2015综述-hsp90抑制剂介绍

1HSP90小分子抑制剂研究进展任景1,#，严碧波2,#，石峰1，熊兵1，沈竞康1，*11中国科学院上海药物研究所，新药研究国家重点实验室，上海2012032长江大学电信学院，湖北荆州434023摘要：HSP90既是细胞应激反应的生物标志物，也是细胞内重要的分子伴侣蛋白。HSP90调控的很多客户蛋白，如EGFR、Met、Raf-1、IKK、p53等，均与肿瘤等很多疾病的发生和发展关系密切。HSP90抑制剂通过与靶点结合抑制其活性，导致其客户蛋白无法正确折叠而降解，可从多环节多途径影响细胞生物学效应，因此HSP90抑制剂在肿瘤治疗等领域展示出良好应用前景。本文将对近年来重要的小分子HSP90-N端抑制剂的研究进展进行综述。关键词：HSP90；客户蛋白；肿瘤；抑制剂ProgressinthesmallmoleculeinhibitorsofHSP90RENJing1,#,YANBibo2,#,SHIFeng1,XIONGBing1,*,SHENJing-kang1,*1.StateKeyLaboratoryofDrugResearch,ShanghaiInstituteofMateriaMedica,ChineseAcademyofSciences,Shanghai,201203,China2.CollegeofElectronicsandInformation,YangtzeUniversity,Jingzhou434023,ChinaAbstract:HSP90,whichisthebiomarkerofcellstressandendogenousprotectiveprotein,functionsasamolecularchaperone.ManyclientproteinsofHSP90,includingEGFR,Met,Raf-1,IKKandp53,playanimportantroleintheoccurrenceanddevelopmentoftumor.BindingofHSP90inhibitorstriggersthedeactivationofHSP90,resultinginclientproteindegradation,andtheninhibitsthetumorgrowthbyblockingmultipletargetsinvolvedinsignalingoftumorproliferation.ThisreviewsummarizesrecentdevelopmentofsmallmoleculeinhibitorsboundtoN-terminalofHSP90.收稿日期：2014-12-；修回日期：2015-01-29基金项目:国家自然科学基金委资助项目（81273368，81330076）;“新药创制”科技重大专项（2014ZX09507-002）1#共同第一作者*通讯作者Tel/Fax:[phone]-5410,E-mail:[e-mail]2Keywords:HSP90;clientprotein;tumor;inhibitor1热休克蛋白90生物学背景热休克蛋白(heatshockproteins,HSPs)是机体在应激(病毒感染、缺氧、紫外线照射等)状态下合成的一组蛋白质分子，故又称为应激蛋白。HSPs最初于1962年由遗传学家Ritossa发现，它是一类在生物进化过程中高度保守并广泛存在于原核及真核生物中的蛋白质。热休克蛋白既是细胞应激反应的生物标志物，也是细胞内重要的分子伴侣蛋白[1,2]。HSPs在机体内主要功能是参与维持其客户蛋白的正确折叠，使得蛋白能够形成生理功能所需构象，从而在调节蛋白合成与降解的平衡及蛋白定位中发挥重要作用。根据同源程度及分子量大小,热休克蛋白主要分为5个家族[3]:HSP90家族(83～90kD)、HSP70家族(66～78kD)、HSP60家族，小分子HSP家族(15～30kD)，此外还有分子量在100～110kD的大分子HSPs。