抗癌抗生素格尔德霉素衍生物17AAG的研究进展

易凤炎，周长林，顾觉奋*

（1. 中国药科大学生命科学与技术学院，江苏 南京 210009；2. 南通秋之友生物科技有限公司, 江苏 南通 226200）

抗癌抗生素格尔德霉素衍生物17AAG的研究进展

易凤炎1，2，周长林1*，顾觉奋1**

（1. 中国药科大学生命科学与技术学院，江苏 南京 210009；2. 南通秋之友生物科技有限公司, 江苏 南通 226200）

格尔德霉素是一种苯醌安莎霉素类抗生素，有极强的抗肿瘤活性，其衍生物17AAG (17-丙烯胺-17-去甲氧基格尔德霉素)是格尔德霉素的17位甲氧基被烯丙胺基取代所得，与格尔德霉素相比，其毒性更低，抗癌活性更高。综述17AAG的作用机制、治疗应用、药代动力学、毒性等研究进展。

17AAG；抗癌抗生素；作用机制；治疗应用；药代动力学; 毒性

格尔德霉素（geldanamycin, GA）是由一种吸水链霉菌（Streptomyces hygrocopicus）发酵产生的苯醌安莎类抗生素，最早于1970年由Deboer等从放线菌发酵液中分离得到，经研究发现其具有抗癌活性。但临床实验发现GA体内毒性较大，且缺乏稳定性，故将其作为候选活性物质。之后，Wrona等[1]对GA结构进行改造，设计出其活性衍生物17-丙烯胺-17-去甲氧基格尔德霉素(17AAG，1)，又称坦螺旋霉素（tanespimycin）。

1 17AAG的作用机制

起初研究发现，GA能抵抗癌基因编码激酶如v-Src等引起的癌细胞增生和转移。但GA并不是直接结合或抑制癌基因编码激酶而发挥作用，而是特异性结合分子伴侣热休克蛋白90（Hsp90，空间构型见图1），并抑制其ATP酶活性（见图2）[1-3]，致使Hsp90的客户蛋白失去活性、丧失稳定性，甚至降解。而17AAG也能与Hsp90的氨基末端保守口袋结合，抑制其功能，导致其客户蛋白（包括有丝分裂信号通路中的重要蛋白）降解，并且修饰改造后的17AAG与GA相比，毒性更低，临床抗癌活性更高。除了与Hsp90相互作用外，17AAG还可能通过以下途径发挥抗癌作用。

1.1 结合于线粒体细胞膜上电压依赖性阴离子通道

Xie等[4]研究报道，17AAG可作用于线粒体外膜电压依赖性阴离子通道（voltage-dependent anionchannel，VDAC），该作用不依赖于Hsp90，而是直接通过疏水作用与VDAC相互作用，促使细胞内钙离子浓度增加。

图1 Hsp90空间构型Figure 1 Spatial configuration of Hsp90

图2 GA与Hsp90的相互作用Figure 2 Interaction between GA and Hsp90

1.2 与丝裂原活化细胞外信号调节激酶1/2抑制剂协同作用

Walker等[5]研究表明，Hsp90抑制剂17AAG可与丝裂原活化细胞外信号调节激酶1/2（mitogen activated extracellular regulated kinase 1/2，MEK1/2）抑制剂协同作用于CD95死亡受体的上游分子，杀死癌细胞。而且，MEK1/2抑制剂能增强17-AAG在胞内的毒性，从而消灭无致癌性而有突变力的RAS基因。MEK1/2抑制剂与17-AAG的协同作用包括：①以Ca2+依赖方式增加胞内Ca2+水平，促进细胞凋亡，并致使葡萄糖调节蛋白78（GRP78/BiP）的表达下调,且CRP78/BiP的过度表达会抑制胞内Ca2+水平的增加；②上调胞内活性氧簇（ROS）水平，而 CRP78/BiP的过度表达和Ca2+水平的下调会阻抑ROS水平上调；③激活CD95，从而抑制神经酰胺的合成,而ROS或Ca2+水平的降低会导致CD95活性减弱。因此，诱导癌细胞胞内Ca2+水平上调和CRP78/BiP功能的缺失，提高ROS水平，激活CD95而抑制从头合成神经酰胺通路，在MEK1/2抑制剂和17AAG协同杀灭癌细胞过程中扮演重要角色。

