HIV蛋白酶抑制劑在腫瘤治療中的作用

單軍奇 張玉林 陳德喜 郭洪亮

[摘要] HIV蛋白酶抑制劑（PIs）是一類抗HIV藥物，其廣泛應用大大提高了HIV感染者的生存率并延長了其生存期。近來，人們發(fā)現PIs具有抗腫瘤活性，這引發(fā)了將PIs重新定位為有效腫瘤化療藥物的想法。本文回顧綜述了PIs近年來的研究進展以及其在腫瘤治療中所起的作用，包括已確定的抗腫瘤機制，完成和正在進行的臨床試驗，為PIs在今后抗腫瘤方向奠定了基礎。

[關鍵詞] HIV蛋白酶抑制劑；腫瘤；內質網應激；細胞自噬

[中圖分類號] R273 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2016）03（c）-0051-05

[Abstract] HIV protease inhibitors （PIs） are widely used to anti-human immunodeficiency virus， which effectively improves the survival of HIV infected people. Recently， PIs were found to have an activity of anti-neoplasm. So PIs are now being considered as an agent to be used for anti-neoplasm chemotherapy. This artical will review and discuss the current research progress about the mechanism of PIs anti-neoplasm that has been identified， completed and ongoing clinical trials， which will lay the foundation for the future reaserch on PIs anti-neoplasm therapy.

[Key words] HIV protease inhibitor； Neoplasm； Endoplasmic reticulum stress； Autophagy

HIV蛋白酶抑制劑（PIs）的研發(fā)是通過抑制病毒的天冬氨酰蛋白前體裂解成其功能形式來阻止HIV病毒顆粒的成熟。自1995年第1種HIV PIs沙奎那韋被FDA批準后，相繼有9種其他的HIV PIs被批準，分別為茚地那韋、奈非那韋、利托那韋、洛匹那韋、阿扎那韋、福沙那韋、替拉那韋、安普那韋和地瑞那韋。HIV PIs與現有的逆轉錄酶抑制劑聯合作用，迅速成為HIV的標準治療方案，并成為引領時代的“高效抗逆轉錄病毒治療”方法。其廣泛應用大大提高了HIV感染者的生存率并延長了其生存期，機會性感染的發(fā)病率也隨之下降，與艾滋病相關的腫瘤特別是卡波西肉瘤（Kaposi's sarcoma，KS）的新發(fā)病例數也明顯降低。近來，人們發(fā)現PIs具有抗腫瘤的活性，這引發(fā)了人們將PIs可以重新定位為有效腫瘤化療藥物的想法[1-2]。

1 PIs在體外和臨床前期相關的腫瘤活體研究

PIs對人類細胞有著廣泛的毒性作用，但也被賦予有效的抗癌特性[3]。盡管它們與HIV蛋白酶有一定的同源性，但考慮其抗腫瘤活性，細胞蛋白酶似乎是蛋白酶抑制劑的主要靶點，尤其是蛋白酶體和基質金屬蛋白酶（MMPs）。從Gills等[4]的一項研究中獲悉，PIs對美國國家癌癥研究所平臺的所有60個細胞系（NCI60 cell-lines）均有抗癌活性，同時描述了多個潛在的抗腫瘤作用機制，包括內質網應激、自噬、凋亡以及抑制Akt通路。多種腫瘤發(fā)生的重要共同點是PI3K/Akt/mTOR信號通路的激活，因此這一途徑的抑制劑已被作為抗癌藥物而開發(fā)。Gills等[5]對結構蛋白相互作用的綜合分析發(fā)現，在被預測的92種奈非那韋作用的細胞靶點中，7種最強親和力的靶點是依賴天冬酰胺蛋白酶的，其余的靶點主要是依賴蛋白激酶的，如Akt、NFαB的上游調控因子——生長因子受體，以及那些已知的被奈非那韋下調的其他信號分子。PIs也有可能不利于腫瘤治療，如KS細胞多藥轉運體ABCB1（P-糖蛋白）表達的增強，使得KS細胞具有抗多柔比星和紫杉醇化療的特性[6]。

