抗肿瘤药物的研发之难
编者按：
近年来，随着分子生物学技术的迅速发展，从分子、细胞水平上对恶性肿瘤细胞的异常增殖、浸润和转移等机制有了进一步的认识，肿瘤的分子靶向治疗也随之向前迈进了一大步。目前，全球有近80种靶向治疗药物正在进行临床研究，靶向治疗药物的研发已涉及各个类别的肿瘤，包括乳腺癌、肺癌、淋巴瘤等等。尽管肿瘤的靶向治疗经过近10多年来的研究，取得了许多具有里程碑意义的成就。但肿瘤的药物研发中仍然存在着很多问题亟待解决。
当肿瘤靶向治疗药物研发还处于方兴未艾之时，药物基因组学技术的逐渐成熟，又将引领肿瘤药物的研发进入一个全新的时代。随着肿瘤分子生物学的发展和人类基因组序列的破解，药物基因组学技术在新药研发中所产生的作用将远远超出我们现有的想象，而在未来的临床实践中，医生完全有可能根据患者的基因表达状态，为患者制定更为个性化的治疗方案，以此达到最佳治疗效果。
肿瘤仍然非常常见，而且毫不留情地夺走人类的性命。虽然在抗肿瘤药物研发方面的投入已是天价，但是开发出来的药物却是各领域中最少的，其成功率比心血管领域低3倍多，而且最终获得的仅是总体治疗结局的改善。到目前为止，在抗肿瘤药物研发中仅有几个较为成功的案例，例如伊马替尼(imatinib，商品名：格列卫)对慢性髓性白血病(CML)的治疗。
, 百拇医药
药物研发总体来说都比较困难，本文只讨论在抗肿瘤药物研发领域所面临的一些特殊性的困难。
靶点：重要与非重要
对于抗肿瘤药物的靶点，最基本的区别是其具有重要功能还是非重要功能。
重要靶点指的是，人体内至少有一种必需的功能细胞的存活依赖此靶点。针对这些重要功能的抑制剂，治疗窗比较窄。对于哺乳动物，区分重要和非重要的基因是不太容易的。将突变基因敲除的鼠模型有利于进行遗传因素的确定，此类实验表明，大多数主要的致癌基因是人体本来就具有的。所以，针对活性致癌基因靶点的药物有严重的副反应风险。
通过对重要的功能进行抑制以杀伤肿瘤细胞，可造成对正常细胞靶点的毒性。临床医生通过分析肿瘤细胞和正常组织之间剂量-反应和药物分布的差异，来寻找治疗窗。虽然正常细胞的生命力很强，但是也有一个底线，例如，大多数器官在组织损伤超过90%时则无法存活。但是有证据表明，肿瘤细胞剩余10%时，在抗肿瘤药物的作用下它们仍然可以增殖扩散，那么这种治疗方案的疗效就有限。这一矛盾是抗肿瘤治疗所面临的挑战之一。
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被批准用于肿瘤治疗的药物已有将近200种，而且有成百上千的药物还在研发之中，涉及的作用机制和种类甚多。几十年以来，药物的研发都是针对细胞的重要功能，以选择性地杀伤细胞，即传统的细胞毒素类药物。这些药物包括具有多重作用的化合药品，例如DNA修饰药物(顺铂)，以及干扰特定生理过程如微管聚合(如紫杉醇)、代谢物合成以及染色体拓扑(伊立替康)的药物。在抗肿瘤药物研发历史上针对重要功能靶点的一个例外是抗激素治疗药物，如雌激素受体调节剂(他莫昔芬)以及芳香酶抑制剂(来曲唑)，抗激素靶点被定义为非重要功能靶点，因为其功能与某种人体非必需的正常组织有关，例如乳腺上皮细胞。
在过去几年的时间里，各种新型的靶向药物不断问世。有些药物与细胞内重要的蛋白相结合，因此与传统的细胞毒素类药物不易区分开来。新型的药物包括针对细胞分裂的药物(例如极光激酶抑制剂和细胞周期蛋白依赖性激酶)以及针对其他生理过程的药物，例如以蛋白质周转(如bortezomib)和染色质修饰(组蛋白乙酰酶抑制剂)为靶点的药物。这些新型的药物可被称为“新型细胞毒素药物”。虽然此类药物通常是经过复杂的靶点筛选以及医学化学方面的各种努力而研发成功，但是很难说这些药物与传统的细胞毒素药物相比有何优势。虽然如此，此类药物还是由于其不同的作用机制并且是新型的化学分子，而吸引了各方的注意。若要获得更宽的治疗窗，就要更精确地确定药物对蛋白的选择性，从而避免抑制重要的细胞功能，而只针对在肿瘤细胞中显著表达的蛋白家族发生作用。
