針對(duì)20S蛋白酶體的抗腫瘤藥物研究進(jìn)展

邢志佳，張葉葉，馬宇衡，楊 慧

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)藥物化學(xué)教研室，呼和浩特 010010)

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針對(duì)20S蛋白酶體的抗腫瘤藥物研究進(jìn)展

邢志佳，張葉葉，馬宇衡，楊 慧*

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)藥物化學(xué)教研室，呼和浩特 010010)

20S蛋白酶體在生物體內(nèi)的功能主要是水解蛋白，其與許多疾病如阿爾斯海默癥、癌癥等有密切的相關(guān)性，已經(jīng)成為抗腫瘤藥物研發(fā)的新靶點(diǎn)。本文對(duì)已經(jīng)上市的硼替佐米、卡非佐米及正在臨床研究階段的Marizomib的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行綜述。

20S蛋白酶體，抑制劑，硼替佐米，卡非佐米，Marizomib

泛素-蛋白酶體途徑(ubiquitin-proteasome pathway, UPP)是生物體內(nèi)除溶酶體途徑之外，另一個(gè)重要的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)水解通路[1]。水解過(guò)程由蛋白泛素化和蛋白質(zhì)水解兩部分組成。水解蛋白主要發(fā)生在26S蛋白酶體，由兩個(gè)19S復(fù)合體(Regulatory particle, RP)和一個(gè)20S蛋白酶體(Core particle, CP)組成(見(jiàn)圖1)[2,3]。前者主要起調(diào)控作用，后者是水解的主要場(chǎng)所。20S蛋白酶體由14個(gè)不同的蛋白亞基組成，每7個(gè)亞單位組成一個(gè)環(huán)形，整齊排列為4層，兩個(gè)α亞基環(huán)在外側(cè)，兩個(gè)β亞基環(huán)在內(nèi)側(cè)，活性亞基為β1、β2和β5[4]。研究證實(shí)，蛋白酶體與阿爾斯海默癥以及癌癥等多種疾病有非常密切的相關(guān)性，這主要是由于其可以通過(guò)水解調(diào)控細(xì)胞內(nèi)短壽命蛋白如NF-κB、p53、c-Moc以及cyclin A等，間接調(diào)控細(xì)胞有絲分裂周期、細(xì)胞凋亡、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，以及蛋白跨膜定位等過(guò)程造成的[5]。目前，蛋白酶體已經(jīng)成為抗腫瘤藥物研發(fā)的新熱點(diǎn)。

圖1 26S蛋白酶體結(jié)構(gòu)(A)β亞基環(huán)狀結(jié)構(gòu)(B)

目前，20S蛋白酶體抑制劑按結(jié)構(gòu)通常被分為肽與非肽類(lèi)兩大類(lèi)，肽類(lèi)抑制劑按藥效團(tuán)不同可分為：醛類(lèi)(1)[6]、硼酸類(lèi)(2)[7]、環(huán)氧酮類(lèi)(3)[8]、不飽和砜(烯基砜)類(lèi)(4)[9]等(見(jiàn)圖2)，其中肽硼酸類(lèi)的Bonezomib (2)由于其具有良好的活性、選擇性以及代謝穩(wěn)定性等特點(diǎn)，2003年經(jīng)FDA批準(zhǔn)成為了首個(gè)蛋白酶體類(lèi)新型抗腫瘤藥物[10]。非肽類(lèi)抑制劑以含有β-內(nèi)酯類(lèi)結(jié)構(gòu)的抑制劑為代表，其中NPI-0052 (5)已經(jīng)進(jìn)入了臨床研究階段[11]。本文對(duì)已經(jīng)上市的硼酸類(lèi)藥物硼替佐米(2)，環(huán)氧酮類(lèi)藥物卡非佐米(3)以及正在臨床研究階段的β-內(nèi)酯類(lèi)藥物Marizomib(NPI-0052)特點(diǎn)進(jìn)行綜述。