2 PIs的抗腫瘤機制

2.1 PIs抑制血管生成和細胞侵襲

在對PIs抗腫瘤活性的研究中發(fā)現，茚地那韋和沙奎那韋是強效的血管生成抑制劑，在小鼠KS模型中它們通過阻斷MMP2活化來阻止腫瘤細胞侵襲[7]，隨后的研究發(fā)現，利托那韋和沙奎那韋可阻斷MMP2和MMP9的活化來阻止宮頸上皮內瘤樣病變細胞的侵襲[8]。在裸鼠實驗中，安普那韋也表現出通過阻斷MMP2活化來阻止肝細胞癌的侵襲和腫瘤生長[8]。此外，PIs可以通過下調一些信號通路來阻止血管生成，如下調PI3K/Akt通路來調節(jié)參與新生血管形成的血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和許多其他因子的調節(jié)[9-10]。

2.2 蛋白酶抑制劑抑制Akt

PI3K/Akt信號通路及其下游調控因子——如哺乳動物的雷帕霉素靶子（mammalian target of rapamycin，mTOR）和VEGF具有參與細胞增殖、運動、血管新生、細胞變形、凋亡/生存以及 DNA 損傷修復等多種功能[11]。上調PI3K/Akt信號通路可以防止細胞凋亡，從而使多種腫瘤對放療和化療不敏感。在多種腫瘤細胞系中，PIs可以抑制Akt磷酸化[4，12]。盡管PIs在不同腫瘤細胞類型中表現不一，但奈非那韋似乎是眾多PIs中最強效的Akt抑制劑[4]。在抗雷帕霉素的彌漫大B細胞淋巴瘤細胞系中，Akt的活化上調，與雷帕霉素聯合應用的奈非那韋或Akt抑制劑MK-2206導致細胞毒作用[13]。一份有關HIV感染患者的觀察性研究表明[14]，不服用PIs的抗逆轉錄病毒治療組或不接受抗病毒藥物組與服用以奈非那韋為基礎的抗逆轉錄病毒治療組相比，后者白細胞中Akt磷酸化水平較低。此外，奈非那韋與輻射毒性的增加不相關[14]。然而，Akt被抑制的水平并不總是與抗腫瘤活性相關，在一些模型系統中奈非那韋未能激活Akt通路[15-16]。PIs通過PI3K阻止Akt磷酸化的確切機制仍未知，可能通過抑制上游生長因子，誘導內質網應激或產生其他影響[15]。

2.3 PIs誘導內質網應激

當積累的錯誤折疊的蛋白質或其他應力破壞了內質網平衡，未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）被觸發(fā)，從而導致蛋白翻譯受阻和細胞周期阻滯[17-18]。奈非那韋和其他PIs可以引起ER應激[19]。在脂肪肉瘤和去勢抵抗前列腺癌細胞株（具有脂肪性表型）中，奈非那韋通過抑制位點2蛋白酶誘導ER應激，導致與固醇調節(jié)元件相結合的蛋白-1（SREBP-1）受損，以及激活轉錄因子6[20]。這正好驗證了所知PIs的毒性——脂肪代謝不良，可能是由SREBP-1水平的增加引起的[1]。正確的蛋白質折疊是由分子伴侶協助完成的，錯誤折疊的蛋白質的降解主要在蛋白酶體進行。因此，通過PIs干擾上述功能會導致ER應激[21]。Liu等[22]研究指出洛匹那韋和利托那韋通過激活ER應激來增加頭頸部鱗癌細胞對放療的敏感性。奈非那韋還具有抗蛋白酶體的細胞類型依賴性[16，23]。然而在一項研究中，奈非那韋抑制乳腺癌細胞裂解物從而部分抑制蛋白酶體活性，但引起ER應激機制不同于蛋白酶體抑制劑[15]。相反，有其他研究證據表明，奈非那韋的主要目標似乎是分子伴侶——熱休克蛋白90，引起內質網應激并破壞Her2和Akt信號通路[24]。基于體外和小鼠模型，在多種類型的腫瘤（包括單獨耐硼替佐米的腫瘤）中，一種PIs（奈非那韋或利托那韋）與蛋白酶體抑制劑硼替佐米的聯合應用可以增強內質網應激和細胞殺傷[14，25]。ER應激和UPR可導致自噬，如果內質網平衡可以再建立則細胞可存活，否則會導致細胞凋亡和細胞死亡。

