烯二炔類抗腫瘤抗生素及其靶向藥物研究近況

楊臻崢，邢愛(ài)敏，鄭曉南*，顧覺(jué)奮

（1. 中國(guó)藥科大學(xué)《藥學(xué)進(jìn)展》編輯部，江蘇 南京 210009；2. 中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210009）

烯二炔類抗腫瘤抗生素及其靶向藥物研究近況

楊臻崢1，邢愛(ài)敏1，鄭曉南1*，顧覺(jué)奮2**

（1. 中國(guó)藥科大學(xué)《藥學(xué)進(jìn)展》編輯部，江蘇 南京 210009；2. 中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210009）

烯二炔類抗生素是一種結(jié)構(gòu)新穎、作用機(jī)制獨(dú)特的新型抗腫瘤抗生素，烯二炔結(jié)構(gòu)是其活性中心。該類抗生素具有極強(qiáng)的抗腫瘤活性，卻因毒性較大難以直接用于臨床。近年來(lái)，研究人員展開(kāi)了烯二炔類抗生素靶向藥物的研發(fā)工作，以提高其腫瘤靶向性并減少藥物毒副作用。歸納總結(jié)了已報(bào)道的天然來(lái)源的烯二炔類抗腫瘤抗生素及其活性代謝物，并重點(diǎn)介紹烯二炔類抗生素相關(guān)靶向藥物的研究進(jìn)展，旨在為其深度開(kāi)發(fā)提供參考。

烯二炔類抗生素；分子靶標(biāo)；靶向給藥；單抗；抗腫瘤

烯二炔類抗生素被認(rèn)為是迄今為止抗腫瘤活性最強(qiáng)的一類抗生素，其分子結(jié)構(gòu)特殊，作用機(jī)制新穎，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。已發(fā)現(xiàn)的烯二炔類抗生素有力達(dá)霉素（lidamycin，LDM，發(fā)色團(tuán)結(jié)構(gòu)式為1）、卡利奇霉素（calicheamicins，CLM，2）以及新制癌菌素（neocarzinostatin，NCS，發(fā)色團(tuán)結(jié)構(gòu)式為3）等，它們對(duì)多種腫瘤，尤其是血液腫瘤均有良好的抑制活性。體外研究顯示，力達(dá)霉素對(duì)白血病L-1210細(xì)胞、P388細(xì)胞、HP黑色素瘤細(xì)胞的IC50為1.5×10-17～3.1×10-16mol·L-1；動(dòng)物體內(nèi)研究顯示，卡利奇霉素對(duì)P388白血病和B16黑色素瘤的ID50分別為5.0和1.25 μg·kg-1，新制癌菌素對(duì)L-1210白血病的ID50為380 mg·kg-1[1]。近年來(lái)有關(guān)烯二炔類抗生素作用機(jī)制、靶向藥物設(shè)計(jì)及臨床應(yīng)用的研究逐漸增多并取得了一定成果，例如，新制癌菌素已用于臨床腫瘤（如白血病、胃癌、胰腺癌等）的治療；卡利奇霉素的單抗偶聯(lián)物吉妥單抗于2000年在美國(guó)上市，用于復(fù)發(fā)性急性髓細(xì)胞性白血病，雖因安全性問(wèn)題及療效不明顯于2010年撤市，但近兩年又被發(fā)現(xiàn)可改善急性髓性白血?。ˋML)年輕患者的生存情況，故而受到業(yè)界學(xué)者的重新審視；力達(dá)霉素是我國(guó)發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤活性強(qiáng)烈的大分子抗腫瘤抗生素，現(xiàn)已進(jìn)入Ⅱ期臨床研究。需強(qiáng)調(diào)的是，烯二炔類抗生素雖有優(yōu)越的抗腫瘤活性，但因毒性較大，有效劑量范圍窄，很難單獨(dú)用于臨床——該類抗生素自20世紀(jì)60年代被發(fā)現(xiàn)至今，極少被開(kāi)發(fā)為藥物并獲準(zhǔn)上市。研究人員嘗試通過(guò)物理手段或化學(xué)修飾提高烯二炔類抗生素的腫瘤靶向性，以期提高藥物活性，并盡可能把藥物毒副作用降低到最小，此類研究亦逐漸成為烯二炔類抗生素研究中的熱點(diǎn)方向。本文歸納總結(jié)了已報(bào)道的天然來(lái)源的烯二炔類抗腫瘤抗生素及其活性代謝物，并重點(diǎn)介紹烯二炔類抗生素相關(guān)靶向藥物的研究進(jìn)展，旨在為其深度開(kāi)發(fā)提供參考。

