凋亡抑制蛋白抑製劑抗腫瘤臨床研究進展

凋亡抑制蛋白抑製劑抗腫瘤臨床研究進展

丁祖聰，李志裕*

(中國藥科大學藥學院，江蘇 南京 210009)

[摘要]凋亡抑制蛋白（IAPs）在控制細胞死亡中具有突出作用，且其在多種癌症中呈過表達。基於此，IAPs 抑製劑在過去十年中被廣泛關注和深入研究，目前有幾種分子已進入臨床試驗階段。重點介紹用於抗腫瘤治療的IAPs 靶向分子的研發進展。

[關鍵詞]凋亡抑制蛋白；細胞凋亡；抗腫瘤；臨床研究

1凋亡抑制蛋白概述

凋亡抑制蛋白（inhibitor of apoptosis proteins，IAPs）為一類細胞內凋亡抑制蛋白，廣泛存在於酵母、無脊椎動物和脊椎動物中。它們的特徵在於70個氨基酸的桿狀病毒重複序列（BIR），並且在抗凋亡功能中具有廣泛的傳播作用，至今已發現8個人類IAPs家族蛋白成員， 包括NAIP、c-IAP1、c-IAP2、XIAP、Survivin、BRUCE、ILP-2和Livin/ML-IAP。

1.1凋亡抑制蛋白的生物學特性

IAPs家族蛋白的分子結構一般具有3個特徵性的結構區域：BIR結構域，位於IAP蛋白氨基末端，由70個氨基酸基序組成，XIAP、cIAP-1和cIAP-2均含有3個串聯的BIR結構域；Ring結構，位於IAP蛋白羧基末端，可以賦予泛素E3連接酶活性，對其功能至關重要；Card結構， 一些IAP，如c-IAP1和c-IAP2具有Card結構，Card結構與抑制凋亡是否相關尚無法證實。

1.2模擬Smac 抑製劑

Smac是一種線粒體結合蛋白，在外界多種因素作用下，Smac中的線粒體信號肽會被切掉，切除後的Smac會從線粒體中釋放出來，它的N端四肽序列（Ala-Val-Pro-Ile，AVPI）（見圖1）會和BIR結構域緊密結合，因此IAPs結合的Caspases會被釋放出去，從而達到促進細胞凋亡的目的。

通過計算機輔助藥物設計，在Smac與XIAP-BIR3域結合的晶體結構（見圖2）中發現，Smac的P2位Val、P4位Ile，可與XIAP-BIR3域的306位Gly、308位Thr形成3個氫鍵，其餘的氫鍵主要分布在Smac的P1位Ala周圍。P1位Ala的甲基可插入XIAP-BIR3域的307位Leu、310位Trp和319位Gln形成的疏水袋。Smac的P2位Val、P3位Pro和P4位Ile可以使P1位Ala在XIAP-BIR3域表面的口袋裡找到合適的位置，並且在Smac與XIAP-BIR3域結合中起到重要作用。P2位Val離開XIAP-BIR3域表面，因此P2位是較好的替換位置。P3位脯氨酸環可以與XIAP-BIR3域的323位Trp和324位Tyr形成的疏水區域產生范德華力，而且脯氨酸環對保持AVPI肽鏈的構象必不可少，因此脯氨酸通常不被其他氨基酸替代。P4位Ile的疏水側鏈可插入由XIAP-BIR3域的292位Leu、298位Val側鏈以及297位Lys和299位Lys疏水側鏈組成的疏水袋。

研究發現，應用化學合成法合成與Smac N端四肽序列相似的小分子化合物，也能達到抑制IAPs的目的。根據目前的研究結果，模擬Smac抑製劑具有以下構效關係：

與Smac相同，LCL-161（1）、AT-406（2）、GDC-0152（3）、GDC-0917（4） 和birinapant（5）P2位和P4位可與XIAP-BIR3域的306位Gly、308位Thr形成3個氫鍵，其餘的氫鍵主要分布在P1位Ala周圍 。

LCL-161、AT-406、GDC-0152、GDC-0917和birinapant P1位Ala的氨基增加1個甲基後，鹼性增加，與XIAP-BIR3域表面溝槽的酸性氨基酸結合，可以保持鹽橋的作用，而且引入甲基後，化合物的穩定性增加而不降低親和力。

LCL-161P2位Val的側鏈異丙基被環己基替代後，LCL-161的親和力會提高。

AT-406P1位Ala的氨基增加1個甲基後，可插入XIAP-BIR3域1個小的疏水袋，與310位Trp有相互作用。

GDC-0152P2位Val的側鏈異丙基被環己基替代後，不僅會提高親和力，而且會提高P2位-P3位肽鍵蛋白水解的穩定性；P4位的噻重氮和苯環在最優的位置插入XIAP-BIR3域的疏水袋。

