Polo樣激酶1在非小細(xì)胞肺癌中的研究進(jìn)展

葉芊伲，董孟杰

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，浙江 杭州 310003）

Polo樣激酶1（Polo-like kinase 1, PLK1）是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)的Polo樣激酶，其表達(dá)量及活性在有絲分裂時(shí)呈周期性改變[1]。通過(guò)改變亞細(xì)胞定位，PLK1幾乎參與有絲分裂啟動(dòng)、中心體成熟、紡錘體組裝、染色體分離及胞質(zhì)分裂等有絲分裂每一步過(guò)程，被認(rèn)為是調(diào)節(jié)有絲分裂的關(guān)鍵蛋白[2]。PLK1已被證實(shí)在多種腫瘤類(lèi)型中過(guò)表達(dá)，對(duì)診斷早期腫瘤和預(yù)測(cè)預(yù)后具有重要價(jià)值，可作為新型腫瘤標(biāo)記物或腫瘤基因治療新靶點(diǎn)[3]。本文將系統(tǒng)總結(jié)PLK1在非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）中表達(dá)、靶向治療及其腫瘤耐藥等方面的最新研究進(jìn)展。

1 PLK1在肺癌組織中表達(dá)與腫瘤預(yù)后

PLK1在大部分惡性腫瘤細(xì)胞中呈過(guò)度表達(dá)，主要在細(xì)胞有絲分裂的G2晚期及M期表達(dá)。PLK1表達(dá)程度與NSCLC的腫瘤分期、腫瘤的發(fā)生與發(fā)展、臨床預(yù)后等密切相關(guān)，具有作為治療NSCLC靶點(diǎn)的潛力。Li等[4]通過(guò)免疫組織化學(xué)及qRT-PCR發(fā)現(xiàn)肺鱗癌組織中PLK1 mRNA及蛋白表達(dá)程度與腫瘤分化、腫瘤大小、臨床分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)；不同分期肺癌組織中PLK1表達(dá)強(qiáng)度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而且隨著分期的增高, PLK1表達(dá)的陽(yáng)性率及程度亦增加。Van den Bossche等[5]研究發(fā)現(xiàn)肺腺癌組織均有不同程度的PLK1 mRNA和蛋白質(zhì)水平上調(diào)[可高于正常肺組織5.73倍（0.742～18.846）]，表達(dá)程度與腫瘤分化程度密切相關(guān)，在低分化腫瘤中尤為明顯；有趣的是，非吸煙患者表現(xiàn)出更高的PLK1 mRNA水平。PLK1 mRNA低表達(dá)組總生存期（overall survival,OS）高于PLK1 mRNA高表達(dá)組（P＝0.001，HR＝1.150）?；趩我蛩睾投嘁蛩厣娣治?，PLK1高表達(dá)被證實(shí)是在NSCLC中一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后不良因素（HR＝1.926～2.113）[4,6]。

2 以PLK1為靶點(diǎn)的藥物研究

PLK1是細(xì)胞進(jìn)程中重要的有絲分裂激酶，抑制PLK1可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡并抑制腫瘤生長(zhǎng)，為肺癌治療提供重要的生物學(xué)靶點(diǎn)。目前以PLK1為靶點(diǎn)藥物研究分為抑制PLK1表達(dá)（如PLK1反義寡核苷酸、RNA干擾技術(shù)等）和抑制PLK1功能兩種。

PLK1反義寡核苷酸（antisense oligonucleotides,ASOs）以劑量依賴性和序列特異性的方式抑制腫瘤組織PLK1 mRNA和蛋白質(zhì)水平[7]。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染PLK1 ASO（pcDNA3-PLK1）的A549肺癌細(xì)胞在48 h后PLK1 mRNA表達(dá)下降61.84%，50%以上細(xì)胞停滯于G2/M期且細(xì)胞凋亡顯著增加；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)PLK1 ASO對(duì)A549裸鼠移植瘤的抑制率為70%～86%[8]。Kawata等[9]研究PLK1對(duì)肺癌肝轉(zhuǎn)移的影響，在接種PLK1小干擾RNA癌細(xì)胞70 d后，小鼠肝臟轉(zhuǎn)移瘤（A549細(xì)胞株）明顯受抑制。然而，由于ASO易受核酶攻擊及RNA干擾技術(shù)安全性、穩(wěn)定性問(wèn)題，在臨床轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用上仍受限，小分子抑制劑是目前靶向PLK1的更好選擇[10]。

