組蛋白伴侶FACT復(fù)合物抑制劑CBL0137
——惡性膠質(zhì)瘤治療新藥物？

金明珠，徐 煜，金衛(wèi)林

(1上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院,上海200025；2上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院,智能診療儀器工程中心,納米生物醫(yī)學(xué)工程研究所,上海200240)

0 引言

惡性膠質(zhì)瘤(malignant gliomas,MG)惡性程度高,手術(shù)難以全部切除,放療、化療抗性也增加了治療的難度和治療后的復(fù)發(fā)率,導(dǎo)致惡性膠質(zhì)瘤患者五年生存率僅為5.5%［1］。一方面,替莫唑胺(temozolomide,TMZ)作為一線化療藥物,其耐藥性機(jī)制的探索一直是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。另一方面,尋找新型化療藥物也具有重要臨床意義和價(jià)值。

1 惡性膠質(zhì)瘤治療的研究現(xiàn)狀

1.1 膠質(zhì)瘤背景介紹惡性膠質(zhì)瘤源自腦或脊柱中的膠質(zhì)細(xì)胞,是最常見的惡性腦腫瘤,約占總腦腫瘤的30%,總惡性腦腫瘤的80%。根據(jù)病理特征,WHO將膠質(zhì)瘤分為室管膜腫瘤、星形細(xì)胞腫瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞腫瘤、少突-星形細(xì)胞瘤等。又根據(jù)腫瘤生物學(xué)行為,可分為瘤細(xì)胞核的多形性、核分裂象、有絲分裂的數(shù)目、內(nèi)皮增生、組織有無壞死等,WHO采用四級法對膠質(zhì)瘤進(jìn)行分級,其中Ⅰ、Ⅱ級為低級別腫瘤,預(yù)后較好；Ⅲ、Ⅳ級為高級別腫瘤,預(yù)后差［2－3］。

星形細(xì)胞腫瘤好發(fā)于大腦額葉和顳葉,可見多葉受累。根據(jù)其組織學(xué)特征,可分為毛細(xì)胞型星形細(xì)胞瘤(WHOⅠ級)、彌漫性星形細(xì)胞瘤(WHOⅡ級)、間變型星形細(xì)胞瘤(WHOⅢ級)、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(WHOⅣ級)等,其中膠質(zhì)母細(xì)胞瘤惡性程度最高,發(fā)展迅速,預(yù)后極差［2－4］。

少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤(WHOⅡ級)和間變型少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤(WHOⅢ級)都好發(fā)于大腦半球的皮質(zhì)和白質(zhì)。少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤進(jìn)展緩慢,間變型少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤進(jìn)展迅速,難以徹底切除,術(shù)后都易復(fù)發(fā)［2－4］。

室管膜下瘤(WHOⅠ級)、黏液乳頭型室管膜瘤(WHOⅠ級)、室管膜瘤(WHOⅡ級)和間變型室管膜瘤(WHOⅢ級)可發(fā)生于腦室任意部位,進(jìn)展緩慢。室管膜瘤是最常見的室管膜腫瘤,間變型室管膜瘤預(yù)后極差［2－4］。

惡性膠質(zhì)瘤的病因尚未明確,浸潤性生長,手術(shù)難切除,預(yù)后差,易復(fù)發(fā),所以關(guān)于惡性膠質(zhì)瘤治療的研究十分重要。

1.2 膠質(zhì)瘤分子分型根據(jù)基因表達(dá)譜,惡性膠質(zhì)瘤主要分為前神經(jīng)元型、神經(jīng)元型、經(jīng)典型以及間質(zhì)［5］。每種亞型的分子特點(diǎn)均不相同,主要標(biāo)志物包括血小板源性生長因子受體A(platelet derived growth factor receptor,PGFR)、異檸檬酸脫氫酶 1(isocitratede hydrogenase 1,IDH1)、表皮生長因子受體 (epidermal growth factor receptor,EGFR)、神經(jīng)纖維瘤?、裥偷鞍?neurofibromin 1,NF1)等,如前神經(jīng)元型以PGFRA擴(kuò)增和IDH1突變?yōu)橹?間質(zhì)型以NF1缺失,腫瘤壞死因子和 NF-κB 高表達(dá)為主［6］。又根據(jù)表觀遺傳水平,膠質(zhì)瘤被分為膠質(zhì)瘤CpG島甲基化表型(Glioma-CpGislandmethylator phenotype,G-CIMP)和非G-CIMP型。兩者的標(biāo)志物也不相同,如G-CIMP型以甲基鳥嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶(methylguanine methyl transferase,MGMT)基因的DNA甲基化為主［6］。膠質(zhì)瘤分子分型的深入理解將會對膠質(zhì)瘤精準(zhǔn)治療策略提供更好的理論依據(jù)。

