兩岸猿聲啼不住，激酶抑製劑藥物的發展之路

近日，Nature子刊《Nature Review Drug Discovery》刊登一篇有關激酶抑製劑的綜述，詳細介紹了激酶抑製劑發展至今的藥物靶點、生物機理和應用的疾病領域、未來發展所要面對的挑戰，以及對激酶抑製劑的優化新技術和策略。現筆者整理如下，以饗讀者，如有不足還請補充諒解。

在過去的30年里，激酶抑製劑類藥物得到長足發展，迄今為止共有38個激酶抑製劑藥物獲批上市，這些藥物大多是受體酪氨酸激酶(RTK)抑製劑。RTK信號通路能夠調控抑制細胞增生和血管生成，已經成功應用於癌症治療，如伊馬替尼(Imatinib)。在人類的基因組中共有518個激酶編碼基因。這些激酶能夠對蛋白質組的三分之一進行磷酸化作用，而這一作用中，每一個信號傳導的過程都要通過磷酸化級聯反應來完成。因此激酶失調已經被證實參與眾多疾病進程。近年來其應用已從癌症擴大到其他疾病，包括免疫系統疾病、炎症、退行性疾病、代謝心和血管疾病，還有感染等。

在2013年，Cohen等發表的文章中列出了激酶抑製劑所面臨的挑戰：新靶點的驗證；激酶抑製劑在非癌症領域的應用；如何克服耐藥性；靶點選擇性的提高；高效篩選技術的發展。在過去的幾年中，這些當時所遇到的問題有不少已經解決或改善。當下激酶抑製劑主要用於自身免疫、炎症和退行性疾病的治療。

激酶抑製劑在新的生物學過程和治療領域的應用(圖片來自參考文章)

癌症治療及新的激酶靶點

1.原癌基因激酶如BCR (breakpoint cluster region protein) -ABL (Abelson tyrosine kinase)，PIK3CA (phosphoinositide 3?kinasecatalytic subunit-α)和MAPK (mitogen-activated protein kinase)等能夠促進異常增生，已批准的藥物伊馬替尼就是靶向這一家族。

2.受體酪氨酸激酶如表皮生長因子受體(EGFR)和血管內皮生長因子受體(VEGFR)等，它們同樣能驅動腫瘤細胞增生和血管生成，已批准的相關藥物如厄洛替尼(Erlotinib)。

3.轉錄相關激酶，如CDK7 (cyclin-dependent kinase7)和CDK9，這類激酶在轉錄調控中至關重要，最近成為潛在的抗癌藥物新靶點，相關藥物正開展臨床一期和二期研究。

4.免疫系統相關激酶，如TAM激酶(TYRO3, AXL 和 MER)在免疫系統調節中發揮重要作用，抑制這類激酶能夠同時治療癌症和緩解免疫抑制，可以用於治療晚期敗血性休克，或者作為疫苗的輔葯。

最近癌症治療已經從最初的RTK發展到其他新的激酶靶點，研究方向從直接抑制癌症基因轉向對細胞進程的抑制，這是因為腫瘤較正常細胞更依賴相關過程來完成增殖。不再需要檢測基因是否過度表達或者有突變發生，只需要關注正常細胞變為腫瘤的機理。現在這方面兩大成功的研究方向，就是上面提到的轉錄相關激酶和免疫系統相關激酶，下面分別具體介紹。

靶向轉錄相關激酶

基因突變進而影響轉錄過程，是惡性腫瘤發生的主要驅動因素。不同轉錄因子發揮各自作用，如p53能夠抑制腫瘤，MYC癌蛋白是廣泛的轉錄激動劑，二者都是癌症中常見的調節異常基因。這些轉錄調節因子的高轉錄水平使得它們易於表達癌基因，因此很多癌症表現出標誌性的「轉錄成癮(transcriptional addiction)」，以來高水平轉錄來維持其快速的增殖。

SEs(Super-enhancers)是一個促進轉錄的龐大因子簇，負責細胞確認的相關基因表達。而腫瘤細胞的關鍵癌症基因獲得SEs是癌症成型的一個典型標誌，因此轉錄失控在癌症中發揮重要作用。雖然SEs能夠提高基因表達，它們同樣在相應的治療窗口內受藥物調節。很多關鍵癌症基因驅動子如MYC，其蛋白和mRNA水平的半衰期都較短，相關激酶抑製劑對這些「壽命」較短家族的轉錄調控尤其有效。理解這些腫瘤細胞如何通過影響轉錄進程來驅動癌症的機理，對相關激酶藥物研究很有幫助，這些相關靶點還不易受旁路效應影響產生耐藥性。

