李本義
前列腺癌是全球男性的第二大常見癌癥。局部或區(qū)域性前列腺癌患者的5年生存率接近100%,但有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者生存率僅30%[1]。局部原發(fā)前列腺癌主要通過手術(shù)切除腺體進(jìn)行治療,如果患者的病情不允許,則采用放射治療。遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移通常發(fā)生在高?;颊咧?,包括局部晚期(手術(shù)切緣陽性)或高級(jí)別(Gleason總分≥8)腫瘤,是前列腺癌死亡的主要原因[2]。本文將討論當(dāng)前轉(zhuǎn)移性前列腺癌的藥物治療選擇和抗雄激素受體(androgen receptor, AR)治療方法的最新研究進(jìn)展。
AR蛋白是一種在良性和惡性前列腺組織中都表達(dá)的細(xì)胞核受體,對(duì)前列腺生理功能和前列腺癌進(jìn)展至關(guān)重要[3]。作為一種轉(zhuǎn)錄因子,AR蛋白與雄激素通過其羧基端配體結(jié)構(gòu)域結(jié)合,激活后進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)節(jié)基因表達(dá)[3]。自1941年起,前列腺癌的治療主要集中在降低雄激素水平和阻斷雄激素誘導(dǎo)的AR蛋白激活[4]。轉(zhuǎn)移性前列腺癌首選手術(shù)或藥物去勢(shì)等降低雄激素的雄激素剝奪療法(androgen deprivation therapy,ADT)進(jìn)行治療,通常會(huì)導(dǎo)致短期內(nèi)前列腺萎縮和癌癥消退,但幾乎全部患者都會(huì)復(fù)發(fā),并進(jìn)展為去勢(shì)抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer,CRPC)[5]。
CRPC進(jìn)展的機(jī)制包括AR基因突變、擴(kuò)增、轉(zhuǎn)錄剪接和與細(xì)胞信號(hào)通路的交叉反應(yīng),以及惡性前列腺細(xì)胞合成雄激素,且CRPC的大多數(shù)癌細(xì)胞仍然依賴于AR信號(hào)傳導(dǎo)來促進(jìn)生長和惡化[5]。因此,目前臨床治療CRPC采用氟他胺、比卡魯胺、氯硝柳胺、恩雜魯胺、阿帕魯胺和達(dá)洛魯胺等競(jìng)爭性抑制劑,阻斷雄激素誘導(dǎo)的AR蛋白激活,或用CYP17A1抑制劑——阿比特龍,減少前列腺癌組織和腎上腺中的雄激素產(chǎn)生,但這些療法僅能為CRPC患者提供非常短期的生存益處[6]。
鑒于ADT和抗雄激素在內(nèi)的激素療法未能有效治愈或長期緩解轉(zhuǎn)移性前列腺癌,因此針對(duì)前列腺癌細(xì)胞中AR蛋白而開發(fā)全新療法成為治愈前列腺癌的新方案。
自2001年引入小干擾RNA(siRNA)技術(shù)以來,在活體生物中可以成功敲低或靜寂內(nèi)源基因表達(dá)。為了克服抗AR治療耐藥的臨床難題,我們課題組首先提出在前列腺癌細(xì)胞中阻斷AR基因表達(dá)來完全消除AR信號(hào)活性,從而導(dǎo)致癌細(xì)胞生長停滯或死亡。我們的研究結(jié)果證實(shí),用siRNA可以極大地降低前列腺癌細(xì)胞中AR基因表達(dá),導(dǎo)致多種AR陽性的前列腺癌細(xì)胞系發(fā)生明顯的凋亡性細(xì)胞死亡[7]。然后,我們基于納米顆粒技術(shù)的前列腺癌特異性遞送方法和全身遞送AR siRNA表達(dá)的腺病毒方法,在裸鼠動(dòng)物模型中證實(shí),阻斷AR基因表達(dá)可誘導(dǎo)前列腺癌異種移植腫瘤的快速消退和根除[8-9]。其他研究小組使用不同方法抑制AR基因表達(dá)也獲得了和我們團(tuán)隊(duì)相似的研究結(jié)果[10-14]。因此,消除AR蛋白(野生或突變型)有可能完全克服晚期前列腺癌對(duì)目前治療方法的耐藥性,從而治愈前列腺癌。
蛋白靶向降解嵌合體(protein targeted degradation chimera, PROTAC),采用具有兩個(gè)結(jié)合部分的雙功能小分子,將靶蛋白和細(xì)胞蛋白降解體系(泛素E3連接酶介導(dǎo)的蛋白酶體降解系統(tǒng))結(jié)合在一起[15]。這項(xiàng)技術(shù)可以將治療的靶標(biāo)蛋白選擇性地去除。目前各種E3連接酶的技術(shù)描述和應(yīng)用在其他文章中均有非常全面的總結(jié)[15],本文將只討論為AR蛋白設(shè)計(jì)的PROTAC化合物。
