总论

第一章　新型抗肿瘤药物研究进展

第一节　小分子靶向药物

一、小分子靶向药物研发概述

在肿瘤治疗中，手术切除、化疗、放射疗法是目前临床常用的干预手段，但这些传统的治疗方法缺乏肿瘤靶向性，存在耐药性、毒副反应大及复发率高等缺点。而且对于一些癌症晚期的患者来说，只有系统治疗才能有效地延缓疾病进展。分子靶向治疗是在细胞分子水平上，针对已经明确的致癌位点来设计相应的治疗药物，药物进入体内会靶向地选择致癌位点相结合发生作用，使肿瘤细胞特异性死亡，而不会对肿瘤周围的正常组织细胞造成伤害。

分子靶向药物作为肿瘤治疗的研究热点，具有靶向性、高特异性、不易耐药、疗效显著、副作用小等优点，药物可以选择性地进入肿瘤以破坏癌细胞同时大大减少对正常细胞的损害。靶向疗法的类型不同，作用也略有不同，但所有疗法都有干扰癌细胞生长、分裂、修复和/或交流的能力，一般分为以下几类：第一种通常涉及小分子的靶向治疗，可以进入细胞内部并直接破坏肿瘤细胞的功能，使它们死亡，可以广泛作用于癌细胞内部组成和功能。第二种类型适用于肿瘤细胞外部或表面上有多种靶受体的情况，这种靶向治疗的形式包括单克隆抗体、抗体小分子结合物等。第三种涉及抗血管生成抑制剂，该抑制剂靶向为癌细胞提供氧气和营养的血管，最终饿死细胞。对于那些小分子-蛋白质结合的药物，我们将其归类为小分子靶向药物，因为这些药物负责杀死肿瘤的活性成分来自小分子毒素或放射性同位素。

如今，新药研发的重心已经转向肿瘤靶向分子的开发，主要有抗体和小分子靶向药物。抗体通常具有较高选择性，但其靶点往往局限在细胞表面，而且由于抗体蛋白的大分子特性，临床用药需要静脉给药或皮下给药，临床上其安全性和依从性不如片剂和胶囊的小分子靶向药物。相比之下，小分子靶向药物的选择性各不相同，并且由于其分子小，可以更好地与广泛的胞内和胞外靶点相结合。小分子靶向药物通常是信号转导抑制剂，它能够特异性地阻断肿瘤生长、增殖过程中所必需的信号转导通路，从而达到治疗的目的。目前为止，美国FDA已经批准了43种用于肿瘤治疗的小分子靶向药物，且有些已经在我国上市，如用于治疗非小细胞肺癌的阿来替尼、克唑替尼及塞瑞替尼，治疗肝细胞癌、肾细胞癌、甲状腺癌的索拉非尼等。小分子靶向药物自身具有的选择性和特异性使其在肿瘤靶向治疗中发挥着日渐重要的作用。

小分子靶向药物的开发遵循两条途径：一条是多激酶抑制剂（multi-kinase inhibitor，MKI），另一条是选择性抑制剂。MKI通过同时靶向多种细胞激酶来发挥抗肿瘤活性，使用时通常基于组织学诊断，不需要患者个体化定制。相比于MKI，选择性抑制剂的靶点较少。在某些情况下，选择性抑制剂可以拮抗信号通路中单一组分的活性。临床应用中，通常需要依据患者肿瘤或血液样本生物标志物的分析结果来选择使用这一类药物。

（一）多激酶抑制剂

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是血管生成的关键因素。VEGF由VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D和胎盘生长因子（placental growth factor，PGF）组成。这些VEGF配体（VEGFR）与包含VEGFR-1、VEGFR-2和VEGFR-3的不同酪氨酸激酶受体结合。酪氨酸激酶受体位于细胞膜中，配体与其相应的受体结合后，激活细胞内磷酸化级联反应，最终导致血管生成和肿瘤生长。各种MKI（如舒尼替尼、索拉非尼、仑伐替尼、培唑帕尼、卡博替尼和凡他尼布等）以不同方式阻断酪氨酸激酶的激活。

舒尼替尼是目前被批准用于治疗胃肠道间质瘤、肾癌和胰腺神经内分泌肿瘤的MKI。它阻止来自VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3、血小板衍生生长因子受体（platelet-derived growth factor receptor，PDGFR）、干细胞因子受体（KIT）、FMS 样酪氨酸激酶 3（FMS-like tyrosine kinase 3，FLT3）和神经胶质细胞系衍生的神经营养因子受体（RET）。索拉非尼是一种MKI，已被批准用于治疗晚期肾细胞癌、不可切除的肝细胞癌和转移性分化型甲状腺癌，它的靶点是 VEGFR-2、VEGFR-3、FLT3、PDGFR-β、KIT、RET 和加速纤维肉瘤（RAF）。索拉非尼和舒尼替尼是多激酶小分子抑制剂中的代表药物，都可以抑制VEGFR-2、VEGFR-3、KIT、PDGFR-β等靶点。它们最初是在肾癌、胰腺神经内分泌肿瘤和肝癌中被观察到抗肿瘤活性，随后进一步研究扩大了适应证范围，包括甲状腺癌、软组织肉瘤和大肠癌。