1 硼替佐米

自UPP通路被發(fā)現(xiàn)，硼替佐米(2)是首個(gè)被FDA批準(zhǔn)的20S蛋白酶體抑制藥物[12]，其主要用于治療多發(fā)性骨髓瘤以及復(fù)發(fā)性或難治性淋巴瘤[13]。目前，硼替佐米正在進(jìn)行器官移植后排斥反應(yīng)的臨床研究[13]。硼替佐米對(duì)20S蛋白酶體β5亞基的選擇抑制活性IC50值為7 nmol/L，而對(duì)β1亞基的抑制活性IC50值為74 nmol/L[14]。有研究表明，硼替佐米與地塞米松聯(lián)合使用可使治療初發(fā)型骨髓瘤的緩解率由原來(lái)單獨(dú)使用硼替佐米的40%提升至70～85%[15]。

盡管目前硼替佐米已經(jīng)投入市場(chǎng)，但其在治療疾病過(guò)程中還是有一些不足之處。首先，靜脈給藥途徑給患者用藥帶來(lái)不便；其次，在治療過(guò)程中會(huì)引起血小板減少[16]、中性粒細(xì)胞減少以及胃腸疾病等嚴(yán)重的副作用[17]。在使用硼替佐米治療的患者中，有超過(guò)30%的人會(huì)產(chǎn)生可逆的神經(jīng)退行性病癥，包括神經(jīng)毒性、顫動(dòng)和神經(jīng)傳導(dǎo)速度減弱等[18]。

2 卡非佐米和ONX 0912

硼替佐米在使用中存在的副作用促使學(xué)術(shù)界和制藥行業(yè)必須開(kāi)發(fā)新的低毒且等效的蛋白酶體抑制劑?？ǚ亲裘?3)是天然產(chǎn)物epoxomicin(6)的一個(gè)四肽衍生物[8，19]，該化合物對(duì)蛋白酶體的β5亞基具有靶向作用，不可逆的與20S蛋白酶體N-末端蘇氨酸活性位點(diǎn)相結(jié)合[20]?？ǚ亲裘着cβ5亞基結(jié)合的蛋白晶體結(jié)構(gòu)顯示，其P1片段可以與S1口袋的亮氨酸側(cè)鏈作用，因此該化合物較硼替佐米有更好的β亞基選擇性[21]。

圖2 20S蛋白酶體抑制劑

多項(xiàng)研究顯示卡非佐米在針對(duì)復(fù)發(fā)、難治性、多發(fā)型骨髓瘤患者的治療過(guò)程中具有持久的抗瘤活性[22]，在大量的腫瘤細(xì)胞株中有誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的能力，目前已經(jīng)順利通過(guò)治療多發(fā)性骨髓瘤的臨床試驗(yàn)成功上市，近期該藥物正在進(jìn)行實(shí)體瘤Ⅰ期臨床試驗(yàn)[23]。與硼替佐米相比，該藥在治療過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)中性粒細(xì)胞減少癥和血小板減少的情況，此外，還會(huì)產(chǎn)生疲勞、呼吸困難、腹瀉及發(fā)熱等不良反應(yīng)[24]，因此使用藥劑量受到限制，但卡非佐米沒(méi)有誘導(dǎo)外周神經(jīng)毒性的情況[25]。

由于α＇，β＇-環(huán)氧酮的存在，其與β亞基作用時(shí)通過(guò)共價(jià)結(jié)合，并且形成一個(gè)嗎啉環(huán)，可以提高抑制活性減少脫靶效應(yīng)[26]，有效避免硼替佐米引起神經(jīng)病變的副作用。

為了改進(jìn)卡非佐米不可口服的缺點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)可以口服的三肽環(huán)氧酮類(lèi)抑制劑ONX 0912(7)[27]，其具有與卡非佐米相當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞凋亡的能力。ONX 0912與β5亞基結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)顯示，在P1位殘基處帶有體積較大的苯基側(cè)鏈，這一片段可使ONX 0912與β5亞基結(jié)合能力增強(qiáng)。化合物ONX 0912對(duì)不同的β5亞型，如β5c和β5i亞基的IC50值分別是36 nmol/L和82 nmol/L。這主要是因?yàn)棣?i底物結(jié)合的S3口袋較β5c的口袋小，ONX 0912的 P3位Ser(OMe)基團(tuán)產(chǎn)生立體障礙。

