HIV蛋白酶抑制剂在肿瘤治疗中的作用

单军奇 张玉林 陈德喜 郭洪亮

[摘要] HIV蛋白酶抑制剂（PIs）是一类抗HIV药物，其广泛应用大大提高了HIV感染者的生存率并延长了其生存期。近来，人们发现PIs具有抗肿瘤活性，这引发了将PIs重新定位为有效肿瘤化疗药物的想法。本文回顾综述了PIs近年来的研究进展以及其在肿瘤治疗中所起的作用，包括已确定的抗肿瘤机制，完成和正在进行的临床试验，为PIs在今后抗肿瘤方向奠定了基础。

[关键词] HIV蛋白酶抑制剂；肿瘤；内质网应激；细胞自噬

[中图分类号] R273 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）03（c）-0051-05

[Abstract] HIV protease inhibitors （PIs） are widely used to anti-human immunodeficiency virus， which effectively improves the survival of HIV infected people. Recently， PIs were found to have an activity of anti-neoplasm. So PIs are now being considered as an agent to be used for anti-neoplasm chemotherapy. This artical will review and discuss the current research progress about the mechanism of PIs anti-neoplasm that has been identified， completed and ongoing clinical trials， which will lay the foundation for the future reaserch on PIs anti-neoplasm therapy.

[Key words] HIV protease inhibitor； Neoplasm； Endoplasmic reticulum stress； Autophagy

HIV蛋白酶抑制剂（PIs）的研发是通过抑制病毒的天冬氨酰蛋白前体裂解成其功能形式来阻止HIV病毒颗粒的成熟。自1995年第1种HIV PIs沙奎那韦被FDA批准后，相继有9种其他的HIV PIs被批准，分别为茚地那韦、奈非那韦、利托那韦、洛匹那韦、阿扎那韦、福沙那韦、替拉那韦、安普那韦和地瑞那韦。HIV PIs与现有的逆转录酶抑制剂联合作用，迅速成为HIV的标准治疗方案，并成为引领时代的“高效抗逆转录病毒治疗”方法。其广泛应用大大提高了HIV感染者的生存率并延长了其生存期，机会性感染的发病率也随之下降，与艾滋病相关的肿瘤特别是卡波西肉瘤（Kaposi's sarcoma，KS）的新发病例数也明显降低。近来，人们发现PIs具有抗肿瘤的活性，这引发了人们将PIs可以重新定位为有效肿瘤化疗药物的想法[1-2]。

1 PIs在体外和临床前期相关的肿瘤活体研究

PIs对人类细胞有着广泛的毒性作用，但也被赋予有效的抗癌特性[3]。尽管它们与HIV蛋白酶有一定的同源性，但考虑其抗肿瘤活性，细胞蛋白酶似乎是蛋白酶抑制剂的主要靶点，尤其是蛋白酶体和基质金属蛋白酶（MMPs）。从Gills等[4]的一项研究中获悉，PIs对美国国家癌症研究所平台的所有60个细胞系（NCI60 cell-lines）均有抗癌活性，同时描述了多个潜在的抗肿瘤作用机制，包括内质网应激、自噬、凋亡以及抑制Akt通路。多种肿瘤发生的重要共同点是PI3K/Akt/mTOR信号通路的激活，因此这一途径的抑制剂已被作为抗癌药物而开发。Gills等[5]对结构蛋白相互作用的综合分析发现，在被预测的92种奈非那韦作用的细胞靶点中，7种最强亲和力的靶点是依赖天冬酰胺蛋白酶的，其余的靶点主要是依赖蛋白激酶的，如Akt、NFαB的上游调控因子——生长因子受体，以及那些已知的被奈非那韦下调的其他信号分子。PIs也有可能不利于肿瘤治疗，如KS细胞多药转运体ABCB1（P-糖蛋白）表达的增强，使得KS细胞具有抗多柔比星和紫杉醇化疗的特性[6]。