2004年首次報(bào)道了第一個(gè)AR蛋白靶向PROTAC化合物,它是FKBP12配體和二氫睪酮的嵌合分子[16]。經(jīng)過多次優(yōu)化后,合成了一種高效的AR特異性PROTAC化合物ARCC-4,具有納摩爾濃度效率[17]。其進(jìn)一步改進(jìn)的ARV-110已進(jìn)入轉(zhuǎn)移性前列腺癌的臨床試驗(yàn)階段[18]。目前Clinical Trials有兩項(xiàng)正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn),第一項(xiàng)是Ⅰb期開放標(biāo)簽臨床試驗(yàn)(NCT05177042),旨在評(píng)估阿比特龍治療后生化復(fù)發(fā)的轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者應(yīng)用ARV-110和阿比特龍聯(lián)合治療的效果,該臨床研究將于2023年4月結(jié)束。第二項(xiàng)是合并Ⅰ/Ⅱ期開放標(biāo)簽單劑量遞增和隊(duì)列擴(kuò)展試驗(yàn),以評(píng)估ARV-110的安全性和耐受性(NCT03888612),該項(xiàng)目將于2023年2月下旬完成。
AR降解促進(jìn)劑(androgen receptor degradation promoter,ARD)系列化合物(ARD-61、-69、-266、-2128、-2585)由密歇根大學(xué)的藥物化學(xué)課題組設(shè)計(jì)[19]。他們最新的ARD-2585化合物具有非常高的效率(DC50<0.1 nmol/L),可口服給藥,其效力至少是ARV-110的10倍[19]。這些化合物的不同之處在于運(yùn)用了不同的E3連接酶結(jié)合結(jié)構(gòu)域、AR拮抗劑和可變長度的中間鏈接部分。然而,ARV-110和ARD-2585化合物都依賴于AR的配體結(jié)合區(qū)(ligand binding domain,LBD),因此它們對(duì)AR剪接變體蛋白(譬如AR-V7)等無效。
特異性靶向AR蛋白的化合物還有TD-802(DC50=12.5 nmol/L)[20]、A031(IC50<0.25 mol/L)[21]和MTX-23(DC50=0.37~2 mol/L)[22]。其中MTX-23可用于AR野生型和AR-V7變體,其療效均在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得以證實(shí)。另外,僅在細(xì)胞模型中測(cè)試過的有三種PROTAC化合物,包括A9、A16[23]和AR SNIPER-51化合物[24]。
UT-34為合成小分子化合物,是基于UT-69和UT-155優(yōu)化而獲得,可在體外和體內(nèi)發(fā)揮有效的AR降解活性[25]。UT-34與AR氨基端AF-1結(jié)構(gòu)域結(jié)合,可以靶向野生型和剪接變體的AR蛋白。UT-34具有良好的口服生物利用度等藥理學(xué)特征,在60 mg/(kg·d)的劑量下,可抑制來自恩雜魯胺耐藥性前列腺癌細(xì)胞的異種移植腫瘤生長[26]。
臭椿酮是通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)的一種AR反式激活抑制劑,它可以通過靶向HSP90共伴侶蛋白p23,誘導(dǎo)野生型AR和剪接變體AR-V7蛋白的降解[27]。臭椿酮在前列腺癌的體外細(xì)胞培養(yǎng)模型(0.2~0.4 mol/L)和體內(nèi)異種移植模型[2 mg/(kg·d)]中均表現(xiàn)出強(qiáng)大的抗癌作用,還顯示出良好的藥物樣特性[28]。
HG122是基于MMTV-熒光素酶測(cè)定的高通量篩選而發(fā)現(xiàn)的AR活性抑制劑,與AR陰性細(xì)胞相比,HG122抑制AR陽性前列腺癌細(xì)胞的生長,IC50為7~9 mol/L。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),HG122抑制AR轉(zhuǎn)錄活性并通過蛋白酶體途徑促進(jìn)AR蛋白降解。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,HG122[10 mg/(kg·d)]抑制22RV1細(xì)胞來源的異種移植腫瘤生長(抑制率82%),而恩雜魯胺在相同劑量下的抑制率為60%[29]。然而,HG122促進(jìn)AR降解的蛋白酶體機(jī)制尚不清楚。
