組蛋白伴侶FACT復合物抑制劑CBL0137
——惡性膠質瘤治療新藥物？

金明珠，徐 煜，金衛林

(1上海交通大學醫學院,上海200025；2上海交通大學電子信息與電氣工程學院,智能診療儀器工程中心,納米生物醫學工程研究所,上海200240)

0 引言

惡性膠質瘤(malignant gliomas,MG)惡性程度高,手術難以全部切除,放療、化療抗性也增加了治療的難度和治療后的復發率,導致惡性膠質瘤患者五年生存率僅為5.5%［1］。一方面,替莫唑胺(temozolomide,TMZ)作為一線化療藥物,其耐藥性機制的探索一直是當前研究的熱點。另一方面,尋找新型化療藥物也具有重要臨床意義和價值。

1 惡性膠質瘤治療的研究現狀

1.1 膠質瘤背景介紹惡性膠質瘤源自腦或脊柱中的膠質細胞,是最常見的惡性腦腫瘤,約占總腦腫瘤的30%,總惡性腦腫瘤的80%。根據病理特征,WHO將膠質瘤分為室管膜腫瘤、星形細胞腫瘤、少突膠質細胞腫瘤、少突-星形細胞瘤等。又根據腫瘤生物學行為,可分為瘤細胞核的多形性、核分裂象、有絲分裂的數目、內皮增生、組織有無壞死等,WHO采用四級法對膠質瘤進行分級,其中Ⅰ、Ⅱ級為低級別腫瘤,預后較好；Ⅲ、Ⅳ級為高級別腫瘤,預后差［2－3］。

星形細胞腫瘤好發于大腦額葉和顳葉,可見多葉受累。根據其組織學特征,可分為毛細胞型星形細胞瘤(WHOⅠ級)、彌漫性星形細胞瘤(WHOⅡ級)、間變型星形細胞瘤(WHOⅢ級)、膠質母細胞瘤(WHOⅣ級)等,其中膠質母細胞瘤惡性程度最高,發展迅速,預后極差［2－4］。

少突膠質細胞瘤(WHOⅡ級)和間變型少突膠質細胞瘤(WHOⅢ級)都好發于大腦半球的皮質和白質。少突膠質細胞瘤進展緩慢,間變型少突膠質細胞瘤進展迅速,難以徹底切除,術后都易復發［2－4］。

室管膜下瘤(WHOⅠ級)、黏液乳頭型室管膜瘤(WHOⅠ級)、室管膜瘤(WHOⅡ級)和間變型室管膜瘤(WHOⅢ級)可發生于腦室任意部位,進展緩慢。室管膜瘤是最常見的室管膜腫瘤,間變型室管膜瘤預后極差［2－4］。

惡性膠質瘤的病因尚未明確,浸潤性生長,手術難切除,預后差,易復發,所以關于惡性膠質瘤治療的研究十分重要。

1.2 膠質瘤分子分型根據基因表達譜,惡性膠質瘤主要分為前神經元型、神經元型、經典型以及間質［5］。每種亞型的分子特點均不相同,主要標志物包括血小板源性生長因子受體A(platelet derived growth factor receptor,PGFR)、異檸檬酸脫氫酶 1(isocitratede hydrogenase 1,IDH1)、表皮生長因子受體 (epidermal growth factor receptor,EGFR)、神經纖維瘤病Ⅰ型蛋白(neurofibromin 1,NF1)等,如前神經元型以PGFRA擴增和IDH1突變為主,間質型以NF1缺失,腫瘤壞死因子和 NF-κB 高表達為主［6］。又根據表觀遺傳水平,膠質瘤被分為膠質瘤CpG島甲基化表型(Glioma-CpGislandmethylator phenotype,G-CIMP)和非G-CIMP型。兩者的標志物也不相同,如G-CIMP型以甲基鳥嘌呤甲基轉移酶(methylguanine methyl transferase,MGMT)基因的DNA甲基化為主［6］。膠質瘤分子分型的深入理解將會對膠質瘤精準治療策略提供更好的理論依據。

1.3 膠質瘤治療現狀目前惡性膠質瘤的治療方法主要包括手術治療、放射治療、化學治療、免疫治療等。手術切除輔以術后放射治療、TMZ同期及輔助化療為標準治療方案［7］。通過手術切除腫瘤是最直接的治療方法,但是惡性膠質瘤呈浸潤性生長,與周圍組織界線不明顯,難以完全切除,故術后因輔以通過電離輻射作用的放射治療及通過化學藥物作用的化學治療抑制腫瘤。免疫治療逐步被重視,通過調節機體自身免疫防御機制抑制腫瘤,但目前仍在研究階段。其他還有光動力治療以及基因治療等［7］。盡管近年來的神經外科手術技術、設備以及放療的技術、設備都在不斷改善,但是療效改善有限。同時,標準治療方案療效仍不佳,復發率高。所以研究新的惡性膠質瘤治療方法尤其重要。

