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肿瘤信号转导通路及相关药物研发的现状与展望下概要

学报

JournalofChinaPharmaceuticalUniversity　2008,39（4:

289-300

・药学前沿・

肿瘤信号转导通路及相关药物研发的现状与展望（下

陆　涛3,卢　帅,李慧芳,陈秀美,孙倪悦

（中国药科大学有机化学教研室,南京210009

摘　要　随着对肿瘤细胞信号转导通路研究的不断深入,人们对肿瘤细胞内部迷乱的信号转导机制以及它们对肿瘤生长、凋亡、转移等的影响已越来越了解。

寻找能对肿瘤细胞信号转导进行调控的化合物从而达到抗肿瘤目的,已经成为全球生物医药领域研究的热点之一。

本文就肿瘤发展进程相关的信号转导通路及人为干预的最新研究进展作一综述。

关键词　肿瘤;信号转导通路;药物研发;展望

中图分类号　R979.1　　文献标识码　A　　文章编号　1000-5048（200804-0289-12

AdvancesandprospectsonsignaltransductionpathwaysintumorandR&Doftherelateddrugs（Ⅱ

LUTao3,LUShuai,LIHui2fang,CHENXiu2mei,SUNNi2yue

DepartmentofOrganicChemistry,ChinaPharmaceuticalUniversity,Nanjing210009,China

Abstract　Themechanismsofaberrantsignaltransductionpathwaysintumorandtheimpactsofthesepathwaysontumorgrowth,apoptosisandmetastasishavebecomeever2increasingunmaskingduetointensifiedstud2ies1Searchingfortargetedmolecules,whichcanregulatethesignaltransduction,hasrecentlyemergedtobeoneofthespotsintheglobalbiomedicalfields1Thisreviewwillfocusontheadvancesonsignaltransductionpathwaysrelatedtotumorprogressandman2madeinterferences1

Keywords　tumor;signaltransductionpathway;R&Dofdrugs;prospects

（接上期

3　血管生成与侵袭转移

血管生成（angiogenesis是肿瘤生长、转移、扩散的一个必要条件,它是在原有血管的基础上,血管内皮细胞以出芽的方式形成血管的过程[53]。

肿瘤转移（metastasis是一个复杂、多步骤、连续的主动过程,包括以下几个步骤:

①肿瘤细胞间因黏附能力下降而从原发部位脱落,这是肿瘤转移的开始;②肿瘤细胞穿破脉管进入血管或淋巴管;

③在脉管逃脱血小板及宿主免疫活性细胞的作用而生存;

④通过与血管或淋巴管内皮和（或内皮下基底膜作用停留并外渗出脉管,因为内皮基底膜没有足以使肿瘤细胞自然通过的通道,所以肿瘤细胞需借助胶原酶及蛋白水解酶的水解作用破坏基底膜才能穿出管壁;⑤脱离循环系统的肿瘤细胞在其他部位继续生长[54]。

由此可见血管生成不但能为实体瘤提供养分和氧气,还与肿瘤细胞的转移有关,而肿瘤侵袭性增强也为血管生成创造一定的有利条件。

311　血管生长因子信号通路

31111　信号通路简介

许多肽类生长因子以自分泌或旁分泌的方式诱导血管生成,统称为血管生长因子[55]。

如血管内皮生长因子（VEGF、转化生长因子（TGF、表皮生长因子（EGF、纤维母细胞生长因子（FGF、血小板衍生生长因子（PDGF、胎盘生长因子（PGF以及血管生长素（angiogenin等。

其中VEGF在血管发生、病理、生理过程的作用最为重要,其他生长因子虽具有和VEGF相似的活性,但大都通过VEGF发挥作用。

VEGF通过与其受体（VEGFreceptor,VEGFR结合而发挥生物学效应。

VEGF至少有3种高亲和力受体[56]:

VEGFR21（flt21、VEGFR22（flk21/KDR和VEGFR23（flt24,属于蛋白酪氨酸激酶（PTK超家族。

其结构特点是胞内区具有PTK活性域,当受体与细胞因子结合时,受体的PTK功能可被激活,通过磷酸化下游分子诱

982

3收稿日期　2008204207　　3通讯作者　Tel:

