发现和开发中的mTOR抑制剂

发现和开发中的mTOR抑制剂

mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，属于磷脂酰-3激酶（PI3K）相关激酶（PIKKs）家族。mTOR调控细胞代谢、生长和增殖，因此是许多mTOR抑制剂的研究目标。

mTOR影响下游通路并形成两个复合物mTORC1和mTORC2，研究最深入的mTOR抑制剂是rapalogs（雷帕霉素及类似物），已经在多种肿瘤的临床研究中显示效果。

雷帕霉素1975年由微生物提取的大环内酯类化合物，最初发现具有抗真菌作用，随后发现具有免疫抑制活性成为一种免疫抑制剂，1980年发现具有抗肿瘤活性，但机制不明确，直到1990年在药物靶点研究中发现能够抑制细胞增殖以及细胞周期进程。mTOR抑制剂的研究已成为不断增长的科学分支，具有广阔的前景。

一般地，蛋白激酶根据其底物特异性分为蛋白酪氨酸激酶和蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶；蛋白激酶成为目前流行的药物靶点。目前已针对靶点发现和设计小分子抑制剂和生物制剂作为潜在的治疗药物。小分子抑制剂通常抑制蛋白底物的磷酸化或激酶自身磷酸化。

人类癌症的mTOR信号通路

许多人类癌症发生由于mTOR信号转导失调，对mTOR抑制剂赋予更高的敏感性。mTOR通路多种元素失调（如PI3K扩增/突变、PTEN功能缺失、AKT过度表达以及S6K1、4EBP1、elF4E过度表达）与许多类型的肿瘤相关。因此，mTOR是一个多种肿瘤有趣的治疗靶点无论是mTOR抑制剂本身或与其他通路抑制剂联合使用。上游，PI3K信号转导失调通过各种机制包括生长因子过度表达或激活如HER-2（EGFR-2）和IGFR、PI3K突变、AKT突变/扩增。肿瘤抑制基因磷酸酶和10号染色体删除张力蛋白同源物（PTEN）是PI3K

信号转导负性调节子。许多肿瘤PTEN表达减少并通过几种机制（包括基因突变、杂合性缺失、甲基化和蛋白不稳定）下调。下游，mTOR效应子S6激酶1（S6K1）真核起始因子4E-结合蛋白1（4EBP1）和真核起始因子4E（elF4E）与细胞转化有关。S6K1是一个细胞生长关键调节子并且也磷酸化其他重要靶点。elF4E与S6K1包含于细胞转化中并且过度表达与肿瘤预后差相关。

第一代mTOR抑制剂

1990年再次开展研究雷帕霉素作为抗肿瘤药物起于Temsirlimus（CCI-779）的发现，这是一种水溶性雷帕霉素衍生物，动物试验证实毒理特性得到改善。此后更多的改善药动学和降低免疫抑制作用的衍生物被开发用于治疗癌症。其中包括temsirolimus (CCI-779)、everolimus (RAD001)、ridaforolimus (AP-23573)已用于临床评价治疗效果。这些类似物与雷帕霉素具有相似的治疗效果，而且亲水性获得提高，可以用于口服或静脉注射。2012年美国国家癌症研究所（NCI）列出了超过200个临床试验Rapalogs作为单用或联合治疗多种类型的肿瘤测试其抗肿瘤活性。

Rapalogs作为第一代mTOR抑制剂在广泛的临床前模型中被证明有效。然而临床试验成功仅限于几种肿瘤。动物和临床研究表明Rapalogs主要是细胞增殖抑制剂，因此是有效的疾病稳定剂而不是康复剂。Rapalogs作为单一用药固体肿瘤反应率已经是足够的。如前提到的部分抑制mTOR信号通路Rapalogs至少单独使用不足以实现广泛和强大的抗肿瘤效果。

另一个限制因素是在某些肿瘤mTOR1和AKT之间存在一种反馈回路。Rapalogs抑制mTORC1失败似乎是阻止导致AKT磷酸化和激活的负反馈回路的结果。这些限制因素导致第二代mTOR抑制剂的研制。

