基于c-Met激酶的小分子抑制劑研究進(jìn)展

李麗麗, 艾曉杰

(1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院,上海市獸醫(yī)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2.上海美迪西生物醫(yī)藥股份有限公司，上海 201299)

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基于c-Met激酶的小分子抑制劑研究進(jìn)展

李麗麗1,2, 艾曉杰1*

(1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院,上海市獸醫(yī)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240；2.上海美迪西生物醫(yī)藥股份有限公司，上海 201299)

摘要HGF/c-Met信號(hào)通路在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移中起著重要的調(diào)節(jié)作用，成為抗腫瘤藥物研發(fā)的熱門靶點(diǎn)。介紹了c-Met 信號(hào)通路的作用機(jī)制以及c-Met 抑制劑的研究進(jìn)展，以期能夠找到一類腫瘤抑制活性高、選擇性好、副作用小的抑制劑，為癌癥治療提供新的途徑。

關(guān)鍵詞受體酪氨酸激酶；c-Met；小分子抑制劑；抗腫瘤

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，2012年全球癌癥新發(fā)生病例約為1 400萬(wàn)，預(yù)計(jì)未來(lái)20年將升至2 200萬(wàn)/a，估計(jì)死亡數(shù)由820萬(wàn)/a上升到1 300萬(wàn)/a。近年來(lái)，酪氨酸激酶家族在癌癥研究中受到更多的關(guān)注，HGF/c-Met 信號(hào)通路在胚胎形成、創(chuàng)傷愈合以及組織再生中起重要作用，但在多種癌癥中，c-Met 顯示出異常的活性，并與基因突變、擴(kuò)增和重組相伴發(fā)生。高表達(dá)的c-Met 還與腫瘤治療的耐藥性、愈后情況差以及癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。因此，c-Met 抑制劑研究已成為腫瘤治療領(lǐng)域的熱門靶點(diǎn)。筆者簡(jiǎn)要介紹了HGF/c-met信號(hào)通路的作用機(jī)制以及c-Met小分子抑制劑的研究進(jìn)展，以期能夠找到一類腫瘤抑制活性高、選擇性好、副作用小的抑制劑，為癌癥治療提供新的途徑。

1HGF/c-Met的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1蛋白激酶(Protein Kinases)蛋白激酶是體內(nèi)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和分化、器官形成和形態(tài)功能發(fā)生、心血管生長(zhǎng)、組織修復(fù)和再生等的一組酶。蛋白激酶通過(guò)催化蛋白質(zhì)的磷酸化，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞活性，來(lái)完成生理功能[1]。目前，由人類基因編碼的蛋白激酶超過(guò)518種，它們大多與癌癥密切相關(guān)[2]。

1.2受體型酪氨酸激酶(RTKs)蛋白激酶可分為受體型和非受體型。受體型酪氨酸激酶(RTKs)結(jié)構(gòu)包含胞外部分、跨膜區(qū)域和胞內(nèi)部分，而非受體型酪氨酸激酶只有胞內(nèi)部分。c-Met、Ron和Sea,是受體酪氨酸激酶[2]。非受體酪氨酸激酶也有很多亞型，包括Src、Btk、Abl、Fak和Jak等[4]。其中，c-Met作為受體酪氨酸激酶不僅在惡性腫瘤中高表達(dá)，與腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡相關(guān)，而且還與多種膜受體相互作用，影響信號(hào)通路，因此，c-Met激酶作為抗腫瘤藥物的靶點(diǎn)研究備受關(guān)注。

1.3受體酪氨酸激酶c-Met的結(jié)構(gòu)c-Met激酶是由50 ku的α鏈和145 ku的β鏈通過(guò)二硫鍵連接，組成異質(zhì)二聚體，分為胞外域、跨膜螺旋結(jié)構(gòu)區(qū)和胞內(nèi)域(圖1a)。胞外域包含3個(gè)不同的功能區(qū)：覆蓋整個(gè)α鏈和部分β鏈的N-端sema區(qū)(氨基酸殘基25～514)，有4個(gè)二硫鍵的胱氨酸富集域(PSI)(氨基酸殘基515～561)和4個(gè)免疫球蛋白區(qū)域(IPT，氨基酸殘基562～922)。在螺旋結(jié)構(gòu)的跨膜區(qū)域(氨基酸殘基923～956)之后，胞內(nèi)域(氨基酸殘基957～1 390)也由3個(gè)調(diào)控區(qū)組成，包括有Tyr1003磷酸位點(diǎn)(下調(diào)激酶活性)的近膜結(jié)構(gòu)域，有Tyr1234和Tyr1235磷酸化位點(diǎn)(活化激酶活性)的催化結(jié)構(gòu)域，以及有Tyr1349和Tyr1356的C-末端多功能結(jié)合區(qū)域(向下游募集信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo))[5]。

