以TOP1為靶點的抗腫瘤藥物的研究進展

摘要：TOP1是眾多抗腫瘤藥物作用的有效靶點，本文綜述了近年來以TOP1為靶點的抗腫瘤藥物的研究進展，闡明了現有抗腫瘤活性DNA拓撲異構酶I抑制劑種類，作用機制以及耐藥性，對已批準上市TOP1抑制劑臨床使用情況進行了概述。最后，針對如何提高TOP1抑制劑靶向性策略進行了總結，為抗腫瘤藥物臨床研究提供了理論基礎

關鍵詞：抗腫瘤;DNA拓撲異構酶1;靶點

【中圖分類號】R97 ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A ? ? ? ? ? ? 【文章編號】2107-2306（2021）07-102-01

人類通過編碼TOP1， TOP1MT， TOP2a，TOP2b， TOP3a和 TOP3b六種拓撲異構酶，將直徑6毫米長2米的DNA折疊近300萬倍使其包含在細胞核內。DNA拓撲異構酶I （TOP I）細胞代謝過程中控制DNA拓撲結構的重要核酶。通過親核攻擊DNA磷酸二酯鍵的酪氨酸活性位點使DNA的一條鏈發生斷裂并與之結合，形成TOP1-DNA共價復合物，DNA TOP I抑制劑則能穩定TOP1-DNA共價復合物，使斷裂的DNA單鏈無法連接，造成DNA損傷。因此，DNA拓撲異構酶I是發現抗腫瘤藥物的有效靶點，伊立替康，拓撲替康，10-羥基喜樹堿，belotecan，阿霉素（以及其他蒽環類衍生物）和米托蒽酮等DNA拓撲異構酶I抑制劑已被FDA批準使用[1]。

1.具有抗腫瘤活性DNA拓撲異構酶I抑制劑種類

以DNA拓撲異構酶I 為作用靶點，通過構效關系分析，對天然化合物進行結構改造獲得的衍生物，是目前新型抗腫瘤topo I抑制劑研發的主要來源。喜樹堿是一類以Top1為靶標的強效抗腫瘤藥物，但是由于其化學不穩定性、血漿半衰期短、多藥耐藥ABC轉運體等缺陷，需要對其進行結構改造，通過一系列的化學反應，合成了一系列新的先導化合物。除了針對單一靶點的藥物研究外，多靶點抗腫瘤藥物研究同樣是藥物開發的熱點。LMP517是以吲哚異喹啉為基礎，對其進行結構修飾所獲得的同時具備topo I和TOP2抑制活性的多靶標抗腫瘤先導化合物。該化合物對H82（小細胞肺癌）細胞的抑制能力優于母體化合物[2]。

2.DNA拓撲異構酶I抑制劑作用機制及其耐藥性產生

敲除topo I或者過表達topo I后，喜樹堿對細胞的殺傷能力均會減弱，更進一步，發生topo I基因突變的細胞對喜樹堿的能產生明顯的抗性，因此，topo I是喜樹堿發揮抗腫瘤活性的重要靶點。相較于TOP1-DNA共價復合物的形成，復制叉被阻斷才是導致細胞死亡的根本原因。另外，在DNA復制過程中，DNA拓撲異構酶I抑制劑通過形成穩定的TOP1-DNA共價復合物來阻止復制叉的進程，從而導致DNA斷裂，引發細胞毒性。

TOP1-DNA共價復合物被DNA拓撲異構酶I抑制劑捕獲后，被迅速地磺酰化、泛素化然后被蛋白酶體降解。DNA修復和DNA磷酸酶可以通過水解TOP1和DNA之間的DNA -蛋白交叉連接鍵來降低topo I的活性。PARP1 和 ATR是細胞對DNA拓撲異構酶I抑制劑產生耐藥性的兩個關鍵蛋白。PARP1通過以下方式產生耐藥性：首先，可以使DNA磷酸酶在細胞內聚集，從而提高細胞對TOP1-DNA共價復合物的修復能力。然后，通過調節topo I在細胞核的分布情況來減少TOP1-DNA共價復合物的產生。最后，逆轉復制叉，減小DNA損失。ATR及其下游激酶CHEK1可以短暫的停止復制叉來阻止TOP1-DNA共價復合物形成，并能對損失的復制叉進行修復，這兩種機制是細胞對DNA拓撲異構酶I抑制劑產生耐壓性的根本原因[3]。