它们在细胞中具有不同的定位，因而行使不同的细胞功能。其中HSP90家族是当前研究的热点，获得了广泛的关注。HSP90在细胞内含量丰富，占细胞蛋白总量的1%～2%。HSP90在胞浆内主要以同源二聚体的形式存在，其单体包括3个主要的结构域：N末端结构域，中间结构域和C末端结构域。这3个结构域之间相互协同，发挥HSP90的分子伴侣功能。HSP90发挥作用依赖于ATP结合于N端的ATP酶结构域，ATP的结合和水解产生构象转换作用，调节其参与的多亚基复合物的装配。越来越多的研究表明，HSP90抑制剂有可能成为一类杀伤多种肿瘤细胞的有效药物[4-6]。1.1HSP90与肿瘤的关系作为哺乳动物细胞内含量最多的蛋白，HSP90对于其客户蛋白的装配、运转、折叠以及降解发挥着十分重要的作用。研究表明抑制HSP90的功能可导致其客户蛋白通过泛素-蛋白酶复合体途径进行降解。已经报道的HSP90的客户蛋白有280多种，其中48种与细胞生长或信号转导相关。许多客户蛋白是致癌基因的表达产物，其中多个已是临床上明确的抗肿瘤药物作用靶点。部分客户蛋白与HSP90的亲和力排序如下:HER2突变型EGFRRaf-1Akt突变型BRAF野生型EGFR[7]。HSP90调控的客户蛋白很多都是肿瘤发病通路中的原癌基因表达产物或重3要的信号转导因子，与肿瘤的发生和发展关系密切，因此抑制HSP90可以从多环节多途径影响癌细胞生长和存活，避免了单靶点治疗可能产生的耐药性。研究表明，HSP90在肿瘤细胞中主要处于活化态，在正常细胞中则主要处于静默态。HSP90的活性受到共伴侣蛋白分子的调控，而在肿瘤细胞中的共伴侣蛋白的表达量很高，所以导致肿瘤细胞中的HSP90活性高于正常细胞。因此HSP90成为一个很有研发前景的抗肿瘤药物靶点[7]。1.2HSP90抑制剂的亚型选择性及其生物学效应人源HSP90有4种亚型，胞浆内有HSP90α和HSP90β两种，GRP94存在于内质网，TRAP1则存在于线粒体基质内。现有研究认为这4个成员的作用方式几乎是一致的，但因为它们本身在细胞内的定位不同，所以它们所结合的客户蛋白也不尽相同。胞浆内的HSP90α/β在肿瘤细胞中高表达，并且其客户蛋白大多都在肿瘤发生发展的信号转导通路、细胞周期调控和细胞凋亡路径中发挥着重要作用，比如HER2、EGFR、Raf-1、AKT等等。越来越多的证据表明，细胞器内的伴侣蛋白GRP94和TRAP1同样和肿瘤关系密切。GRP94的一个重要功能是维持分泌蛋白和膜蛋白的活性构象，其客户蛋白包括免疫球蛋白、TLRs和整合素类。肿瘤细胞中GRP94的高表达往往会导致细胞增殖和新陈代谢的速度加快以及耐药性的产生。TRAP1在肿瘤细胞中的高表达同样会导致多药耐药性的产生。在肿瘤细胞中，TRAP1和HSP90α/β一同发挥作用，保护肿瘤细胞不受氧化应激和细胞凋亡的影响，从而维持线粒体的完整性。近年来，越来越多的人开始关注HSP90抑制剂对不同亚型的选择性，因为不同的选择性往往会产生不同的生物学效应。Taldone等[8]综合运用计算机辅助药物设计和现有的复合物晶体结构，发现了除蛋白铰链区结合口袋之外的另外两个口袋，这些口袋不同的理化性质将决定抑制剂的亚型选择性。Duerfeldt等采用基于结构的药物设计方法发现了一类对GRP94亲和力优于其他亚型的抑制剂。该类化合物在HEK293细胞中能够显著抑制TLRs向细胞膜的转运，但在MCF-7和SkBr3细胞中对于HSP90α/β的客户蛋白没有降解作用。Ernst等[9]发现的一类二氢吲哚酮类的化合物对HSP90α/β(Ki=5nmol•L-1)的亲和力明显优于GRP94和TRAP1(Ki10μmol•L-1)。该类化合物没有明显的细胞毒作用，但对于Huntington舞蹈病有显著的治疗效果。最近几年的研究表明，对4于HSP90的调控对治疗神经退行性疾病也有显著的疗效[9,10]。