1.4肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子也被稱作分散因子(SF)，是唯一已知高親和性的c-Met配體。前HGF(pro-HGF)在間質(zhì)細(xì)胞源中合成，呈單鏈的非活性結(jié)構(gòu)，在絲氨酸蛋白酶催化下，pro-HGF會(huì)轉(zhuǎn)變成二硫鍵相連的α-β雙鏈異質(zhì)二聚體結(jié)構(gòu)的HGF?；罨腍GF會(huì)被抑制因子HAI1和HAI2抑制，從而處于平衡狀態(tài)。HGF分子結(jié)構(gòu)包含6個(gè)區(qū)域，分別是N-末端區(qū)(Hairpin loop)，α鏈上的4個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)區(qū)(K1～K4)，β鏈上的絲氨酸蛋白同化區(qū)(SPH)[6](圖1b)。

2HGF/c-Met信號(hào)通路的作用機(jī)制

HGF在細(xì)胞外域與c-Met結(jié)合后，誘導(dǎo)c-Met發(fā)生二聚化，進(jìn)而在催化結(jié)構(gòu)域的Tyr1234和Tyr1235 2個(gè)位點(diǎn)發(fā)生磷酸化，刺激C-末端多功能結(jié)合區(qū)域的Tyr1349和Tyr1356自動(dòng)磷酸化，從而募集多種細(xì)胞間質(zhì)因子，如GAB1、GAB2、PLC和SRC，進(jìn)一步吸引SHP2、PI3K、CRKL等對(duì)接分子，由此激活RAS/MAPK、PI3K/ALK、JAK/STAT等信號(hào)通路，從而調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、遷移、存活和凋亡[7](圖2)。

圖1　受體酷氨酸激酶c-Met的結(jié)構(gòu)(a)和肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子的結(jié)構(gòu)(b)Fig.1　Structures of receptor tyrosine kinase c-Met (a) and hepatocyte growth factor (b)

在生理環(huán)境下，細(xì)胞表面的Met通過(guò)胞外脫落、胞內(nèi)清除和泛素介導(dǎo)的降解等調(diào)節(jié)方式有效得到控制，發(fā)揮正常的生理功能，避免過(guò)度表達(dá)[8]。但在多種惡性腫瘤中均發(fā)現(xiàn)Met激酶的異常激活。Met的過(guò)度活化，不僅引起腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移，還與抗腫瘤治療的耐藥性緊密相關(guān)，因此，對(duì)HGF/c-Met信號(hào)通路抑制劑的研究具有重要意義。

3小分子c-Met抑制劑的類型

基于HGF/c-Met信號(hào)通路的抑制劑，根據(jù)作用機(jī)制和結(jié)構(gòu)不同，包括以下4類:HGF拮抗劑(NK2和NK4)、抗HGF抗體(Ficlatuzumab(AV-299)，Rilotumumab(AMG102)，TAK701(HuL2G7))、抗c-Met單克隆抗體(Onartuzumab (OA5D5) )和小分子c-Met抑制劑。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)和與激酶對(duì)接的作用位點(diǎn)不同，小分子c-Met抑制劑分為三大類。

3.1選擇性c-Met抑制劑該類c-Met抑制劑在激酶口袋中與c-Met的結(jié)合呈U型構(gòu)象，包圍Met1121殘基，結(jié)合在鉸鏈區(qū)。由于該類抑制劑的結(jié)構(gòu)與激酶構(gòu)象吻合度高，對(duì)其他酪氨酸激酶靶點(diǎn)抑制作用較小，故其選擇性較好。

選擇性抑制劑中，克唑替尼(Crizotinib，PF02341066)是目前唯一已上市的針對(duì)c-Met和ALK的靶點(diǎn)藥物，由Pfizer公司研發(fā)，IC50分別是11和24 nmol/L。體外試驗(yàn)表明，克唑替尼能有效地抑制Met激酶的磷酸化，進(jìn)而抑制Met依賴的腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[9]。2013年11月20日，F(xiàn)DA批準(zhǔn)了其用于淋巴瘤激酶陽(yáng)性的晚期和轉(zhuǎn)移的非小細(xì)胞肺癌的治療。