小分子藥物想要調控轉錄過程並不容易，因為這些轉錄相關功能多是通過蛋白-蛋白或蛋白-DNA相互作用達到的，靶向轉錄背後機理的相關激酶才是小分子的突破方向。最近，選擇性探針化合物已用於很多轉錄細胞周期素依賴性激酶(CDKs )抑製劑的研究，它能夠幫助研究這些CDKs在正常和腫瘤轉錄進程中的功能，比如CDK7，同時在細胞周期和轉錄過程中發揮調節作用。其他有前景的轉錄相關激酶還有DYRK1A、CDK8、CDK9、CDK11、CDK12和CDK13等。

靶向免疫調控相關的激酶

癌症的另一個重要特徵是免疫系統功能的退化。腫瘤微環境中通常可以發現免疫作用被抑制的T細胞增加，導致腫瘤惡化的新陳代謝發生。近年來檢查點抑製劑發展迅速，這類藥物能夠重新活化免疫系統幫助清除腫瘤細胞，FDA已批准相關藥物用於非小細胞肺癌(NSCLC)，頭頸鱗狀細胞癌(SCC)和膀胱癌的治療，還有治療一系列其他癌症的臨床試驗在進行中。這些藥物的成功證明了免疫系統能夠被激活來重新識別腫瘤細胞，以此為基礎發展出了腫瘤免疫療法。

相關領域的激酶研究也得到了廣泛開展，特別是探究哪一條通路的相關激酶調控免疫系統。與免疫檢查點抑製劑不同的是，激酶靶點可以被小分子藥物抑制。而小分子藥物具有無可比擬的優勢，包括口服給葯提高患者依從性、比生物葯降低醫療費用等。此外，腫瘤相關的免疫細胞由於其基因穩定，不易產生耐藥性突變，這點也比只針對腫瘤細胞的激酶藥物要好。

目前研究的熱門激酶包括TAM，CDK8，CSF1R，PI3Kδ，PI3Kγ等。

與免疫療法合用的激酶抑製劑

檢查點抑製劑對部分患者有很好的藥效，但是受腫瘤細胞潛在的免疫抑制作用會重新產生耐藥性。對於激酶抑製劑如厄洛替尼，雖然能夠在大多數具有相關癌症基因的患者中產生應答，如產生EGFR突變的NSCLC患者。但是受激酶抑製劑對腫瘤抑制作用期較短，易複發的限制，如果能將二者組合使用能夠實現優勢互補。一方面，激酶抑製劑能夠快速抑制腫瘤細胞，並增強頑固腫瘤對免疫療法的敏感性；另一方面免疫檢查點抑製劑能夠幫助激酶抑製劑發揮持久的抗腫瘤作用。此外激酶抑製劑還能夠協助活化T細胞來清除腫瘤。新的研究結果證明很多激酶的癌症基因在幫助腫瘤細胞逃避免疫系統和對檢查點抑製劑產生的耐藥性中發揮重要作用，相關組合療法的臨床前試驗正在進行中。

激酶抑製劑治療其他疾病

激酶抑製劑用於炎症治療的研究已經進行很多年了，相關臨床研究中取得了積極成果。泛JAK抑製劑Tofacitinib已被FDA批准用於類風濕關節炎(RA)的治療，概念性驗證結果也表明激酶抑製劑能夠安全有效的用於炎症治療。Tofacitinib的批准讓相關領域吸引了更多研究投入，就像當年伊馬替尼被批准用於癌症治療讓抗腫瘤激酶抑製劑研究「風靡一時」那樣。除了炎症治療，目前激酶抑製劑應用的疾病領域還包括自身免疫、退行性疾病、以及像瘧疾等傳染病。

FDA批准的用於治療癌症和肺癌症的激酶抑製劑 (圖片源自參考文章)

1.自身免疫和炎症治療

目前研究的三個主要激酶信號通路分別是JAK-STAT，BTK-SYK (spleen tyrosine kinase)，MAPK (mitogen-activated protein kinase)-p38，它們都與骨髓樣分化分子88(MYD88)通路有關。從臨床效果來看，目前發展最好的是JAK抑製劑，其能夠下調細胞因子受體I型和II型的信號通路。泛JAK抑製劑如Tofacitinib已獲批治療RA，大約20個分別具有不同選擇性的JAK抑製劑正在進行相關臨床試驗，適應症研究包括銀屑癬、斑禿、強直性脊柱炎和狼瘡等。對JAK選擇性的進一步優化將有望發展出二代JAK抑製劑。

靶向p38a-MAPK激酶的臨床研究收穫不大，要麼因為毒副作用，要麼就是未能達到臨床終點。研究表明這可能是由於該激酶的(基因)多效性(pleiotropiceffect)特點，在發揮藥效的同時還能抑制免疫系統，而在臨床前嚙齒類動物模型藥效研究中未能觀察到，這也說明一個具有足夠預測能力的動物模型有多重要。

