Nature子刊：激酶抑制劑藥物的發(fā)展之路

       近日，Nature子刊《Nature Review Drug Discovery》刊登一篇有關(guān)激酶抑制劑的綜述，詳細(xì)介紹了激酶抑制劑發(fā)展至今的藥物靶點(diǎn)、生物機(jī)理和應(yīng)用的疾病領(lǐng)域、未來(lái)發(fā)展所要面對(duì)的挑戰(zhàn)，以及對(duì)激酶抑制劑的優(yōu)化新技術(shù)和策略。現(xiàn)筆者整理如下，以饗讀者，如有不足還請(qǐng)補(bǔ)充諒解。

       在過(guò)去的30年里，激酶抑制劑類(lèi)藥物得到長(zhǎng)足發(fā)展，迄今為止共有38個(gè)激酶抑制劑藥物獲批上市，這些藥物大多是受體酪氨酸激酶(RTK)抑制劑。RTK信號(hào)通路能夠調(diào)控抑制細(xì)胞增生和血管生成，已經(jīng)成功應(yīng)用于癌癥治療，如伊馬替尼(Imatinib)。在人類(lèi)的基因組中共有518個(gè)激酶編碼基因。這些激酶能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)組的三分之一進(jìn)行磷酸化作用，而這一作用中，每一個(gè)信號(hào)傳導(dǎo)的過(guò)程都要通過(guò)磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)完成。因此激酶失調(diào)已經(jīng)被證實(shí)參與眾多疾病進(jìn)程。近年來(lái)其應(yīng)用已從癌癥擴(kuò)大到其他疾病，包括免疫系統(tǒng)疾病、炎癥、退行性疾病、代謝心和血管疾病，還有感染等。

       在2013年，Cohen等發(fā)表的文章中列出了激酶抑制劑所面臨的挑戰(zhàn)：新靶點(diǎn)的驗(yàn)證；激酶抑制劑在非癌癥領(lǐng)域的應(yīng)用；如何克服耐藥性；靶點(diǎn)選擇性的提高；高效篩選技術(shù)的發(fā)展。在過(guò)去的幾年中，這些當(dāng)時(shí)所遇到的問(wèn)題有不少已經(jīng)解決或改善。當(dāng)下激酶抑制劑主要用于自身免疫、炎癥和退行性疾病的治療。

       激酶抑制劑在新的生物學(xué)過(guò)程和治療領(lǐng)域的應(yīng)用(圖片來(lái)自參考文章)

       癌癥治療及新的激酶靶點(diǎn)

       1.原癌基因激酶如BCR (breakpoint cluster region protein) -ABL (Abelson tyrosine kinase)，PIK3CA (phosphoinositide 3?kinasecatalytic subunit-α)和MAPK (mitogen-activated protein kinase)等能夠促進(jìn)異常增生，已批準(zhǔn)的藥物伊馬替尼就是靶向這一家族。

       2.受體酪氨酸激酶如表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(VEGFR)等，它們同樣能驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞增生和血管生成，已批準(zhǔn)的相關(guān)藥物如厄洛替尼(Erlotinib)。

       3.轉(zhuǎn)錄相關(guān)激酶，如CDK7 (cyclin-dependent kinase7)和CDK9，這類(lèi)激酶在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中至關(guān)重要，最近成為潛在的抗癌藥物新靶點(diǎn)，相關(guān)藥物正開(kāi)展臨床一期和二期研究。

       4.免疫系統(tǒng)相關(guān)激酶，如TAM激酶(TYRO3, AXL 和 MER)在免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，抑制這類(lèi)激酶能夠同時(shí)治療癌癥和緩解免疫抑制，可以用于治療晚期敗血性休克，或者作為**的輔藥。

