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ZD1839 易瑞沙(吉非替尼)的基础研究

mcyclub mcyclub 发表于2020-07-24 12:28:54 浏览89 评论0

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  在很多人类肿瘤中都存在着表皮生长因子受体(EGFR)和c-erbB2的过表达,研究表明,它们与肿瘤的侵略行为和患者的不良预后有关。EGFR酪氨酸激酶家族起到把细胞外信号转导到细胞内的作用,增加了肿瘤细胞的增殖,阻止凋亡,增强了其活性、粘附性和侵袭性,其中最重要的是由原癌基因c-erbB-1/HER-1/EGFR和c-erbB-2/her2/neu编码的EGFR[1],针对EGFR和它的信号转导的靶向治疗能抑制肿瘤细胞的增殖、血管生成和DNA损伤修复。ZD 1839是一种高特异性的EGF受体酪氨酸激酶抑制剂,阻断信号转导的第一步,抑制了EGFR磷酸化作用,而有抑制肿瘤细胞增殖的作用[2],与放疗和化疗联合应用有协同作用。

    1 表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(EGFR-TKI)的作用机理


    1.1 EGFR的结构与功能 EGFR是一个分子量为17kDa的跨膜糖蛋白,有配体依赖性的酪氨酸激酶活性,除造血干细胞外,存在于大多数细胞中,在多种肿瘤中都有过表达,如结直肠癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌和非小细胞肺癌等,其中NSCLC的鳞状细胞癌表达率最高为57%~92%[3]。EGFR由3个主要区域组成:一个N端细胞外区域,一个疏水的跨膜区和一个C端细胞内区域,细胞内包括酪氨酸区域。细胞外区域是多种多肽生长因子的配体结合点,其中最重要的是表皮生长因子(EGF)和转移生长因子α(TGFα)[4]。细胞外配体结合区与EGF和TGFα结合后,发生受体二聚合,导致细胞内酪氨酸激酶区域被激活,与一个ATP分子结合,受体自身磷酸化和其他受体单体的脱磷酸化。自体磷酸化把磷酸盐并入C-末端残基的酪氨酸中,使其成为一些包括信号传导体(如p85,Grb2/Sos,PLCγ1等)的Src同源体2(SH2),它的作用是把增殖和生存信号传导到受体的下游信号传导途径中[5]。在配体诱导的激活后,EGFR能连接很多参与信号转导瀑布反应的细胞内蛋白质,包括PLCγ、PI3K、小G蛋白、p21 Ras、GAP和Src家族激酶[6,7],通过不同的受体类型和磷酸化结合的位点,使不同的信号蛋白被激活。这个过程使不同的细胞外信号被传导到细胞核中。EGFR的酪氨酸激酶活性代表了它的有效结构,并且是信号传导的基础,细胞能通过生长因子自体分泌方式发生自身恶变,而为了获得恶性转变,需要活性配体的存在和EGFR的高水平表达[8]。除了促增殖外,活化的EGFR对肿瘤发展起重要作用的生物学反应还包括:对细胞运动性的影响、细胞粘附、浸润、细胞生存和血管生成[9]。


    1.2 抗肿瘤治疗的新靶向 由于EGFR酪氨酸激酶在肿瘤细胞中的生物学活性,因此它已经成为抗肿瘤治疗的新靶向。酪氨酸激酶磷酸化抑制剂作用在细胞内受体区域,通常被称为TKIs,大多数是完全占据ATP结合位点,因而对EGFR酪氨酸激酶有很好的选择性。4-苯胺奎哪唑啉是一种与ATP位点结合的有效和选择性的抑制剂。这类药物的结构—活性关系清楚定义了其结合方式,奎唑啉环与腺嘌呤结合,苯胺环与邻近的单一的亲脂区结合。一个单独的邻近奎唑啉结合位点的半胱氨酸(Cys-773)导致了不可逆的抑制作用[10]。其中的代表为口服药ZD1839(商品名为Iressa)。ZD1839是一种口服的有活性、选择性和可逆性的表皮生长因子受体(EGRF)酪氨酸激酶抑制剂,它阻断了在肿瘤细胞增殖和生存中包含的信号传导途径。


    1.3 ZD1839的药物代谢动力学 ZD1839是有效的EGFR-TKI(IC(50) = 0.033 micro M),口服给药,一天一次,对肿瘤生长的抑制呈剂量依赖形式,并且肿瘤异种移植物EGFR的表达水平并不影响对ZD1839的敏感性[11]。健康志愿者(28名)的药物代谢动力学的研究结果显示单一口服ZD1839后,血浆药物浓度峰值(Cmax)出现在3~7小时,Cmax随后成双向下降,半衰期介于27和41小时之间,剂量范围在10mg~100mg之间,Cmax及AUC24h(0到24小时曲线下面积)和剂量之间呈线性上升关系[12]。