仑伐替尼是由美国FDA和欧洲药品管理局（EMA）批准的新型MKI，用于治疗放射性碘难治性分化型甲状腺癌、晚期肾细胞癌以及不可切除的肝细胞癌，它可抑制VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3、成纤维细胞生长因子受体（fibroblast growth factor receptor，FGFR）-1、FGFR-2、FGFR-3、FGFR-4、PDGFR-α、RET和KIT途径。培唑帕尼是经批准可用于治疗晚期肾细胞癌和晚期软组织癌的MKI，它的靶点包括VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3、PDGFR、FGFR-1、FGFR-3 和 KIT。卡博替尼是靶向 VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3、RET、ROS1、AXL、TYRO3、KIT、MER、TRKB、FLT3、TIE-2和MET的MKI，用于治疗转移性肾细胞癌。凡德他尼可阻断VEGFR-2、RET和表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）的信号转导，有效控制甲状腺髓样癌的生长和扩散能力，是首个被批准的治疗甲状腺髓样癌的药物。

尽管对于大多数多激酶抑制剂来说，VEGFR是主要的治疗靶点，但从贝伐珠单抗的活性研究中可以看出，某些多激酶小分子抑制剂同时阻断血管生成和非血管生成信号通路，可能是造成不同多激酶抑制剂活性差异的原因之一。在某些情况下，多靶点药物的抗肿瘤活性可能与其抑制单个激酶的能力有关。比如伊马替尼，这是美国FDA批准的第一个靶向BCR-ABL融合蛋白的小分子抑制剂，也是一种有效的KIT抑制剂，并且经美国FDA批准与其他多激酶抑制剂一起用于治疗KIT突变的胃肠道间质瘤。

（二）选择性抑制剂

作为抗肿瘤药物靶点的酪氨酸激酶有两类，一类是受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase，RTK），另一类是非受体酪氨酸激酶（nonreceptor tyrosine kinase，non-RTK）。

1.受体酪氨酸激酶抑制剂

受体酪氨酸激酶抑制剂是一种本质为跨膜蛋白的生长因子受体，作为抗肿瘤药物靶点，胞外结构域负责与生长因子结合，胞内结构域含有激酶活性。当RTK与生长因子结合后，胞内的激酶活性被激活，继而使底物蛋白的酪氨酸残基磷酸化，被磷酸化的蛋白质再引发多种信号通路的瀑布效应，并进一步引发基因转录，达到调节靶细胞生长与分化的作用。

按照其结合的生长因子的不同，又可以将RTK分为多种类型，主要包括表皮生长因子受体家族、血小板衍生因子受体家族、成纤维细胞生长因子受体家族、胰岛素样生长因子受体家族、血管内皮生长因子受体家族。

小分子受体酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitor，TKI）阻断RTK功能的激活。当TKI进入肿瘤细胞后，与RTK在胞内的ATP结合位点结合，从而抑制RTK的磷酸化，阻止激酶的激活，阻断受体下游信号通路的转导而发挥抗肿瘤作用。从作用机制上看，TKI作用于信号转导途径的最上游，同时阻断多条通路，具有治疗范围广、疗效高的优点。

2.非受体酪氨酸激酶抑制剂

和RTK不同，non-RTK不与配体结合，但是当其他受体与配体结合后，non-RTK将被激活，后者再激活下游的信号转导途径，诱导类似RTK的反应。non-RTK能够促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，从而促进肿瘤发生和发展。与细胞生存和增殖相关的non-RTK有Src家族，如Src、Abl、Lck等，以及其他酪氨酸激酶，如JAK、FAK和Ack等。非受体酪氨酸激酶抑制剂作用于信号转导途径的最上游，具有治疗范围广、疗效高的特点。非受体酪氨酸激酶家族中目前研究较多的是Src家族，它们可与多种受体蛋白相结合，调节细胞的增殖、分化、黏附、运动及血管生成。阻断或调控Src酪氨酸激酶与这些过表达的受体结合，可以控制肿瘤细胞的增殖及侵袭。目前较新的TKI如达沙替尼（BMS-354825）、博舒替尼（SKI-606）、Saracatinib（AZD-0530）等，都是通过竞争 Src酪氨酸激酶的ATP位点来发挥作用的。