       最近癌癥治療已經(jīng)從最初的RTK發(fā)展到其他新的激酶靶點(diǎn)，研究方向從直接抑制癌癥基因轉(zhuǎn)向?qū)?xì)胞進(jìn)程的抑制，這是因?yàn)槟[瘤較正常細(xì)胞更依賴相關(guān)過(guò)程來(lái)完成增殖。不再需要檢測(cè)基因是否過(guò)度表達(dá)或者有突變發(fā)生，只需要關(guān)注正常細(xì)胞變?yōu)槟[瘤的機(jī)理?，F(xiàn)在這方面兩大成功的研究方向，就是上面提到的轉(zhuǎn)錄相關(guān)激酶和免疫系統(tǒng)相關(guān)激酶，下面分別具體介紹。

       靶向轉(zhuǎn)錄相關(guān)激酶

       基因突變進(jìn)而影響轉(zhuǎn)錄過(guò)程，是惡性腫瘤發(fā)生的主要驅(qū)動(dòng)因素。不同轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮各自作用，如p53能夠抑制腫瘤，MYC癌蛋白是廣泛的轉(zhuǎn)錄激動(dòng)劑，二者都是癌癥中常見(jiàn)的調(diào)節(jié)異?；?。這些轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的高轉(zhuǎn)錄水平使得它們易于表達(dá)癌基因，因此很多癌癥表現(xiàn)出標(biāo)志性的“轉(zhuǎn)錄成癮(transcriptional addiction)”，以來(lái)高水平轉(zhuǎn)錄來(lái)維持其快速的增殖。

       SEs(Super-enhancers)是一個(gè)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的龐大因子簇，負(fù)責(zé)細(xì)胞確認(rèn)的相關(guān)基因表達(dá)。而腫瘤細(xì)胞的關(guān)鍵癌癥基因獲得SEs是癌癥成型的一個(gè)典型標(biāo)志，因此轉(zhuǎn)錄失控在癌癥中發(fā)揮重要作用。雖然SEs能夠提高基因表達(dá)，它們同樣在相應(yīng)的治療窗口內(nèi)受藥物調(diào)節(jié)。很多關(guān)鍵癌癥基因驅(qū)動(dòng)子如MYC，其蛋白和mRNA水平的半衰期都較短，相關(guān)激酶抑制劑對(duì)這些“壽命”較短家族的轉(zhuǎn)錄調(diào)控尤其有效。理解這些腫瘤細(xì)胞如何通過(guò)影響轉(zhuǎn)錄進(jìn)程來(lái)驅(qū)動(dòng)癌癥的機(jī)理，對(duì)相關(guān)激酶藥物研究很有幫助，這些相關(guān)靶點(diǎn)還不易受旁路效應(yīng)影響產(chǎn)生耐藥性。

       小分子藥物想要調(diào)控轉(zhuǎn)錄過(guò)程并不容易，因?yàn)檫@些轉(zhuǎn)錄相關(guān)功能多是通過(guò)蛋白-蛋白或蛋白-DNA相互作用達(dá)到的，靶向轉(zhuǎn)錄背后機(jī)理的相關(guān)激酶才是小分子的突破方向。最近，選擇性探針化合物已用于很多轉(zhuǎn)錄細(xì)胞周期素依賴性激酶(CDKs )抑制劑的研究，它能夠幫助研究這些CDKs在正常和腫瘤轉(zhuǎn)錄進(jìn)程中的功能，比如CDK7，同時(shí)在細(xì)胞周期和轉(zhuǎn)錄過(guò)程中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。其他有前景的轉(zhuǎn)錄相關(guān)激酶還有DYRK1A、CDK8、CDK9、CDK11、CDK12和CDK13等。

