风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?





风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?
风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?




自伊马替尼2001年获批以来,当前已经有70多种激酶抑制新药获得批准。作为第一个激酶抑制剂,伊马替尼的成功开辟了分子靶向治疗药物的新领域。于此文我们回顾激酶抑制剂这二十年间的发展,总结其未来发展研发的几种趋势。





风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?
伊马替尼结构式

蛋白激酶介绍


蛋白激酶是一类催化蛋白质磷酸化反应的酶系。在辅酶三磷酸腺苷(ATP)存在下,激酶蛋白将ATP的γ-磷酸转移到蛋白质分子的氨基酸残基上,底物蛋白磷酸化获得能量而被激活,这种共价结合改变了蛋白质和酶的构象与活性,所以这个体系实际上是激酶蛋白+ATP+底物蛋白的三元体系的反应。
风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?
蛋白激酶A催化亚基结构
 ATP发生在G-rich环下面小裂片和大裂片的裂口中

风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?
ATP结合袋

磷酸基团是一种信号,可以用来传递信息,这个体系对细胞信号传导和细胞周期的调控有着重要的作用。在对肿瘤的研究中,发现一些恶性肿瘤中,激酶呈现高表达的状态。比如说慢性粒白血病患者的BCR-ABL编码蛋白酪氨酸激酶过于活化,导致其无控制地增值。

激酶结构域是一些蛋白质片段,激酶抑制剂阻止或者减慢激酶结构域的活性。药物研究常以ATP的结合位点或者相近的变构位点为切入点,抑制激酶的活性,阻断酶蛋白与底物蛋白的相互作用。伊马替尼抑制ABL酪氨酸激酶是通过契合到激酶的疏水裂隙中从而结合于激酶变构区域,阻断激酶的变构过程,抗肿瘤药物吉非替尼通过结合于激酶的ATP位点,抑制表皮生长因子受体(EGFR)酪氨酸激酶。

风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?

激酶抑制剂发展


伊马替尼是第一个被批准的用于抑制特定激酶的抑制剂药物,尽管无法治愈慢性粒细胞白血病(CML),但是可以有效延缓CML的病情发展,现在每天有超过10万名患者需要伊马替尼维持治疗。在获批后的第一年,即2002年,伊马替尼的销售量就达到了46亿美元。此后多年间,陆续发现伊马替尼在KIT和PDGF受体等靶点的抑制作用,这为它在除了CML以外的其他癌症领域治疗开辟了市场。

2002年接着批准了EGFR酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼和厄洛替尼用于治疗非小细胞肺癌,EGFR突变占据了西方NSCLC患者的10%~15%,亚洲的NSCLC患者的30%~50%。在二十年后的现在,EGFR抑制剂仍然是研究的热点内容。 

在特定分子表征的肿瘤环境中,可以观察到BCR-ABL和EGFR抑制剂明显的效果,在过往的20年间影响着癌症的治疗,促进癌症治疗往精准治疗方向发展。

下图为过往20年间,关于激酶抑制剂开发和批准的大事记,其中粉色部分涉及到TKI即酪氨酸激酶抑制剂,蓝色部分涉及到丝氨酸/苏氨酸激酶,灰色部分涉及到PI3K即磷脂酰肌醇3-激酶。

风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?

二十年风风雨雨,激酶抑制剂的发展也不是完全顺利的。激酶抑制剂可以延缓肿瘤的进展却无法治愈,就是因为晚期肿瘤会找到逃避途径来逃脱靶点抑制,从而引发了耐药性。这也是激酶抑制剂现在除了选择性以外所面临的另外一个亟待解决的问题。

对激酶抑制剂的抗性可以大致分为先天性和获得性抗性。特定激酶抑制剂对部分带有相关的致癌突变基因的肿瘤敏感,但是也不意味着所有的肿瘤细胞会响应,有些肿瘤细胞仅表现出短暂的抑制效果,可能是由于外在因素,例如药物对靶激酶的抑制作用不足或与激酶的结合时间不够长,也有可能是肿瘤本身存在多种致癌途径,难以靶向抑制。

获得性耐药性通常影响药物与其靶点的结合。获得性致癌性扩增以及重排可以激活下游信号传导,从而绕过对药物靶点的抑制,尽管激酶抑制剂可以有效抑制上游激酶靶点,但是下游因子的突变仍可激活信号传导途径。另外肿瘤状态的改变也会导致激酶抑制剂不敏感从而失效。下图为常见的四种机制。

风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?