（三）小分子靶向药物的优势

1.与化疗相比

化疗是治疗恶性肿瘤的主要手段，通过细胞毒性来杀灭快速分裂的肿瘤细胞，但同时正常细胞也被杀灭，导致机体抵抗力下降，易出现继发性感染等，化疗药物的毒副作用较大，可出现骨髓抑制、胃肠道反应、神经系统反应等。同时，对于特殊人群和不同分期的恶性肿瘤，常规的化疗手段并不能达到理想的治疗效果。如使用全身化疗的方法治疗晚期肝细胞癌患者，Ⅲ期临床试验研究结果显示治疗效果均为阴性，甚至可能增加部分患者的毒性，而新型小分子靶向药物的出现改变了肿瘤的传统治疗模式。靶向疗法通过干扰参与肿瘤发生的特定分子来阻断肿瘤生长和扩散，有针对性的抗肿瘤疗法对于大部分瘤种可能具有更佳的治疗效果。

在肿瘤的发生发展中，抵抗细胞死亡（特别是凋亡抵抗）与基因组的不稳定及突变是肿瘤的两个典型生物学特性。化疗及生物治疗都是主要通过诱导凋亡来发挥抗肿瘤作用的，但化疗药物无特异性且普遍具有细胞毒作用，严重影响正常细胞的功能。以在癌细胞中高度表达的Bcl-2家族蛋白为例，它可以作为抗癌药物研发的重要靶标之一，Bcl-2家族蛋白抑制剂可以选择性地在肿瘤细胞中发挥抗肿瘤作用，目前已有大量的Bcl-2家族蛋白小分子抑制剂处于不同的开发阶段。相对于无特异靶点的化疗药物，小分子靶向药物明显具有更好的优势。肿瘤细胞激活自身DNA损伤修复机制会引起化疗药物常见的耐药现象，阻断DNA修复通路是肿瘤治疗的一个重要思路。多腺苷二磷酸核糖聚合酶［poly（ADP-ribose）polymerase，PARP］参与了DNA的复制与转录并维持基因组的稳定性，因此PARP被认为是DNA损伤的感受器。最初开发PARP抑制剂用于增强传统化疗药物（如铂类、烷化剂类）的疗效，后来主要针对基因修复缺陷相关的肿瘤。与该机制有关的小分子靶向药物能够以相应基因为靶点发挥作用，如BRCA基因缺陷相关的晚期卵巢癌患者对奥拉帕利显示出较好的敏感性，该药物通过靶向抑制PARP发挥作用。

2.与单克隆抗体相比

临床使用的单克隆抗体（monoclonal antibody，mAb，简称单抗）的开发过程与小分子药物的开发过程完全不同，mAb开发需要仔细评估，以确定mAb和靶标抗原的药理学。同时，必须选择适当的临床前研究对象，在早期研究中抗药物抗体的潜在发展可能会限制其价值，使得临床前研究过程变得复杂。在人体研究中，可能不需要肝肾功能不全评估等药理研究，但与小分子药物相比，mAb的药代动力学和药效学特征更复杂，通常需要对临床数据进行更全面评估以及更复杂的生物分析测定。制备技术复杂、成本较高、费时费工等缺点限制了其应用，从药物经济学的角度考虑，mAb的市场价格相对较高，许多患者难以承担。

以表皮生长因子受体为例，小分子靶向药物和单克隆抗体针对的是同一靶点，但它们作用机制不同。mAb是阻止信号分子和受体的结合，而小分子药物则是抑制激酶的催化。后者能够通过扩散或载体蛋白进入细胞从而作用于细胞内的通路，而前者很难通过细胞膜。在临床使用上，小分子药物更容易被人体吸收及利用，而抗体类药物的本质是蛋白质，往往无法在消化道被吸收，或可能被消化道里的酶分解而失活。但小分子药物不适合抑制“蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction，PPI）”，EGF与EGFR的结合以及抗体与抗原的结合均属于PPI。小分子常为多肽、小RNA等，体积较小，通过静电作用与酶的活性中心结合，结合面积和强度不如PPI，这增加了研发抑制PPI的小分子药物的难度，故选用单抗来抑制PPI更适合。

以单克隆抗体为基础的靶向治疗手段尽管具有特异性高、稳定性好等优点，但单独使用的疗效往往不佳，基于此，抗体偶联药物（antibody-drug conjugate，ADC）将单抗与小分子药物相结合，通过一些非传统的定点偶联技术产生，能保证良好的药动学性质，也极大地降低了由于药物脱落而导致的非治疗性毒副作用，因而具有更宽的治疗窗。