靶向BTK-SYK通路的激酶抑製劑研究前景還不明朗。SYK抑製劑Fostamatinib在嚙齒類RA模型中表現出藥效，但在後續的三期臨床試驗中不佳，以失敗告終。相關治療免疫球蛋白A腎病的二期臨床試驗還在進行中。一些BTK抑製劑已被證明對多發性骨髓瘤、淋巴瘤和B細胞白血病有效，將這些BTK藥物用於治療RA和系統性紅斑狼瘡在動物模型中得到了積極的臨床前數據，臨床試驗也在進行中。其他炎症在研通路還有IRAK-1,IRAK4和 MK2等。

其他疾病領域選擇性激酶抑製劑的臨床研究(表格源自參考文章)

特別值得一提的是，在自身免疫疾病和炎症中，很多分子靶點及生物進程都與癌症相關，因此這些激酶抑製劑可以發揮多靶點的治療作用。如多靶點CSF1R抑製劑PLX3397，在臨床三期的適應症是色素沉著絨毛給藥性滑膜炎(PVNS)和腱鞘大細胞癌。總之，對新靶點的不斷探索和改變抗腫瘤激酶抑製劑的適應症，已經在給炎症領域的治療帶來豐碩成果。

2. 退行性疾病

很多尚無很好藥物治療的疾病和罕見病都屬於退行性疾病範疇，一方面這是由於目前對大多數退行性疾病機理尚不確定，臨床前藥效研究模型也主要基於假說建立；另一方面，退行性疾病多發作在腦和眼部，化合物必須能夠恰當的透過血腦屏障或血眼屏障，即要在該部位達到起效濃度，又不能濃度太高產生副作用。基於以上等原因，退行性疾病相關療法的開發充滿挑戰。儘管如此，在退行性疾病治療的臨床前研究中，激酶抑製劑還是取得了一定成果。抑制未摺疊蛋白應激通路(UPR)的激酶，如IRE1α，能夠有效緩解內質網過度應激導致的色素性視網膜炎或糖尿病脊髓炎。而參與血管生成的激酶靶點大多與視覺退行性疾病高度相關，這些激酶的抑製劑可以用於治療濕性年齡相關黃斑變性(AMD)等眼科疾病。其它在藥物開發中的激酶靶點包括LRRK2、CDK5、BTK、CSF1R、PERK，PI3Kδ和SRPK1等。

激酶抑製劑發展

挑戰與機會並存

雖然激酶抑製劑已經在癌症和其他疾病中得到了廣泛應用，但是發展仍然受到諸多挑戰。耐藥性問題是這類藥物當下的一個主要發展障礙，當新一代藥物堵住上一代基因突變的漏洞，總有新的耐葯突變產生。Osimertinib做為三代EGFR激酶抑製劑，可以有效治療發生T90M突變的癌症患者，但是很快新的C797S突變又出現了。除了基因突變帶來的耐藥性，激酶上調、代償機制以及旁路效應等其他耐葯機制都是不容易解決的問題。另一個挑戰是選擇性的提升，這需要我們同時掌握某一激酶靶點的生物機理和一旦脫靶能帶來哪些嚴重毒性。

針對以上所面臨的問題，激酶抑製劑的研究一刻也沒有停止。為了得到更高選擇性、較低耐藥性和優效的新激酶抑製劑藥物，藥物化學方面的新技術包括激酶蛋白降解、共價靶向結合等。很多激酶結構域的過剩蛋白會出現蛋白-蛋白相互作用，也可以轉為多聚體複雜混合物，促進激酶蛋白降解可以減少副作用和耐藥性。相關技術包括小分子CRBN配體、小分子激酶配體、靶向蛋白質水解嵌合體等。通過設計新的化學型、特殊口袋結構，以及選擇性激酶化學探針如LRRK2、IRAK4、ERK5等來提高選擇性。除此以外，還有計算機輔助藥物設計、激酶抑製劑篩選等新方法。

激酶抑製劑已經帶給癌症治療突破性的成功，如今我們期待它能夠在其他領域也得到應用，如炎症和自身免疫疾病等。在退行性紊亂和傳染病治療方面，疾病機理研究還需要付出更多努力來驗證激酶靶點。同時，新技術和新研究策略也將助力激酶抑製劑的發展，包括激酶降解、共價「彈頭」等。雖然大多數激酶已經得以研究，但這一領域還遠沒有達到成熟。通過將臨床前的靶點驗證和藥物化學發展相結合，激酶抑製劑藥物的研究將會繼續保持快速發展趨勢。

參考文章：

Kinaseinhibitors: the road ahead

Kinasedrug discovery —what』s next in the field

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