1.3 增强癌细胞中巯基介导的氧化应激

Scarbrough等[6]指出，17AAG是一种可促进体内自由基形成的化学药物，能增强癌细胞中巯基介导的氧化应激，提高癌细胞对其的敏感性。硫氧化还原蛋白还原酶抑制剂丁胱亚磺酰亚胺(BSO)和金诺芬联合糖类代谢抑制剂2DG，能增强17AAG诱导癌细胞死亡，而这种联合用药所致毒性增强，也与谷胱甘肽（GSH）和硫氧还原蛋白（Trx）的氧化损害作用增加有关。该研究小组还详细介绍了利用2DG和17AAG，通过增强人类乳腺和前列腺癌细胞中巯基依赖性的氧化应激，介导杀死癌细胞的假说机制。且实验研究表明，在人体癌细胞中，使用化学增敏剂，靶向作用于GSH和Trx的代谢，是一种有效的癌症治疗策略。

1.4 阻断缺氧诱导转录因子1α功能

Newman等[7]研究发现，小鼠淋巴瘤中缺氧诱导转录因子1α（HIF1α）在维护肿瘤干细胞（cancer stem cells，CSC）中起重要作用，而低剂量17AAG在体外可杀灭淋巴瘤CSC，在体内则能阻断Hsp90的客户蛋白HIF1α的转录功能；17AAG优先诱导细胞凋亡，可抑制小鼠淋巴瘤CSC和人急性骨髓白血病（acute myeloid leukemia，AML）CSC的集落形成能力，然而，低剂量17AAG不能阻抑淋巴瘤和AML细胞[非肿瘤干细胞(non-CSC)]的高度增殖。该研究小组揭示的17AAG对淋巴瘤的治疗作用机制（见图3）表明，17AAG可用作CSC靶向剂。

图3 17AAG对非肿瘤干细胞无作用和对肿瘤干细胞抑制作用的分子机制

综上，除了Hsp90以外，17AAG在体内的抗癌作用靶点可归纳为:①HIF1α ；②VDAC；③Ca2+。

2 17AAG的治疗应用

在美国，17AAG现已完成用于肿瘤治疗的Ⅰ、Ⅱ期临床试验，其中用于治疗复发性、难治性CD30阳性霍奇金淋巴瘤(HL)已完成Ⅱ期临床研究[8]，Ⅲ期临床试验正在进行中。17AAG是目前在临床研究中靶点明确的抗癌抗生素，既可单独给药，也可与其他药物联用，并增加适应证。

2.1 单独给药

Krishnamoorthy等[9]研究发现，作为Hsp90抑制剂，17AAG可导致Hsp90客户蛋白不稳定，并通过泛素/蛋白酶体途径以及阻碍膜定位，促使受体酪氨酸激酶AXL降解。

Saif等[10]将17AAG制成纳米乳剂CNF1010新剂型，并在Ⅰ期临床试验中用于35名实体瘤患者，结果显示，其具体的最大耐受剂量（MTD）虽未明确，但可以确定不低于175 mg·m-2。

Giubellino等[11]在MTT Luc实验中，给转移性嗜铬细胞瘤模型小鼠尾静脉注射17AAG（每周3次），为期5周。结果，与对照组相比，给药组模型小鼠的肿瘤转移抑制效果显著。该实验研究表明，Hsp90是转移性嗜铬细胞瘤的治疗靶点，其靶向治疗，可能会使晚期嗜铬细胞瘤患者受益。

现代肿瘤治疗研究的一个主要趋势是开发针对特定信号通路的药物，目的是实现对癌细胞的选择性杀伤，减少对正常组织的副作用。Schulz等[12]的研究表明17AAG可以用来拮抗Hsp90客户蛋白迁移抑制因子（migration inhibitory factor，MIF），并将其作为多效性抗肿瘤候选药物，其与辛二酰苯胺异羟肟酸（suberoylanilide-hydroxamic-acid，SAHA）共同作用的机制如图4所示，其中，Hsp90固定客户蛋白并保护它们避免正常降解，而17AAG通过阻断Hsp90 的ATP结合位点，SAHA通过阻断Hsp90脱乙酰，致使Hsp90-客户蛋白复合物解离，并导致E3-泛素连接酶的释放和活化，进一步引起Hsp90客户蛋白降解。