AR蛋白具有4個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域,氨基端(amino terminal,NTD)、DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA binding domain,DBD)、鉸鏈區(qū)和羧基端配體結(jié)合域(LBD)。在前列腺癌中,AR基因的轉(zhuǎn)錄剪接變體與恩雜魯胺、阿比特龍等抗AR治療后前列腺癌的去勢(shì)或耐藥有關(guān)[30]。由于這些AR變體蛋白缺乏羧基末端LBD區(qū)域,因此它們對(duì)當(dāng)前靶向LBD的抗AR藥物沒有反應(yīng)。同樣,使用LBD配體的PROTAC分子也不適用于降解剪接變體AR蛋白,故而這些變異蛋白是晚期前列腺癌臨床治療的巨大障礙。
氯硝柳胺是美國食品藥品管理局批準(zhǔn)的口服抗蠕蟲藥物,用于治療寄生蟲感染。在AR-V7變體驅(qū)動(dòng)的基于熒光素酶高通量篩選試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),氯硝柳胺可以有效抑制AR-V7活性。機(jī)制研究表明,0.5~1.0 mol/L的氯硝柳胺顯著降低前列腺癌細(xì)胞中的AR-V7蛋白水平[31]。聯(lián)合應(yīng)用恩雜魯胺和氯硝柳胺[25 mg/(kg·d)]極大地抑制小鼠CRPC異種移植瘤的生長[32]。盡管使用單劑量氯硝柳胺的臨床試驗(yàn)未能達(dá)到有效血清濃度[33],但最近一項(xiàng)使用重新配制的氯硝柳胺加阿比特龍的Ⅰb期臨床試驗(yàn)顯示出預(yù)期的臨床效果[34],表明這一療法是AR-V7陽性CRPC患者的新希望。
CUDC-101是一種針對(duì)多個(gè)靶點(diǎn)的小分子抑制劑,包括HDAC、EGFR和HER2/Neu。最近發(fā)現(xiàn)它可以減少前列腺癌22RV1細(xì)胞中的野生型AR和AR-V7蛋白水平(0.3 mol/L,24 h)。在裸鼠實(shí)驗(yàn)中,50 mg/(kg·d)的CUDC-101治療14天,可顯著抑制22RV1細(xì)胞來源的異種移植瘤生長[35]。然而,由于CUDC-101對(duì)多個(gè)靶點(diǎn)均有抑制作用,預(yù)計(jì)在臨床試驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的副作用。
二甲基姜黃素(ASC-J9)是一種姜黃素類似物,具有多種蛋白靶標(biāo),包括AR蛋白[36]。ASC-J9誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞中野生型AR和AR-V7的蛋白質(zhì)降解,并抑制源自CRPC細(xì)胞的異種移植腫瘤生長[36]。在CRPC異種移植瘤模型中,二甲基姜黃素增強(qiáng)恩雜魯胺的療效[37],并增加前列腺癌對(duì)放射治療的敏感性[38]。然而,ASC-J9目前僅在皮膚痤瘡護(hù)理的臨床試驗(yàn)中進(jìn)行了測(cè)試(Clinical Trials:NCT01289574和NCT00525499)。
Thailanstatins是細(xì)菌衍生的天然產(chǎn)物,是mRNA前體剪接變異的有效抑制劑。由于AR-V7主要由mRNA前體剪接產(chǎn)生,故在AR-V7陽性前列腺癌細(xì)胞中測(cè)試了Thailanstatin D (TST-D)的細(xì)胞毒性。研究發(fā)現(xiàn),TST-D在5 nmol/L時(shí)可降低AR-V7水平,0.3 mg/(kg·d)治療4天對(duì)CRPC細(xì)胞來源的異種移植瘤生長抑制率達(dá)50%[39]。據(jù)推測(cè),TST-D與恩雜魯胺或阿比特龍的聯(lián)合治療,可能在CRPC模型中顯示更顯著的抗腫瘤效應(yīng)。