1.3 膠質(zhì)瘤治療現(xiàn)狀目前惡性膠質(zhì)瘤的治療方法主要包括手術(shù)治療、放射治療、化學(xué)治療、免疫治療等。手術(shù)切除輔以術(shù)后放射治療、TMZ同期及輔助化療為標(biāo)準(zhǔn)治療方案［7］。通過手術(shù)切除腫瘤是最直接的治療方法,但是惡性膠質(zhì)瘤呈浸潤性生長,與周圍組織界線不明顯,難以完全切除,故術(shù)后因輔以通過電離輻射作用的放射治療及通過化學(xué)藥物作用的化學(xué)治療抑制腫瘤。免疫治療逐步被重視,通過調(diào)節(jié)機(jī)體自身免疫防御機(jī)制抑制腫瘤,但目前仍在研究階段。其他還有光動力治療以及基因治療等［7］。盡管近年來的神經(jīng)外科手術(shù)技術(shù)、設(shè)備以及放療的技術(shù)、設(shè)備都在不斷改善,但是療效改善有限。同時(shí),標(biāo)準(zhǔn)治療方案療效仍不佳,復(fù)發(fā)率高。所以研究新的惡性膠質(zhì)瘤治療方法尤其重要。

1.4 膠質(zhì)瘤一線化療藥物——替莫唑胺TMZ是一線烷化劑類化療藥物,是咪唑四嗪的衍生物［8］。TMZ最初于1992年用來治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤,隨后作為治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的一線藥物被應(yīng)用于治療星形細(xì)胞瘤、膠質(zhì)瘤、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等。在生理pH下,替莫唑胺自發(fā)水解,得到活性代謝物3-甲基-(三嗪-1-)咪唑-4-甲酰胺(MTIC)［9］,MTIC進(jìn)一步水解生成甲肼。TMZ通過使DNA分子中鳥嘌呤的N7、O6位烷基化發(fā)揮抗腫瘤作用,誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡。TMZ可與放療聯(lián)合治療,隨后作為輔助治療。TMZ最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠透過血腦屏障,生物利用度接近100%。

2 TMZ臨床治療產(chǎn)生耐藥性

膠質(zhì)瘤治療中常產(chǎn)生TMZ的耐藥性?，F(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)TMZ耐藥有復(fù)雜的機(jī)制,包括EGFR的過表達(dá),miRNA表達(dá)譜改變,DNA損傷的修復(fù)缺陷等。其中,最重要的TMZ耐藥機(jī)制與MGMT有關(guān)［8,10］。MGMT是一種DNA修復(fù)酶,可以修復(fù)TMZ產(chǎn)生的鳥嘌呤O6位置上的甲基。MGMT與鳥嘌呤O6位發(fā)生不可逆的結(jié)合,將甲基從鳥嘌呤上轉(zhuǎn)移至其催化中心上的半胱氨酸殘基,從而修復(fù)DNA,抑制TMZ以及其他烷基化試劑產(chǎn)生的細(xì)胞毒性。隨后MGMT失活,被蛋白酶體降解,不再循環(huán)發(fā)生作用。MGMT不僅可以去除DNA分子上鳥嘌呤O6位置的甲基,還可以去除其他烷基,但是相比之下,MGMT去除甲基的速度比去除其他烷基的速度快［8］。 研究［11］表明,O6-芐基胍(O6-benzylguanine,O6-BG)是一種特殊的MGMT抑制劑,主要通過將芐基共價(jià)轉(zhuǎn)移到MGMT的活性半胱氨酸殘基上,使其發(fā)生不可逆失活,消耗MGMT,保證替莫唑胺發(fā)揮抗腫瘤作用。但是,遺憾的是,O6-芐基胍不僅能恢復(fù)由于MGMT過表達(dá)而被抑制的替莫唑胺的活性,而且對正常細(xì)胞毒性較大,故不能在臨床上廣泛應(yīng)用［11］。EGFR刺激細(xì)胞增殖、遷移、血管生成,同時(shí)野生型EGFR(即K-ras基因處于正常狀態(tài))與配體結(jié)合激活EGFR下游的兩條主要信號通路:Ras/Raf/MEK/ERK-MAPK通路和 PI3K/Akt/mTOR通路,導(dǎo)致腫瘤抑制功能減弱,腫瘤細(xì)胞凋亡減少,對替莫唑胺產(chǎn)生耐藥性［12－14］。 研究［15］表明,拉帕替尼是一種酪氨酸激酶抑制劑,可阻斷EGFR通路,減弱對替莫唑胺的耐藥性,目前拉帕替尼被用于治療乳腺癌。眾多科學(xué)家和臨床醫(yī)生都試圖尋找膠質(zhì)瘤治療TMZ的替代藥物,CBL0137就是其中一個(gè)具有潛力的候選藥物［13］(圖1a)。