    2 人类肿瘤细胞系和动物模型中的研究


    通过人类肿瘤细胞系和无胸腺裸鼠人类肿瘤异种移植物模型对ZD1839的研究可以证实其具有抗增殖、抗血管生成和增加凋亡的作用。Ciardiello等[13]评估了ZD1839在共同表达TGFα和EGFR的人类结肠(GEO,SW480和CaCo2)、乳腺(ZR-75-1,MCF-7 ADR)、卵巢(OVCAR-3)和胃(KATO III 和N87)的癌细胞系中的抗血管生成和抗肿瘤作用,GEO异种移植的免疫缺陷鼠,在ZD1839治疗后,用免疫组化分析GEO异种移植物显示了肿瘤细胞中TGFα、bFGF和VEGF的表达下降呈明显的剂量依赖性,由微血管计数测定的抗新血管生成作用亦有剂量依赖性。英国一个试验组[14]在对原位导管癌(Ductal carcinoma in situ,DCIS)的异种移植物模型的研究中发现,口服ZD1839(100~200 mg/kg,共14 天)使上皮细胞增殖降低了56%。Anderson NG等[15]观察到在体外,EGFR过表达的A431和MDA-MB-231乳腺癌细胞系的增殖在给予ZD1839最大有效剂量的一半时就有50%~70%被抑制,抑制了20%~80%EGFR(+)erbB2过表达的肿瘤细胞(SKBr3、SKOV3、BT474)的增殖, ZD1839抑制了无胸腺裸鼠异种移植MDA-MB-231和SKOV3肿瘤的生长,分别为71%和32%。


    2.1 ZD1839与细胞毒药物联合应用的研究 ZD1839与多种细胞毒药物化疗联合应用具有协同的抗肿瘤活性,这种抑制作用不仅见于进展期转移的肿瘤,还见于早期病灶,如人类乳腺导管原位癌。Magne等[16]在CA133细胞系(一种高表达EGFR的人类头颈部癌细胞系)中先加入ZD1839孵育48小时,再加入顺铂和5-Fu孵育48小时。结果发现ZD1839单药诱导细胞聚集于G0/G1期,在24小时p21、p27 和Bax表达增高,Bcl2表达和Akt磷酸化明显降低。48小时时DNA-PK降低。ZD1839单独应用对caspase-3活性没有影响,但是与顺铂/5-Fu联合应用时在96小时出现caspase-3的明显增高。


    实验证实在GEO异种移植物模型中,细胞毒药物PTX联合应用ZD1839抗癌活性增加[13]。观察到所有联合应用ZD1839和PTX治疗的小鼠肿瘤全部都有缩小,并且有对TGFα、VEGF和 bFGF 表达的抑制作用明显加强,很少伴有或不伴有微小血管形成。并且16只GEO异种移植鼠中有6只在联合应用ZD1839和PTX治疗后最终均未出现GEO肿瘤组织学证据。这些结果说明ZD1839的抗肿瘤效果伴随有对自分泌和旁分泌生长因子TGFα、VEGF和 bFGF的抑制,而这些生长因子维持促进了局部组织的生长和新血管的生成。意大利一个研究组[17]对表达EGFR的人类卵巢癌(OVCAR-3)、乳腺癌(ZR-75-1,MCF-10A ras)和结肠癌(GEO)细胞系给予ZD1839联合细胞毒药物(顺铂、卡铂、草酸铂、紫杉醇、多西紫杉醇、表阿霉素、依托泊甙、拓扑替康和raltitrexed)进行观察,发现ZD1839联合任一种化疗药均有协同抑制细胞生长的作用。同时对GEO异种移植的裸鼠,用2.5mgZD1839联合紫杉醇、拓扑替康和raltitrexed治疗,在治疗的第4周末,和未治疗或单药治疗组比较,对肿瘤的生长有明显的抑制作用(P=0.01)。美国的一个肿瘤中心[18]研究了对小细胞肺癌(LX-1)、非小细胞肺癌(A549,SK-LC-16)、前列腺癌(PC-3,TSU-PR1)的异种移植物联合应用ZD1839和铂类化疗药、紫杉醇、阿霉素和edatrexade治疗,证实ZD1839能提高这些细胞毒药物的抗肿瘤作用,并且ZD1839抗肿瘤活性的提高并不要求这些肿瘤EGFR水平的高表达,提示对没有EGFR高水平表达的肿瘤,应用ZD1839联合细胞毒药物有很大的临床潜力。