2.4 PIs誘導細胞自噬

自噬是一種普遍存在且進化高度保守的細胞內蛋白降解程序，其通過膜運動將非折疊及錯疊蛋白、大分子以及損傷或衰老的細胞器送入溶酶體進行降解。其中蛋白質和細胞器被降解并再循環(huán)或作為細胞穩(wěn)態(tài)的正常部分，或為了生存讓細胞度過一段營養(yǎng)饑餓期[26]。除了養(yǎng)分饑餓，自噬可由PIs引起的PI3K/Akt通路的抑制而被觸發(fā)[27]。自噬可以通過降解非折疊及錯疊蛋白減少ER應激，相反地，抑制自噬可引起ER應激而導致細胞死亡。因此，自噬可以保護癌細胞免于死亡，拮抗細胞自噬可以通過誘導ER應激/UPR的方法達到治療效果。例如，3-甲基腺嘌呤是一種自噬抑制劑，在多種腫瘤細胞系中，它可以增加奈非那韋誘導的細胞死亡量[4]。氯喹也是一種自噬抑制劑，在三陰性乳腺癌（即雌激素、孕激素及Her2均為陰性的乳腺癌）細胞中，它可以協同增強由奈非那韋或塞來昔布誘導的ER應激引起的細胞毒作用[28]。在14例原發(fā)性慢性淋巴細胞白血病細胞中，奈非那韋可觸發(fā)ER應激和自噬[29]。

2.5 PIs誘導細胞凋亡

細胞凋亡指為了維持內環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細胞自主有序的死亡。與細胞壞死不同，凋亡不是一件被動的過程，而是主動過程，它涉及一系列基因的激活、表達以及調控等作用。研究發(fā)現在多種不同的細胞系中，PIs可通過誘導ER應激和UPR途徑抑制PI3K/Akt活性及其他信號通路如STAT3、c-Src和NFαB等從而誘導細胞凋亡[10，12，28，30-31]。PIs可能會通過抑制IαB蛋白酶體降解來抑制NFαB激活，誘導細胞凋亡[10，32]。

3 臨床腫瘤試驗

三項有關奈非那韋聯合放化療的I期研究已完成。在胰腺癌患者中，奈非那韋聯合吉西他濱、順鉑進行放化療，可以增強Akt抑制水平和增加放療敏感性，而且并沒有發(fā)現奈非那韋引起的毒性反應[33]。Rengan等[34]指出在無法手術切除的非小細胞肺癌患者中，奈非那韋聯合依托泊苷、順鉑放化療，也未發(fā)現奈非那韋劑量依賴的毒性反應。在Alonso-Basanta等[35]進行的I期臨床試驗中，口服最大耐受劑量（MTD）的奈非那韋和替莫唑胺聯合放療，大多數膠質母細胞瘤患者對此是耐受的，這些人將進行Ⅱ期臨床試驗，僅有少數出現肝毒性和腹瀉。此外，還有數項臨床腫瘤實驗已完成或正在進行，在Gideon等[36]進行的I期臨床試驗中，找出了奈非那韋在晚期實體腫瘤應用中的MTD和劑量限制性毒性（DLT），而且奈非那韋用量在超過FDA規(guī)定標準劑量的2.5倍下腫瘤患者也是可耐受的，顯示出奈非那韋具有良好的可耐受性。

4 結論

在對HIV相關惡性腫瘤的臨床研究中發(fā)現，PIs對多種腫瘤具有潛在的治療作用。PIs能夠通過多種途徑阻止腫瘤的生長和侵襲。在PIs中，奈非那韋似乎最有希望用于腫瘤的治療，并且一些臨床試驗已經開始進行，并顯示其具有良好的耐受性和有效性?，F在正進行有關利托那韋、洛匹那韋和地瑞那韋三種PIs對結直腸癌細胞HCT116細胞系（有P53基因正常和P53基因缺失兩種）的相關研究，探討這三種藥物誘導HCT116細胞系凋亡與P53基因是否相關以及其作用機制?；蛟S通過繼續(xù)對奈非那韋以及其他PIs抗腫瘤機制的深入研究，以及通過將其與現有的抗腫瘤藥物和或放療聯合應用，可能會針對某些腫瘤起到意想不到的治療和預防效果[37-41]。此外，對蛋白酶抑制劑的深入研究，可能會利于PIs類似物或衍生物制劑的開發(fā)，使其得到更充分的發(fā)展，從而尋求更多癌癥的有效治療方法。

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（收稿日期：2015-12-10 本文編輯：趙魯楓）