2HSP90抑制剂简介自geldanamycin在1992年作为第一个HSP90抑制剂被发现以来[11]，越来越多的其他结构类型的抑制剂被开发并陆续进入到临床研究阶段，但还没有作用于HSP90的靶向抑制剂作为抗肿瘤药物上市。目前，在研的HSP90抑制剂有1个处于临床III期（STA-9090）、6个处于临床II期（Debio-0932、KW-2478、AT-13387、SNX-5422、AUY-922、17-AAG）、3个处于临床I期（TAS-116、XL-888、PU-H71），还有49个化合物处于发现阶段（图1）。Figure1TheclinicalstatusofHSP90inhibitorsHSP90抑制剂根据其与蛋白结合位点的不同主要分为N端抑制剂、C端抑制剂和中间域抑制剂。作用于HSP90C-端的抑制剂目前研究较少，现已发现的主要有没食子酸酯、新生霉素两类[12]。海洋天然产物sansalvamideA的衍生物sansalvamideA-amide(SanA-amide)是目前报道的唯一一类结合于HSP90中间域结合位点的抑制剂，通过变构调节作用，抑制HSP90C端和客户蛋白及共伴侣蛋白的结合，但对于N端和客户蛋白结合没有明显的影响[13]。目前进入临床研究的HSP90抑制剂均作用于HSP90N端ATP结合位点。本文在已有的HSP90综述基础上[12]，根据抑制剂与ATP结合口袋铰链区3种不同的结合模式（图2），重点介绍与临床研究密切相关的小分子化合物，综述N端的HSP90抑制剂的研发及目前的临床研究进展。5Figures2ThebindingmodesofinhibitorsinhingeregionofATPpocket2.1第一类小分子抑制剂以酰胺为关键结合基团与HSP90的氨基酸残基Asp93相结合格尔德霉素(geldanamycin，GA)是最早被发现的HSP90抑制剂。它是在20世纪70年代从放射菌类肉汤中分离得到的天然产物，起初作为抗生素使用，直到20世纪80年代才发现该化合物具有抗肿瘤活性。格尔德霉素虽有明显的抗肿瘤效应，但也有较强的肝毒性，且在动物体内容易代谢失活，这些缺陷限制了其作为抗肿瘤药物的进一步研发[14-17]。人们成功研制出格尔德霉素类似物17-烯丙胺-17-去甲氧基格尔德霉素(17-AAG)。17-AAG是17位甲氧基被烯丙胺基取代后得到的GA衍生物，其抗肿瘤活性高于GA，而且肝毒性也大大降低，是第一个进入临床试验的HSP90抑制剂，目前已经进入II期临床试验阶段。但是17-AAG的水溶性较差，仍有一定的肝毒性且生物利用度有限，对不同类型的肿瘤和不同情况的患者疗效差异较大[18,19]。17-AAG的溶解性较差，通过制剂改善其生物利用度，效果不是很理想。研究表明，17-AAG的苯醌可以互变成为对苯二酚，且后者对于HSP90有更强的抑制活性。IPI-504是17-AAG还原为苯酚的盐酸盐。分子模拟研究显示IPI-504与HSP90蛋白结合时不仅保持了构象，而且氢键的数量有所增加，所以比17-AAG具有更好的亲和力。IPI-504以盐酸盐的形式存在，具有更好的水溶性，并且降低了毒副作用(肝毒性、心脏毒性、恶心、呕吐)[20]。17-DMAG也是GA17位取代的衍生物，其17位的2-甲基乙二胺基团伸向溶剂占据的结合腔的开口处，其水溶性和生物利用度有所增加，于2006年进入临床试验，但于2008年终止实验[21]。SNX-2112是一类结构新颖的苯甲酰胺类小分子HSP90抑制剂，它是通过高通量筛选发现并优化获得的，具有良好的体内和体外活性(HSP90Ki=166nmol•L-1，HER2IC50=10nmol•L-1)[22]。其前药SNX-5422(HSP90Ki=41nmol•L-1,HER2IC50=37nmol•L-1)于2007年5月底开展临床I期试验，评价其安全性。化合物SNX-