生物技术制药(论文))

肿瘤细胞表面靶点研究进展孙悦药学2016774011全球肿瘤发病率呈逐渐增高趋势，严重威胁人类生命。消化系统肿瘤，如肝癌，胃癌，食管癌，结直肠癌，胰腺癌等发病率在全球范围内也始终居高不下。恶性肿瘤的常规治疗手段包括手术、化疗和放疗。化疗也称为药物治疗，在肿瘤治疗中一直发挥着重要作用，但治疗效果受到其剂量依赖性毒性的影响，特别是传统化疗药物的治疗效果似已进入了“平台期”。由于靶点特异性抗肿瘤药针对于正常细胞和肿瘤细胞之间的差异,能达到选择性高、毒性低的治疗效果,因此针对肿瘤的特异性靶点设计抗肿瘤药物已逐渐得到人们的普遍关注。近年来,VEGF和VEGFR、Sur-vivin以及端粒酶等都已成为肿瘤治疗的新靶点,依据这些靶点,研究者设计出了很多高效低毒的抗肿瘤药物。首先，VEGF和VEGFR靶点的研究，肿瘤的侵袭性生长、转移及其预后均依赖于血管生成,因此抑制血管生成能有效地抑制肿瘤的生长。在健康人体的多数组织中VEGF表达量甚微,然而在肿瘤细胞中则大量表达,因此VEGF是阻断肿瘤血管形成比较理想的靶点。由于以VEGF和VEGFR为靶点,具有特异性高、易与肿瘤细胞接触、不易产生耐药等优点,因而通过它来抑制肿瘤血管生成是当前肿瘤治疗研究的热点之一，作为抗肿瘤新药研发也取得了很大的进展,已经有数个药物经美国FDA批准上市。如:索拉非尼(nexavar,sorafenib)在2005年7月被FDA批准为治疗晚期肾细胞癌的药物;舒尼替尼(sutent,sunitinib),在2006年1月被FDA的批准作为治疗胃肠道间质瘤和晚期肾细胞癌药物。下面介绍VEGF和VEGFR的结构及功能：一、VEGF是分子量为34～45kD的由二硫键连接的同源二聚体糖蛋白;其家族包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E、胎盘生长因子(PlGF),其中VEGF-A(简称VEGF)在血管生成中起重要作用[4]。VEGFmRNA的不同剪切方式,把VEGF分成4种同种异构体VEGF206、VEGF189、VEGF165、VEGF121,它们分别含有206、189、165、121个氨基酸。VEGF主要生物学功能为:①选择性增强血管内皮细胞有丝分裂,刺激内皮细胞增殖并促进血管形成;②升高血管尤其是微小血管的渗透性,使血浆大分子外渗沉积在血管外的基质中,为肿瘤细胞的生长和新生毛细血管网的建立提供营养。二、VEGFR有4种即VEGFR-1(Flt-1)、VEGFR-2(KDR/Flk-1)、VEGFR-3(Flt-4)、NRP(Neu-ropilin-1/2)。VEGFR是一类酪氨酸激酶跨膜糖蛋白,可分为胞外区、跨膜区和胞内区。VEGFR的胞外段是与VEGF结合的区域,两者结合后VEGFR构象发生变化,导致受体二聚化,其胞内段酪氨酸位点发生自磷酸化,激活下游的信号传导通路。以VEGF及VEGFR为靶点的肿瘤治疗以VEGF及其受体VEGFR为靶点,通过使VEGF和VEGFR表达减少,阻断其信号转导通路或耗竭肿瘤细胞产生的VEGF而抑制肿瘤血管的生成,切断肿瘤血供,达到抑制肿瘤生长、发展和转移的目的。近年来,以VEGF及VEGFR为靶点的肿瘤治疗策略主要有以下几种:①基因治疗:在基因水平用反义寡核苷酸抑制基因的表达是首选的策略。反义基因治疗是肿瘤基因治疗的重要组成部分,它是指应用反义核酸在转录或翻译水平阻断某些异常基因的表达,使肿瘤细胞进入正常分化轨道或导致瘤细胞凋亡。实验表明VEGF16反义核酸降低了肿瘤组织中VEGF165表达水平,从而抑制了肿瘤的生长;②封闭VEGF及VEGFR:应用抗VEGF及其受体的单克隆抗体可封闭已分泌的VEGF及VEGFR,从而达到干扰、阻断VEGF与其受体诱发的内皮细胞信号传导,抑制血管形成;③切断信号传导路:VEGF信号传导路可见,VEGF和VEGFR表达时,可以通过某些药物阻断该传导路,抑制内皮细胞的生长和血管渗透性的增加。