       靶向免疫調(diào)控相關(guān)的激酶

       癌癥的另一個(gè)重要特征是免疫系統(tǒng)功能的退化。腫瘤微環(huán)境中通?？梢园l(fā)現(xiàn)免疫作用被抑制的T細(xì)胞增加，導(dǎo)致腫瘤惡化的新陳代謝發(fā)生。近年來(lái)檢查點(diǎn)抑制劑發(fā)展迅速，這類(lèi)藥物能夠重新活化免疫系統(tǒng)幫助清除腫瘤細(xì)胞，F(xiàn)DA已批準(zhǔn)相關(guān)藥物用于非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)，頭頸鱗狀細(xì)胞癌(SCC)和膀胱癌的治療，還有治療一系列其他癌癥的臨床試驗(yàn)在進(jìn)行中。這些藥物的成功證明了免疫系統(tǒng)能夠被激活來(lái)重新識(shí)別腫瘤細(xì)胞，以此為基礎(chǔ)發(fā)展出了腫瘤免疫療法。

       相關(guān)領(lǐng)域的激酶研究也得到了廣泛開(kāi)展，特別是探究哪一條通路的相關(guān)激酶調(diào)控免疫系統(tǒng)。與免疫檢查點(diǎn)抑制劑不同的是，激酶靶點(diǎn)可以被小分子藥物抑制。而小分子藥物具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，包括口服給藥提高患者依從性、比生物藥降低醫(yī)療費(fèi)用等。此外，腫瘤相關(guān)的免疫細(xì)胞由于其基因穩(wěn)定，不易產(chǎn)生耐藥性突變，這點(diǎn)也比只針對(duì)腫瘤細(xì)胞的激酶藥物要好。

       目前研究的熱門(mén)激酶包括TAM，CDK8，CSF1R，PI3Kδ，PI3Kγ等。

       與免疫療法合用的激酶抑制劑

       檢查點(diǎn)抑制劑對(duì)部分患者有很好的藥效，但是受腫瘤細(xì)胞潛在的免疫抑制作用會(huì)重新產(chǎn)生耐藥性。對(duì)于激酶抑制劑如厄洛替尼，雖然能夠在大多數(shù)具有相關(guān)癌癥基因的患者中產(chǎn)生應(yīng)答，如產(chǎn)生EGFR突變的NSCLC患者。但是受激酶抑制劑對(duì)腫瘤抑制作用期較短，易復(fù)發(fā)的限制，如果能將二者組合使用能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。一方面，激酶抑制劑能夠快速抑制腫瘤細(xì)胞，并增強(qiáng)頑固腫瘤對(duì)免疫療法的敏感性；另一方面免疫檢查點(diǎn)抑制劑能夠幫助激酶抑制劑發(fā)揮持久的抗腫瘤作用。此外激酶抑制劑還能夠協(xié)助活化T細(xì)胞來(lái)清除腫瘤。新的研究結(jié)果證明很多激酶的癌癥基因在幫助腫瘤細(xì)胞逃避免疫系統(tǒng)和對(duì)檢查點(diǎn)抑制劑產(chǎn)生的耐藥性中發(fā)揮重要作用，相關(guān)組合療法的臨床前試驗(yàn)正在進(jìn)行中。

       激酶抑制劑治療其他疾病

       激酶抑制劑用于炎癥治療的研究已經(jīng)進(jìn)行很多年了，相關(guān)臨床研究中取得了積極成果。泛JAK抑制劑Tofacitinib已被FDA批準(zhǔn)用于類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)的治療，概念性驗(yàn)證結(jié)果也表明激酶抑制劑能夠安全有效的用于炎癥治療。Tofacitinib的批準(zhǔn)讓相關(guān)領(lǐng)域吸引了更多研究投入，就像當(dāng)年伊馬替尼被批準(zhǔn)用于癌癥治療讓抗腫瘤激酶抑制劑研究“風(fēng)靡一時(shí)”那樣。除了炎癥治療，目前激酶抑制劑應(yīng)用的疾病領(lǐng)域還包括自身免疫、退行性疾病、以及像瘧疾等傳染病。

       FDA批準(zhǔn)的用于治療癌癥和肺癌癥的激酶抑制劑 (圖片源自參考文章)