025-********　E2mail:

lutao@cpu1edu1cn

学报　JournalofChinaPharmaceuticalUniversity第39卷

导血管内皮细胞增殖。

31112　相关药物开发

自从阐明瘤内血管对肿瘤细胞的重要意义后,抗血管

生成药物研发已成为肿瘤治疗的的热点之一。

目前该类药物除单克隆抗体药物如帕尼单抗、贝伐单抗等以外,其余大多是小分子酪氨酸激酶抑制剂（见表2。

Table2　SmallmoleculetyrosinekinaseinhibitorEGFR2directedtherapeuticagentsa

Compd1

Target

Statusquo

GW572016（Lapatinib

EGFR,HER2

PhaseIVforbreastcancer;PhaseIIIforRCCb,headandneckcancerAMG706（MotesanibVEGFR,PDGFR

βPhaseIIIforNSCLCc

OSI2774（ErlotinibEGFRApprovedforNSCLCandpancreaticcancer;PhaseII2IIIforsolidtumorCI21033（CanertinibPan2HERPhaseIIforNSCLCandbreastcancer

ZD6474（VandetanibEGFR,VEGFR2PhaseIIIforNSCLandmedullarythyroidcancer

AZD2171（CediranibVEGFR2PhaseIIIformetastaticcolorectalcancer,CRCdandovariancancerZK222584（VatalanibVEGFRPhaseIIIforcolorectalcancerGW786034（PazopanibVEGFR,PDGFRPhaseIIIforRCCandbreastcancerAG2013736（AxitinibVEGFR,PDGFRPhaseIIforsolidtumorAEE788HER2,VEGFR2PhaseIforadvancedsolidtumorEKB2569EGFR,HER2PhaseIIIforbreastbancerandNSCLCHKI2272Pan2HERPhaseIIforbreastcancerandNSCLCXL647HER2,VEGFR2PhaseIIforNSCLC

BIBW2992EGFR/HER2PhaseIIforNSCL

CandbreastcancerPKI2166EGFR,HER2PhaseIforprostateandRCCARRY2334543EGFR,HER2PhaseIforadvancedtumorsBMS2599626Pan2HERPhaseIforadvancedsolidtumors

AV2412

EGFRPhaseIforadvancedcancerandrefractorycancer

ZD1839（GefitinibEGFR

ApprovedforNSCLC;PhaseII2IIIforbreastcancer,hepatocellularcancer,esophagealcancer,SCCHNe,brainandCNStumors,andothersolidtumorsSorafenibVEGFR,PDGFRApprovedforavancedRCC;PhaseI2IIforsolidtumorSunitinib

VEGFR2,PDGFR

ApprovedforavancedRCCandGISTf

a

DatacompiledfromClinicalTrials1gov（www1clinicaltrials1govandreferences[5,57];bRenalcellcancer;cNon2smallcelllungcancer;dColorectal

cancer;eSquamouscellcancerfortheheadandneck;fGastrointestinaltractstromaltumor

312　肿瘤侵袭转移化疗或放疗对早期肿瘤效果较好,因为此时的肿瘤细胞侵袭能力差,易于被杀死,而中晚期肿瘤复发很大程度上是因为有肿瘤细胞转移至其他组织而产生转移性肿瘤。

据估计约有90%的癌症病人死于转移性肿瘤,所以要想最大程度的治愈肿瘤就有必要抑制肿瘤细胞的侵袭转移能力。

肿瘤转移是指肿瘤细胞从原发部位经远程转移至次发部位的复杂的多步骤过程。

肿瘤细胞侵袭转移有多种诱因[58],当瘤内缺氧时,会引起Hypoxia表达,导致与细胞生长、血管生成等相关的信号活化,肿瘤细胞侵袭能力增强;因肿瘤细胞过度生长所产生的机械压力也是诱因之一,压力通过细胞骨架蛋白传至细胞内部,激活特定的基因表达,改变细胞的移动能力。

肿瘤细胞完成迁移首先需要获得破坏和重建细胞间及细胞与基质间黏附、破坏基底膜的能力,然后需要提升运动能力,只有这样才能脱离瘤组织束缚,进入循环系统进而侵入其他组织并继续分裂增殖

[59]