蕓香堿是一種從中藥吳茱萸中提取的心血管保護(hù)性生物堿。在AR-V7驅(qū)動(dòng)的熒光素酶篩選試驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)它有效抑制AR-V7表達(dá)[40]。機(jī)制研究表明,蕓香堿通過增強(qiáng)AR-V7與GPR78和泛素E3連接酶SIAH2的相互作用,促進(jìn)AR-V7蛋白降解,其誘導(dǎo)AR-V7降解的DC50約為20 mol/L。在裸鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,40 mg/(kg·d)的蕓香堿可完全阻斷22RV1細(xì)胞來源的異種移植瘤生長[40]。由于它不影響野生型AR蛋白,因此還需要在體內(nèi)測(cè)試其與AR拮抗劑,如恩雜魯胺或阿比特龍的協(xié)同作用。
Indisulam屬于一類新的合成磺胺類藥物,可選擇性降解mRNA前體剪接因子RBM39等致癌蛋白,具有潛在的抗腫瘤活性。由于mRNA前體剪接對(duì)AR-V7表達(dá)至關(guān)重要,因此,Indisulam有可能通過RBM39依賴性機(jī)制對(duì)AR-V7表達(dá)發(fā)揮抑制作用。研究結(jié)果顯示,Indisulam(10 μmol/L)不僅阻斷恩雜魯胺誘導(dǎo)的VCaP細(xì)胞中AR-V7表達(dá),還在25 mg/(kg·d)的劑量下抑制裸鼠VCaP細(xì)胞來源的異種移植腫瘤的生長[41]。
諾比列汀是一種從柑橘皮中提取的植物類黃酮,具有廣泛的抗癌活性。最近的一項(xiàng)研究表明,20 mol/L的諾比列汀可降低22RV1細(xì)胞中AR-V7蛋白水平,與恩雜魯胺[20 mg/(kg·2 d)]聯(lián)用可顯著抑制22RV1細(xì)胞來源的異種移植腫瘤生長。機(jī)理研究表明,諾比列汀阻斷AR-V7與兩種去泛素酶USP14和USP22的相互作用,導(dǎo)致基于蛋白酶體的AR-V7蛋白降解[42]。
從80年前開始,轉(zhuǎn)移性前列腺癌的首選治療為雄激素剝奪或去勢(shì)療法,但這種單純?nèi)コ奂に氐姆椒ú⒉荒苤斡傲邢侔?,去?shì)治療的患者經(jīng)常復(fù)發(fā)并進(jìn)展到CRPC階段。由于CRPC癌細(xì)胞仍依賴AR蛋白活性,因此目前的臨床治療主要集中在阻斷雄激素與AR結(jié)合(AR拮抗劑)或減少非睪丸組織(包括前列腺癌組織)中的雄激素產(chǎn)生(CYP17A1抑制劑)。然而,由于幾乎所有CRPC患者的AR基因都有突變,有些合并AR mRNA剪接變體(例如AR-V7),最終都會(huì)產(chǎn)生治療抗性。此外,在長期AR拮抗劑治療后,高達(dá)20%的CRPC患者會(huì)發(fā)展為更具侵襲性的亞型,即神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌。因此,雄激素去除和阻斷方法不僅不能治愈前列腺癌,而且會(huì)導(dǎo)致疾病更具侵襲性。
近年來,靶向AR蛋白穩(wěn)定性的治療方法已成為開發(fā)晚期前列腺癌新療法的熱點(diǎn)。本文總結(jié)了數(shù)種小分子化合物,它們可特異性降低AR蛋白穩(wěn)定性(見圖1)。其中姜黃素類似物ASC-J9、臭椿酮、HG122和CUDC-101顯示在前列腺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)AR蛋白降解。然而,這些小分子化合物不具備AR蛋白特異性。
注:CRPC:去勢(shì)抵抗性前列腺癌; AR:雄激素受體; siRNA:小干擾RNA; PROTAC:蛋白靶向降解嵌合體; ARD:AR降解促進(jìn)劑圖1 雄激素受體蛋白降解藥物治療前列腺癌機(jī)制圖
與此同時(shí),具備AR特異性降解活性的PROTAC技術(shù)可能效果更好。ARV-110正在臨床試驗(yàn)中作為與阿比特龍的聯(lián)合治療進(jìn)行測(cè)試。然而,這些靶向AR羧基末端的PROTAC使用了現(xiàn)有的AR拮抗劑,因此它們對(duì)AR剪接變體無效。不過,有一些專門針對(duì)AR-V7變體蛋白進(jìn)行降解的化合物,包括氯硝柳胺、CUDC-101、Thailanstatins、蕓香堿、Indisulam和諾比列汀,如果將它們與AR拮抗劑、PROTAC化合物或AR-V7抑制劑聯(lián)合應(yīng)用,有可能在臨床治療中發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。