1.4 膠質瘤一線化療藥物——替莫唑胺TMZ是一線烷化劑類化療藥物,是咪唑四嗪的衍生物［8］。TMZ最初于1992年用來治療膠質母細胞瘤,隨后作為治療膠質母細胞瘤的一線藥物被應用于治療星形細胞瘤、膠質瘤、神經內分泌腫瘤等。在生理pH下,替莫唑胺自發水解,得到活性代謝物3-甲基-(三嗪-1-)咪唑-4-甲酰胺(MTIC)［9］,MTIC進一步水解生成甲肼。TMZ通過使DNA分子中鳥嘌呤的N7、O6位烷基化發揮抗腫瘤作用,誘導癌細胞死亡。TMZ可與放療聯合治療,隨后作為輔助治療。TMZ最大的優點是能夠透過血腦屏障,生物利用度接近100%。

2 TMZ臨床治療產生耐藥性

膠質瘤治療中常產生TMZ的耐藥性。現在研究發現TMZ耐藥有復雜的機制,包括EGFR的過表達,miRNA表達譜改變,DNA損傷的修復缺陷等。其中,最重要的TMZ耐藥機制與MGMT有關［8,10］。MGMT是一種DNA修復酶,可以修復TMZ產生的鳥嘌呤O6位置上的甲基。MGMT與鳥嘌呤O6位發生不可逆的結合,將甲基從鳥嘌呤上轉移至其催化中心上的半胱氨酸殘基,從而修復DNA,抑制TMZ以及其他烷基化試劑產生的細胞毒性。隨后MGMT失活,被蛋白酶體降解,不再循環發生作用。MGMT不僅可以去除DNA分子上鳥嘌呤O6位置的甲基,還可以去除其他烷基,但是相比之下,MGMT去除甲基的速度比去除其他烷基的速度快［8］。 研究［11］表明,O6-芐基胍(O6-benzylguanine,O6-BG)是一種特殊的MGMT抑制劑,主要通過將芐基共價轉移到MGMT的活性半胱氨酸殘基上,使其發生不可逆失活,消耗MGMT,保證替莫唑胺發揮抗腫瘤作用。但是,遺憾的是,O6-芐基胍不僅能恢復由于MGMT過表達而被抑制的替莫唑胺的活性,而且對正常細胞毒性較大,故不能在臨床上廣泛應用［11］。EGFR刺激細胞增殖、遷移、血管生成,同時野生型EGFR(即K-ras基因處于正常狀態)與配體結合激活EGFR下游的兩條主要信號通路:Ras/Raf/MEK/ERK-MAPK通路和 PI3K/Akt/mTOR通路,導致腫瘤抑制功能減弱,腫瘤細胞凋亡減少,對替莫唑胺產生耐藥性［12－14］。 研究［15］表明,拉帕替尼是一種酪氨酸激酶抑制劑,可阻斷EGFR通路,減弱對替莫唑胺的耐藥性,目前拉帕替尼被用于治療乳腺癌。眾多科學家和臨床醫生都試圖尋找膠質瘤治療TMZ的替代藥物,CBL0137就是其中一個具有潛力的候選藥物［13］(圖1a)。

圖1 CBL0137靶向FACT發揮惡性膠質瘤抗癌活性

3 CBL0137能夠靶向組蛋白伴侶——FACT復合物

近年來,Curaxin作為一種新的抗腫瘤候選藥物引起了廣泛關注。Curaxin可以通過調節促核染色質轉錄因子(facilitates chromatin transcription,FACT)激活 p53［16－17］。 Curaxin 的抗腫瘤作用與其結合 DNA的能力和誘導FACT緊密結合核染色質的能力密切相關。CBL0137屬于Curaxin系列中最有潛力的一種小分子,目前作為一種抗腫瘤藥物正在進行臨床試驗(NCT01905228,NCT02931110)［17］。 FACT 是一種異二聚蛋白復合物(圖1b),對于真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(polymeraseⅡ,PolⅡ)的轉錄和延長至關重要,其由SSRP1和SPT16兩個亞基組成,在很多腫瘤中FACT高表達［16］。例如,FACT在小細胞肺癌的始祖腫瘤細胞 (tumor-initiating cells,TIC)高表達,TIC會引起治療過程中對于順鉑的耐藥性。TIC對CBL0137十分敏感,因為其可以阻止負調節蛋白SP3與腫瘤抑制基因Notch1的啟動子結合,增加Notch1的表達,從而降低干細胞轉錄因子的表達水平［18］。