。

细胞内和细胞外的多种细胞因子、蛋白酶、信号转导通路蛋白、受体都参与了肿瘤细胞转移的起始和后继过程,是开发抗肿瘤转移药物的有效靶标。

胞内主要是信号

通路蛋白与跨膜蛋白,如PI3K/AKT、MAPK、VEGFR等,胞外包括细胞因子、黏附分子、蛋白酶等,本部分重点介绍胞外情况[60]。

31211　糖复合物

肿瘤细胞表面常可见的糖蛋白、糖脂等糖复合物,肿瘤组织内也有大量分泌型的糖蛋白。

糖复合物被认为在肿瘤转移过程中介导重要的病理过程,如肿瘤细胞黏附、运动等。

肿瘤细胞膜表面糖基化作用的改变可通过调节黏附水平易化侵袭性瘤细胞脱离原发瘤组织,还可利用糖复合物配体与凝集素作用,结合在血小板、免疫细胞上,有利于在循环系统中散播[60,61]。

硫酸乙酰肝素糖蛋白（heparansulphateproteoglycans,

HSPGs和趋化因子的结合能促使趋化因子梯度分布形成,易化瘤细胞进、出血管和淋巴管。

并且许多肿瘤细胞可产生类肝素酶催化HSPGs的肝素链水解,其产物不但能促进瘤细胞转移,还能促进生长因子释放,因此抑制类肝素酶活性有助于降低肿瘤转移能力[60-62],肝磷酯及其衍生物可抑制类肝素酶活性并阻止HSPGs水解产物与生长因子相互作用,但副作用明显,为此研究者采用不同的糖单元模拟肝磷酯,还通过简化结构得到了许多种低聚糖形式的抑

92

第4期陆　涛等:

肿瘤信号转导通路及相关药物研发的现状与展望（下

制剂,其中PI288是酵母细胞膜外硫酸甘露聚糖的衍生物,目前正在进行针对黑色素瘤和多发性骨髓瘤的临床II期试验,同时针对肺癌的临床试验已进行到Ⅲ期[63];模拟肝素酶底物水解的过渡态得到了相对分子质量较小的抑制剂,抑制活性达μmol/L;除糖类抑制剂外,也有较多非糖类合成抑制剂,抑制活性较高[62];此外还有研究者应用腺病毒为载体通过类肝素酶基因反义核苷酸封闭类肝素酶表达[64]。

以肿瘤细胞表面糖蛋白为基础提高机体免疫系统对转移性瘤细胞的杀伤能力也是目前抗肿瘤转移研究的方向之一。

以黏蛋白MUC1、MUC16为结合靶标的抗体可抑制肿瘤细胞的增殖和降低侵袭性[61]。

多种以葡聚糖蛋白为抗原来源的肿瘤疫苗也在研发当中,Theratope疫苗是由合成的黏蛋白相关唾液酸Tn表位（sialyl2Tn,STn和载体分子血蓝蛋白KLH抗原（keyholelimpethemocyanin连接组成的疫苗,对晚期转移性乳腺癌的Ⅲ期临床试验表明与对照组相比能提高患者生存率[65];以黑色素瘤、成神经细胞瘤细胞表面过度表达的糖鞘酯为抗原来源的肿瘤疫苗也在进行临床试验[61]。

另外从肿瘤细胞表面硫酸软骨素糖蛋白（chondroitin2sulphateproteoglycans,CSPGs、糖鞘酯过量表达的事实出发,还研究出了能与上述分子特异结合的脂质体载药系统,对肿瘤组织的特异性大大增强[66,67]。

31212　细胞黏附分子

细胞黏附分子是参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质（extracellularmatrix,ECM之间相互作用的分子,大致可分为5类:

钙黏素（cadherin家族、选择素（selectin家族、免疫球蛋白（immunoglobulin超家族、整合素（integrin家族及其他（如CD44[68]。

肿瘤细胞在侵袭转移过程中会与细胞、胞外基质发生多次解离与黏附,说明黏附分子在肿瘤转移中有重要作用。

因此,人们想通过阻断黏附分子之间的作用来达到延缓肿瘤转移甚至治愈肿瘤的目的。

3121211　整合素/FAK信号转导通路　整合素（integrins分布广泛,是一类由α,β两个亚基以非共价键结合的跨膜异二聚体糖蛋白[54]。

整合素与膜上受体结合后,与胞内肌动蛋白、骨架蛋白等相互作用,形成肌动蛋白应力纤维的膜下终端,再和许多酪氨酸激酶、丝/苏氨酸激酶作用,最终形成聚焦黏着斑（focaladhesionplaques,FAP。

其中黏着斑激酶（focaladhesionkinase,FAK的激活是黏着斑发挥效应的中心,FAK酪氨酸残基磷酸化能通过paxillin、Grb2、Cas、PI3K及STAT等与信号转导有关的分子,激活MAPK等多条信号转导通路。