可溶性的VEGFR(sVEGFR)是通过剪切VEGFR的胞外区或改变胞外区结构而形成,只具备和VEGF结合的能力,不能诱发信号传导;④导向治疗:VEGFR在肿瘤血管内皮细胞中过度表达,而在相邻正常血管内皮细胞中几乎检测不出。因此VEGF与VEG-FR为肿瘤的导向治疗提供了特异性较高的靶点。VEGF可与其它抗肿瘤药物、毒素、放射性核素等联用,用于肿瘤的导向治疗。其次，Survivin靶点：细胞凋亡是一种主动、固有的程序化现象,它的平衡改变会导致许多疾病(包括肿瘤)的发生。而细胞凋亡抑制是肿瘤细胞不断增殖的主要原因之一,与细胞凋亡有关的基因包括:mdm2、Bcl-2基因、p53、survivin等。survivin在许多肿瘤组织中也高度表达,抑制肿瘤细胞的凋亡,survivin是迄今为止发现的最强的凋亡抑制因子之一,它在100多种肿瘤中都有特异性基因表达。研究证明:抗凋亡基因survivin具有抑制凋亡的作用,参与细胞周期调控,与肿瘤发生、发展和预后密切相关;此外它在血管形成中起一定的作用,因此通过降低它的表达能促进肿瘤细胞的凋亡,从而达到抑制转化细胞的生长。下面介绍Survivin的结构特点和生物学功能：Survivin基因定位于染色体17q25,基因长度为14.7kb,由4个外显子和3个内含子组成;编码一个由142个氨基酸组成的分子量大约16.2kD胞浆蛋白,它没有环指结构,仅有单一的IAP重复区序列(BIR)功能区,其中Cys46-Prod-Trp48三个氨基酸插入序列将BIR分子分成两半。BIR分子中含有三个氨基酸残基Trp67、Pro33和Cys84,这些残基对抑制凋亡有重要作用。Survivin通过这些残基与Caspase-3和Caspase-7半胱氨酸蛋白酶结合抑制Caspases的活性,在COOH端由40个氨基酸组成的α螺旋结构与细胞分裂微管(Microtube)结合,抑制细胞凋亡。Survivin的主要生物学功能是调控细胞有丝分裂和抑制细胞凋亡。Survivin抑制细胞凋亡主要有两条途径,一是由肿瘤坏死因子受体家族成员参与的通过caspase-8活化的外源性凋亡途径;二是细胞色素C参与的通过caspase-9活化的内源性凋亡途径。两条途径最终都通过激活下游效应因子caspase-3及caspase-7而使细胞发生凋亡。Survivin与肿瘤Survivin的组织分布特征具有明显的细胞选择性,它表达于胚胎和发育的胎儿组织,但在终末分化的成人组织中检测不出;它只在快速分裂的细胞、胎儿细胞和癌变细胞中具有活性。研究表明,Survivin可广泛表达于人类多种肿瘤组织,包括肺癌、前列腺癌、结肠癌、胃癌、神经纤维瘤等;而且在不同癌组织中,它表达阳性率不同。Sur-vivin进行分子水平上的拮抗是促进肿瘤细胞死亡的途径之一,并且能同传统的化疗以及放疗相结合进行癌症治疗。目前认为以survivin为靶点的抗肿瘤治疗主要分为药物治疗和基因治疗。其中,药物治疗包括两种方式:一是抑制survivin磷酸化;二是干扰survivin与微管蛋白的作用,可使survivin抗凋亡功能丧失。基因治疗[的主要方法是通过转染Survivin显性负突变体和反义核酸。在基因水平上将Sur-vivin第34位的氨基酸Thr替换Ala,这一改变去除了p34cdc2-cyclinB1磷酸化位点,从而使突变蛋白具有显性负作用(dominant-negativeeffect)。另一种显性负突变体是Sur-vivin的BIR功能区域的84位半胱氨酸变成丙氨酸,即Cys84Ala突变体。Survivin抑制细胞凋亡主要有两条途径,一是由肿瘤坏死因子受体家族成员参与的通过caspase-8活化的外源性凋亡途径,二是细胞色素C参与的通过caspase-9活化的内源性凋亡途径。两条途径最终都通过激活下游效应因子caspase-3及caspase-7而使细胞发生凋亡。第三，端粒酶:端粒酶(telomerase)具有补充端粒长度的功能,维持细胞持续分裂使其成为永生化细胞,即恶性肿瘤细胞,因此端粒酶的激活是细胞永生化和肿瘤发生的前提和分子基础。