       1.自身免疫和炎癥治療

       目前研究的三個(gè)主要激酶信號(hào)通路分別是JAK-STAT，BTK-SYK (spleen tyrosine kinase)，MAPK (mitogen-activated protein kinase)-p38，它們都與骨髓樣分化分子88(MYD88)通路有關(guān)。從臨床效果來(lái)看，目前發(fā)展的是JAK抑制劑，其能夠下調(diào)細(xì)胞因子受體I型和II型的信號(hào)通路。泛JAK抑制劑如Tofacitinib已獲批治療RA，大約20個(gè)分別具有不同選擇性的JAK抑制劑正在進(jìn)行相關(guān)臨床試驗(yàn)，適應(yīng)癥研究包括銀屑癬、斑禿、強(qiáng)直性脊柱炎和狼瘡等。對(duì)JAK選擇性的進(jìn)一步優(yōu)化將有望發(fā)展出二代JAK抑制劑。

       靶向p38a-MAPK激酶的臨床研究收獲不大，要么因?yàn)槎靖弊饔茫淳褪俏茨苓_(dá)到臨床終點(diǎn)。研究表明這可能是由于該激酶的(基因)多效性(pleiotropiceffect)特點(diǎn)，在發(fā)揮藥效的同時(shí)還能抑制免疫系統(tǒng)，而在臨床前嚙齒類(lèi)動(dòng)物模型藥效研究中未能觀察到，這也說(shuō)明一個(gè)具有足夠預(yù)測(cè)能力的動(dòng)物模型有多重要。

       靶向BTK-SYK通路的激酶抑制劑研究前景還不明朗。SYK抑制劑Fostamatinib在嚙齒類(lèi)RA模型中表現(xiàn)出藥效，但在后續(xù)的三期臨床試驗(yàn)中不佳，以失敗告終。相關(guān)治療免疫球蛋白A腎病的二期臨床試驗(yàn)還在進(jìn)行中。一些BTK抑制劑已被證明對(duì)多發(fā)性骨髓瘤、淋巴瘤和B細(xì)胞白血病有效，將這些BTK藥物用于治療RA和系統(tǒng)性紅斑狼瘡在動(dòng)物模型中得到了積極的臨床前數(shù)據(jù)，臨床試驗(yàn)也在進(jìn)行中。其他炎癥在研通路還有IRAK-1,IRAK4和 MK2等。

       其他疾病領(lǐng)域選擇性激酶抑制劑的臨床研究(表格源自參考文章)

       特別值得一提的是，在自身免疫疾病和炎癥中，很多分子靶點(diǎn)及生物進(jìn)程都與癌癥相關(guān)，因此這些激酶抑制劑可以發(fā)揮多靶點(diǎn)的治療作用。如多靶點(diǎn)CSF1R抑制劑PLX3397，在臨床三期的適應(yīng)癥是色素沉著絨毛給藥性滑膜炎(PVNS)和腱鞘大細(xì)胞癌。總之，對(duì)新靶點(diǎn)的不斷探索和改變抗腫瘤激酶抑制劑的適應(yīng)癥，已經(jīng)在給炎癥領(lǐng)域的治療帶來(lái)豐碩成果。

       2. 退行性疾病

       很多尚無(wú)很好藥物治療的疾病和罕見(jiàn)病都屬于退行性疾病范疇，一方面這是由于目前對(duì)大多數(shù)退行性疾病機(jī)理尚不確定，臨床前藥效研究模型也主要基于假說(shuō)建立；另一方面，退行性疾病多發(fā)作在腦和眼部，化合物必須能夠恰當(dāng)?shù)耐高^(guò)血腦屏障或血眼屏障，即要在該部位達(dá)到起效濃度，又不能濃度太高產(chǎn)生副作用。基于以上等原因，退行性疾病相關(guān)療法的開(kāi)發(fā)充滿挑戰(zhàn)。盡管如此，在退行性疾病治療的臨床前研究中，激酶抑制劑還是取得了一定成果。抑制未折疊蛋白應(yīng)激通路(UPR)的激酶，如IRE1α，能夠有效緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過(guò)度應(yīng)激導(dǎo)致的色素性視網(wǎng)膜炎或糖尿病脊髓炎。而參與血管生成的激酶靶點(diǎn)大多與視覺(jué)退行性疾病高度相關(guān)，這些激酶的抑制劑可以用于治療濕性年齡相關(guān)黃斑變性(AMD)等眼科疾病。其它在藥物開(kāi)發(fā)中的激酶靶點(diǎn)包括LRRK2、CDK5、BTK、CSF1R、PERK，PI3Kδ和SRPK1等。