雷帕霉素和Rapalogs

雷帕霉素和类似物（Rapalogs）是开发用于治疗肿瘤的小分子抑制剂。与目药雷帕霉素相比尽管具有相同的结合位点mTOR和FKBP12，但药代动力学特性得到改善。

西罗莫司

抗生素西罗莫司或雷帕霉素是一种细胞增殖抑制剂，在欧美已被用于和类固醇、环孢霉素联合治疗肾移植患者防止器官排斥，但药代动力学特性却不令人满意。2003年FDA批准西罗莫司用于冠状动脉狭窄或动脉粥样硬化患者洗脱冠脉支架。

近期雷帕霉素在几种人类肿瘤和鼠细胞系显示生长抑制效果。雷帕霉素是主要的mTOR抑制剂，但deforolimus (AP23573)、everolimus (RAD001)、temsirolimus (CCI-779)是新开发的雷帕霉素类似物。

Temsirolimus西罗莫司脂化物

西罗莫司脂化物也是延迟肿瘤细胞生长的非细胞毒药物。西罗莫司脂化物是雷帕霉素的前药，FDA和EMEA批准治疗肾细胞癌（RCC）。与雷帕霉素相比水溶性更高并且能够静脉注射。2007年FDA批准可用于治疗晚期肾癌。

Everolimus依维莫司

依维莫司是第二个雷帕霉素类似物，2009年至2011年FDA批准用于Sunitinib和Sorafenib治疗失败的晚期肾细胞癌、伴有结节硬化的室管膜下巨细胞星形细胞瘤（SEGA）、胰腺起源的渐进性神经内分泌肿瘤（PNET）。2012年批准联合依西美坦治疗

晚期激素受体阳性HER2阴性乳腺癌。

Deforolimus

Deforolimus (AP23573, MK-8669)、Ridaforolimus是最新的雷帕霉素类似物并且不是前药，像Temsirolimus可以静脉注射和口服。

第二代mTOR抑制剂

第二代mTOR抑制剂被称为ATP竞争性mTOR激酶抑制剂。设计的mTORC1/mTORC2双抑制剂在mTOR催化位点与ATP竞争结合。它们抑制mTORC1/mTORC2所有激酶依赖性作用，因此阻断PI3K/AKT信号反馈激活，而不像Rapalogs仅针对mTORC1。这些类型的抑制剂已在开发并且几种已在临床测试。像Rapalogs一样，在许多肿瘤细胞系和人类肿瘤减少蛋白翻译、弱化细胞周期进程并抑制血管生成。事实上已证明比Rapalogs更有潜力。

理论上讲，这些mTOR抑制剂最重要的优势除是mTORC1更好的抑制剂而且通过mTORC2阻断相当程度的减少AKT磷酸化。但是某些障碍还存在。即使这些化合物在雷帕霉素敏感细胞系显示有效性，在Kras驱动肿瘤仅显示有限度的成功。这表明治疗这些肿瘤组合疗法是必需的。潜在的毒性是另一个问题，产生长期使用效果忧虑。

mTOR与PI3K通路的密切相互作用，也引导mTOR/PI3K双功能抑制的研制。同时针对两种激酶减少典型的由mTORC1抑制引起的PI3K上调。PI3K/mTOR抑制剂已显示通过诱导不同的肿瘤细胞G1期停滞强有力的阻断增生。强烈的诱导凋亡和自噬也可见。尽管取得了良好有希望的结果但临床前证明某些肿瘤对这种双抑制不敏感。双PI3K/mTOR

抑制剂也可能毒性增强。

作用机理

雷帕霉素作为免疫抑制剂研究使我们能够认识其作用机制，它能够抑制T细胞增殖以及几种细胞因子包括IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-6、IGF、PDGF和CSFBs诱导的增殖反应。雷帕霉素抑制剂和Rapalogs能够直接或间接针对肿瘤生长。对肿瘤细胞的直接影响依赖药物浓度和某些细胞特征。间接方式基于与肿瘤血管生成所需过程的相互作用。

肿瘤细胞的影响

雷帕霉素和Rapalogs通过甲氧基交联亲免蛋白FK506结合蛋白、他克莫司或FKBP12。