圖1 CBL0137靶向FACT發(fā)揮惡性膠質(zhì)瘤抗癌活性

3 CBL0137能夠靶向組蛋白伴侶——FACT復(fù)合物

近年來,Curaxin作為一種新的抗腫瘤候選藥物引起了廣泛關(guān)注。Curaxin可以通過調(diào)節(jié)促核染色質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子(facilitates chromatin transcription,FACT)激活 p53［16－17］。 Curaxin 的抗腫瘤作用與其結(jié)合 DNA的能力和誘導(dǎo)FACT緊密結(jié)合核染色質(zhì)的能力密切相關(guān)。CBL0137屬于Curaxin系列中最有潛力的一種小分子,目前作為一種抗腫瘤藥物正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)(NCT01905228,NCT02931110)［17］。 FACT 是一種異二聚蛋白復(fù)合物(圖1b),對于真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(polymeraseⅡ,PolⅡ)的轉(zhuǎn)錄和延長至關(guān)重要,其由SSRP1和SPT16兩個(gè)亞基組成,在很多腫瘤中FACT高表達(dá)［16］。例如,FACT在小細(xì)胞肺癌的始祖腫瘤細(xì)胞 (tumor-initiating cells,TIC)高表達(dá),TIC會引起治療過程中對于順鉑的耐藥性。TIC對CBL0137十分敏感,因?yàn)槠淇梢宰柚关?fù)調(diào)節(jié)蛋白SP3與腫瘤抑制基因Notch1的啟動子結(jié)合,增加Notch1的表達(dá),從而降低干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)水平［18］。

有文獻(xiàn)［19］報(bào)道,在非小細(xì)胞肺癌中,CBL0137靶向FACT,抑制NF-κB信號通道,與埃羅替尼(erlotinib)共同作用,抑制非小細(xì)胞肺癌腫瘤細(xì)胞生長。而在胰腺導(dǎo)管腺癌中,CBL0137可誘導(dǎo)大量增生的腫瘤細(xì)胞及胰腺癌干細(xì)胞凋亡［20］。重要的是,一項(xiàng)來源于小鼠模型動物實(shí)驗(yàn)顯示CBL0137不是直接作用于小鼠乳腺腫瘤啟動子,而是抑制乳腺腫瘤癌變,在不傷害正常器官和組織的情況下,有效預(yù)防及緩解乳腺癌的發(fā)生［21］。同時(shí),在胰導(dǎo)管腺癌、結(jié)直腸腺癌、黑色素瘤等腫瘤模型中,CBL0137也有很好的抗癌活性［20］。

4 CBL0137小分子在惡性膠質(zhì)瘤治療中的臨床前研究

目前,CBL0137在惡性膠質(zhì)瘤中的研究主要基于細(xì)胞系和小鼠移植瘤模型,膠質(zhì)瘤細(xì)胞和動物模型上CBL0137 表現(xiàn)出很好的抗癌活性［13,17］。 FACT、NF-κB高表達(dá)和一些基因位點(diǎn)突變?nèi)鏓GFR是惡性膠質(zhì)瘤及其他腫瘤的特征之一。和其他腫瘤如神經(jīng)母細(xì)胞瘤、小細(xì)胞肺癌、胰腺導(dǎo)管癌一樣,CBL0137抗癌機(jī)制的研究也主要集中在其調(diào)節(jié)FACT功能上。

