破坏或抑制血管生成,有效地阻止肿瘤的生长和转移的药物,这类药物称为TA抑制剂,是当今新型抗肿瘤药物研究最活跃的领域之一。TA抑制剂治疗具有许多优势:①肿瘤发生时,血管形成已被启动,故具有良好的特异性;②血管内皮细胞暴露于血流中,药物能直接发挥作用,故剂量小、疗效高、不良反应小;③内皮细胞基因表达相对稳定,不易产生耐药性。目前已有20余种TA抑制剂分别进入I至III期临床试验,大致可分为5大类,见表2。近年来,我国的科研工作者也开始进行TA抑制剂的寻找和研究工作,取得了一些进展。如中国科学院上海药物研究所发现来源于植物的天然化合物PAA和PAB具有对抗血管形成作用,这些化合物具有较强的抗肿瘤活性。21世纪初,TA抑制剂将在临床上正式应用;我国也正在急起直追,争取具有自主知识产权的TA抑制剂早日进入开发阶段。4pamil的耐药机制临床化疗失败的重要原因是肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性,大多数肿瘤患者的死因与耐药直接或间接相关。因此,寻找耐药逆转剂是抗肿瘤药物研究的重要策略之一。肿瘤耐药多为多药耐药(MDR),也有单药耐药,产生的可能原因是药物代谢障碍、DNA修复机制障碍、DNA多聚酶活性改变等。另外,耐药是凋亡抑制的表现。一些与凋亡抑制相关的癌基因(如bcl-2,bcr/abl,NF-κB等)的表达产物可阻断或阻碍多种因素(如化疗药物、辐射、激素等)诱导的肿瘤细胞凋亡,产生耐药性。在多种MDR细胞系中bcl-2水平显著升高,是又一个佐证。多药耐药逆转战略为:以pgp及上述耐药相关蛋白为作用靶点,筛选、设计合成耐药相关蛋白逆转剂;寻找对耐药肿瘤有效的凋亡诱导剂。目前正在研究中的作用于pgp的逆转剂有:①钙拮抗剂,主要有verapamil及其衍生物等,在mdr1翻译水平抑制pgp合成及其活性,部分药物已在临床使用;②钙调蛋白拮抗剂,包括chlorpromazine等吩噻嗪类衍生物,已进入临床试验;③环孢菌素类,环孢菌素A及其结构类似剂PSC833,SDZ280-466等,阻断P-glycoprotein,能改变抗癌药物的药代动力学,已显示出良好的临床应用前景;④喹啉类,quinidine等已进入临床试验,疗效不理想;⑤抗雌激素类化合物,其中tamoxifen研究较深入,tamoxifen与verapamil合用疗效更好。以上药物大多不良反应较大,疗效报道不一。其他耐药逆转剂有:①反义核酸与核酶:针对mdr1的反义核酸或核酶,破坏肿瘤细胞pgpmRNA的表达;临床应用需要合适的转移载体;②细胞因子TNF-α;③GSH耗竭剂VitaminK3,BSO(丁硫氨酸亚砜胺);④蛋白药物交联剂等。理想的MDR逆转剂应具备以下条件:①安全,对正常组织毒性小;②在体内及肿瘤细胞能达到体外有效浓度;③本身具有一定的抗肿瘤活性;④稳定、体内半衰期较长;⑤其代谢物也有效。5as-ocd的临床应用反义寡核苷酸(AS-ODN)具有特异性抑制基因表达的能力。随着快速基因克隆、测序技术及快速自动DNA化学合成技术的出现,AS-ODN的研究已进入蓬勃发展时期。针对肿瘤的反义药物的研究较早,迄今为止已有十几种AS-ODN试用于临床。选择的反义靶点主要包括:①癌基因类:c-myc,c-myb,bcl-2,N-Ras,K-Ras,H-Ras,c-jun,c-fos,cdc-2和c-mos等;②宿主基因类:多药耐药基因、周期素(cyclin)、前胸腺素、T细胞受体、表皮生长因子受体、蛋白激酶C等;③细胞因子类:IL-2,IL-1α,IL-1β等;④病毒类:人T淋巴细胞病毒、Rous肉瘤病毒等;⑤抑癌基因类:p53等。AS-ODN作为一种治疗药物用于抗肿瘤治疗,是目前最有可能应用于临床的基因疗法,但尚有许多问题亟待解决并进行充分评价,如:①提高AS-ODN在体内和细胞内的稳定性;②增强AS-ODN导入靶细胞的能力和效率;③作为药物必须合成足够量,并要降低成本;④研究AS-ODN体内代谢专一性分布情况;⑤AS-ODN的专一性效能和非专一性作用的意义;⑥AS-ODN的作用机制;⑦AS-ODN及其代谢物的安全性、不良反应,尤其是长期毒性;⑧AS-ODN作为药物在管理中的特殊问题。6化疗后的化疗措施自本世纪90年代初开始,生物治疗已发展到基因治疗阶段。针对肿瘤进行基因治疗,为抗肿瘤治疗开辟了广阔的前景。主要方法包括:①细胞因子基因疗法:通过体外/体内法转导细胞因子基因,调节免疫反应;②药物敏感基因疗法:即自杀基因疗法;③多药耐药基因疗法:将多药耐药基因转到骨髓造血干细胞,结合大剂量化疗抗肿瘤;④基因置换或补充:置换突变的癌基因或补充缺失的抑癌基因;⑤反义核苷酸技术:用于抑制癌基因的表达;⑥肿瘤基因工程瘤苗:即利用基因重组技术,将目的基因导入受体细胞而制备的瘤苗;可用于肿瘤术后的转移、复发及术中无法清除的残留灶的治疗。目前研究得最深入最广泛的是P53基因治疗,一项I期临床试验表明局部注射携带P53基因的腺病毒,可导致一部分肺癌和头颈部肿瘤消退。这个试验结果令人鼓舞,但基因治疗仍须与传统的抗肿瘤药物一起应用,两者可能有协同作用。7高效低毒新型化疗药端粒酶(telomerease)是一种RNA依赖的DNA聚合酶,能以本身RNA为模板,在染色体末端合成六聚脱氧核苷酸TTAGGG的重复序列,以补偿细胞分裂时的染色体末端缩短,解决“末端复制问题”。端粒酶存在于绝大部分正常人体细胞,但在肿瘤细胞中广泛表达,提示它可能为恶性肿瘤细胞无限增殖所必需。抑制端粒酶的活力,将有可能阻止肿瘤细胞恶性增殖;因此,端粒酶抑制剂有望成为一种高效低毒的新型抗肿瘤药。端粒酶抑制剂研究策略:①针对端