GDC-0917P2位Val的側鏈異丙基被環己基替代後，親和力會提高。

Birinapant兩邊P3位脯氨酸環各增加1個羥基後，氧原子與XIAP-BIR3域297位Lys的NH3+形成2個氫鍵；2個吲哚環上的氮原子可與結合水分子形成網路狀氫鍵，促進結合的穩定性。

2進入臨床研究階段的凋亡抑制蛋白抑製劑

IAPs抑製劑按結構主要分為2種類型（見表1）：一種是單體抑製劑，其與IAPs只有1個結合位點；另一種是二聚體抑製劑，其與IAPs有2個結合位點。LCL-161、AT-406、GDC-0152和GDC-0917都是單體抑製劑，能與cIAP-1/2和XIAP的BIR3域結合，從而Caspase-9得以釋放，促進細胞凋亡；APG-1387、HGS-1029和birinapant都是二聚體抑製劑，能與cIAP-1/2的BIR3域以及與XIAP的BIR2域和BIR3域同時結合，從而Caspase-3、Caspase-7、Caspase-9得以釋放，促進細胞凋亡。實驗證明二聚體抑製劑具有更高的親和力，其活性是單體抑製劑的10 ~ 1 000倍。Li等報道，二聚體抑製劑不僅能作用於XIAP-Smac複合體，也能與XIAP作用，從而影響XIAP對Caspase的抑制作用；同時還能促進DNA修復酶的水解。但是單體抑製劑口服具有更高的生物利用度，而二聚體抑製劑需要通過靜脈注射途徑給葯。

2.1單體抑製劑

2.1.1 LCL161

LCL161是由諾華公司研發的一種IAP單體抑製劑，主要作用於XIAP、cIAP1和cIAP2。在一項由實體瘤患者參加的Ⅰ期臨床試驗（NCT01098838）中，53例受試患者接受LCL-161口服治療（10~3 000 mg · m–2，用藥1 d，停葯6 d），21 d為1個療程，研究結果顯示，LCL-161的最大耐受劑量（MTD）為1 800 mg · m–2，3例患者（6 %）出現細胞因子釋放綜合征（CRS），也是唯一出現的劑量限制性毒性（DLT）。此外還有一些常見但不嚴重的不良反應（噁心、嘔吐、乏力和厭食） 。在一項LCL161聯合紫杉醇治療三陰性乳腺癌的Ⅱ期臨床試驗（NCT01617668）中，初治可手術的三陰性乳腺癌患者根據基因表達標記分類（GS+或GS-）被隨機分為紫杉醇（每周80 mg · m–2）單葯組和紫杉醇（每周80mg · m–2）+ LCL161（每周1 800 mg · m–2）聯合組。研究結果顯示，聯合組和紫杉醇單葯組患者病理完全緩解（pCR）率相近，在GS+組中，LCL161表現出活性優勢，其中聯合組38%（13/34）的患者、單葯組17%（5/29）的患者達到了pCR；而在GS-組中，沒有確定有效的證據表明LCL161具有活性優勢，其中聯合組6%（4/72）的患者、單葯組16%（12/73）的患者達到了pCR。臨床結果表明，應在臨床試驗中進一步探索基因特徵，作為識別可能受益於LCL161治療的患者的預測工具。更多有關LCL161的臨床試驗總結如表2所示。

2.1.2 AT-406

AT-406是由密歇根大學研發的一種IAP單體抑製劑， 與XIAP-BIR3、cIAP1-BIR3、cIAP2-BIR3結合的IC50分別為225、12.3、22.1 nmol?L–1。在體外研究中，AT-406能強有力地抑制MDA-MB-231乳腺癌細胞和SK-OV-3卵巢癌細胞，IC50分別為144和142nmol?L–1。在體內研究中，對MDA-MB-231移植瘤的小鼠每天經口使用AT-406 100 mg · kg–1，持續2周，結果顯示該療法可以完全抑制腫瘤的生長，且未發現小鼠有中毒跡象。在一項AT406劑量遞增治療晚期實體瘤和淋巴瘤的Ⅰ期臨床試驗（NCT01078649）中，31例受試患者接受AT406（5~900 mg · m–2）口服治療，28 d為1個療程。試驗結果顯示，有5例（17%）患者病情穩定，只有1例受試患者在180 mg · m–2時發現劑量限制性毒性，常見不良反應有疲勞（26%）、噁心（23%）、嘔吐（13%）。在一項AT406聯合道諾黴素、阿糖胞苷治療急性骨髓性白血病的Ⅰ期臨床試驗（NCT01265199）中，29例受試患者接受AT406（100~400mg · m–2· d–1，用藥5 d，停葯2 d）+道諾黴素（90 mg · m–2· d–1，用藥3 d，停葯4 d）+阿糖胞苷（100 mg · m–2· d–1，用藥7 d）治療。結果顯示，最常見的不良反應為噁心（31%）、腹瀉（14%）、中性粒細胞減少（14%）。有11例（38%）患者病情得到完全緩解，有16例（56%）患者疾病複發。然而，AT406聯合道諾黴素、阿糖胞苷用藥相比於道諾黴素聯合阿糖胞苷用藥治療急性骨髓性白血病並未明顯緩解患者病情，故密歇根大學終止了對其後續開發。更多有關AT-406的臨床試驗總結如表3所示。