端粒酶在80%以上的恶性肿瘤中有表达,而在正常组织(生殖细胞、造血细胞等胚胎性干细胞除外)中则显阴性,所以端粒酶是正常细胞转变为肿瘤细胞的关键性物质,它是抗肿瘤治疗的新的重要靶点,为肿瘤治疗提供了一条新的思路。端粒酶的组成和主要功能，端粒酶是一种具有逆转录酶活性的依赖于RNA的DNA多聚酶,它由端粒酶RNA、端粒酶催化亚单位和端粒酶相关蛋白组成。它的主要功能为自身的模板功能和断端修复功能,通过端粒酶的作用使端粒的长度维持不变,细胞因此获得永生化。端粒酶与肿瘤治疗，端粒酶在生物的衰老,肿瘤的发生发展中起着重要的作用,而端粒酶抑制剂又不但可以直接导致肿瘤细胞的死亡,还可以提高肿瘤细胞对破坏的抗肿瘤药的敏感性以及对凋亡的感受性。针对端粒酶的肿瘤抑制靶点有:①以鸟嘌呤四联体为靶点;②以人类逆转录酶为靶点;③以小分子逆转录酶为靶点;④目前,除以上靶点方法外,还有染色体转移和细胞融合的方法。目前,以端粒酶为靶点的抗肿瘤治疗,主要通过以下几种方法:①反义基因:粒酶RNA组份中含有与端粒DNA序列互补的模板序列,针对该模板序列设计的反义核苷酸可阻断其模板作用从而抑制端粒酶合成端粒序列;②核酶:核酶是一种具有核酸内切酶催化活性的反义RNA,能以序列特异性方式与RNA结合并对其进行切割,使其失去生物学功能;③逆转录酶抑制剂:端粒酶是一种逆转录酶,因此逆转录酶抑制剂能抑制端粒酶活性;④诱导分化药物:正常细胞分化为成熟体细胞后,端粒酶活性受到抑制,而当细胞癌变后它又重新被激活,这个提示诱导分化可能会抑制端粒酶的活性;⑤核苷类似物:Fletcher等研究发现,7-脱氮-2'-脱氧腺嘌呤核苷酸(7-deaza-dATP)和7-脱氮-2'-脱氧乌嘌呤核苷(7-deaza-dGTP)对端粒酶活性有抑制作用,在端粒合成端粒重复序列时可掺入端粒DNA序列从而导致端粒不稳定甚至缩短,这为端粒抑制剂的设计提供了新的研究思路。目前对分子靶向治疗药物尚无统一的分类，但根据分子靶向药物的性质可分为单克隆抗体如曲妥珠单抗（trastuzumab）和小分子化合物如吉非替尼（gefitinib）也可根据作用靶点分为厄洛替尼（erlotinib）等单靶点药物和索拉非尼（sorafenib）等多靶点药物。作用于表皮生长因子受体（epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR）的药物，表皮生长因子受体家族包括erbB1（EGFR）、erbB2（HER2）、erbB3（HER3）和erbB4（HER4）4种，与配体结合后会激活许多下游信号传导通路，参与肿瘤细胞的增殖、黏附、侵袭、转移、凋亡和肿瘤血管生成等。erbB1和HER2在乳腺癌、卵巢癌、肺腺癌、胃癌、膀胱癌、非小细胞肺癌（non-smallcelllungcancer，NSCLC）和原发性肾细胞癌等实体癌中均有过度表达。以EGFR为靶点的药物，西妥昔单抗（cetuximab）是针对EGFR细胞外结构域的人-鼠嵌合型IgG1单克隆抗体，与细胞表面上的受体结合后能够产生抗体依赖性的细胞毒作用，抑制肿瘤细胞增殖、诱导细胞凋亡、抑制内皮细胞增生和新生血管形成，抑制癌细胞侵袭、转移并增强细胞毒药物和电离辐射的抗肿瘤作用。目前，西妥昔单抗已被批准用于转移性结肠直肠癌（metastasiscolorectalcancer，mCRC）、NSCLC和头颈部肿瘤的治疗。Cuningham等报告的一项欧洲大型、多中心临床研究评价了西妥昔单抗单药或联合伊立替康用于对伊立替康耐药的晚期结肠直肠癌患者治疗的缓解率，结果显示联合用药组的缓解率明显高于单药组（分别为22.9%和10.8％，P=0.007），中位至疾病进展时间（timetoprogression，TTP）也明显延长（分别为126和45d，P＜0.001），但总生存期（overallsurvival，OS）没有延长（分别为8.6和6.9个