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      全球新型抗腫瘤藥物研發(fā)進展及趨勢

      2022-05-30 22:35:14李積宗張博文方淑蓓韓佳毛開云江洪波陳大明
      上海醫(yī)藥 2022年25期
      關(guān)鍵詞:抗腫瘤藥物

      李積宗 張博文 方淑蓓 韓佳 毛開云 江洪波 陳大明

      李積宗,中共黨員﹑高級工程師,上海市生物醫(yī)藥科技發(fā)展中心主任、上海醫(yī)藥行業(yè)協(xié)會副會長,長期從事生物醫(yī)藥領域科研項目管理、科技成果轉(zhuǎn)化和軟課題研究等工作,牽頭建設運行上海市生物醫(yī)藥研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺,熟悉上海生物醫(yī)藥科技創(chuàng)新政策,具有豐富的項目管理和成果轉(zhuǎn)化經(jīng)驗。

      通信作者:陳大明,研究員,長期從事生物醫(yī)藥等領域的科技情報研究,創(chuàng)新了基于關(guān)聯(lián)索引的情報研究新方法,揭示了多學科交叉融合演進的范式,構(gòu)建了用于專利價值和成果轉(zhuǎn)化的評估框架,在軟科學研究、知識產(chǎn)權(quán)分析、產(chǎn)業(yè)情報研究等方面帶領團隊完成了數(shù)十項研究課題,有力支撐了多種決策。

      摘要:新型抗腫瘤藥物已成功用于規(guī)避常規(guī)策略的某些局限性,同時提供更高的敏感性和特異性、更高的生物利用度和改善的綜合治療效果。本文總結(jié)了過去70年的抗腫瘤藥物開發(fā)里程碑,綜述了基于腫瘤標志性特征的14類抗腫瘤藥物開發(fā)路徑,并且從多學科交叉融合的視角探索了抗腫瘤藥物開發(fā)中的前景。

      關(guān)鍵詞:抗腫瘤 藥物 多學科研究

      中圖分類號:R979.1文獻標志碼:A文章編號:1006-1533(2022)S2-0001-o8

      引用本文李積宗,張博文,方淑蓓,等.全球新型抗腫瘤藥物研發(fā)進展及趨勢[J.上海醫(yī)藥,2022,43(S2):1-8.

      Noval anti-tumor drugs: global advances and trends

      LlJizong' , ZHANG Bowen', FANG Shubei' ,HAN Jia', MAO Kaiyun',JIANG Hongbo , CHEN Daming

      ( 1.Shanghai Center of Biomedicine Development,Shanghai 201203,China; 2. Shanghai lnformation Center for LifeSciences,Shanghai Institute of Nutrition and Health, Chinese Academy of Sciences ,Shanghai 200031 , China)

      ABSTRACT Noval anti-tumor drugs have been successfully employed to circumvent certain limitations of conventionalstrategies while providing higher sensitivity and specificity,greater bioavailability, and improved comprehensive effects fortherapeutic outcomes. This paper summarized anti-tumor drug development milestones in the past seven decades,reviewed anti-tumor drug based therapies accroding to 14 different targeting approaches, and discussed the imperative role of multidisciplinaryresearches that could drive anti-tumor drug developments.

      KEY WORDS anti-tumor ; drug; multidisciplinary research

      過去數(shù)十年來,全球腫瘤治療巨大需求的拉動力、多種技術(shù)融合創(chuàng)新的驅(qū)動力,共同推動了全球抗腫瘤藥物研發(fā)的快速發(fā)展。尤其是21世紀以來,分子靶向藥物、融合蛋白、單克隆抗體藥物、抗體偶聯(lián)藥物(antibody-drug conjugates,ADC)、細胞治療等類型的抗腫瘤新藥層出不窮,蛋白水解靶向嵌合分子(proteolysis-targeting chimera,PROTAC)、雙特異性抗體、基因治療、溶瘤病毒等新型藥物研發(fā)不斷發(fā)展。從特異性低、副作用大的化療藥物到靶向性強、毒副作用少的新型抗腫瘤藥物,人類的抗腫瘤藥物研發(fā)取得了長足的進展,也為未來的腫瘤治療帶來了更多的希望。

      1抗腫瘤藥物的研發(fā)歷程

      20世紀40年代,人類嘗試將氮芥用于治療腫瘤。自此,人類已將腫瘤治療的視野,從早期的手術(shù)治療和放射治療,擴展至化學治療。此后,人類在化療藥物的開發(fā)中發(fā)展了烷化劑、天然產(chǎn)物、激素類、鉑類藥物等多類不同的藥物,并在20世紀后期發(fā)展出了小分子靶向藥物、單克隆抗體藥物等類型的抗腫瘤藥物。自21世紀以來,人類的抗腫瘤藥物研發(fā)更是突飛猛進,取得了諸多前所未有的突破(圖1)。