图4 17AAG和SAHA共同抑制MIF的机制Figure 4 Mechanism of inhibiting MIF by 17AAG and SAHA

2.2 与其他药物联用

帕妥珠单抗（pertuzumab）是一种人源化单克隆抗体，可通过结合表皮生长受体因子2（HER2/ErbB2），阻滞其与其他HER受体形成异二聚体，从而抑制肿瘤生长。Hughes等[13]在研究中发现，帕妥珠单抗可增强17AAG介导的对HER2/ErbB2的降解作用。HER2/ErbB2是一种重要的致癌基因蛋白，存在于乳腺癌、胃癌和卵巢癌等多种肿瘤组织中，因此17AAG可和帕妥珠单抗联用治疗这些癌症。

Walker等[5]研究发现17AAG与MEK1/2抑制剂联用能杀死胃肠道癌细胞，这一研究结果虽还未通过临床试验验证，但提示，两者联用对胃肠道癌症能产生一定疗效。Lyer等[14]则报道，17AAG与多西紫杉醇联合用药，能治疗早期恶性实体瘤，其疗效已在临床Ⅰ期试验中得以验证。Hubbard等[15]采用17AAG、吉西他滨和顺铂3药联合治疗难治性实体瘤，其疗效也已经Ⅰ期临床试验验证。Hirokazu等[16]通过实验研究发现，17AAG与重离子辐射联用，能有效控制人肺癌细胞。

3 17AAG的药代动力学

目前抗癌药物大多为低水溶性，而传统上用来增溶的不同表面活性剂或有机溶剂存在突出的毒性问题，给抗癌递药系统的设计与制备带来极大挑战。Shin等[17]小鼠实验中发现，纳米级聚乙二醇-聚D,L-乳酸嵌段共聚物[poly (ethylene glycol)-block-poly(D,L-lactic acid)，PEG-b-PLA]载药胶束具有良好的药代动力学特性和高耐受性。其间，该研究小组将17AAG、紫杉醇（PTX）和雷帕霉素（RAP）分别单独或两两或3药同时载入此纳米级PEG-b-PLA胶束中，并分别以高剂量（17AAG和PTX为60 mg·kg-1，RAP为30 mg·kg-1）和低剂量（17AAG和PTX为10 mg·kg-1，RAP为5 mg·kg-1）给小鼠尾静脉注射，考察其药代动力学。结果显示，与单独载有17AAG的胶束相比，两两或3药同时载入的胶束其17AAG的AUC值增加，但其他药代动力学参数值相近；3药同时载入的胶束在高剂量下其中各药的药代动力学较相应各单药胶束会有改变，而在低剂量下则无差异。

虽然在临床前试验中，紫杉醇和17AAG联用显现出较高的抗癌活性，与预期一致，但Ⅰ期临床试验中，两药联用的疗效却并不理想。为此，Katragadda等[18]开展了研究，发现使用大量有机表面活性剂及溶剂增溶会导致药物制剂产生严重的毒性问题，因此该研究团队将17AAG和紫杉醇混合制成纳米胶束，并通过动物实验评估胶束给药的可行性。其间，给移植人卵巢肿瘤的小鼠静脉注射此纳米胶束，并以相同剂量的各单药二甲基亚砜（DMSO）制剂作对照。结果显示，与单药制剂组相比，胶束组小鼠的17AAG血药浓度增加3倍以上，且4 h后，两组小鼠血药浓度均低于检测限。这些数据为临床前研究设计提供了关键指导，17AAG体内分布研究也随着其药代动力学研究的开展现正在进行中。

4 17AAG的毒性

17AAG与多西紫杉醇联用治疗早期恶性实体瘤成人患者的一项Ⅰ期临床试验中，所有49名受试患者在一个疗程治疗期间出现的毒性反应中，最普遍的3～4级毒性反应是白血球减少症、淋巴细胞减少症和嗜中性白血球减少症；虽然试验中未能确定MTD，但观察到了3种剂量限制毒性反应（dose-limiting toxicity，DLT)；由于受试者不能耐受基于DMSO的17AAG制剂带来的延迟毒性，从而使剂量递增实验止步于给药剂量：多西紫杉醇为75 mg·m-2和17AAG为650 mg·m-2[14]。