二、小分子靶向药物开发展望

随着2001年第一个治疗白血病的“重磅炸弹”小分子靶向药物伊马替尼上市，其高效低毒的特点得到临床的迅速认可和广泛应用，小分子靶向药物迅速占到全世界肿瘤药物销售额的40%，成为肿瘤治疗药物的主要类别。小分子靶向药物是根据肿瘤细胞与正常细胞分子生物学特征差异而研发的一类药物，是随着当代分子生物学、细胞生物学的发展产生的高科技药物。小分子靶向药物治疗肿瘤不仅效果好，而且副作用比常规化疗更小。它通过作用于肿瘤形成、生长所必需的特定分子靶点来阻止肿瘤细胞的生长。

近年来，国际上小分子靶向药物研究发展迅速，并呈现出两个显著特点：第一，生命科学前沿技术如基因组学、蛋白质组学、生物芯片、转基因动物、生物信息学等与药物研究紧密结合，以发现和确证药物作用新靶点。第二，一些新兴学科越来越多地渗入到新药的发现和前期研究中。化学、物理学、结构生物学、计算机和信息科学等学科与药物研究交叉、渗透，这些学科研究进展的综合集成，将对创新药物的研发产生决定性影响。国内外小分子靶向药物的发展趋势主要表现在以下两个方面。

1.药物作用新靶标的不断发现和确证

药物大多通过与人体内“靶标”分子的相互作用而产生疗效，新的药物作用靶点一旦被发现，往往成为一系列新药发现的突破口。随着人类基因组、蛋白质组、生物信息和生物芯片等研究的进展，大量与疾病相关基因被发现。如恶性肿瘤靶向治疗药物开发领域，研究发现导致肿瘤发生发展的癌基因约50%的表达产物具有蛋白酪氨酸激酶活性。目前，至少已有60种分属20个家族的受体酪氨酸激酶被鉴定，基于调节通路的新型抗肿瘤药物的发现是目前最有希望取得突破性进展的领域。此外，G蛋白偶联受体已成为近1/4畅销药物的靶标，而化合物Boc5是国际上首次发现的G蛋白偶联受体家族中GLP-1受体的小分子激动剂，为开发全球GLP-1受体非肽类激动剂药物开辟了道路。中国科学院上海生命科学研究院发现阻止肿瘤新生血管形成的靶标Slit-Robo蛋白，并开发出相应的候选药物。

药物作用靶点的寻找，已成为当今创新药物研究激烈竞争的焦点。我国科学家在该领域的研究也步入国际先进行列，如中国科学院上海药物研究所的研究团队构建了药效团靶标库PharmTarget DB（包含7 000余个重要靶标结构的信息和药效团模型，涵盖了349种生物功能和110种临床适应证）。通过药效团匹配方法，发展了以活性小分子为探针、搜寻潜在药物靶标、进而预测化合物生物活性的“反向药效团匹配方法”。据预测，未来药物作用的靶标分子可能急剧增加到5 000种，创新药物研究将具有广阔的前景。

2.新的筛选模型和评价技术不断取得突破

近20多年来，许多药物作用的受体已被分离、纯化，一些基因的功能及相关调控物质被相继阐明，这就使得许多在生命活动中发挥重要作用的生物大分子可以直接成为大规模药物筛选的新模型，使得药物筛选模型从传统的整体动物、器官和组织水平发展到细胞和分子水平。随着分子、细胞水平的药物筛选模型的出现，依靠生物芯片、药物筛选现代检测技术如全自动膜片钳离子通道检测等技术的发展，运用高通量筛选模型，可建立超大容量化合物库，完成瞬时、高通量化合物活性筛选。这将大大加快新药发现、研发的步伐。此外，利用转基因等先进技术，可以建立基因缺乏或基因转入的动物或细胞系，将其作为药物研究的病理模型，也将进一步对新药研究起到促进作用。

近年发展起来的系统生物学，使得在疾病相关基因调控通路和网络水平上研究药物的作用机制、代谢途径和潜在毒性等成为可能，也使在细胞水平全面评价活性化合物的成药性成为可能。“网络生物学”和“网络药理学”等新理论、新方法与新技术的发展和应用，使药物创新的思路由基于单一靶标的药物发现向基于网络调控的药物发现转变，筛选技术由高通量筛选向集群式高通量筛选和高内涵筛选等转变，也推动了新药筛选从“靶点驱动”向“信号通路驱动”和“网络调控驱动”的转变，这使得人们能把通常在临床前和临床阶段进行研究和评价的部分内容（药效动力学、药代动力学、安全性等）提前到药物的发现阶段，有望显著降低药物开发成本和后期风险。所以，将系统生物学结合到基因结构功能研究和蛋白质结构功能研究中，科学地评价药物的疗效和毒性，研究药物的代谢和信号转导途径，可以为药理、毒理研究创建新的模型和新的方法。

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