靶向硫氧还蛋白系统抗肿瘤药物的研究进展*

李冬冬，陶遵威

(天津市医药科学研究所，天津 300032)

靶向硫氧还蛋白系统抗肿瘤药物的研究进展*

李冬冬，陶遵威

(天津市医药科学研究所，天津 300032)

硫氧还蛋白(Trx)/硫氧还蛋白还原酶(TrxR)在许多人原发性肿瘤中和肿瘤病人的血样中是高表达的。其在促进肿瘤细胞增殖、抑制细胞凋亡、促进肿瘤耐药发生等事件中起到关键的推动作用, 通过化疗药物抑制TrxR的活性已成为有效的癌症靶向治疗策略。国内外都开展了硫氧还蛋白系统抑制剂的探索工作，目前国际上进入临床研究的硫氧还蛋白系统的靶向药物只有三种，本文针对临床在研的这三种药物进行总结，以期开发出新型更高效的抗肿瘤新药。

硫氧还蛋白系统,细胞凋亡,肿瘤治疗

硫氧还蛋白系统由硫氧还蛋白(Trx)、硫氧还蛋白还原酶(TrxR)和烟酰腺嘌呤二核苷磷酸(NADPH)组成，是一类普遍存在于细胞中的氧化还原系统，该系统在肌体抗氧化、介导细胞信号传导、调节细胞生长和抑制等方面发挥重要的生理作用。临床研究表明，硫氧还蛋白/ 硫氧还蛋白还原酶在许多人原发性肿瘤中和肿瘤病人的血样中是高表达的[1]。其在促进肿瘤细胞增殖、抑制肿瘤细胞凋亡、促进肿瘤耐药发生等事件中起到关键的推动作用,通过化疗药物抑制硫氧还蛋白还原酶的活性已经成为有效的癌症靶向治疗策略[2,3]。

目前国际上进入临床研究的硫氧还蛋白系统的靶向药物只有三种，加拿大Pharmacyclics Inc 研发生产作为一个调节TrxR活性的化学小分子药物Motexafin gadolinium，具有抗肿瘤药物活性，目前正在进行临床III期研究；美国ProlX Pharmaceuticals公司正在研发生产的Trx抑制剂PX-12，目前正在进行治疗胰腺癌的II期随机研究；北京大学曾慧慧课题组研究开发的TrxR抑制剂乙烷硒啉，目前在中国协和肿瘤医院完成了临床I期研究，即将进入临床II期。本文针对临床在研的药物进行综述。

1 乙烷硒啉

乙烷硒啉(ethaselen)是TrxR的可逆的特异性抑制剂，通过下调TrxR的活性而引发以Trx系统为代表的肿瘤细胞体系氧化还原态的变化[4-6]。在人非小细胞肺癌A549裸鼠模型，舌癌Tca8113裸鼠模型和结肠癌LS-174T裸鼠模型中显示出有效的抑制肿瘤生长的药理作用。Wang等[7]发现，非小细胞肺癌A549小鼠模型中，乙烷硒啉能增强化疗敏感度，而在非小细胞肺癌H1666(硫氧还蛋白还原酶表达量低于A549)模型中该增敏作用不明显。在不同分化水平的结肠癌细胞中，乙烷硒啉表现出不同的抑制肿瘤生长机制和效果[8]。Tian等[9]研究表明，在接种人肺癌A549裸鼠模型中，联合乙烷硒啉和顺铂可以有效抑制肿瘤生长，并且可以保持动物体重及减少顺铂的肝肾毒性，从而减轻顺铂的毒副作用。Li等[10]发现，在接种人胃癌BGC823的裸鼠模型中，联合乙烷硒啉与顺铂或者5-氟尿嘧啶(5-Fu)显示出对肿瘤抑制的协同作用。