在另一项Ⅰ期临床试验中，17AAG、吉西他滨和顺铂联用治疗难治性实体瘤，并选择39例受试患者作为毒性和应答的评价对象。结果，采用“3+3”剂量递增方案所测17AAG、吉西他滨和顺铂的MTD分别是154、750和40 mg·m-2，在高剂量下观察到的DLT包括嗜中性白血球减少症、高胆红素血症、脱水、谷氨酰转肽酶（GGT）升高、低钠血症、恶心、呕吐和血小板减少症[15]。

5 小结与展望

综上所述，Hsp90抑制剂的靶向治疗及与其他抗肿瘤药物联用是当今临床肿瘤治疗研究的热点，靶向药物已成为了抗肿瘤药物发展的风向标[19]。虽然Hsp90抑制剂用作抗肿瘤药物还有诸多不足之处，但其可作为前体药物，经结构修饰与改造，开发出新型抗肿瘤药物。格尔德霉素衍生物17AAG便是在Hsp90抑制剂格尔德霉素的结构基础上改造而成的新型抗肿瘤药物，与格尔德霉素相比，其毒性降低，稳定性提高，已进入Ⅱ、Ⅲ期临床研究阶段，是临床上极具开发价值的新药。然而，与其他抗肿瘤药物一样，17AAG给药系统成为难题，亟需开发具有更为优良的药代动力学特性和高效低毒的新剂型。此外，17AAG有待被探讨与其他抗肿瘤药物联用，以克服自身的毒副作用以及扩大治疗范围和提高疗效。

初步的临床试验结果表明，17AAG对甲状腺癌、结肠癌、直肠癌、肺癌[16]、乳腺癌[20]，胃癌[21]和卵巢癌等多种癌症均有治疗作用，具有安全性高、抗癌谱广、不易耐药、副作用小、高效等特点。随着17AAG作用机制的逐渐清晰，可尝试将其与具不同作用机制的药物联用治疗肿瘤，以达到更好的疗效，在临床上减轻癌症病人的痛苦，为人类健康做出贡献。相信，随着生命科学技术的飞速发展，Hsp90抑制剂17AAG展现的靶向治疗作用，必将推动格尔德霉素衍生物的开发与应用，为更多肿瘤患者带来福音。

[1]Wrona I E, Gozman A, Taldone T, et al. Synthesis of reblastatin, autolytimycin, non-benzoquinone analogs: potent inhibitors of heat shock protein 90 (Hsp90)[J]. J Org Chem, 2010,75(9): 2820-2835.

[2]Corbett K D, Berger J M. Structure of the ATP-binding domain of Plasmodium falciparum Hsp90[J]. Proteins, 2010, 78(13): 2738-2744.

[3]Fu J, Chen D, Zhao B, et al. Luteolin induces carcinoma cell apoptosis through binding Hsp90 to suppress constitutive activation of STAT3[J]. PLoS One, 2012, 7(11): e49194.

[4]Xie Q, Wondergem R, Shen Y, et al. Benzoquinone ansamycin 17AAG binds to mitochondrial voltage-dependent anion channel and inhibits cell invasion[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2011, 108(10): 4105-4110.

[5]Walker T, Mitchell C, Park M A, et al. 17AAG and MEK1/2 inhibitors kill GI tumor cells via Ca2+-dependent suppression of GRP78/BiP and induction of ceramide and ROS[J]. Mol Cancer Ther, 2010, 9(5): 1378-1395.

[6]Scarbrough P M, Mapuskar K A, Mattson D M, et al. Simultaneous inhibition of glutathione- and thioredoxin-dependent metabolism is necessary to potentiate 17AAG-induced cancer cell killing via oxidative stress[J]. Free Radic Biol Med, 2012, 52(2): 436-443.

[7]Newman B, Liu Y, Lee H F, et al. HSP90 inhibitor 17-AAG selectively eradicates lymphoma stem cells[J]. Cancer Res, 2012,72(17): 4551-4561.

[8]Younes A. Novel agents targeting oncogenic pathways in lymphoma[M]//Younes A, Coiffier B. Lymphoma: Diagnosis and Treatment. New Jersey: Humana Press, 2013: 363-370.

[9]Krishnamoorthy G P, Guida T, Alfano L, et al. Molecular mechanism of 17-allylamino-17- demethoxy-geldanamycin(17-AAG)-induced AXL receptor tyrosine kinase degradation[J]. J Biol Chem, 2013, 288(24): 17481-17494.