      縱觀全球抗腫瘤藥物研發(fā)的歷程,可以發(fā)現(xiàn)抗腫瘤藥物研發(fā)的重大突破,是偶然性與必然性相結(jié)合的結(jié)果。之所以有偶然性,是因為機制發(fā)現(xiàn)、藥物篩選等過程中存在很多的隨機因素;之所以有必然性,是因為抗腫瘤藥物的研發(fā)過程中存在一些共通的規(guī)律或經(jīng)驗。

      首先,基礎研究的重大突破,是新型抗腫瘤新機制新靶點發(fā)現(xiàn)的重要驅(qū)動力。從1962年發(fā)現(xiàn)表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)(到2003年首個表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)抑制劑吉非替尼(2)的上市,從1964年RAS基因研究發(fā)現(xiàn)3到2021年首個KRAS抑制劑索托拉西布(sotorasib)(4]的上市,從1967年雌激素受體的確定[5]到他莫昔芬(tamoxifen)6的上市,從1970年細胞周期發(fā)現(xiàn)到2015年首個細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinases,CDK)4/6抑制劑哌柏西利(palbociclib)[8]的上市,從1979年蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase,PTK)研究的突破到受體酪氨酸激酶抑制劑、非受體酪氨酸激酶抑制劑101引領小分子靶向藥物的開發(fā),從1971年腫瘤血管形成機制的提出到血管內(nèi)皮細胞生長因子受體(vascularendothelial growth factor receptor,VEGFR)抑制劑成為熱門靶點21,從1980年DNA甲基化機制的發(fā)現(xiàn)3到2004年首個表觀遺傳藥物5-阿扎胞苷(5-azacitidine)[14]的上市,從1984年發(fā)現(xiàn)腫瘤與細胞凋亡間的B淋巴細胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)關(guān)聯(lián)[15]到2016年首個Bcl-2選擇性抑制劑維奈托克(venetoclax)[16]的上市,從1986年發(fā)現(xiàn)乳腺癌細胞中人表皮生長因子受體2(human epidermal growvth factor receptor 2,HER2)的過表達到首個用于實體瘤治療的單克隆抗體藥物曲妥珠單抗(trastuzumab)(18]的上市,從1990年乳腺癌1號基因(breast cancer susceptibility gene 1,BRCA1)突變的發(fā)現(xiàn)9到用于治療BRCA突變早期乳腺癌的奧拉帕利(olaparib)的上市,從1992年程序性死亡受體1(programnmed cell death protein 1,PD-1)的發(fā)現(xiàn)2到首個PD-1抑制劑納武單抗(nivolumab)的上市、首個程序性死亡配體1(programmed cell death ligand 1,PD-L1)抑制劑阿替利珠單抗22的上市,腫瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)機制的研究發(fā)現(xiàn)一直是源動力。

      其次,化學、藥學、基因組學、蛋白質(zhì)組學、免疫學、醫(yī)學等學科的交叉融合,驅(qū)動新藥物形式、新藥物載體的不斷推陳出新。從1975年用雜交瘤生產(chǎn)單克隆抗體的技術(shù)突破23到1997年首個用于腫瘤的單抗藥物利妥昔單抗2]的上市,從早期的放射免疫技術(shù)發(fā)展到2001年首個放射免疫治療藥物替伊莫單抗[26]的上市,從20世紀90年代人類基因組計劃帶動的基因測序技術(shù)的發(fā)展(27到2017年首個不區(qū)分腫瘤來源、根據(jù)腫瘤生物標志物的治療藥物派姆單抗的上市128],從20世紀70年代基因重組技術(shù)的發(fā)展[29]到2010年首個治療性抗腫瘤疫苗30的上市,從早期的免疫球蛋白與小分子偶聯(lián)探索3到首個靶向CD30的抗體偶聯(lián)藥物維布妥昔單抗32的上市,從1998年單鏈抗體(single-chain variable fragments,ScFvs)的發(fā)明33]到2014年首個雙特異性T細胞銜接分子(bispecific T cell engager,BiTE)貝林妥歐單抗的上市,從1989年T細胞的嵌合抗原受體工程技術(shù)創(chuàng)新35到2017年首個嵌合抗原受體T細胞(autologous chimeric antigen receptor T-cell,CAR-T)治療藥物的上市,體現(xiàn)了多學科交叉融合帶來的創(chuàng)新賦能。當前,多學科交叉融合正推動反義寡核苷酸(antisenseoligonucleotide,ASO)[37]、小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)[38]、PROTAC[39]、抗腫瘤的mRNA疫苗[40]人工智能藥物設計(AI-driven drug design,AIDD)]等技術(shù)的發(fā)展,而這也正在驅(qū)動更新穎的藥物創(chuàng)新發(fā)展。