達(dá)水平極低。隨著對(duì)白血病研究的不斷深入，白血病的分型依據(jù)也從臨床癥狀轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訕?biāo)記物，這也解釋了一些臨床癥狀相似的病人對(duì)藥物應(yīng)答效果不同的原因；此外，這些分子標(biāo)記物的特異性表達(dá)亦構(gòu)成了白血病靶向給藥的理論基礎(chǔ)。

腫瘤干細(xì)胞的存在最早是從AML中得到證實(shí)的。盡管學(xué)術(shù)界對(duì)于腫瘤干細(xì)胞的來(lái)源持有不同意見(jiàn)，但在其與腫瘤之間的關(guān)系方面已達(dá)成共識(shí)，即腫瘤干細(xì)胞是腫瘤耐藥、復(fù)發(fā)的根源[8]。CD123是白血病干細(xì)胞（leukemia stem cells，LSC）特征性抗原之一，也是特異性識(shí)別并結(jié)合IL-3的關(guān)鍵部位。CD123在AML干細(xì)胞表面高表達(dá)，而在正常造血干細(xì)胞表面幾乎不表達(dá)[9]。這一顯著差異提示，可開(kāi)發(fā)以CD123為靶點(diǎn)的藥物，從而能選擇性清除LSC或誘導(dǎo)LSC凋亡，使根治白血病成為可能。

CD22（Siglec-2）與CD33（Siglec-3）（見(jiàn)圖1）現(xiàn)已被確定為B細(xì)胞型白血病細(xì)胞和骨髓型白血病細(xì)胞的特異性分子標(biāo)記物[10-11]。其中，CD22在90%以上的惡性B細(xì)胞淋巴瘤中表達(dá)，而CD33在80%以上的AML細(xì)胞表面表達(dá)，這些分子標(biāo)記物已成為白血病靶向給藥系統(tǒng)研究中的熱點(diǎn)。

圖1 CD22與CD33的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structural diagram of CD22 and CD33

針對(duì)CD22與CD33這2種分子標(biāo)記物，研究人員進(jìn)行了許多有意義的嘗試。卡利奇霉素是一種具有良好抗白血病活性的十環(huán)烯二炔類抗生素，無(wú)蛋白質(zhì)部分，穩(wěn)定性相對(duì)較高。研究人員設(shè)想，將其與抗CD22或抗CD33的單抗連接，或可進(jìn)一步提高卡利奇霉素的靶向性：當(dāng)卡利奇霉素的單抗導(dǎo)向藥物進(jìn)入機(jī)體后，單抗部分會(huì)尋找分子靶標(biāo)CD33（或CD22）并與之結(jié)合，形成的細(xì)胞表面復(fù)合物可被白血病細(xì)胞迅速內(nèi)吞，偶聯(lián)卡利奇霉素和單抗部分的“連接鏈”隨即在胞內(nèi)酸性條件下斷裂，水解釋放卡利奇霉素，后者具有高親脂性，可進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)產(chǎn)生細(xì)胞毒效應(yīng)，從而阻滯細(xì)胞周期，阻止DNA修復(fù)，最終導(dǎo)致白血病細(xì)胞凋亡。白血病治療藥吉妥單抗（gemtuzumab ozogamicin，GO）就是基于這一設(shè)想，將卡利奇霉素與抗CD33單抗通過(guò)“二硫鍵”和“4-（4’-乙酰苯氧基）丁酸”連接得到的具有靶向性的單抗導(dǎo)向藥物。該藥在2000年5月經(jīng)過(guò)美國(guó)FDA的快速審批程序被批準(zhǔn)上市用于治療AML，商品名為Mylotarg。然而，因西南腫瘤組（SWOG）的一項(xiàng)名為S0106的臨床研究發(fā)現(xiàn)GO在安全性方面存在問(wèn)題，且無(wú)法證明本品對(duì)受試患者有臨床益處，輝瑞公司于2010年6月將GO從美國(guó)市場(chǎng)撤市。