Capmatinib(INCB28060)是由Novartis/Incyte公司研發(fā)的ATP競(jìng)爭(zhēng)性c-Met抑制劑，IC50=0.13 nmol/L，對(duì)RONβ、EGFR和HER-3無(wú)活性，用于多種實(shí)體瘤的治療，已完成Ⅱ期臨床試驗(yàn)[10]。

Amgen 公司研發(fā)的化合物AMG-208對(duì)c-Met具有高度選擇性，IC50為9 nmol/L，計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，三唑并噠嗪環(huán)與Met的Tyr1230相互作用，喹啉環(huán)以及連接臂中的氧原子與蛋白形成氫鍵作用。AMG-208處于Ⅰ期臨床試驗(yàn)中[11]。

圖2　HGF/c-Met信號(hào)通路的作用機(jī)制Fig.2　HGF/c-Met signaling pathway and action mechanism

在AMG-208結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，Amgen公司根據(jù)電子等排原理，進(jìn)一步研發(fā)出化合物AMG-337。將連接臂中的氧原子換成氮原子，喹啉環(huán)替換成[1,5]二氮雜萘，使之形成分子內(nèi)氫鍵，很好地解決了分子對(duì)CYP3A4酶的時(shí)間依賴性抑制問(wèn)題。同時(shí)，將苯環(huán)替換成噻唑環(huán)，改善了整個(gè)分子的成藥性。該化合物目前處于臨床Ⅱ期研究中，主要用于治療胃癌和食道癌[12]。

另外，化合物PF-04217903和PF-04254644均是由Pfizer公司研發(fā)的選擇性c-Met激酶抑制劑，Ki分別是5.0 和10.3 nmol/L。體外對(duì)208種不同激酶進(jìn)行篩選，2個(gè)化合物均表現(xiàn)出高度選擇性，體內(nèi)試驗(yàn)也證明，這2個(gè)化合物能有效地抑制腫瘤的生長(zhǎng)，且口服的PK數(shù)據(jù)良好。但化合物PF-04254644是強(qiáng)烈的磷酸二酯酶抑制劑，大鼠試驗(yàn)結(jié)果表明，該化合物會(huì)導(dǎo)致心率加快，心輸出量增加，收縮性指數(shù)降低和心肌變性。由此，其在Ⅰ期臨床試驗(yàn)中被終止[13]。

類似的2種化合物，JNJ-38877605(IC50=4.0 nmol/L)和SGX-523[14](Ki=2.7 nmol/L)體外試驗(yàn)也表現(xiàn)出很好的激酶活性，但在Ⅰ期臨床試驗(yàn)中，化合物JNJ-38877605藥效較差，且在患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)肌酐水平增加，化合物SGX-523出現(xiàn)腎臟毒性，因此，這2個(gè)化合物也終止了臨床研究。

3.2非選擇性c-Met抑制劑非選擇性c-Met抑制劑可作用于多個(gè)靶點(diǎn)，選擇性較差，但作用范圍更廣。從結(jié)構(gòu)上看也更為舒展，基本呈長(zhǎng)鏈狀，分子量較大，疏水性強(qiáng)。

由Exelixis公司研發(fā)的Cabozantinib(XL184)是目前唯一上市的非選擇性抑制劑，對(duì)c-Met、VEGFR-2、Ret、Kit、AXL等多種激酶有抑制作用，c-Met激酶的IC50為1.3 nmol/L，VEGFR-2的IC50為0.035 nmol/L。體內(nèi)試驗(yàn)表明，該化合物能有效地抑制c-Met和VEGFR-2的磷酸化，從而達(dá)到治療腫瘤轉(zhuǎn)移和抗血管生成的目的。2012年11月29日， FDA批準(zhǔn)Cabozantinib用于不可手術(shù)切除的惡性局部晚期或轉(zhuǎn)移性甲狀腺髓樣癌的治療[15]。

Exelixis公司還開(kāi)發(fā)了針對(duì)多種激酶有抑制作用的Foretinib，c-Met激酶的IC50為0.4 nmol/L，VEGFR-2的IC50為0.86 nmol/L。和激酶的共晶模型顯示，化合物與激酶結(jié)合緊密，占據(jù)了ATP口袋和疏水空腔，環(huán)丙基二酰胺側(cè)鏈上的2個(gè)氧原子分別與Lys1110和Asp1222形成氫鍵[16]。目前，該化合物處于臨床Ⅱ期試驗(yàn)中，主要針對(duì)乳腺癌和胃癌的治療。