徐静[11]通过计算机模拟研究了乙烷硒啉对硫氧还蛋白还原酶作用的机制，发现乙烷硒啉的药效团苯并异硒唑酮结构能主动识别该酶活性中心的半胱氨酸残基并在整个药效发挥过程中起着关键的作用。其分子结构式见图1。荧光光谱法和生物质谱法进一步验证了乙烷硒啉确实能特异性的作用于哺乳动物硫氧还蛋白还原酶的碳末端活性位点Cys497/SeCys498，有效地抑制该酶的催化活性，而对碳末端变异(Sec突变为Cys)型的硫氧还蛋白还原酶和谷胱甘肽还原酶没用明显的抑制作用。

目前乙烷硒啉正在进行IB/Ⅱ期研究，临床定位于胃癌，肺癌及结肠癌。药效学、药理学及毒理学试验结果表明，乙烷硒啉是硫氧还蛋白还原酶抑制剂，在抑制硫氧还蛋白还原酶同时，表现出抗肿瘤转移、抑制肿瘤生长、消褪已形成的肿瘤，与顺铂联用时，有协同杀伤肿瘤细胞的功效。肿瘤患者单次口服乙烷硒啉给药剂量为600 mg/d，血药浓度均低于10 μg/L。给药后的血药浓度和动力学参数比较接近, 表观分布容积均非常大，显示乙烷硒啉具有一定的组织亲和性。用液相色谱-电喷雾离子阱质谱联用技术对尿及血浆中的代谢产物分析结果显示，药物多以代谢产物的形式在尿液中进行排泄的，对代谢产物分析有助于了解该药的使用安全性，为临床用药提供参考依据[12]。

图1 乙烷硒啉的分子结构式

2 Motexafin gadolinium

Motexafin gadolinium (MGd)是具有卟啉环类似结构的抗癌药物。其分子中Gd(Ⅲ)与texaphyrin进行配位。这种分子结构使得其很容易被还原。其具有第一还原电势-41 mV，这显示了其具有很强的电子亲和能力。其分子结构式见图2。Hashemy等[13]实验研究发现，当硫氧还蛋白还原酶加入到含有NADPH和MGd的溶液中时，NADPH的被氧化速率，相比较不加入硫氧还蛋白还原酶时，显著性地提高。被还原的MGd与氧气反应通过氧化还原循环重新生成氧化态的MGd,而且通过此循环使得体系中生成活性氧物种超氧阴离子和过氧化氢。MGd被认为是哺乳动物硫氧还蛋白还原酶的很好的催化底物(Km: 8.65 μM, Kkcat/Km: 4.86×104M-1/s)，在氧气存在下产生活性氧物种进而帮助杀伤肿瘤细胞。MGd作为一个硫氧还蛋白还原酶的非竞争性抑制剂，抑制硫氧还蛋白还原酶的活性，导致硫氧还蛋白还原酶不能将其生理底物硫氧还蛋白的活性位点二硫键还原。MGd通过抑制TrxR活性，导致ROS的产生，激活ASK1介导的凋亡通路。也有研究表明，MGd也能够上调游离锌水平的相关基因的表达，从而抑制TrxR活性。

MGd是一个成功的靶向硫氧还蛋白还原酶抑制剂，研究证明其具有很广的抗癌谱。乳腺癌移植小鼠体内研究表明，其能选择性定位于肿瘤组织，单剂量静脉注射10 μmol/kg后，其在肿瘤组织中的浓度可达2 μmol/L；静脉注射40 μmol/kg，并进行单次或多次辐射治疗后，肿瘤体积可明显缩小。小鼠体内药代动力学研究显示，在剂量达到40 mg/kg以上时，其仍能被很好的耐受，血浆终末消除半衰期为12.9 h。