就拿伊马替尼来说吧。

未经过治疗的CML的中位生存期只有三年,在经过几年的慢性期之后,大约有一半的患者会进入一个持续时间为6~12个月的加速期,病情迅速恶化。另外一半的患者直接进入到最后的恶化阶段,这两种情况都表现的像是急性白血病,快速导向死亡。这种疾病进展很可能是因为表观遗传学变化,以及在 BCR-ABL发生易位后有新的突变发生。

伊马替尼的耐药机制可以被分为依赖于BCR-ABL或独立。前者包括BCR-ABL的扩增或过表达或ABL蛋白激酶结构域中的点突变,后者包括药物吸收减少,药物外排增加或信号模块(如Ras-Raf-MEK-ERK和Src家族激酶途径)上调。

其中BCR-ABL依赖性过程,尤其是点突变,是CML中伊马替尼耐药的最常见机制。目前已经发现了100多种不同的突变,它们发生在几个酶部位,包括ATP结合位点,催化环,活化区段以及与伊马替尼直接接触的氨基酸。(以下四个氨基酸置换约占CML复发时BCR-Abl突变的60%:Thr315Ile,Tyr253Phe,Glu255Lys / Val和Met351Thr)

激酶抑制剂研发趋势



根据现有靶点改进下一代




选择激酶靶点大致遵循两个步骤。首先,重点关注具有已批准的激酶抑制剂靶点发生突变情况的患者。第二,针对已知的这些致癌激酶靶点和已获批的TKI抑制剂,去开发更有效的下一代TKI抑制剂。

关于迭代的TKI抑制剂药物较早的例子有尼洛替尼和达沙替尼,作为比伊马替尼是更有效的BCR-ABL抑制剂,可以抑制对伊马替尼耐药的突变体,随后比它们具有更长的无进展生存期(PFS)和总体生存期(OS)的波舒替尼作为BCR-ABL的第二代抑制剂,被批准为CML的一线治疗药物。

拉帕替尼是另外一种下一代抑制剂,不仅靶向EGFR受体,而且靶向密切相关的HER2,这使其被批准用于乳腺癌。近来,已批准更有效和特异性的HER2抑制剂neratinib和tucatinib用于乳腺癌。


抑制血管生成方向




此类药物是通过破坏肿瘤的血管,“饿死”肿瘤来达到治疗效果的。这方面的例子有早期的索拉非尼和舒尼替尼,二代的帕唑帕尼和卡博替尼,虽然后来发现这类药物中存在多靶点,因为抑制了多种激酶类型,所以是否是通过抑制血管起作用的结论还是有待进一步探讨的。

VEGF/VEGFR是血管生成信号通路,在血管的生成中起到关键总用,这方面最有力的证据来自于VEGF抗体贝伐单抗(Avastin)的成功,贝伐单抗是2018年全球第七大畅销药物,用于治疗多种实体瘤。


多靶点抑制的方向




比如说用于治疗Waldenstrom巨球蛋白血症和弥漫性大B细胞淋巴瘤的ABC亚型的依鲁替尼,起初被认为是通过抑制Bruton酪氨酸激酶起效,后被发现其可以同时抑制造血细胞激酶。更进一个例子,克唑替尼起先以靶向TKI开发的,后来发现它同时也是ALK和ROS1的强效抑制剂,这使得克唑替尼能够被批准用于其它适应症。