      再次,人工智能、液態(tài)活檢、芯片技術(shù)等的跨學科運用,提升了抗腫瘤藥物的研發(fā)效率和成功率,賦能抗腫瘤藥物相關(guān)的個性化治療、預后判斷等臨床應用的發(fā)展。人工智能的運用,提升了靶標發(fā)現(xiàn)、化合物篩選和藥物設計的效率(42),優(yōu)化了臨床研究設計和志愿者招募流程],提升了臨床研究和審批效率;液體活檢繼用于癌癥早期篩查45]后,又用于抗腫瘤藥物的伴隨診斷(companion diagnostic,CDx)[46];下一代測序技術(shù)的開發(fā)和運用,提升了個性化、精準化用藥水平[47]。

      2抗腫瘤藥物的研發(fā)現(xiàn)狀

      隨著研究的發(fā)展,人類對于腫瘤的認識越來越深入。21世紀以來,人們先是總結(jié)出癌癥的6個標志性特征48],進而逐步將其特征增至10個[49]、14個[50]。針對這些特征,已有不少相關(guān)的信號通路或代謝通路得到研究,人們在此基礎上發(fā)現(xiàn)了相關(guān)的靶標,近年來也有諸多的新藥得到開發(fā)(圖2)。

      1)腫瘤凋亡逃逸相關(guān)的研發(fā)。生長因子、趨化因子、腫瘤壞死因子、集落刺激因子等細胞因子與其特異性受體結(jié)合后,可激活細胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導,從而調(diào)控細胞的生長、分化,同時也可通過某些通路調(diào)控細胞的凋亡。例如,靶向集落刺激因子-1(colony-stimulating factor 1,CSF-1)及其受體(CSF-1R)的依米妥珠單抗(emactuzumab)在用于腱鞘巨細胞瘤治療的臨床試驗中,表現(xiàn)出良好的應答率[51]。

      2)基因組的不穩(wěn)定性和突變相關(guān)的研發(fā)。堿基切除修復(base-excision repair,BER)、核苷酸切除修復(nucleotide excision repair,NER)、錯配修復(mis-match repair,MMR)和跨損傷DNA合成主要負責DNA單鏈斷裂(single-strand breakages,SSBs)的修復,對于基因組穩(wěn)定具有重要的意義。多腺苷二磷酸核糖聚合酶[poly(ADP-ribose)polymerase,PRAP]作為DNA修復酶的失活、Ras基因(HRAS、KRAS和NRAS)的突變等,均可導致基因組的不穩(wěn)定。例如,他拉唑帕尼(talazoparib)表現(xiàn)出較強的PARP抑制作用,用于有害(或疑似有害)的BRCA突變(germline BRCAl and/or BRCA2 mutation,gBRCAm)、HER2陰性局部晚期或轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者的治療[52]。

      3)細胞衰老相關(guān)的研發(fā)。細胞衰老是維持穩(wěn)態(tài)的必要條件,衰老相關(guān)的分泌表型(senescence associated secretory phenotype,SASP)的激活等多重因素可導致腫瘤微環(huán)境的變化。例如,體內(nèi)雄激素和雌激素的平衡對維持細胞穩(wěn)態(tài)具有重要的作用;瑞盧戈利作為口服的促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH)受體拮抗劑(34)、達洛魯胺作為新一代口服雄激素受體(androgen receptor,AR)抑制劑[55],兩者的上市分別為婦科腫瘤、前列腺癌的治療帶來了新選擇。

      4)促血管生成相關(guān)的研發(fā)。腫瘤血管生成涉及血管內(nèi)皮基質(zhì)降解、內(nèi)皮細胞增殖等復雜過程,促血管生成相關(guān)的靶標是抗腫瘤藥物研發(fā)的重要方面。例如,替沃扎尼(tivozanib)作為新一代血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)酪氨酸激酶抑制劑,在復發(fā)或難治性晚期腎細胞癌中可抑制VEGFR。索拉非尼(sorafenib)可通過抑制VEGFR 阻斷腫瘤血管生成,通過抑制絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)級聯(lián)激酶組成的Ras-MAPK信號通路以抑制腫瘤生長。