目前MGd正在作为单药或者和放射疗法及其他化学抗癌制剂联合使用，对治疗包括非小细胞肺癌、脑癌和中枢神经细胞癌、淋巴癌、肾癌及胰腺癌等不同类型的肿瘤进行临床研究[14-20 ]。MGd单药治疗慢性淋巴细胞白血病和肾细胞癌的效果并不佳。在与多种肿瘤一二线化疗药物联合中，与替伊莫单抗联合治疗非霍奇金淋巴瘤的Ⅰ期临床试验不仅显示了较高的安全性，同时也观察到良好的反应率(86%)和完全缓解率(64%)。在MGd与培美曲塞联合治疗晚期非小细胞肺癌的Ⅱ期临床试验中，MGd没有增加培美曲塞毒性，但是反应率、无病进展期(PFS)与培美曲塞单药比没有明显的差别。相似的结果也出现在MGd与多西紫杉醇、顺铂联合Ⅰ、Ⅱ临床试验中。另外，有研究将MGd联合放疗治疗脑肿瘤的Ⅱ期临床试验，结果发现MGd联合放疗是安全且有效的。用于全脑放疗增敏的Ⅲ期试验结果表明，MGd联合及时的全脑放疗可延长非小细胞肺癌脑转移患者的神经病学进展期。

图2 MGd的分子结构式

3 PX-12

PX-12 (1-methylpropyl 2-imidazolyl disulfide)是2-咪唑基二硫化物类抗癌化合物的代表分子，其分子中的二硫键是该药物分子与硫氧还蛋白还原酶和硫氧还蛋白发生反应的关键活性区域。其可以导致硫氧还蛋白还原酶和硫氧还蛋白的活性下降而触发了其分子靶向性的抗癌作用[21,22]。其分子结构式见图3。

研究发现，硫氧还蛋白还原酶的SeCys氨基酸残基可以进攻PX-12的分子内二硫键，释放巯基咪唑，此为第一步硫氧还蛋白还原酶抑制反应。然而，位于硫氧还蛋白还原酶末端的Cys会进攻由SeCys和PX-12形成的二硫键，使得PX-12又重生出来。另有研究认为， PX-12实际意义上应该属于硫氧还蛋白的抑制剂。由于其可与硫氧还蛋白上的Cys-73蛋白结合，使其发生不可逆烷基化而不能被硫氧还蛋白还原酶还原再生，硫氧还蛋白系统被抑制，导致了硫氧还蛋白的功能活性不可逆丧失。PX-12使Trx-1失活后也可以抑制血管内皮生长因子(VEGF)的表达，从而阻止肿瘤血管的生成。PX-12的抗癌效应是通过抑制Trx-1影响多种细胞通路实现的。

临床I期试验评价了PX-12的安全性，剂量限制性毒性(DLT)和药代动力学。以最初给药量为300 mg/m2·d-1，逐渐增加剂量直至观察到毒性，同时检测血浆中Trx-1、VEGF和FGF-2的含量，结果发现血浆中Trx-1的含量从最初5.1 ng/ml升到30.0 ng/ml，成人的最大耐受剂量为400 mg/m2·d-1。PX-12胰腺癌的I期临床试验表明，晚期实体瘤患者可耐受剂量为9～226 mg/m2。II期临床试验发现，经PX-12治疗的晚期胰腺癌患者的Trx-1水平没有明显的降低，对吉西他滨预治疗的晚期胰腺癌患者没有明显的效果，该项试验由于缺乏明显的抗肿瘤活性和没有达到Trx低水平的期望而被提早终止。在临床Ⅰ期安全性试验中，强烈的胃肠道副反应以及咳嗽在临床受试者中较为多见，但其血液学毒性很低，使得其与那些抗癌烷基化药物显示出不同的毒性反应[23-27]。

图3 PX-12 的分子结构式

4 小结与展望

目前该类型药物的研究还存在许多问题，包括如何提高药物对靶点的特异性和选择性，增强药效和减少副作用及克服耐药性等。其中，某些药物对不同类型肿瘤的敏感性不同，这和肿瘤细胞中不同的硫氧还蛋白系统的蛋白表达水平/活性有关，说明了硫氧还蛋白系统在细胞产生耐药性的过程中起着重要作用。硫氧还蛋白还原酶抑制剂可提高肿瘤细胞对其他化疗药物的敏感度，具有逆转药物耐受等优势，硫氧还蛋白还原酶抑制剂与细胞毒药物联用，是极具潜力的肿瘤治疗策略，也将成为人们研究的新方向，硫氧还蛋白还原酶靶点抗肿瘤药物国内外还未见上市品种，加快此类药物的研发是促进中国创新药物开发的一条重要途径。

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2013-09-23

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