3 Marizomib(NPI-0052)

Marizomib(NPI-0052)[28]是由Nereus制藥公司開(kāi)發(fā)的具有β-內(nèi)酯并γ-內(nèi)酰胺環(huán)結(jié)構(gòu)的20S蛋白酶體抑制劑。Marizomib為海洋放線菌Salinisporatropica的次級(jí)代謝產(chǎn)物，與其他肽類(lèi)蛋白酶體抑制劑相比，Marizomib獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生更加持續(xù)的抑制活性(主要是與β2和β5亞基作用)，更有利于促進(jìn)細(xì)胞凋亡。另外，Marizomib非肽結(jié)構(gòu)對(duì)水解酶穩(wěn)定，與硼替佐米相比藥代動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性好，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示對(duì)硼替佐米耐藥的腫瘤株中表現(xiàn)出強(qiáng)的抑制活性[29]。雖然Marizomib可以通過(guò)口服和靜脈注射給藥，沒(méi)有出現(xiàn)周?chē)窠?jīng)疾病或血栓[30]，但其較短的半衰期(<5 min)和可穿過(guò)血腦屏障的缺點(diǎn)限制其應(yīng)用[31]。

自上世紀(jì)80年代被發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)30余年的研究，人們對(duì)蛋白酶體的結(jié)構(gòu)、功能和生物學(xué)作用有了深刻的認(rèn)識(shí)，從該通路開(kāi)發(fā)新的抗腫瘤藥物已經(jīng)成為其抑制劑開(kāi)發(fā)的主要目的。

1 Coux O, Tanaka K, Goldberg A L.Structure and functions of the 20S and 26S proteasomes[J]. Annu Rev Biochem, 1996,65:801-847

2 Kim H M, Yu Y, Cheng Y. Structure characterization of the 26S proteasome [J]. Biochim Biophys Acta, 2011,1809(2):67-79

3 Bedford L, Paine S, Sheppard P W,etal. Assembly structure and function of the 26S proteasome [J]. Trends Cel Biol,2010,20(7):391-401

4 Verdoes M, Florea B I, Marel G,etal. Chemical tools to study the proteasome [J]. Eur J Org Chem, 2009,20:3301-3313

5 Tsvetkov P, Reuven N, Shaul Y. Ubiquitin-independert p53 proteasomal degradation [J]. Cell Death Differ, 2009,17(1):103-108

6 Loidl G, Groll M, Musiol H J,etal. Bifunctional inhibitors of the trypsin-like activity of eukaryotic proteasomes [J]. Chem Biol,1999,6(4):197-204

7 Groll M, Berkers C R, Ploegh H L,etal. Crystal structure of the boronic acid-based proteasome inhibitor bortezomib in complex with the yeast 20S proteasome [J]. Structure, 2006,14(3):451-456

8 Meng L, Mohan R, Kwok B H,etal. Epoxomicin, a potent and selective proteasome inhibitor, exhibits in vivo anti-inflammatory activity [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1999,96(18):10403-10408

9 Palmer J T, Rasnick D, Klaus J L,etal. Vinyl sulfones as mechanism-based cysteine protease inhbibitors [J]. J Med Chem, 1995,38(17):3193-3196

10 李景，張大永，吳曉明.泛素-蛋白酶體及其抑制劑的分類(lèi)與合成[J].藥學(xué)學(xué)報(bào)，2009,44(12)：1313-1319

11 Potts B C, Albitar M X, Anderson K C,etal. Marizomib, a proteasome inhibitor for all seasons: prelinical profile and a framework for clinical trials [J]. Curr Cancer Drug Targets，2011,11:254-284

12 O'Connor O A, Wright J, Moskowitz C,etal. Phase II clinical experience with the novel proteasome inhibitor bortezomib in patients with indolent non-Hodgkin's lymphoma and mantle cell lymphoma[J].J Clin Oncol,2005, 23(4):676-684