近年来研究表明,整合素参与肿瘤转移的多个环节,它通过介导细胞与细胞间的黏附、细胞外基质的降解、肿瘤血管的生成以及肿瘤细胞的凋亡等途径参与肿瘤转移[69]。

抑制整合素与受体的结合可阻止黏着斑激酶活化,起到抗肿瘤转移的效果。

根据阻断受体的作用机制不同,可分为抗整合素单克隆抗体和能够封闭整合素结合位点的拮抗剂两类,后者包括基于胞外基质蛋白RGD序列的合成多肽和肽类衍生物以及来源于天然生物毒素的解离素[70]。

目前已进入以抗肿瘤为目标临床研究阶段的整合素拮抗剂都是单抗,合成抑制剂研究进展缓慢,具体见表3。

Table3　Integrinantagonistsfortumora

Compd.TargetStatusquo

M200（volociximabα5β1PhaseIIforovariancancer,peritonealneoplasms,stageIVmelanoma

MEDI2522αvβ3PhaseIIforprostatecancer,colorectalcancer,melanoma,malignantmetastaticmelanoma

EMD121974αvβ3

αvβ5

PhaseIIforleukemia,prostatecancer,braintumor,melanoma（skin,brainandcentralnervoussys2

temtumors

aDatacompiledfromClinicalTrials1gov（www1clinicaltrials1gov

3121212　选择素　选择素（selectin是凝集素的一种,能与其他细胞膜表面的糖复合物结合,介导细胞间黏附,其中L2选择素由淋巴细胞表达,E2选择素由活化的内皮细胞表达,P2选择素由血小板及活化的内皮细胞表达,而静止状态下的内皮细胞内虽有选择素贮存,但并不在细胞膜上表达[71]。

肿瘤细胞需要与血小板、淋巴细胞形成聚合物以逃避免疫细胞的攻击,并需黏附在内皮细胞上才能渗出毛细血管,而选择素与肿瘤细胞膜上过量表达的糖复合物结合正是与血小板、淋巴细胞黏附的关键过程。

事实上一些肿瘤细胞还可通过直接或间接释放白介素IL21β诱导内皮细胞活化,表达选择素。

除在黏附方面的重要作用外,选择素还可介导细胞内某些信号通路的活化,如P2选择素2IgG融合蛋白与结直肠癌细胞结合后激活胞内MAPK与PI3K/Akt通路,同时还诱导α5β1整合素的表达,另外还发现DR3是E2选择素的新配体,两者结合也能激活MAPK通路[71,72]。

选择素的配体在翻译后需要进行必要的修饰才能被选择素识别,这些修饰主要是糖基化,少数还需要在糖基化的基础上进行糖链硫酸化修饰。

在高尔基体内经由N2乙酰胺基葡萄糖、半乳糖基、唾液酸基和岩藻糖基化等一系列反应完成糖基化修饰,而岩藻糖基转移酶（fucosyl2transferases,FT所催化的岩藻糖基化是关键的修饰过程,因此催化岩藻糖生成的fucose2generatingFXenzyme也是选择素配体生成的关键酶[71]。

考虑到选择素在肿瘤转移中的重要地位及其调节机制,可以通过以下途径进行调控[72,73]:

①应用抗体或重组

192

学报　JournalofChinaPharmaceuticalUniversity第39卷

配体与肿瘤细胞膜表面的配体竞争选择素,从而破坏肿瘤细胞与血小板、淋巴细胞的黏附。

已有的P2选择素糖蛋白配体1（PSGL21与免疫球蛋白的重组产物PSGL212Ig虽然能抑制3种选择素介导的淋巴细胞粘附,但成本太高,已退出临床试验。

②模拟岩藻糖基化过程的岩藻糖基供体、受体或酶催化过渡态结构抑制FT。

如从85个三唑GDP化合物库中筛选得到的化合物24能作为N2乙酰乳糖胺受体分子的FT6非竞争性抑制剂,活性在nmol/L级。

过乙酰化242氟2D2葡萄糖胺（42F2GlcNAc是乳糖胺合成时的竞争性底物,能够提前中断合成过程,使42F2GlcNAc出现在最终生成的选择素配体糖复合物中,阻止其与选择素的正常结合。