2014年8月，一項(xiàng)由堪薩斯市兒童慈善醫(yī)院和診所（Children’s Mercy Hospitals and Clinics in Kansas City）的Gamis醫(yī)生及其同事公布的臨床研究結(jié)果為GO帶來(lái)了新的希望。研究組發(fā)現(xiàn)，在兒童和年輕成人AML患者中，在標(biāo)準(zhǔn)化療基礎(chǔ)上加用GO可使3年復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)降低17%并顯著改善無(wú)事件生存率（event-free survival）。該研究中，1 022名年齡為1歲以下至29歲的AML患者被隨機(jī)分成2組，組1在標(biāo)準(zhǔn)化療基礎(chǔ)上加用GO（劑量為3 mg·m-2，誘導(dǎo)療程1期間給予1次，強(qiáng)化療程2期間給予1次），組2受試者僅接受標(biāo)準(zhǔn)化療。結(jié)果顯示，組1和組2的3年無(wú)事件生存率分別為53.1%和46.9%[風(fēng)險(xiǎn)比（HR）為0.83；95% 置信區(qū)間（CI）為0.70～0.99；P=0.04]。在事后分析中，組1和組2的3年復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)分別為32.8%和41.3%（HR為0.73；95% CI為0.58～0.91；P=0.006）。然而，組1和組2的3年總生存率無(wú)明顯差異，分別為69.4%和65.4%（HR為0.91；95% CI為0.74～1.13；P=0.39）。兩組的3～5級(jí)不良反應(yīng)發(fā)生情況相似。研究人員表示，所有風(fēng)險(xiǎn)亞組在無(wú)事件生存率方面均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著改善。該試驗(yàn)結(jié)果雖與此前的S0106研究結(jié)果相悖，但與已發(fā)表的有關(guān)低危和中危AML成人的試驗(yàn)結(jié)果一致。未來(lái)還需開(kāi)展更多研究，以充分評(píng)價(jià)GO及其他CD33靶向藥物的最佳治療方案[12]。

同樣，研究人員還將卡利奇霉素與抗CD22單抗通過(guò)“二硫鍵”和“4-（4’-乙酰苯氧基）丁酸” 連接，得到了靶向性白血病治療藥物inotuzumab ozogamicin（CMC-544）[13]。在荷有B細(xì)胞淋巴瘤的小鼠中進(jìn)行的研究表明，連續(xù)15 d給予CMC-544可顯著延長(zhǎng)模型小鼠的生存時(shí)間，單次給予CMC-544可有效延遲B細(xì)胞淋巴瘤引起的小鼠后肢癱瘓，且接受CMC-544的小鼠未見(jiàn)B細(xì)胞淋巴瘤的組織滲透[14]。目前，輝瑞和UCB制藥公司正在進(jìn)行有關(guān)CMC-544的多項(xiàng)臨床研究，其中包括2項(xiàng)針對(duì)非霍奇金淋巴瘤（NHL）的Ⅱ期臨床研究。GO和CMC-544的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 GO和CMC-544的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Structural diagram of GO and CMC-544

此外，我國(guó)也開(kāi)展了烯二炔類抗生素-抗體偶聯(lián)物的研發(fā)工作，其中研究最多的是力達(dá)霉素。力達(dá)霉素是中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所利用本單位建立的抗腫瘤藥物篩選方法——精原細(xì)胞法經(jīng)過(guò)篩選大量發(fā)酵液樣品而發(fā)現(xiàn)的抗生素，其抗腫瘤活性極強(qiáng)，且具有多重機(jī)制，包括直接斷裂腫瘤細(xì)胞DNA、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡和裂亡（也稱有絲分裂細(xì)胞死亡，系指細(xì)胞經(jīng)過(guò)一次有絲分裂后才死亡的現(xiàn)象）、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生衰老樣表型、抑制血管生成，以及改變腫瘤侵襲調(diào)節(jié)基因的表達(dá)等[15]。然而，缺乏腫瘤特異性這一缺點(diǎn)限制了力達(dá)霉素的臨床應(yīng)用。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)藥生物技術(shù)研究所甄永蘇院士及其領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在力達(dá)霉素-抗體偶聯(lián)物的研發(fā)方面獲得了重要的成果，他們先后研制了融合蛋白VL-LDP-AE（先制備抗Ⅳ型膠原酶單抗3G11的輕鏈可變區(qū)單域抗體VL與力達(dá)霉素輔基蛋白的基因重組融合蛋白VL-rLDP，然后與力達(dá)霉素發(fā)色團(tuán)AE進(jìn)行組裝制得）[16]以及dFv-LDP-AE（先制備由抗明膠酶單鏈抗體Fv與力達(dá)霉素輔基蛋白組成的融合蛋白Fv-LDP，再將其與發(fā)色團(tuán)AE進(jìn)行組裝制得）[17]，研究證實(shí)上述融合蛋白具有較好的腫瘤靶向作用，其在腫瘤部位釋放的力達(dá)霉素濃度顯著升高，從而顯示出更強(qiáng)的抗腫瘤活性。