2.1.3 GDC-0152

GDC-0152是由基因泰克公司研發的第1個進入臨床試驗的IAP單體抑製劑，與XIAP-BIR3、ML-IAP-BIR3、cIAP1-BIR3和cIAP2- BIR3結合的IC50分別為28、14、17和43 nmol?L–1，對cIAP1-BIR2和cIAP2-BIR2的親和力較低。在體內研究中，研究人員對荷有人乳腺癌腫瘤的小鼠經口使用GDC-0152，每周給葯1次，每次按照體質量給藥劑量為10 mg·kg–1或者以上，實驗結果發現，腫瘤顯著縮小，且小鼠對藥物耐受性良好。研究人員追蹤研究了鼠、犬、猴血液中GDC-0152濃度，模擬研究人體對於此葯的快速吸收和代謝機制。在一項考察藥物安全性的Ⅰ期臨床研究（NCT00977067）中，患有各種類型癌症的36例受試者接受本品靜脈輸液，給藥劑量為0.049~1.48 mg ·kg–1，每日1次，連續14 d。葯動學結果顯示其藥物濃度與劑量呈線性關係。實驗結果與研究人員的預料完全一致，為進一步進行本品的臨床研究提供了重要參考。

2.1.4 GDC-0917

GDC-0917也是由基因泰克公司研發的第2代IAP單體抑製劑，其對XIAP-BIR3、ML-IAPBIR3、cIAP1-BIR3和cIAP2-BIR3亞型的Ki均低於60nmol?L–1。動物實驗表明，GDC-0917在小鼠、大鼠、犬和猴體內的清除率分別為12、27、15.3和67.6 mL ·min–1· kg–1，基於研究者的經驗，預測GDC-0917在人體內的清除率和分布體積分別為11.5 mL · min–1· kg–1和6.69 L · kg–1。在一項劑量遞增治療實體瘤和淋巴瘤的Ⅰ期臨床試驗（NCT01226277）中，42例受試患者隨機分成11個組，口服使用本品，21 d為一個療程。結果顯示，血葯濃度2~3 h內達到峰值，半衰期為4~8 h。在450 mg · m–2劑量時，有1例受試患者出現了疲勞，但是最高耐受劑量未達到，常見的不良反應為疲勞（21.4%）、噁心（21.4%）、嘔吐（14.3%）、瘙癢（9.5%）和皮疹（11.9%）。有2例（4.8%）患者病情得到緩解，有4例患者病情穩定超過3個月。研究人員在GDC-0917的Ⅰ期研究中已找到該化合物治療癌症的最佳劑量，然而試驗中1例女性患者肝葯酶水平迅速上升，並且在停葯後也沒有恢復正常，最終導致患者死亡。有鑒於此FDA決定暫停其人體研究。基因泰克公司表示將分析現有數據，找出問題所在。更多有關GDC-0917的臨床試驗總結如表4所示。

2.2二聚體抑製劑

2.2.1 APG-1387

APG-1387是由江蘇亞盛醫藥公司研發的一種IAP二聚體抑製劑，其對XIAP、cIAP1和cIAP2亞型的Ki分別為1、30、20 nmol?L–1。但目前，APG-1387的結構沒有公開。體外研究顯示，APG-1387在1~10 nmol?L–1時，可誘導cIAP1的降解，有效抑制大量人癌症細胞系。APG-1387在MDA-MB-231和SKOV-3的荷瘤動物中的IC50分別為10和23 nmol?L–1。APG-1387單葯對三陰性乳腺癌MDA-MB-231細胞有一定的增殖抑制作用，表皮生長因子受體（EGFR）抑製劑對MDA-MB-231細胞幾乎沒有影響，兩葯聯用較APG-1387單葯有明顯的增殖抑制作用和促凋亡作用（P＜0.01），其機制可能與聯合用藥降低p-ERK1/2水平以及激活凋亡通路有關。據此，可以推斷，APG-1387和EGFR抑製劑的聯合用藥，在三陰性乳腺癌的臨床治療中將會有良好的應用前景。目前，APG-1387治療乳腺癌的Ⅰ期臨床試驗正在澳大利亞和中國進行。