FACT在惡性膠質(zhì)瘤中的水平遠(yuǎn)高于正常腦組織,且在不同的亞型中,FACT表達(dá)水平不同。在高級別、低分化的腫瘤中,FACT的水平尤其高,因?yàn)镕ACT與干細(xì)胞標(biāo)記物包括SOX2(sex determining region Y-box 2)、OCT4(octamer-binding transcription factor 4)、OLIG2(oligodendrocyte transcription factor 2)和NANOG轉(zhuǎn)錄有關(guān),使細(xì)胞維持在未分化狀態(tài),而CBL0137作為FACT的抑制劑,降低這些干性基因的表達(dá)水平［13］。CBL0137可通過血腦屏障激活p53,阻止 NF-κB轉(zhuǎn)錄,調(diào)節(jié) Notch及熱休克因子(heat shock transcriptional factor 1,HSF1),從而抑制FACT 的功能,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡［18,22－24］(圖 1c)。

近年來,具有干性的腫瘤細(xì)胞被認(rèn)為是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生、低氧反應(yīng)、治療抗性和復(fù)發(fā)的重要因素［25］。CD133表達(dá)與腫瘤自我更新和分化相關(guān),CD133+的腫瘤細(xì)胞被認(rèn)為更具有成瘤能力?；诜诌x出的CD133+和CD133－惡性膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和凋亡程度,Dermawan等［13］報(bào)道稱相較于 CD133－腫瘤細(xì)胞,CD133+腫瘤細(xì)胞對CBL0137更敏感。CBL0137使腫瘤干細(xì)胞均勻分裂向不均勻分裂轉(zhuǎn)化,促進(jìn)細(xì)胞分化,從而有效抑制腫瘤細(xì)胞的生長和增殖。這一作用的完成依賴于FACT復(fù)合物的亞基SSRP1,與FACT表達(dá)水平相關(guān),提示CBL0137對于腫瘤作用較正常腦組織更顯著。另一方面,TMZ耐藥性制約了惡性膠質(zhì)瘤的治療效果。在 U87MG(TMZ-敏感)和A1207(TMZ-不敏感)細(xì)胞系實(shí)驗(yàn)中,TMZ不僅能降低U87MG細(xì)胞系中NF-κB調(diào)控的IκBα表達(dá),而且CBL0137在兩個(gè)細(xì)胞系中均能降低TNF誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄增加。此外,在U87MG和A1207小鼠移植瘤模型中,CBL0137均能發(fā)揮抗癌作用,并且和TMZ聯(lián)用時(shí),能增加惡性膠質(zhì)瘤對 TMZ的敏感性［17］,提示CBL0137和TMZ作為化療聯(lián)合用藥的可能性。

5 討論與展望

目前,CBL0137用于治療淋巴瘤與轉(zhuǎn)移性或不可切除的晚期實(shí)體瘤在美國正處于一期臨床試驗(yàn)(NCT01905228；NCT02931110),但 CBL0137 在惡性膠質(zhì)瘤中的研究還非常局限,更多機(jī)制需要探討。

腫瘤微環(huán)境如缺氧高水平活性氧(ROS)也會對藥物效用產(chǎn)生影響［25］,因此構(gòu)建能夠模擬腫瘤微環(huán)境和異質(zhì)性的惡性膠質(zhì)瘤類器官體作為體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁燃?xì)胞系的研究更能模擬真實(shí)腫瘤的情況［26］。

值得肯定的是,CBL0137能靶向惡性膠質(zhì)瘤腫瘤干細(xì)胞,抑制FACT功能達(dá)到抗癌效果,且能穿過血腦屏障,為其臨床應(yīng)用提供可能性。然而,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果到臨床轉(zhuǎn)化還需要更多投入和實(shí)踐。未來,多中心針對CBL0137抗癌活性臨床研究的開展及CBL0137聯(lián)合TMZ化療、CBL0137化療聯(lián)合免疫治療等綜合治療方式的深入研究將為惡性膠質(zhì)瘤難治、易復(fù)發(fā)的現(xiàn)狀帶來新的希望。

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