      5)免疫清除逃避相關(guān)的研發(fā)。腫瘤免疫編輯是個動態(tài)的過程,涉及清除、平衡和逃逸3個階段。近年來,靶向PD-1/PD-L1[58]、細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)蛋白4(cytotoxic T-lymphocyte antigen-4,CTLA-4)[59]等多個免疫檢查點的新藥開發(fā)不斷推陳出新。

      6)多態(tài)的微生物組相關(guān)的研發(fā)。近年來,人體的微生物群與腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性得到初步的揭示[60],隨著未來或也將有越來越多的機制得到闡明,相關(guān)藥物開發(fā)或?qū)⑦M一步深入。

      7)腫瘤的促炎癥作用相關(guān)的研發(fā)。上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)信號、活性氧4類(reactive oxygen species,ROS)等炎癥釋放細胞因子,或促進腫瘤的演化。例如,人滋養(yǎng)細胞表面抗原2(trophoblast cell-surface antigen 2,Trop-2)能調(diào)節(jié)細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)通路下游的細胞周期基因轉(zhuǎn)錄,還可能通過鈣黏蛋白E表達影響EMT;靶向Trop-2的抗體偶聯(lián)藥物戈沙妥珠單抗(sacituzumabgovitecan)的獲批上市,為晚期三陰性乳腺癌(triple negative breast cancer,TNBC)的治療帶來了希望[61]。

      8)無限復制潛力相關(guān)的研發(fā)。端粒、著絲粒和復制原點是保持染色體穩(wěn)定的必要條件,端粒末端轉(zhuǎn)移酶的活性變化或?qū)е履[瘤細胞復制潛力的變化。近年來,塞爾帕替尼(selpercatinib)作為高度選擇性的轉(zhuǎn)染期間重排(rearranged during transfection,RET)激酶抑制劑,其獲批為非小細胞肺癌、甲狀腺髓樣癌的治療(62)帶來了新選擇。

      9)組織浸潤和轉(zhuǎn)移相關(guān)的研發(fā)。腫瘤的組織浸潤和

      轉(zhuǎn)移,涉及EMT、間質(zhì)上皮轉(zhuǎn)化因子(mesenchymal- epithelial transition,MET)、腫瘤相關(guān)巨噬細胞(tumor- associated macrophage,TAM)等機制。相關(guān)的新藥開發(fā)實例:那昔妥單抗(naxitamab)作為全球首款獲批的人源化神經(jīng)節(jié)苷脂(disialoganglioside,GD2)單克隆抗體[63],為神經(jīng)母細胞瘤治療帶來了新希望。

      10)非突變表觀遺傳重編程相關(guān)的研發(fā)。隨著單細胞測序等技術(shù)的發(fā)展,表觀遺傳重塑在腫瘤進化等過程中的作用得到越來越多的研究。近年來,他澤司他(tazemetostat)作為靶向組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶EZH2的抑制劑[64],為腫瘤表觀遺傳相關(guān)的藥物開發(fā)帶來了新選擇。

      11)生長抑制逃避相關(guān)的研發(fā)。抑癌基因缺失等機制可使腫瘤逃避原本應有的生長抑制。近年來,CDK4/6小分子抑制劑瑞博西林(ribociclib)[65]、?,斘髂幔╝bemaciclib)[66]等的上市,為乳腺癌治療提供了新選擇。

      12)持續(xù)增殖信號相關(guān)的研發(fā)。體細胞突變可導致多種下游通路激活,從而導致增殖的負反饋失靈等現(xiàn)象出現(xiàn)。酪氨酸激酶在細胞的信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮著重要作用,調(diào)控著細胞的生長、分化、死亡,還與腫瘤的浸潤、轉(zhuǎn)移、血管生成等密切相關(guān)。至今,已有20多類不同家族的受體酪氨酸激酶、非受體酪氨酸激酶得到開發(fā),EGFR、血小板衍生生長因子受體(platelet-derived growth factor receptor,PDGFR)、成纖維細胞生長因子受體(fibroblast growth factor receptor,F(xiàn)GFR)等。多靶點的酪氨酸激酶抑制劑,也成為抗腫瘤藥物研發(fā)的前沿。例如,舒尼替尼(sunitinib)[67]作為ATP競爭性抑制劑,同時靶向 VEGFR2和 PDGFRβ;凡德他尼(vandetanib)[68]的靶點則包含EGFR、VEGFR和RET。