③根据配体结构寻找选择素抑制剂,如一种海洋天然产物岩藻糖硫酸软骨素也是P、L2选择素的抑制剂

[74]

。

④肝磷酯及低相对分子质量类似物也可作为选择素的抑制剂,但如前所述这类分子同时也具其他作用,可能副作用会比较大。

⑤Fucose2generatingFXenzym是选择素配体生成的关键酶,针对其采用和FT抑制剂相似的策略应该也能得到较好的抑制肿瘤转移药物。

31213　蛋白酶

蛋白酶（proteases种类较多,主要分为3个家族[75]:

丝氨酸蛋白酶、基质金属蛋白酶（MMPs、半胱氨酸蛋白酶,以各种蛋白为底物。

肿瘤细胞的侵袭转移需要借助蛋白酶的水解作用破坏ECM,脱离原发组织,进而分布到其他部位;肿瘤转移灶的形成也需要先降解转移组织的ECM,因此这些蛋白酶在肿瘤组织中往往有过量表达,预后不良。

MMPs是一组锌离子依赖性内肽酶,对ECM有广泛的

降解作用,是调节ECM动态平衡最重要的酶系,其功能可被体内天然的MMPs组织抑制因子（TIMPs所抑制。

MMPs对侵袭和转移的意义在于通过水解ECM,打破其降

解平衡,从而使肿瘤细胞突破基底膜和ECM构成的组织化学屏障,侵袭到周围组织及转移至远处组织。

除降解ECM外,MMPs还可使某些前体蛋白裂解活化,如活性蛋白酶受体（PARs是G蛋白耦联受体的一个特异性系列,活化后可引起肿瘤细胞黏附、转移等一系列生理活动

[76,77]

。

MMPs的催化活性依赖于锌离子的存在,且TIMPs就

是通过在锌离子催化区与MMPs结合而起到抑制作用,因此人工设计MMPs的抑制剂也多以能和锌离子螯合的异羟肟酸衍生物为主。

MMPs抑制剂的研究很多[78,79],但真正能成功用于临床的例子很少,目前仅有特异作用于MMP2

2、MMP29的COL23（NSC2683551,在进行针对晚期软组织

肉瘤和复发性脑肿瘤的临床Ⅱ期试验[80]。

原因可能是这些抑制剂缺乏选择性,口服生物利用度不好,体内药效下降,与体外预期的不符等。

故现在的目标是开发有选择性、疗效好的抑制剂。

Rao等[60]开发了一种用能表达反义

MMP29和uPAR的灭活腺病毒转染肿瘤细胞的技术,体外

实验表明能有效降低两种蛋白酶的表达及肿瘤细胞的侵

袭性,动物实验表明它能减少小鼠肺细胞肿瘤的体积。

另外有实验证实利用反义寡核苷酸及小分子RNA干涉技术阻碍uPAR表达能抑制动物模型中的口腔癌细胞转移[60]。

31214　Rho信号通路

3121411　信号通路简介　Rho全称Ras同系物（rashomo2logue,是小相对分子质量G蛋白超家族成员。

目前已发

现包括Rho（RhoA、RhoB、RhoC、Rac、Cdc42的3个亚家族共22种成员蛋白。

Rho蛋白能够与GDP/GTP结合和水解

GTP为GTP酶,使其在活性型与失活型之间循环。

调节这

个循环过程的3类重要蛋白是:

①鸟苷酸交换因子（gua2

nine2nucleotideexchangingfactors,GEFS,催化GDP的释放

和GTP的结合,活化RhoGTP酶。

②GTP酶活化蛋白

（GTPaseactivatingprotein,GAP,作为负向调节因子加速RhoGTP酶的水解,使RhoGTP酶由活性状态变为无活性

状态。

③GDP解离抑制因子（GDPdissociationinhibitor,

GDI,阻止GDP从RhoGTP酶上分离,抑制RhoGTP酶活

性。

这种GTP和GDP之间的转换引起了下游效应分子的激活,同时也引起了细胞的应答,在细胞的信号转导通路中起着重要作用[81]。

近来研究发现,Rho家族成员在多种肿瘤组织中呈高表达,并且与肿瘤的侵袭转移密切相关[82]。

Rho亚家族蛋白是通过其下游效应分子调节细胞骨架

的活动,参与调控肿瘤细胞转移。

Rho蛋白的下游效应分子有多种,Rho相关卷曲螺旋形成蛋白激酶（Rhoassociated

coiledco