所以这也是一个重要的研发侧重点,已有的靶点抑制剂同时也可抑制其他靶点,通过新靶点的发现,拓展药物的适用范围,用于治疗不同的癌症,或者增强对特定癌症的疗效,比如肺癌中阿法替尼靶向HER2和EGFR,在乳腺癌中palbociclib靶向CDK4和CDK6。


与免疫检查点抑制剂组合




PD1/PDL1靶向的免疫检查抑制剂通过阻断这一信号通路,增强自身的免疫系统能力,打击肿瘤细胞的免疫逃脱,详情请看PD-1 / PDL-1抑制剂在癌症免疫治疗中的当前和未来展望

考虑到血管生成在免疫抑制微环境中起到的重要作用,VEGFR抑制剂与靶向PD1/PDL1的抗体组合使用也是一种新兴的策略。比如说阿昔替尼和pembrolizumab的组合是否可以改善肾细胞癌这种的研究正在开展中。

除了抑制血管,某些激酶抑制剂还可以通过调节肿瘤微环境刺激免疫应答,例如通过防止PD1过表达从而增强T细胞浸润,这类激酶抑制剂和免疫检查点抑制剂合用可以产生协同作用,但同时也有一个不可忽略的地方就是,这样的组合会导致细胞毒性增强,比如奥西替尼与PD1抑制剂durvalumab的搭配或者或克唑替尼与nivolumab的搭配。有待进一步评估。


靶向PI3K途径




PI3Kα中活化热点突变(例如E545K,H1047和E542K突变,或编码PTEN的基因缺失)通常导向致癌,这使得这使PI3K成为药物发现的重点。然而,到目前为止,在开发针对PI3K的批准药物方面取得的成功有限。

在B细胞和T细胞中表达的PI3Kδ特异性抑制剂Idelalisib 被批准用于复发性滤泡性B细胞非霍奇金淋巴瘤(FL),复发性慢性淋巴细胞性白血病(CLL)和复发性小淋巴细胞淋巴瘤(SLL)。紧随其后的是下一代抑制剂copanlisib(用于复发性FL)和duvelisib(用于CLL,SLL和FL)。

靶向PI3K的药物匮乏可能与抑制该途径所产生的有关毒性无法解决有关,因为这个途径对维持正常的体内稳态功能很重要,所以怎么样才能开发出高选择性的抑制剂是研究员们需要攻略的一个难点。


通过联合疗法靶向MAP激酶级联




风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?
靶向关键位点突变的抑制剂

这样一个层层激活途径驱动细胞的增殖或分化,而这一级联反应中的激酶突变会导致癌症的发生,这种突变常常在肺癌等一些癌症中可以观察到。

总结

 
在接下来的20年间,肿瘤学将继续主导激酶药物发现领域。迄今为止,人类基因组编码的500种蛋白激酶中只有50种被靶向治疗癌症,在而未来,除了新的靶点的挖掘,对于耐药性和选择性等问题是必须要解决的重点内容。合理设计新型激酶抑制剂组合的范围,尝试激酶抑制剂与其他治疗手段的多种组合。在未来的20年间,新型激酶抑制剂开发的潜力巨大,有望成为一个主要的增长领域。
 

参考文献:

1,https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8127496/#Sec11title

2,药物化学总论,郭宗儒著。

3,Roskoski, R. (2015). A historical overview of protein kinases and their targeted small molecule inhibitors. Pharmacological Research, 100, 1–23. doi:10.1016/j.phrs.2015.07.010



风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?
END

版权声明/免责声明
本文为授权转载作品,仅供感兴趣的个人谨慎参考,非商用,非医用、非投资用。
欢迎朋友们批评指正!衷心感谢!
文中图片取自网络,根据CC0协议使用,版权归拥有者。
任何问题,请与我们联系。衷心感谢!

风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?


推荐阅读

风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?
风风雨雨二十年,激酶抑制剂的未来在何方?点击这里,欣赏更多精彩内容!

本篇文章来源于微信公众号:药时代

发布者:药时代,转载请首先联系contact@drugtimes.cn获得授权

分享本页
返回顶部