      13)解鎖表型可塑性相關(guān)的研發(fā)。表型可塑性可導致細胞分化的中斷,其正常限制若被解除,或?qū)е履[瘤發(fā)生發(fā)展。近年來,比美替尼(binimetinib)作為MEK信號通路抑制劑,為黑色素瘤的治療帶來新選擇[69]。

      14)細胞能量代謝的失控相關(guān)的研發(fā)。腫瘤細胞的能量代謝得到越來越多的研究,例如低氧誘導因子(HIF)可通過參與多種靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控影響腫瘤細胞的能量代謝。首個HIF-2α抑制劑貝組替凡(belzutifan)的上市,為HIF的開發(fā)帶來了新希望。

      3抗腫瘤藥物的研發(fā)趨勢

      總結(jié)全球抗腫瘤藥物研發(fā)的歷程,可以發(fā)現(xiàn)基礎研究、臨床研究和臨床實踐的深入,使得人類對于腫瘤這一疾病的認知越加深入。以此為基礎,帶來了腫瘤研究的科學技術(shù)突破,進而驅(qū)動新型抗腫瘤藥物的開發(fā)體系升級。在此基礎上,新藥的臨床應用、抗腫瘤治療的演進不斷突破,進而又促進了人類對腫瘤疾病認識的深入,從而形成了良性的、可循環(huán)的完整抗腫瘤藥物開發(fā)體系(圖3)。

      首先,生命科學和生物技術(shù)的發(fā)展加深了人類對于腫瘤特征的認知,臨床研究和臨床實踐的深入驅(qū)動了新機制新靶點的發(fā)展。在高選擇性、低毒性的靶向藥物開發(fā)需求面前,細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑、嵌合抗原受體T細胞、表皮生長因子受體、人表皮生長因子受體2等熱門靶點成為諸多企業(yè)投入的對象;與此同時,隨著靶向藥物、細胞與基因治療運用的越來越廣泛,研究者發(fā)起的臨床研究也在向更深的機制、更多的適應證等方面拓展,從而為抗腫瘤的新靶點發(fā)現(xiàn)帶來了更多可能。

      其次,納米技術(shù)、材料技術(shù)等的融合運用,促進了新型抗腫瘤藥物形式的不斷開發(fā)。蛋白水解靶向嵌合體、雙特異性抗體、抗體偶聯(lián)藥物、治療性疫苗、溶瘤病毒療法、細胞與基因治療等新藥物形式的發(fā)展,以及脂質(zhì)體、外泌體、納米遞送等載體的突破,驅(qū)動了抗腫瘤的靶點研究不斷深入。這些新藥物形式的發(fā)展,因其更強的特異性、更深入的遞送范圍等特點,又為人類加深對抗腫瘤調(diào)控機制的認知提供了可能。抗體偶聯(lián)藥物可將此前較難開發(fā)運用的小分子細胞毒素精準遞送至惡性腫瘤細胞,從而在體內(nèi)研究中深入揭示腫瘤細胞對小分子細胞毒素的應激機制。

      再次,人工智能、芯片技術(shù)等新技術(shù),以及基于真實世界證據(jù)的研究等新模式,提升了抗腫瘤藥物的研發(fā)效率。在基礎研究中,生命組學、基因編輯、單細胞技術(shù)、合成生物學、類器官和器官芯片等方面的不斷突破,極大加深了人類對于體內(nèi)環(huán)境中腫瘤發(fā)生發(fā)展等方面的認知,提升了抗腫瘤的候選分子篩選的通量;在臨床前研究中,人工智能的運用,已使得部分采用AIDD的候選藥物設計效率大幅提升;在臨床研究的過程中,真實世界證據(jù)(real world evidence,RWE)的運用,一定程度上可彌補隨機臨床試驗(randomised controlled trial, RCT)的局限;生物標志物的運用,使得臨床階段的抗腫瘤藥物研發(fā)成功率得到了提升70];在臨床用藥中,基因編輯、人工智能等技術(shù)的交叉融合運用,提高了臨床前研究的效率以及伴隨診斷的準確性。

      最后,抗腫瘤藥物的研發(fā)進展,驅(qū)動了臨床用藥的升級、抗腫瘤治療的演進。下一代基因測序、液體活檢、人工智能等技術(shù)的運用,使得聯(lián)合用藥、精準用藥、伴隨診斷等不斷發(fā)展,患者生存率進一步提升,預后效果不斷改進。

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      (收稿日期:2022-08-29)

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