13 侯健，周帆，張永貞，等.硼替佐米治療復(fù)發(fā)、難治性多發(fā)性骨髓瘤[J].中國(guó)新藥與臨床雜志，2005,24(27)：579-581

14 May L J, Yeh J, Maeda K,etal. HLA desensitization with bortezomib in a highly sensitized pediatric padiatric patient [J]. Pediatric Blood Cancer，2014, 18(8)： 280-282

15 張冬華，孫建群. 硼替佐米聯(lián)合吡柔比星、地塞米松治療初治多發(fā)性骨髓瘤14例臨床分析[J]. 中國(guó)藥業(yè)， 2015,24(1): 78-80

16 Jackson G, Einsele H, Moreau P,etal. Bortezomib, a novel proteasome inhibitor, in the treatment of hematologic malignancies[J].Cancer Treat Rev，2005, 31(8):591-602

17 Arastu K S,Anderl J L,Kraus M,etal. Nonproteasomal targets of the proteasome inhibitors bortezomib and carfilzomib: a link to clinical adverse events[J].Clin Cancer Res, 2011,17(9):2734-2743

18 Kuhn D J,Orlowski R Z,Bjorklund C C. Second generation proteasome inhibitors: carfilzomib and immunoproteasome-specific inhibitors (IPSIs) [J].Curr Cancer Drug Targets,2011, 11(1):285-295

19 Franke N E,Niewerth D,Assaraf Y G,etal. Impaired bortezomib binding to mutant β5 subunit of the proteasome is the underlying basis for bortezomib resistance in leukemia cells[J].Leukemia, 2012,26(4):757-768

20 霍秀穎，封宇飛.蛋白酶體抑制劑卡非佐米的藥理作用與臨床評(píng)價(jià)[J].新藥評(píng)述，2013,22(13)：1479-1482

21 Huber E M, Basler M, Schwab R,etal. Immuno- and constitutive proteasome crystal structures reveal differences in substrate and inhibitor specificity[J]. Cell,2012,148(4)：727-738

22 朱曉峰，汪安友，蔡曉燕.復(fù)發(fā)難治性多發(fā)性骨髓瘤的治療進(jìn)展[J].臨床醫(yī)學(xué)，2014,34(7)：115-117

23 Sara B, Francesca G, Francesca D,etal. Current Phase II investigational proteasome inhibitors for the treatment of multiple myeloma [J]. Expert Opinion on Investigational Drugs，2014,23(9):1193-1209

24 方羅，吳盈盈，張翀，等.近五年全球抗腫瘤藥物研發(fā)現(xiàn)狀(Ⅱ)[J].中國(guó)腫瘤，2013,22(8)：644-655

25 Ruschak A M, Slassi M,Kay L E,etal.Novel proteasome inhibitors to overcome bortezomib resistance[J].J Natl Cancer Inst,2011,103(13):1007-1017

26 易文淵，徐波，李敏.蛋白酶體抑制劑逆轉(zhuǎn)腫瘤多藥耐藥的研究進(jìn)展[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)·藥學(xué)分冊(cè)，2007，34(2)：87-92

27 Zhou H J, Aujay M A, Bennett M K,etal.Design and synthesis of an orally bioavailable and selective peptide epoxyketone proteasome inhibitor (PR-047) [J]. J Med Chem, 2009, 52(9):3028-3038

28 Potts B C, Albitar M X, Anderson K C,etal. Marizomib, a proteasome inhibitor for all seasons: Preclinical profile and a framework for clinical trials[J]. Curr Cancer Drug Targets, 2011,11(3):254-284

29 王一，方美云.多發(fā)性骨髓瘤藥物治療新進(jìn)展[J].實(shí)用癌癥雜志，2011,26(4)：437-440

30 劉念，陳文明.復(fù)發(fā)難治多發(fā)性骨髓瘤的新藥治療[J].白血病·淋巴瘤，2013,22(1)：35-37

31 Molineaux S M. Molecular Pathways:Targeting Proteasomal Protein Degradation in Cancer[J].Clin Cancer Res, 2012, 18(1): 15-20

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*通訊作者：楊慧，E-mail：yanghui1962@126.com。