2.2.2 HGS-1029

HGS-1029是由Aegera Therapeutics和Human Genome Sciences聯合研發的第1個進入臨床試驗的IAP二聚體抑製劑，但目前HGS-1029的結構和臨床前研究數據沒有公開。在一項HGS-1029劑量遞增治療晚期實體瘤的Ⅰ期臨床試驗（NCT00708006）中，27例受試患者隨機分成7組，接受本品靜脈輸液，給藥劑量為0.1~2.1 mg · m–2，用藥1 d，停葯6 d，28 d為1個療程。在1.4 mg · m–2劑量時，有1例受試患者出現疲勞、脂肪酶和澱粉酶水平升高，但以上毒副作用很快消失並且之後沒有再出現。常見不良反應為噁心（37%）、腹瀉（22%）、厭食（19%）、嘔吐（19%）、疲勞（15%）和發熱（7%）。以上這些劑量中，受試者血漿中的HGS-1029沒有明顯的積累，未達到MTD。其中1例結腸癌患者、1例非小細胞肺癌患者和1例腎上腺皮質癌患者病情穩定超過6個月，HGS-1029耐受性良好，而且也顯現出良好的治療效果。目前本品臨床試驗正在加拿大進行。更多有關HGS-1029的臨床試驗總結如表5所示。

2.2.3 Birinapant

Birinapant是由美國Tetralogic製藥公司研發的一種IAP二聚體抑製劑，對其靶點cIAP1、cIAP2、XIAP的Kd分別為低於1 nmol?L–1以及36和45 nmol?L–1。在一項birinapant聯合伊立替康治療複發性/難治性結直腸癌的Ⅱ期臨床試驗（NCT01188499）中，51例受試患者根據KRAS基因分類分為KRAS-MT組和KRAS-WT組。在第1個療程內，患者隨機分別接受伊立替康（350 mg · m–2）+ birinapant（5.6 mg · m–2）和伊立替康（350mg · m–2）+ birinapant（11mg · m–2）靜脈輸液治療。在第2個療程內，birinapant劑量進一步增加，22 mg ·m–2為最大耐受劑量，在35 mg · m–2下出現劑量限制性毒性。KRAS-MT組患者分別接受伊立替康（350 mg · m–2）+birinapant（5.6~22mg · m–2）、伊立替康（350 mg · m–2）+ birinapant（22~35mg · m–2）治療；KRAS-WT組患者分別接受伊立替康（350 mg · m–2）+birinapant（11~22mg· m–2）、伊立替康（350 mg · m–2）+ birinapant（22~35mg· m–2）治療。研究結果顯示，birinapant劑量在5.6~22mg· m–2或11~22 mg · m–2時，爬坡試驗中40個患者沒有出現貝爾氏麻痹，而非爬坡試驗中有14.3%（1/7）患者出現了貝爾氏麻痹。Birinapant劑量在22~35mg · m–2時，爬坡試驗中有8%（1/12）患者出現貝爾氏麻痹，而非爬坡試驗中有50%（3/6）患者出現了貝爾氏麻痹，數據顯示爬坡試驗可能會減少貝爾氏麻痹風險。2例（4%）患者病情得到部分緩解，27例（53%）患者病情穩定超過2個療程，平均為4.7個月，17例（33%）患者病情發生惡化，還有5例（9%）患者病情沒有評價，整體臨床獲益（CR + PR + SD）率為57%，中位無進展生存期（PFS）為2.1個月（超過6個月的佔20%）。目前更多有關birinapant的臨床研究仍在進行中。表6總結了有關birinapant的臨床研究情況。

3結語

研究人員通過合成與Smac有效作用部位相似的小分子化合物，為腫瘤治療提供了新途徑。此類IAPs抑製劑具有廣譜抗腫瘤作用，且毒副作用較小。除單獨用藥治療外，與其他抗癌藥物聯合用藥的研究也越來越多，聯合用藥不僅能提高藥物的特異性，而且具有廣泛的適應性。隨著臨床試驗的繼續深入，研究人員將會不斷證實其單獨用藥以及與其他藥物聯合用藥用於腫瘤治療的有效性。目前在臨床試驗中，已經證明IAPs抑製劑具有確切療效，這類藥物有望成為抗腫瘤藥物研發的熱點，但目前大多還處於早期臨床階段，因此IAPs抑製劑距離應用於臨床還有很長一段路要走。

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