PLK1的N-末端是高度保守的激酶結(jié)構(gòu)域（kinase domain, KD），C末端是PLKs特征性結(jié)構(gòu)，即polo-box結(jié)構(gòu)域（polo-box domain, PBD），二者連接區(qū)域?yàn)殂q鏈區(qū)。其中KD為催化區(qū)域，PBD則影響PLK1在細(xì)胞中的定位及調(diào)節(jié)。目前研究最多的是ATP競(jìng)爭(zhēng)性小分子抑制劑，結(jié)合于PLK1激酶ATP結(jié)構(gòu)域的結(jié)合口袋，與絞鏈區(qū)形成氫鍵[11]。利用高通量篩選、結(jié)構(gòu)改造等技術(shù)方法，有效提高了對(duì)靶點(diǎn)的選擇性，研發(fā)的藥物主要包括：二氫蝶啶酮類(lèi)、噻吩類(lèi)、4,5-二氫-1H-喹唑啉[4,3-h]并吡唑類(lèi)、2-氨基芳雜環(huán)類(lèi)、苯并己內(nèi)酰胺類(lèi)等，部分藥物已經(jīng)進(jìn)入了臨床研究階段。近年來(lái)，靶向PLKs特征性結(jié)構(gòu)PBD的藥物研究亦取得重要進(jìn)展。2.1 靶向PLK1激酶結(jié)構(gòu)域的PLK1抑制劑研發(fā) 作用于ATP區(qū)域的小分子PLK1抑制劑中，已有部分處于臨床前研究階段或臨床研究階段。BI2536是第一代二氫蝶啶酮衍生物類(lèi)的ATP競(jìng)爭(zhēng)性小分子抑制劑，在A549和NCI-H460異種移植小鼠模型中有明顯腫瘤抑制及良好的耐受性[12]。在一項(xiàng)Ⅰ期臨床試驗(yàn)中，確定了BI2536在各種實(shí)體瘤中的最大耐受量和總體安全性，毒性主要表現(xiàn)在血液系統(tǒng)[13]。另兩項(xiàng)臨床試驗(yàn)招募了難治性或轉(zhuǎn)移性NSCLC患者，分別是BI2536聯(lián)合培美曲塞的Ⅰ期試驗(yàn)[14]和BI2536單藥的Ⅱ期臨床試驗(yàn)[15]。聯(lián)合用藥試驗(yàn)中，2 例（2/41）患者達(dá)到了部分緩解（partial response,PR），無(wú)進(jìn)展生存期（progression-free survival,PFS）為20.1 個(gè)月；21 例（21/41）患者顯示出有臨床意義的病情穩(wěn)定（stable disease, SD）。在單一療法的Ⅱ期臨床試驗(yàn)中，4.2%（4/95）患者達(dá)到PR，PFS為8.3 周。兩項(xiàng)臨床試驗(yàn)僅少數(shù)NSCLC患者達(dá)到了PR，大多數(shù)不良事件僅一過(guò)性影響血液系統(tǒng)。聯(lián)合用藥Ⅰ期試驗(yàn)中客觀緩解率（objective response rate, ORR）僅為5%（n＝2），經(jīng)審查后PFS為20.1 個(gè)月，提示BI2536在NSCLC治療中具有一定的臨床價(jià)值，引發(fā)了尋找PLK1有效生物標(biāo)記物以優(yōu)化PLK1抑制劑的給藥策略的討論。