    2.2 ZD1839与放疗联合应用的研究 EGFR的表达与肿瘤的放疗抵抗相关。最近证实EGFR信号传导在体外能增加放疗后细胞的增殖[13],并有人认为肿瘤细胞放疗后的修复部分是由于放疗后EGFR信号激活所致[19]。应用ZD1839可以抑制放疗后肿瘤的生长,提高放疗敏感性,增加治疗反应。在人类头颈部鳞状细胞癌的体外和移植物模型中应用ZD1839与放疗联合治疗[20],证实ZD1839明显提高了放疗反应,肿瘤抑制作用增强并且延缓了肿瘤的再生长和复发。Wlilliams等[21]在体外将LoVo细胞系(人类结肠癌细胞系)与ZD1839(0.5 microM)孵育1~5天后,分割放疗(2 Gyday(-1), days1-3)的抗增殖效应明显提高 (P=0.002)。对裸鼠LoVo人类结肠癌异种移植物模型研究了单剂量放疗(5Gy)及分割放疗(2Gy×5次)联合应用ZD1839对肿瘤的疗效,结果发现不论是单剂量放疗还是分割放疗,联合ZD1839,对肿瘤的生长抑制作用均增强(P≤0.001),而以分割形式放疗ZD1839的放疗增敏作用更明显,可能是由于放疗分割间期中ZD1839对再增殖细胞的抗增殖效应。


    Shintani S等[22]对5个头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)细胞系(HSC2, HSC3, HSC4, SCC25 and Ca9-22)测定了EGFR表达水平与放疗敏感性的关系,结果发现这些HNSCC细胞系的放疗敏感性差异很大,并且EGFR的表达也不同,EGFR 表达水平(EGFR numbers/cell)与肿瘤对放疗抵抗增加有关(f[x]= 4.54 X, R2 = 0.715;f[x]: EGFR numbers/cell, X: radiosensitivity; D10)。1.0 microM ZD1839 联合放疗(0~10 Gy)时,HNSCC细胞系的生长抑制作用增强,ZD1839可以改善肿瘤细胞对放疗的反应。Magne N 等[23]对6个头颈部细胞系研究了放疗联合ZD1839治疗的细胞毒效应,认为在放疗前给予ZD1839可以获得最好的效果(P=0.002)。


    Bianco 等[24]在ZD1839联合放疗在人类结肠癌(GEO)、卵巢癌(OVCAR-3)、非小细胞肺癌(A549和Calu-6)和乳腺癌(MCF-7 ADR)细胞系中都观察到了剂量依赖性生长抑制。电离辐射后给予ZD1839,观察到有抗增殖和促凋亡效应,并伴有抗凋亡蛋白bcl-xL和bcl-2表达和Akt蛋白的磷酸化形式的抑制。GEO异种移植物接受RT也为剂量依赖性生长抑制,这种抑制作用在治疗终止后可以逆转。RT联合ZD1839后有长期的GEO肿瘤生长抑制。联合治疗组小鼠的生存期同对照组相比(P < 0.001),同RT治疗组相比(P < 0.001), 或同ZD1839治疗组相比(P < 0.001)均明显延长。只有联合RT和ZD1839治疗组的小鼠生存达10周,并有10%的小鼠在26周后仍为无病生存。RT与ZD1839联合应用还伴随有TGFα、BEFG和bFGF在细胞表达的明显抑制,这导致GEO肿瘤中的抗血管生成作用。


    Solomon等[25]发现体外A431(过表达EGFR的人类阴道鳞状细胞系)放疗后应用ZD1839,细胞增殖减少,凋亡增加并且生存期缩短。A431异种移植物无胸腺裸鼠(100 mm3)接受10Gy单次分割或4天每天2.5 Gy分割放疗,联合或不联合ZD1839(75 mg/kg/d 腹腔给药10天)时对肿瘤生长的抑制效应。结果显示不论10Gy(提高比1.5)单次分割或是4天每天2.5 Gy分割放疗(提高比4)联合应用ZD1839后对肿瘤生长的延迟都有更强的效应。ZD1839 减少了肿瘤的血管分布,以及有EGF诱导的VEGF蛋白和mRNA的水平,提示有抑制血管生成的作用。用ZD1839抑制EGFR介导的信号传导途径可以加强单分割和多分割放疗效果的作用。


    She Y 等[26]也证实了ZD1839可以明显提高放疗的抗肿瘤活性。人类非小细胞肺癌(A549和SK-LC-16)和乳腺癌(MDA-MB468)和人类间皮瘤(JMN)模型中,当肿瘤达到0.4mm~0.6 mm后,开始予ZD1839的最大耐受剂量(MTD) (150 mg/kg ,每天1次×5天,连续2周),RT(总剂量40 Gy,分割放疗4 Gy/天×5 天,连续2周)及ZD1839与RT联合治疗。结果显示单独给予ZD1839一种肿瘤生长35%~40%,RT抑制18%~72%,联合治疗抑制50%~99%,并且联合应用并未增加毒性。


    3 总结与展望


    ZD1839是一种口服有活性和选择性的EGFR-TKI,阻断信号传导途径,抑制肿瘤细胞的增殖和血管生成,它的基础研究已经证实ZD1839对多种肿瘤有抗肿瘤活性,不论是间断给药还是持续给药,都具有很好的耐受性。在细胞系和异种移植物的研究中已经证实ZD1839同放疗或化疗联合应用具有附加的协同作用,可以提供抗肿瘤活性,为进一步联合治疗的临床试验提供了理论依据。


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