[10]Saif M W, Erlichman C, Dragovich T, et al. Open-label, dose-escalation, safety, pharmacokinetic, and pharmacodynamic study of intravenously administered CNF1010 (17-(allylamino)-17-demethoxygeldanamycin [17-AAG]) in patients with solid tumors[J]. Cancer Chemoth Pharmacol, 2013, 71(5): 1345-1355.

[11]Giubellino A, Sourbier C, Lee M J, et al. Targeting heat shock protein 90 for the treatment of malignant pheochromocytoma[J]. PLoS One, 2013, 8(2): e56083.

[12]Schulz R, Dobbelstein M, Moll U M. HSP90 inhibitor antagonizing MIF[J]. Oncolmmunology, 2012, 1(8): 1425-1426.

[13]Hughes J B, Rødland M S, Hasmann M, et al. Pertuzumab increases 17-AAG-induced degradation of ErbB2, and this effect is further increased by combining pertuzumab with trastuzumab[J]. Pharmaceuticals, 2012, 5(7): 674-689.

[14]Lyer G, Morris M J, Rathkopf D, et al. A phase I trial of docetaxel and pulse-dose 17-Allylamino-17-demeth-oxygeldanamycin in adult patients with solid tumors[J]. Cancer Chemother Pharmacol, 2012, 69(4): 1089-1097.

[15]Hubbard J, Erlichman C, Toft D O, et al. Phase I study of 17-allylamino-17 demethoxy geldanamycin, gemcitabine and/or cisplatin in patients with refractory solid tumors [J]. Invest New Drugs, 2011, 29(3): 473-480 Hirokazu H, Hiroshi F, Aya M, et al. The combination of Hsp90 inhibitor

[16]17AAG and heavy-ion irradiation provides effective tumor control in human lung cancer cells[J]. Cancer Med, 2015, 4(3): 426-436.

[17]Shin H C, Cho H, Lai T C, et al. Pharmacokinetic study of 3-in-1 poly(ethylene glycol)-block-poly(D, L-lactic acid) micelles carrying paclitaxel,17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin,and rapamycin[J]. J Control Release, 2012, 163(1): 93-99.

[18]Katragadda U, Fan W, Wang Y, et al. Combined delivery of paclitaxel and tanespimycin via micellar nanocarriers: pharmacokinetics, efficacy and metabolomic analysis[J]. PloS One, 2013, 8(3): e58619.

[19]Jhaveri K, Taldone T, Modi S, et al. Advances in the clinical development of heat shock protein 90 (Hsp90) inhibitorsin cancers[J]. Biochim Biophys Act, 2012, 1823(3): 742-755.

[20]Zagouri F, Sergentanis T N, Chrysikos D, et al. Hsp90 inhibitors in breast cancer: a systematic review[J]. Breast, 2013, 22(5): 569-578.

[21]Lu C, Liu D, Jin J, et al. Inhibition of gastric tumor growth by a novel Hsp90 inhibitor[J]. Biochem Pharmacol, 2013, 85(9): 1246-1256.

·世界上市新药·

WORLD NEW DRUG APPROVALS

Advances on Anticancer Antibiotic Geldanamycin Derivative 17AAG

YI Fengyan1,2, ZHOU Changlin1, GU Juefen1

(1. School of Life Science and Technology, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China; 2. Nantong QZU Bioscience & Biotechnology Co.Ltd,, Nantong 226200, China)

Geldanamycin is a benzoquinone ansamycin antibiotic with strong anti-tumor activity. Its derivative 17AAG (17-allylamino-17-demethoxy-geldanamycin) is obtained by substituting allylamine for geldanamycin’s 17-methoxy, which has shown lower toxicity and higher antitumor activity, compared with geldanamycin.The advances on the mechanism of action, therapeutic use, pharmacokinetics and toxicity of 17AAG were reviewed.

17-AAG; anticancer antibiotic; mechanism of action; therapeutic use; pharmacokinetics; toxicity

R979.14

A

1001-5094（2015）08-0598-05

接受日期：2015-06-19

*通讯作者：周长林，教授；

研究方向：微生物制药；

Tel：025-83271323； E-mail：cl_zhou@cpu.edu.cn

**通讯作者：顾觉奋，教授；

研究方向：微生物制药；

Tel：025-86200377； E-mail：yqyan1@126.com