       激酶抑制劑發(fā)展挑戰(zhàn)與機(jī)會(huì)并存

       雖然激酶抑制劑已經(jīng)在癌癥和其他疾病中得到了廣泛應(yīng)用，但是發(fā)展仍然受到諸多挑戰(zhàn)。耐藥性問(wèn)題是這類(lèi)藥物當(dāng)下的一個(gè)主要發(fā)展障礙，當(dāng)新一代藥物堵住上一代基因突變的漏洞，總有新的耐藥突變產(chǎn)生。Osimertinib做為三代EGFR激酶抑制劑，可以有效治療發(fā)生T90M突變的癌癥患者，但是很快新的C797S突變又出現(xiàn)了。除了基因突變帶來(lái)的耐藥性，激酶上調(diào)、代償機(jī)制以及旁路效應(yīng)等其他耐藥機(jī)制都是不容易解決的問(wèn)題。另一個(gè)挑戰(zhàn)是選擇性的提升，這需要我們同時(shí)掌握某一激酶靶點(diǎn)的生物機(jī)理和一旦脫靶能帶來(lái)哪些嚴(yán)重**。

       針對(duì)以上所面臨的問(wèn)題，激酶抑制劑的研究一刻也沒(méi)有停止。為了得到更高選擇性、較低耐藥性和優(yōu)效的新激酶抑制劑藥物，藥物化學(xué)方面的新技術(shù)包括激酶蛋白降解、共價(jià)靶向結(jié)合等。很多激酶結(jié)構(gòu)域的過(guò)剩蛋白會(huì)出現(xiàn)蛋白-蛋白相互作用，也可以轉(zhuǎn)為多聚體復(fù)雜混合物，促進(jìn)激酶蛋白降解可以減少副作用和耐藥性。相關(guān)技術(shù)包括小分子CRBN配體、小分子激酶配體、靶向蛋白質(zhì)水解嵌合體等。通過(guò)設(shè)計(jì)新的化學(xué)型、特殊口袋結(jié)構(gòu)，以及選擇性激酶化學(xué)探針如LRRK2、IRAK4、ERK5等來(lái)提高選擇性。除此以外，還有計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)、激酶抑制劑篩選等新方法。

       激酶抑制劑已經(jīng)帶給癌癥治療突破性的成功，如今我們期待它能夠在其他領(lǐng)域也得到應(yīng)用，如炎癥和自身免疫疾病等。在退行性紊亂和傳染病治療方面，疾病機(jī)理研究還需要付出更多努力來(lái)驗(yàn)證激酶靶點(diǎn)。同時(shí)，新技術(shù)和新研究策略也將助力激酶抑制劑的發(fā)展，包括激酶降解、共價(jià)“彈頭”等。雖然大多數(shù)激酶已經(jīng)得以研究，但這一領(lǐng)域還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成熟。通過(guò)將臨床前的靶點(diǎn)驗(yàn)證和藥物化學(xué)發(fā)展相結(jié)合，激酶抑制劑藥物的研究將會(huì)繼續(xù)保持快速發(fā)展趨勢(shì)。

       參考文章：

       Kinaseinhibitors: the road ahead

       Kinasedrug discovery —what’s next in the field

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