與以上結(jié)構(gòu)類似，日本衛(wèi)材公司研發(fā)的化合物Golvatinib(E7050)，c-Met激酶的IC50為14 nmol/L，VEGFR-2的IC50為16 nmol/L[17]，目前正處于Ⅰ期/Ⅱ期臨床階段。MethylGene公司研發(fā)的化合物MGCD-265，能有效地抑制c-Met、VEGFR-2和RON，IC50分別是1、3、2 nmol/L[18]，目前處于Ⅰ期/Ⅱ期臨床階段。

在保留二酰胺結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，引入并環(huán)，Bristol-Myers-Squibb公司得到化合物BMS-777607(c-Met的IC50為3.9 nmol/L)[19]，目前處于Ⅱ期臨床階段。Lilly公司研發(fā)的化合物L(fēng)Y-2801653對(duì)c-Met的Ki為2 nmol/L[20]，處于Ⅱ期臨床試驗(yàn)階段。

3.3其他結(jié)構(gòu)的c-Met抑制劑Tivantinib(ARQ-197)是由美國(guó)ArQule公司與日本第一三共制藥聯(lián)合研發(fā)，屬于非ATP競(jìng)爭(zhēng)的新型小分子c-Met激酶抑制劑，對(duì)c-Met具有高度選擇性，而對(duì)Ron幾乎無(wú)活性，對(duì)EGFR、InsR、PDGFRα和FGFR1/4無(wú)抑制作用。在MDA-MB-231和NCI-H411細(xì)胞系中，對(duì)HGF誘導(dǎo)的c-Met磷酸化有較強(qiáng)抑制作用，IC50為100～300 nmol/L。另外，Tivantinib對(duì)微管蛋白聚合有抑制作用，擾亂微管蛋白代謝，延長(zhǎng)G2/M 期，增加細(xì)胞凋亡[21]。

Merck公司研發(fā)的全新結(jié)構(gòu)的多靶點(diǎn)激酶抑制劑MK-2461，屬于ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，對(duì)c-Met、RON、FLT1/3/4、FGFR1/2/3、VEGFR2和TRKA/B等激酶均具有抑制活性[22]。其中，對(duì)c-Met的IC50為2 nmol/L，目前已完成Ⅰ期臨床試驗(yàn)，主要針對(duì)晚期實(shí)體瘤的治療。

4結(jié)論

HGF/c-Met信號(hào)通路在腫瘤的生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡中起重要作用，隨著研究的不斷深入，人們對(duì)該信號(hào)通路致病機(jī)制的認(rèn)識(shí)也愈加清晰，同時(shí)一批作用于該信號(hào)通路的化學(xué)藥物和生物藥物也正于研發(fā)之中，且已經(jīng)有2個(gè)小分子c-Met 抑制劑成功上市并應(yīng)用于臨床，顯示HGF/c-Met信號(hào)通路具有良好的開(kāi)發(fā)價(jià)值和市場(chǎng)潛力。c-Met靶點(diǎn)也面臨著一些問(wèn)題，如c-Met基因突變和基因擴(kuò)增的發(fā)生頻率相對(duì)較低，c-Met抑制劑只能對(duì)部分患者產(chǎn)生應(yīng)答，腫瘤治療中的耐藥性與c-Met活化之間的關(guān)系，c-Met抑制劑和其他激酶抑制劑聯(lián)合用藥的問(wèn)題，c-Met抑制劑聯(lián)合化療和放療用藥的問(wèn)題。隨著HGF/c-Met信號(hào)通路的不斷研究，一定能夠找到一類腫瘤抑制活性高、選擇性好、副作用小的抑制劑，以期為癌癥治療提供新的途徑。

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作者簡(jiǎn)介李麗麗(1985- )，女，廣東云浮人，助理實(shí)驗(yàn)師，從事抗腫瘤藥效研究。*通訊作者，副教授，從事實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型研究。

收稿日期2016-03-21

中圖分類號(hào)R 979.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)13-153-04

Research Progress of Small Molecule Inhibitor Based on c-Met Kinase

LI Lili1,2, AI Xiao-jie1*

(1.College of Agriculture and Biology Science, Shanghai Jiao Tong University/Shanghai Key Laboratory of Veterinary Biotechnology, Shanghai 200240:2.Shanghai Medicilon Bio-pharmaceutical Co., Ltd., Shanghai 201299)

AbstractThe HGF/c-Met signaling pathway plays important regulating roles in tumorigenesis, tumor development and transfer, which has become the popular target for the research on antitumor drug.We reviewed the research progress of the action mechanism of c-Met signaling pathway and the c-Met inhibitor, aiming at finding an inhibitor with high activity, good selectivity and small side effect, and offering new approach for cancer therapy.

Key wordsReceptor tyrosine kinases (RTKs):c-Met:Small molecule inhibitor:Anti-tumor