2 PIs的抗肿瘤机制

2.1 PIs抑制血管生成和细胞侵袭

在对PIs抗肿瘤活性的研究中发现，茚地那韦和沙奎那韦是强效的血管生成抑制剂，在小鼠KS模型中它们通过阻断MMP2活化来阻止肿瘤细胞侵袭[7]，随后的研究发现，利托那韦和沙奎那韦可阻断MMP2和MMP9的活化来阻止宫颈上皮内瘤样病变细胞的侵袭[8]。在裸鼠实验中，安普那韦也表现出通过阻断MMP2活化来阻止肝细胞癌的侵袭和肿瘤生长[8]。此外，PIs可以通过下调一些信号通路来阻止血管生成，如下调PI3K/Akt通路来調节参与新生血管形成的血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和许多其他因子的调节[9-10]。

2.2 蛋白酶抑制剂抑制Akt

PI3K/Akt信号通路及其下游调控因子——如哺乳动物的雷帕霉素靶子（mammalian target of rapamycin，mTOR）和VEGF具有参与细胞增殖、运动、血管新生、细胞变形、凋亡/生存以及 DNA 损伤修复等多种功能[11]。上调PI3K/Akt信号通路可以防止细胞凋亡，从而使多种肿瘤对放疗和化疗不敏感。在多种肿瘤细胞系中，PIs可以抑制Akt磷酸化[4，12]。尽管PIs在不同肿瘤细胞类型中表现不一，但奈非那韦似乎是众多PIs中最强效的Akt抑制剂[4]。在抗雷帕霉素的弥漫大B细胞淋巴瘤细胞系中，Akt的活化上调，与雷帕霉素联合应用的奈非那韦或Akt抑制剂MK-2206导致细胞毒作用[13]。一份有关HIV感染患者的观察性研究表明[14]，不服用PIs的抗逆转录病毒治疗组或不接受抗病毒药物组与服用以奈非那韦为基础的抗逆转录病毒治疗组相比，后者白细胞中Akt磷酸化水平较低。此外，奈非那韦与辐射毒性的增加不相关[14]。然而，Akt被抑制的水平并不总是与抗肿瘤活性相关，在一些模型系统中奈非那韦未能激活Akt通路[15-16]。PIs通过PI3K阻止Akt磷酸化的确切机制仍未知，可能通过抑制上游生长因子，诱导内质网应激或产生其他影响[15]。

2.3 PIs诱导内质网应激

当积累的错误折叠的蛋白质或其他应力破坏了内质网平衡，未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）被触发，从而导致蛋白翻译受阻和细胞周期阻滞[17-18]。奈非那韦和其他PIs可以引起ER应激[19]。在脂肪肉瘤和去势抵抗前列腺癌细胞株（具有脂肪性表型）中，奈非那韦通过抑制位点2蛋白酶诱导ER应激，导致与固醇调节元件相结合的蛋白-1（SREBP-1）受损，以及激活转录因子6[20]。这正好验证了所知PIs的毒性——脂肪代谢不良，可能是由SREBP-1水平的增加引起的[1]。正确的蛋白质折叠是由分子伴侣协助完成的，错误折叠的蛋白质的降解主要在蛋白酶体进行。因此，通过PIs干扰上述功能会导致ER应激[21]。Liu等[22]研究指出洛匹那韦和利托那韦通过激活ER应激来增加头颈部鳞癌细胞对放疗的敏感性。奈非那韦还具有抗蛋白酶体的细胞类型依赖性[16，23]。然而在一项研究中，奈非那韦抑制乳腺癌细胞裂解物从而部分抑制蛋白酶体活性，但引起ER应激机制不同于蛋白酶体抑制剂[15]。相反，有其他研究证据表明，奈非那韦的主要目标似乎是分子伴侣——热休克蛋白90，引起内质网应激并破坏Her2和Akt信号通路[24]。基于体外和小鼠模型，在多种类型的肿瘤（包括单独耐硼替佐米的肿瘤）中，一种PIs（奈非那韦或利托那韦）与蛋白酶体抑制剂硼替佐米的联合应用可以增强内质网应激和细胞杀伤[14，25]。ER应激和UPR可导致自噬，如果内质网平衡可以再建立则细胞可存活，否则会导致细胞凋亡和细胞死亡。

