李冬冬，陶遵威

(天津市醫(yī)藥科學(xué)研究所，天津 300032)

靶向硫氧還蛋白系統(tǒng)抗腫瘤藥物的研究進展*

李冬冬，陶遵威

(天津市醫(yī)藥科學(xué)研究所，天津 300032)

硫氧還蛋白(Trx)/硫氧還蛋白還原酶(TrxR)在許多人原發(fā)性腫瘤中和腫瘤病人的血樣中是高表達的。其在促進腫瘤細胞增殖、抑制細胞凋亡、促進腫瘤耐藥發(fā)生等事件中起到關(guān)鍵的推動作用, 通過化療藥物抑制TrxR的活性已成為有效的癌癥靶向治療策略。國內(nèi)外都開展了硫氧還蛋白系統(tǒng)抑制劑的探索工作，目前國際上進入臨床研究的硫氧還蛋白系統(tǒng)的靶向藥物只有三種，本文針對臨床在研的這三種藥物進行總結(jié)，以期開發(fā)出新型更高效的抗腫瘤新藥。

硫氧還蛋白系統(tǒng),細胞凋亡,腫瘤治療

硫氧還蛋白系統(tǒng)由硫氧還蛋白(Trx)、硫氧還蛋白還原酶(TrxR)和煙酰腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)組成，是一類普遍存在于細胞中的氧化還原系統(tǒng)，該系統(tǒng)在肌體抗氧化、介導(dǎo)細胞信號傳導(dǎo)、調(diào)節(jié)細胞生長和抑制等方面發(fā)揮重要的生理作用。臨床研究表明，硫氧還蛋白/ 硫氧還蛋白還原酶在許多人原發(fā)性腫瘤中和腫瘤病人的血樣中是高表達的[1]。其在促進腫瘤細胞增殖、抑制腫瘤細胞凋亡、促進腫瘤耐藥發(fā)生等事件中起到關(guān)鍵的推動作用,通過化療藥物抑制硫氧還蛋白還原酶的活性已經(jīng)成為有效的癌癥靶向治療策略[2,3]。

目前國際上進入臨床研究的硫氧還蛋白系統(tǒng)的靶向藥物只有三種，加拿大Pharmacyclics Inc 研發(fā)生產(chǎn)作為一個調(diào)節(jié)TrxR活性的化學(xué)小分子藥物Motexafin gadolinium，具有抗腫瘤藥物活性，目前正在進行臨床III期研究；美國ProlX Pharmaceuticals公司正在研發(fā)生產(chǎn)的Trx抑制劑PX-12，目前正在進行治療胰腺癌的II期隨機研究；北京大學(xué)曾慧慧課題組研究開發(fā)的TrxR抑制劑乙烷硒啉，目前在中國協(xié)和腫瘤醫(yī)院完成了臨床I期研究，即將進入臨床II期。本文針對臨床在研的藥物進行綜述。

1 乙烷硒啉

乙烷硒啉(ethaselen)是TrxR的可逆的特異性抑制劑，通過下調(diào)TrxR的活性而引發(fā)以Trx系統(tǒng)為代表的腫瘤細胞體系氧化還原態(tài)的變化[4-6]。在人非小細胞肺癌A549裸鼠模型，舌癌Tca8113裸鼠模型和結(jié)腸癌LS-174T裸鼠模型中顯示出有效的抑制腫瘤生長的藥理作用。Wang等[7]發(fā)現(xiàn)，非小細胞肺癌A549小鼠模型中，乙烷硒啉能增強化療敏感度，而在非小細胞肺癌H1666(硫氧還蛋白還原酶表達量低于A549)模型中該增敏作用不明顯。在不同分化水平的結(jié)腸癌細胞中，乙烷硒啉表現(xiàn)出不同的抑制腫瘤生長機制和效果[8]。Tian等[9]研究表明，在接種人肺癌A549裸鼠模型中，聯(lián)合乙烷硒啉和順鉑可以有效抑制腫瘤生長，并且可以保持動物體重及減少順鉑的肝腎毒性，從而減輕順鉑的毒副作用。Li等[10]發(fā)現(xiàn)，在接種人胃癌BGC823的裸鼠模型中，聯(lián)合乙烷硒啉與順鉑或者5-氟尿嘧啶(5-Fu)顯示出對腫瘤抑制的協(xié)同作用。

徐靜[11]通過計算機模擬研究了乙烷硒啉對硫氧還蛋白還原酶作用的機制，發(fā)現(xiàn)乙烷硒啉的藥效團苯并異硒唑酮結(jié)構(gòu)能主動識別該酶活性中心的半胱氨酸殘基并在整個藥效發(fā)揮過程中起著關(guān)鍵的作用。其分子結(jié)構(gòu)式見圖1。熒光光譜法和生物質(zhì)譜法進一步驗證了乙烷硒啉確實能特異性的作用于哺乳動物硫氧還蛋白還原酶的碳末端活性位點Cys497/SeCys498，有效地抑制該酶的催化活性，而對碳末端變異(Sec突變?yōu)镃ys)型的硫氧還蛋白還原酶和谷胱甘肽還原酶沒用明顯的抑制作用。