3.批準上市TOP1抑制劑及其局限性

19世紀70年代，喜樹堿作為DNA拓撲異構酶I抑制劑首次進入臨床使用，由于種種客觀原因，最終未能批準臨床使用，隨后，人們不斷的對其進行了結構改造，最終，其衍生物伊立替康和拓撲替康被批準臨床使用。伊立替康是一種先導藥物，在細胞內，羧酸酯酶通過水解將其轉化為活性代謝產物SN-38，通過調節胞內ph值使兩者在活性內酯與非活性羧酸酯間相互轉換，從而發揮藥理活性。在藥物注射初期，SN-38在患者體內濃度最高，平均半衰期約為大約為10-20小時，最后通過葡萄糖醛酸酸化和膽汁排泄等方式將其排除體外。

4.TOP1抑制劑靶向性研究

如何提高具有抗腫瘤活性TOP1抑制劑靶向性一直是近年來研究的熱點。各種不同的靶向藥物輸送策略正在進行臨床研究，包括：脂質體技術，納米顆粒技術和偶聯單克隆抗體等。2015年，伊立替康的納米脂質體 （MM-398， Onivyde）獲批用于胰腺癌治療，脂質體的設計目的是延長藥物在體內的作用時間，同時幫助藥物靶向作用于腫瘤，與游離的伊立替康相比較，被納米脂質體包裹的伊立替康釋放速度更慢，半衰期更長，血藥濃度更低以及更高的藥代動力學活性。在臨床實驗中，在臨床前模型中，伊立替康的納米脂質體比伊立替康低5倍，但是對瘤體的抗腫瘤活性還更強。依據EPR效應，大分子藥物包括脂質體不能透過血管進入正常組織，但在腫瘤組織蓄積量增加，停留時間延長，納米顆粒輸送進一步加強了藥物向腫瘤組織的遞送能力，一般是正常狀態下的兩倍。但是另一方面，納米顆粒輸送效率受到體內吞噬系統包括肝、脾和其他具有吞噬功能的器官，他們有可能將納米粒子作為外來營養物質進行吞噬，吸收，從而降低藥效，因此，納米顆粒受體內EPR效應和吞噬協同作用。

5.小結與展望

TOP1是腫瘤治療的一個重要靶點，目前已有被證實具有TOP1抑制能力的化合物種類很多，但是有效用于臨床的比較少，最成功的還是喜樹堿類化合物，其它絕大多數的化合物抗腫瘤活性研究大多集中在體外細胞水平，體內藥代動力學活性和體內毒副作用是限制這些藥物臨床研究的最主要的因素。要克服這些缺點，需要我們更進一步的研究，我們要擴大現有的TOP1抑制劑化合物庫，通過尋找先的天然產物，或者對現有化合物進行結構修飾得到一系列的衍生物，進一步擴大我們可以篩選的化合物數量。

參考文獻：

[1]Thomas A， Pommier Y. Targeting topoisomerase I in the era of precision medicine. Clin Cancer Res 2019; 25：6581–9.

[2]Marzi Laetitia et al. The Indenoisoquinoline LMP517： A Novel Antitumor Agent Targeting both TOP1 and TOP2.[J]. Molecular cancer therapeutics， 2020， 19（8） ： 1589-1597.

作者簡介：俞婷，女，漢，浙江臨安，1990.4.29，本科，主管藥師，臨安區中醫院，藥理學