2.4 PIs诱导细胞自噬

自噬是一种普遍存在且进化高度保守的细胞内蛋白降解程序，其通过膜运动将非折叠及错叠蛋白、大分子以及损伤或衰老的细胞器送入溶酶体进行降解。其中蛋白质和细胞器被降解并再循环或作为细胞稳态的正常部分，或为了生存让细胞度过一段营养饥饿期[26]。除了养分饥饿，自噬可由PIs引起的PI3K/Akt通路的抑制而被触发[27]。自噬可以通过降解非折叠及错叠蛋白减少ER应激，相反地，抑制自噬可引起ER应激而导致细胞死亡。因此，自噬可以保护癌细胞免于死亡，拮抗细胞自噬可以通过诱导ER应激/UPR的方法达到治疗效果。例如，3-甲基腺嘌呤是一种自噬抑制剂，在多种肿瘤细胞系中，它可以增加奈非那韦诱导的细胞死亡量[4]。氯喹也是一种自噬抑制剂，在三阴性乳腺癌（即雌激素、孕激素及Her2均为阴性的乳腺癌）细胞中，它可以协同增强由奈非那韦或塞来昔布诱导的ER应激引起的细胞毒作用[28]。在14例原发性慢性淋巴细胞白血病细胞中，奈非那韦可触发ER应激和自噬[29]。

2.5 PIs诱导细胞凋亡

细胞凋亡指为了维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主有序的死亡。与细胞坏死不同，凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等作用。研究发现在多种不同的细胞系中，PIs可通过诱导ER应激和UPR途径抑制PI3K/Akt活性及其他信号通路如STAT3、c-Src和NFαB等从而诱导细胞凋亡[10，12，28，30-31]。PIs可能会通过抑制IαB蛋白酶体降解来抑制NFαB激活，诱导细胞凋亡[10，32]。

3 临床肿瘤试验

三项有关奈非那韦联合放化疗的I期研究已完成。在胰腺癌患者中，奈非那韦联合吉西他滨、顺铂进行放化疗，可以增强Akt抑制水平和增加放疗敏感性，而且并没有发现奈非那韦引起的毒性反应[33]。Rengan等[34]指出在无法手术切除的非小细胞肺癌患者中，奈非那韦联合依托泊苷、顺铂放化疗，也未发现奈非那韦剂量依赖的毒性反应。在Alonso-Basanta等[35]进行的I期临床试验中，口服最大耐受剂量（MTD）的奈非那韦和替莫唑胺联合放疗，大多数胶质母细胞瘤患者对此是耐受的，这些人将进行Ⅱ期临床试验，仅有少数出现肝毒性和腹泻。此外，还有数项临床肿瘤实验已完成或正在进行，在Gideon等[36]进行的I期临床试验中，找出了奈非那韦在晚期实体肿瘤应用中的MTD和剂量限制性毒性（DLT），而且奈非那韦用量在超过FDA规定标准剂量的2.5倍下肿瘤患者也是可耐受的，显示出奈非那韦具有良好的可耐受性。

4 结论

在对HIV相关恶性肿瘤的临床研究中发现，PIs对多种肿瘤具有潜在的治疗作用。PIs能够通过多种途径阻止肿瘤的生长和侵袭。在PIs中，奈非那韦似乎最有希望用于肿瘤的治療，并且一些临床试验已经开始进行，并显示其具有良好的耐受性和有效性。现在正进行有关利托那韦、洛匹那韦和地瑞那韦三种PIs对结直肠癌细胞HCT116细胞系（有P53基因正常和P53基因缺失两种）的相关研究，探讨这三种药物诱导HCT116细胞系凋亡与P53基因是否相关以及其作用机制。或许通过继续对奈非那韦以及其他PIs抗肿瘤机制的深入研究，以及通过将其与现有的抗肿瘤药物和或放疗联合应用，可能会针对某些肿瘤起到意想不到的治疗和预防效果[37-41]。此外，对蛋白酶抑制剂的深入研究，可能会利于PIs类似物或衍生物制剂的开发，使其得到更充分的发展，从而寻求更多癌症的有效治疗方法。

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（收稿日期：2015-12-10 本文编辑：赵鲁枫）