目前乙烷硒啉正在進行IB/Ⅱ期研究，臨床定位于胃癌，肺癌及結(jié)腸癌。藥效學(xué)、藥理學(xué)及毒理學(xué)試驗結(jié)果表明，乙烷硒啉是硫氧還蛋白還原酶抑制劑，在抑制硫氧還蛋白還原酶同時，表現(xiàn)出抗腫瘤轉(zhuǎn)移、抑制腫瘤生長、消褪已形成的腫瘤，與順鉑聯(lián)用時，有協(xié)同殺傷腫瘤細胞的功效。腫瘤患者單次口服乙烷硒啉給藥劑量為600 mg/d，血藥濃度均低于10 μg/L。給藥后的血藥濃度和動力學(xué)參數(shù)比較接近, 表觀分布容積均非常大，顯示乙烷硒啉具有一定的組織親和性。用液相色譜-電噴霧離子阱質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對尿及血漿中的代謝產(chǎn)物分析結(jié)果顯示，藥物多以代謝產(chǎn)物的形式在尿液中進行排泄的，對代謝產(chǎn)物分析有助于了解該藥的使用安全性，為臨床用藥提供參考依據(jù)[12]。

圖1 乙烷硒啉的分子結(jié)構(gòu)式

2 Motexafin gadolinium

Motexafin gadolinium (MGd)是具有卟啉環(huán)類似結(jié)構(gòu)的抗癌藥物。其分子中Gd(Ⅲ)與texaphyrin進行配位。這種分子結(jié)構(gòu)使得其很容易被還原。其具有第一還原電勢-41 mV，這顯示了其具有很強的電子親和能力。其分子結(jié)構(gòu)式見圖2。Hashemy等[13]實驗研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硫氧還蛋白還原酶加入到含有NADPH和MGd的溶液中時，NADPH的被氧化速率，相比較不加入硫氧還蛋白還原酶時，顯著性地提高。被還原的MGd與氧氣反應(yīng)通過氧化還原循環(huán)重新生成氧化態(tài)的MGd,而且通過此循環(huán)使得體系中生成活性氧物種超氧陰離子和過氧化氫。MGd被認(rèn)為是哺乳動物硫氧還蛋白還原酶的很好的催化底物(Km: 8.65 μM, Kkcat/Km: 4.86×104M-1/s)，在氧氣存在下產(chǎn)生活性氧物種進而幫助殺傷腫瘤細胞。MGd作為一個硫氧還蛋白還原酶的非競爭性抑制劑，抑制硫氧還蛋白還原酶的活性，導(dǎo)致硫氧還蛋白還原酶不能將其生理底物硫氧還蛋白的活性位點二硫鍵還原。MGd通過抑制TrxR活性，導(dǎo)致ROS的產(chǎn)生，激活A(yù)SK1介導(dǎo)的凋亡通路。也有研究表明，MGd也能夠上調(diào)游離鋅水平的相關(guān)基因的表達，從而抑制TrxR活性。

MGd是一個成功的靶向硫氧還蛋白還原酶抑制劑，研究證明其具有很廣的抗癌譜。乳腺癌移植小鼠體內(nèi)研究表明，其能選擇性定位于腫瘤組織，單劑量靜脈注射10 μmol/kg后，其在腫瘤組織中的濃度可達2 μmol/L；靜脈注射40 μmol/kg，并進行單次或多次輻射治療后，腫瘤體積可明顯縮小。小鼠體內(nèi)藥代動力學(xué)研究顯示，在劑量達到40 mg/kg以上時，其仍能被很好的耐受，血漿終末消除半衰期為12.9 h。