BI6727（Volasertib）作為第二代二氫蝶啶酮類(lèi)衍生物，是目前研究最為廣泛的PLK1抑制劑，具有高分布量、良好組織穿透性和較長(zhǎng)半衰期特點(diǎn)，同時(shí)具有高選擇性（IC50＝0.87 nmol/L）及高效性（EC50＝1.1～37 nmol/L）[16]。令人更驚喜的是，BI6727可抑制結(jié)腸癌紫杉烷類(lèi)耐藥模型的腫瘤生長(zhǎng)[16]。BI6727首次Ⅰ期臨床試驗(yàn)中包括10 例常規(guī)治療失敗的晚期或轉(zhuǎn)移NSCLC患者，評(píng)估了BI6727的最大耐受量、安全性、有效性以及PK參數(shù)[17]。目前為止，NSCLC患者參與BI6727臨床試驗(yàn)共6項(xiàng)，其中5項(xiàng)為Ⅰ期。一項(xiàng)Ⅱ期臨床試驗(yàn)評(píng)估了BI6727或培美曲塞單藥及兩者聯(lián)合用藥的療效對(duì)比，研究納入了131 名復(fù)發(fā)或難治性NSCLC患者[18]。研究結(jié)果顯示聯(lián)合用藥組的ORR為21.3%，BI6727用藥組的ORR為8.1%及培美曲塞用藥組的ORR為10.6%，但聯(lián)合用藥的PFS（3.3 個(gè)月）遜于培美曲塞單藥（5.3 個(gè)月）。研究中發(fā)現(xiàn)聯(lián)合用藥并沒(méi)有改善PFS，對(duì)NSCLC患者的總體療效也低于預(yù)期。但值得注意的是，聯(lián)合治療中較高的ORR提示著B(niǎo)I6727在部分NSCLC患者中有抗腫瘤活性，只是被更大比例的未獲益患者所掩蓋，然而目前很少的臨床試驗(yàn)去嘗試定義有效生物標(biāo)記物來(lái)明確這一部分獲益的患者[19]。

Rigosertib（ON-01910）是第一個(gè)非ATP競(jìng)爭(zhēng)性PLK1抑制劑，作用于ATP結(jié)合位點(diǎn)以外區(qū)域，可以避免激酶抑制劑引起的相關(guān)問(wèn)題（如ATP結(jié)合位點(diǎn)突變而導(dǎo)致的獲得性耐藥）。ON-01910在異種移植模型中，對(duì)多種細(xì)胞株（包括紫杉醇耐藥株）增殖均有抑制作用[20]。目前臨床研究基于兩個(gè)共3 例NSCLC患者參與的Ⅰ期臨床試驗(yàn)，均對(duì)該藥物無(wú)反應(yīng)。最常見(jiàn)的AE包括骨骼、腹部疼痛和癌痛、惡心以及排便沖動(dòng)，這些副作用與先前的PLK1抑制劑不同，可能與ON-01910的作用機(jī)制相關(guān)，早期的臨床前研究盡管確定PLK1是ON-01910的主要靶點(diǎn)，其作用機(jī)制仍需深入研究。

2.2 靶向PBD的PLK1抑制劑研究 由于ATP結(jié)合域的高度保守性，靶向KD的抑制劑無(wú)法避免出現(xiàn)選擇性問(wèn)題及副作用，最近靶向PBD的PLK1抑制劑取得了重要的進(jìn)展。通過(guò)高通量篩選發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)小分子抑制劑為poloxin[21]，是百里醌的合成類(lèi)似物，能誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞有絲分裂停滯和凋亡（IC50＝4.8 μmol/L），并抑制異種動(dòng)物模型中腫瘤生長(zhǎng)?，F(xiàn)已開(kāi)發(fā)或鑒定了幾個(gè)類(lèi)似化合物，如Poloxin-2，Purpurogallin，Poloxipan，bg-34，Poloppin和Poloppin-2。此外，綠茶兒茶素被認(rèn)為屬于這一類(lèi)PLK1抑制劑[22]，但Ⅰ期臨床試驗(yàn)探索了綠茶提取物在17 例晚期肺癌患者中的最大耐受量，結(jié)果表明所有患者均無(wú)客觀反應(yīng)[23]。

目前抑制PLK1仍然是需要評(píng)估的治療策略，未來(lái)的研究應(yīng)該探索抑制PLK1的潛在預(yù)測(cè)生物標(biāo)記物，幫助確定合適的患者進(jìn)行治療并監(jiān)測(cè)PLK1活性，驗(yàn)證其是否具有臨床益處。

3 PLK1與肺癌耐藥關(guān)系

PLK1通過(guò)多種途徑參與獲得性耐藥，抑制PLK1可以增強(qiáng)化療藥物敏感性，為PLK1抑制劑與化療藥物聯(lián)合治療提供了理論基礎(chǔ)。