2.3 設(shè)計(jì)烯二炔類抗生素的前藥

近年來(lái)，有學(xué)者嘗試將烯二炔類抗生素設(shè)計(jì)成前藥，并通過(guò)物理方法使其選擇性地在腫瘤部位發(fā)揮作用。例如，Polukhtine等[18]設(shè)計(jì)了2種具有烯二炔結(jié)構(gòu)的前體化合物，其在黑暗條件下性質(zhì)穩(wěn)定，在紫外線或近紅外光的照射下可轉(zhuǎn)化為具有活性的烯二炔。課題組設(shè)想，可先將該類前體藥物給予機(jī)體，然后以光照射腫瘤組織，促使腫瘤部位的藥物發(fā)生Bergman 環(huán)化，生成自由基并損傷靶標(biāo)DNA，從而使腫瘤的特異性治療成為可能。研究人員發(fā)現(xiàn)，烯二炔類抗生素的產(chǎn)生菌可通過(guò)一系列機(jī)制逆轉(zhuǎn)Bergman 環(huán)化反應(yīng)，從而避免烯二炔損傷自身DNA[19]，這一機(jī)制或可為烯二炔前藥的設(shè)計(jì)提供參考；此外，烯二炔類抗生素的生物合成前體物質(zhì)也具有開(kāi)發(fā)為前藥的潛力[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

烯二炔類抗生素是迄今為止抗腫瘤活性最強(qiáng)的抗生素，但因毒性較大，難以應(yīng)用于臨床，上市新藥屈指可數(shù)。一度備受關(guān)注和期待的Mylotarg也遭遇了撤市的結(jié)局，可見(jiàn)烯二炔類抗生素的新藥研發(fā)之路坎坷而曲折。然而，其他藥物難以與之匹敵的強(qiáng)效抗腫瘤活性使得烯二炔類抗生素自發(fā)現(xiàn)至今一直充滿著吸引力，業(yè)界學(xué)者仍在繼續(xù)探索這一領(lǐng)域。通過(guò)連接單抗分子或改造輔基蛋白提高烯二炔類抗生素的腫瘤靶向性，仍是該類抗生素今后的主流研究方向，甄永蘇院士及其科研團(tuán)隊(duì)對(duì)力達(dá)霉素靶向藥物展開(kāi)了大量研究工作，為這一方向提供了極具參考價(jià)值的思路；烯二炔的光活性或酶活性前體藥物也有一定開(kāi)發(fā)前景，值得嘗試。此外，目前也有一些科學(xué)家致力于烯二炔類抗生素的化學(xué)合成和組合生物合成研究。烯二炔類抗生素分子較大，其生物合成過(guò)程復(fù)雜、步驟繁多，對(duì)抗生素產(chǎn)生菌中生物合成基因簇及酶的認(rèn)識(shí)，以及對(duì)生物合成途徑的闡明有利于提高抗生素的產(chǎn)量，并使烯二炔類抗生素的結(jié)構(gòu)改造變得簡(jiǎn)便易行[20]。

需強(qiáng)調(diào)的是，一些腫瘤細(xì)胞已對(duì)烯二炔類抗生素表現(xiàn)出抗藥性，即通過(guò)一定的途徑將藥物轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外或阻止藥物發(fā)揮作用，其中外排泵是最常見(jiàn)的一種抗藥形式。圖3以CMC-544為例，描述了烯二炔類抗生素在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的相關(guān)作用機(jī)制以及腫瘤細(xì)胞對(duì)其耐藥的機(jī)制[21]。此外還有學(xué)者認(rèn)為，腫瘤對(duì)烯二炔類抗生素的耐藥性可能是一部分細(xì)胞通過(guò)犧牲自身蛋白的方式來(lái)抵消藥物的生物活性，從而使剩余腫瘤細(xì)胞得以逃避藥物的殺傷作用[22]。因此，進(jìn)一步闡明烯二炔與腫瘤細(xì)胞的相互作用機(jī)制，有助于應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的耐藥問(wèn)題。

Research Status of Enediyne Antitumor Antibiotics and Their Targeted Drugs

YANG Zhenzheng1, XING Aimin1, ZHENG Xiaonan1, GU Juefen2

( 1. Editorial Offce of Progress in Pharmaceutical Sciences, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China; 2. School of Life Science and Technology, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

Enediyne antibiotics are a class of novel antitumor antibiotics which have novel structures and special action mechanisms. Enediyne ring is the active center of these antibiotics. Despite the enediyne antibiotics show strong activity against many kinds of tumors, their high toxicity restricts the clinical applications. Recently, scientists have launched research and development of the targeted drugs of enediyne antibiotics, in order to improve their targeting effects and reduce the side effects. In this paper, the reported enediyne antibiotics and their active metabolites from natural sources have been summarized, and the research progress of their targeted drugs has been reviewed, so as to provide references for the further development of enediyne antibiotics.

enediyne antibiotics; molecular target; targeting drug delivery; monoclonal antibody; antitumor

R979.1

A

1001-5094（2014）10-0747-07

接受日期：2014-09-02

*通訊作者：鄭曉南，編審；

研究方向：醫(yī)藥信息資源管理，文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究；

Tel：025-83271568； E-mail：xiaonanzheng@163.com

**通訊作者：顧覺(jué)奮，教授；

研究方向：微生物制藥；

Tel：025-86200377； E-mail：yqyan1@126.com