目前MGd正在作為單藥或者和放射療法及其他化學(xué)抗癌制劑聯(lián)合使用，對治療包括非小細胞肺癌、腦癌和中樞神經(jīng)細胞癌、淋巴癌、腎癌及胰腺癌等不同類型的腫瘤進行臨床研究[14-20 ]。MGd單藥治療慢性淋巴細胞白血病和腎細胞癌的效果并不佳。在與多種腫瘤一二線化療藥物聯(lián)合中，與替伊莫單抗聯(lián)合治療非霍奇金淋巴瘤的Ⅰ期臨床試驗不僅顯示了較高的安全性，同時也觀察到良好的反應(yīng)率(86%)和完全緩解率(64%)。在MGd與培美曲塞聯(lián)合治療晚期非小細胞肺癌的Ⅱ期臨床試驗中，MGd沒有增加培美曲塞毒性，但是反應(yīng)率、無病進展期(PFS)與培美曲塞單藥比沒有明顯的差別。相似的結(jié)果也出現(xiàn)在MGd與多西紫杉醇、順鉑聯(lián)合Ⅰ、Ⅱ臨床試驗中。另外，有研究將MGd聯(lián)合放療治療腦腫瘤的Ⅱ期臨床試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)MGd聯(lián)合放療是安全且有效的。用于全腦放療增敏的Ⅲ期試驗結(jié)果表明，MGd聯(lián)合及時的全腦放療可延長非小細胞肺癌腦轉(zhuǎn)移患者的神經(jīng)病學(xué)進展期。

圖2 MGd的分子結(jié)構(gòu)式

3 PX-12

PX-12 (1-methylpropyl 2-imidazolyl disulfide)是2-咪唑基二硫化物類抗癌化合物的代表分子，其分子中的二硫鍵是該藥物分子與硫氧還蛋白還原酶和硫氧還蛋白發(fā)生反應(yīng)的關(guān)鍵活性區(qū)域。其可以導(dǎo)致硫氧還蛋白還原酶和硫氧還蛋白的活性下降而觸發(fā)了其分子靶向性的抗癌作用[21,22]。其分子結(jié)構(gòu)式見圖3。

研究發(fā)現(xiàn)，硫氧還蛋白還原酶的SeCys氨基酸殘基可以進攻PX-12的分子內(nèi)二硫鍵，釋放巰基咪唑，此為第一步硫氧還蛋白還原酶抑制反應(yīng)。然而，位于硫氧還蛋白還原酶末端的Cys會進攻由SeCys和PX-12形成的二硫鍵，使得PX-12又重生出來。另有研究認(rèn)為， PX-12實際意義上應(yīng)該屬于硫氧還蛋白的抑制劑。由于其可與硫氧還蛋白上的Cys-73蛋白結(jié)合，使其發(fā)生不可逆烷基化而不能被硫氧還蛋白還原酶還原再生，硫氧還蛋白系統(tǒng)被抑制，導(dǎo)致了硫氧還蛋白的功能活性不可逆喪失。PX-12使Trx-1失活后也可以抑制血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達，從而阻止腫瘤血管的生成。PX-12的抗癌效應(yīng)是通過抑制Trx-1影響多種細胞通路實現(xiàn)的。

臨床I期試驗評價了PX-12的安全性，劑量限制性毒性(DLT)和藥代動力學(xué)。以最初給藥量為300 mg/m2·d-1，逐漸增加劑量直至觀察到毒性，同時檢測血漿中Trx-1、VEGF和FGF-2的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血漿中Trx-1的含量從最初5.1 ng/ml升到30.0 ng/ml，成人的最大耐受劑量為400 mg/m2·d-1。PX-12胰腺癌的I期臨床試驗表明，晚期實體瘤患者可耐受劑量為9～226 mg/m2。II期臨床試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PX-12治療的晚期胰腺癌患者的Trx-1水平?jīng)]有明顯的降低，對吉西他濱預(yù)治療的晚期胰腺癌患者沒有明顯的效果，該項試驗由于缺乏明顯的抗腫瘤活性和沒有達到Trx低水平的期望而被提早終止。在臨床Ⅰ期安全性試驗中，強烈的胃腸道副反應(yīng)以及咳嗽在臨床受試者中較為多見，但其血液學(xué)毒性很低，使得其與那些抗癌烷基化藥物顯示出不同的毒性反應(yīng)[23-27]。

圖3 PX-12 的分子結(jié)構(gòu)式

4 小結(jié)與展望

目前該類型藥物的研究還存在許多問題，包括如何提高藥物對靶點的特異性和選擇性，增強藥效和減少副作用及克服耐藥性等。其中，某些藥物對不同類型腫瘤的敏感性不同，這和腫瘤細胞中不同的硫氧還蛋白系統(tǒng)的蛋白表達水平/活性有關(guān)，說明了硫氧還蛋白系統(tǒng)在細胞產(chǎn)生耐藥性的過程中起著重要作用。硫氧還蛋白還原酶抑制劑可提高腫瘤細胞對其他化療藥物的敏感度，具有逆轉(zhuǎn)藥物耐受等優(yōu)勢，硫氧還蛋白還原酶抑制劑與細胞毒藥物聯(lián)用，是極具潛力的腫瘤治療策略，也將成為人們研究的新方向，硫氧還蛋白還原酶靶點抗腫瘤藥物國內(nèi)外還未見上市品種，加快此類藥物的研發(fā)是促進中國創(chuàng)新藥物開發(fā)的一條重要途徑。

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2013-09-23

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