3.1 PLK1與上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transitions, EMT） EMT是指上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細(xì)胞的過(guò)程，通過(guò)分析腫瘤樣本的基因表達(dá)譜與患者臨床表現(xiàn)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)EMT相關(guān)的特征基因表達(dá)與耐藥性之間有很強(qiáng)的相關(guān)性[24]。信號(hào)通路的激活對(duì)EMT啟動(dòng)和維持至關(guān)重要，PLK1作用于EMT信號(hào)通路，在腫瘤細(xì)胞中過(guò)表達(dá)導(dǎo)致耐藥性的發(fā)生。Ferrarotto等[25]進(jìn)行了大規(guī)模綜合分析，發(fā)現(xiàn)EMT程度高的NSCLC細(xì)胞株對(duì)PLK1抑制劑的敏感性高于低者，且強(qiáng)制誘導(dǎo)間質(zhì)表型提高了細(xì)胞的藥物敏感性。抑制PLK1有利于逆轉(zhuǎn)耐藥，增加化療敏感性，F(xiàn)u等[26]從分子機(jī)制研究闡明PLK1通過(guò)直接或磷酸化C-RAF，觸發(fā)中下游信號(hào)，導(dǎo)致ZEB（EMT轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)因子之一）的轉(zhuǎn)錄激活。此外，PLK1還通過(guò)AKT或FOXM1途徑誘導(dǎo)EMT，這些信號(hào)途徑共同作用于腫瘤細(xì)胞，誘導(dǎo)EMT及耐藥性的產(chǎn)生。

3.2 PLK1與DNA損傷反應(yīng)（DNA damage response,DDR） 細(xì)胞在DNA因藥物作用而受損后，DDR激活細(xì)胞周期檢查點(diǎn)，使細(xì)胞周期停滯，待DNA修復(fù)完成后P53失活，細(xì)胞恢復(fù)有絲分裂。PLK1可負(fù)向調(diào)節(jié)P53[27]，覆蓋細(xì)胞周期檢查點(diǎn)并激活CDK1，使受損癌細(xì)胞進(jìn)入周期繼續(xù)有絲分裂[28-29]。此外，當(dāng)DNA損傷不可修復(fù)時(shí)，檢查點(diǎn)誘導(dǎo)細(xì)胞以依賴P53的方式凋亡[6]。P53表達(dá)下調(diào)的癌細(xì)胞無(wú)法誘導(dǎo)凋亡，反而繼續(xù)增殖。PLK1通過(guò)多種途徑影響DDR，使藥物作用下的癌細(xì)胞在DNA受損未完全修復(fù)情況下繼續(xù)增殖，表現(xiàn)為腫瘤細(xì)胞對(duì)藥物敏感性下降，導(dǎo)致耐藥性產(chǎn)生。

3.3 PLK1與染色體不穩(wěn)定性（chromosomal instability,CIN） CIN是癌細(xì)胞的標(biāo)志之一，已被證實(shí)能直接促進(jìn)耐藥性發(fā)生，機(jī)制可能是耐藥基因與CIN重疊[30]。為了確?；蚪M穩(wěn)定性，有絲分裂中期的紡錘體組裝檢查點(diǎn)（spindle assembly checkpoint, SAC）監(jiān)測(cè)染色體分離的準(zhǔn)確性，其功能異常是CIN的主要原因[31]。癌細(xì)胞中PLK1過(guò)表達(dá)，影響SAC功能，細(xì)胞無(wú)法保證正常有絲分裂促使CIN發(fā)生[32]。PLK1在CIN發(fā)生過(guò)程的具體機(jī)制及CIN誘導(dǎo)耐藥過(guò)程中所扮演的角色有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語(yǔ)

PLK1對(duì)于NSCLC發(fā)生、靶向治療及其腫瘤耐藥等方面發(fā)揮著重要作用。目前多種小分子抑制劑藥物已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，部分患者從抑制PLK1中得到持久獲益，但作為單一藥物，PLK1抑制劑對(duì)NSCLC患者的總體療效是有限的。在PLK1一個(gè)分子內(nèi)可提供兩個(gè)獨(dú)立的藥物靶點(diǎn)，將PLK1 PBD抑制劑與ATP競(jìng)爭(zhēng)抑制劑相結(jié)合，有望在抗癌治療中取得突破。隨著PLK1在獲得性耐藥、與細(xì)胞毒性藥物以及靶向治療藥物聯(lián)合協(xié)同治療研究深入，相信PLK1抑制劑在有效防止或延遲原發(fā)或轉(zhuǎn)移性肺癌的獲得性耐藥方面發(fā)揮重要作用。同時(shí)，隨著PLK1與其他小分子藥物相互作用機(jī)制研究深入，PLK1在作為輔助或調(diào)節(jié)治療中預(yù)計(jì)將會(huì)發(fā)揮重要的臨床價(jià)值。