有文獻［19］報道,在非小細胞肺癌中,CBL0137靶向FACT,抑制NF-κB信號通道,與埃羅替尼(erlotinib)共同作用,抑制非小細胞肺癌腫瘤細胞生長。而在胰腺導管腺癌中,CBL0137可誘導大量增生的腫瘤細胞及胰腺癌干細胞凋亡［20］。重要的是,一項來源于小鼠模型動物實驗顯示CBL0137不是直接作用于小鼠乳腺腫瘤啟動子,而是抑制乳腺腫瘤癌變,在不傷害正常器官和組織的情況下,有效預防及緩解乳腺癌的發生［21］。同時,在胰導管腺癌、結直腸腺癌、黑色素瘤等腫瘤模型中,CBL0137也有很好的抗癌活性［20］。

4 CBL0137小分子在惡性膠質瘤治療中的臨床前研究

目前,CBL0137在惡性膠質瘤中的研究主要基于細胞系和小鼠移植瘤模型,膠質瘤細胞和動物模型上CBL0137 表現出很好的抗癌活性［13,17］。 FACT、NF-κB高表達和一些基因位點突變如EGFR是惡性膠質瘤及其他腫瘤的特征之一。和其他腫瘤如神經母細胞瘤、小細胞肺癌、胰腺導管癌一樣,CBL0137抗癌機制的研究也主要集中在其調節FACT功能上。

FACT在惡性膠質瘤中的水平遠高于正常腦組織,且在不同的亞型中,FACT表達水平不同。在高級別、低分化的腫瘤中,FACT的水平尤其高,因為FACT與干細胞標記物包括SOX2(sex determining region Y-box 2)、OCT4(octamer-binding transcription factor 4)、OLIG2(oligodendrocyte transcription factor 2)和NANOG轉錄有關,使細胞維持在未分化狀態,而CBL0137作為FACT的抑制劑,降低這些干性基因的表達水平［13］。CBL0137可通過血腦屏障激活p53,阻止 NF-κB轉錄,調節 Notch及熱休克因子(heat shock transcriptional factor 1,HSF1),從而抑制FACT 的功能,誘導腫瘤細胞死亡［18,22－24］(圖 1c)。

近年來,具有干性的腫瘤細胞被認為是導致腫瘤發生、低氧反應、治療抗性和復發的重要因素［25］。CD133表達與腫瘤自我更新和分化相關,CD133+的腫瘤細胞被認為更具有成瘤能力。基于分選出的CD133+和CD133－惡性膠質瘤細胞增殖和凋亡程度,Dermawan等［13］報道稱相較于 CD133－腫瘤細胞,CD133+腫瘤細胞對CBL0137更敏感。CBL0137使腫瘤干細胞均勻分裂向不均勻分裂轉化,促進細胞分化,從而有效抑制腫瘤細胞的生長和增殖。這一作用的完成依賴于FACT復合物的亞基SSRP1,與FACT表達水平相關,提示CBL0137對于腫瘤作用較正常腦組織更顯著。另一方面,TMZ耐藥性制約了惡性膠質瘤的治療效果。在 U87MG(TMZ-敏感)和A1207(TMZ-不敏感)細胞系實驗中,TMZ不僅能降低U87MG細胞系中NF-κB調控的IκBα表達,而且CBL0137在兩個細胞系中均能降低TNF誘導的轉錄增加。此外,在U87MG和A1207小鼠移植瘤模型中,CBL0137均能發揮抗癌作用,并且和TMZ聯用時,能增加惡性膠質瘤對 TMZ的敏感性［17］,提示CBL0137和TMZ作為化療聯合用藥的可能性。

5 討論與展望

目前,CBL0137用于治療淋巴瘤與轉移性或不可切除的晚期實體瘤在美國正處于一期臨床試驗(NCT01905228；NCT02931110),但 CBL0137 在惡性膠質瘤中的研究還非常局限,更多機制需要探討。

腫瘤微環境如缺氧高水平活性氧(ROS)也會對藥物效用產生影響［25］,因此構建能夠模擬腫瘤微環境和異質性的惡性膠質瘤類器官體作為體外實驗模型會比細胞系的研究更能模擬真實腫瘤的情況［26］。

值得肯定的是,CBL0137能靶向惡性膠質瘤腫瘤干細胞,抑制FACT功能達到抗癌效果,且能穿過血腦屏障,為其臨床應用提供可能性。然而,從實驗結果到臨床轉化還需要更多投入和實踐。未來,多中心針對CBL0137抗癌活性臨床研究的開展及CBL0137聯合TMZ化療、CBL0137化療聯合免疫治療等綜合治療方式的深入研究將為惡性膠質瘤難治、易復發的現狀帶來新的希望。

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