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)?；衔颫NX 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。

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*通訊作者：楊慧，E-mail：yanghui1962@126.com。