, 百拇医药
其他一些最近研发的小分子药物所针对的重要信号途径和大多数的激酶，都是在正常成年人细胞中不重要的。其治疗机制与传统的和新型的细胞毒素类药物不同。伊马替尼是此类新型抗肿瘤药物的一个典型。其靶点为突变的酪氨酸激酶，在CML患者的细胞中通过染色体易位而被激活，该药对这种突变的蛋白质有独特的选择性。这可能是伊马替尼对CML患者高度有效，而且作为慢性维持治疗时耐受性良好的原因之一。这两种特性对抗肿瘤药物来说比较罕见。
需要指出的是，许多我们所熟悉的蛋白激酶都具有重要的作用。例如AKT蛋白、mTOR(也称作FRAP1)以及细胞外信号调节激酶(ERK，也称作MAPK1)，都涉及重要的存活和增生途径。这就意味着，通过抑制这些激酶，可能会产生类似细胞毒素药物的作用，治疗窗会比较窄。但是相反，像ABL、表皮生长因子受体(EGFR)和HER2/neu(ERBB2)激酶都存在于信号途径的上游，因此，不是所有的细胞都需要这些激酶，对其进行抑制不易产生显著的细胞毒性。针对ABL和EGFR靶点的小分子药物的副作用通常与遗传和表达因素有关，如骨髓抑制和皮疹。相反，MAPK/ERK激酶和mTOR抑制剂在最大耐受剂量时的毒性则更为显著，疗效则一般。
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贝伐单抗，一种针对血管内皮生长因子的单克隆抗体。据观察，该药在临床应用中成绩卓著，但也有稍许令人失望的地方。在几项研究中，同时给予抗体和化疗药物，对所有新型药物都不敏感的患者接受贝伐单抗治疗后，存活期延长了几个月。从疗效角度来讲，该药已成为一种有效的化疗药物，而且对大多数肿瘤都有效，统计学分析也显示有意义，但是其对晚期肿瘤的有效性却有限。
利妥昔单抗(rituximab，Rituxan)和曲妥珠单抗(trastuzumab，Herceptin)是单克隆抗体，可与成年人组织中较少表达的非重要蛋白结合。此类药物的作用机制仍待进一步探讨。利妥昔单抗依赖CD20的表达，与非霍奇金淋巴瘤的细胞结合并将其破坏。这一作用使得该药与单独化疗相比，患者2年存活率增加了85%~95%。曲妥珠单抗对过度表达HER2/neu蛋白的肿瘤有效，该药使过度表达HER2/neu的患者20个月内的疾病复发率减少了50%。这是一项实质性的进步，但是也说明一些乳腺癌患者可能早就存在耐药性，还有一些患者可能是在治疗过程中发生耐药。
, 百拇医药
药物：选择性与多靶点
如果没有相应的药物，那么一个好的靶点也是无用的。
要使药物达到最优化的目的，就要开发出能够选择性、精确抑制某一靶点的小分子。许多传统的细胞毒药物，虽然杀伤性、破坏能力很强，但是能够与其分子靶点发生高度特异性的相互作用。例如甲氨喋呤，可以在非常低的浓度下与二氢叶酸还原酶(DHFR)结合，而且比与二级靶点胸苷酸合成酶(thymidylate synthase,TS)的结合优先多倍。从化学和药理学的观点来看，这些都是很好的化合物。它们所产生的间接伤害与作用机制密切相关，是靶点的生物学作用产生的结果。
药物的毒性也可能与靶点无关，而是对未知的功能产生抑制的结果。大多数情况下，药物所产生的临床效应通常是靶点作用和靶点以外的作用混合的结果。由于临床医生逐步增加剂量，药物在靶点外的作用就会逐步增加，从而导致产生毒性，但也可能是使疗效增加。随着药物所涉及的生理功能的增多，副作用也不可避免地增加，而其抗肿瘤作用的增加可能正好与其增加的毒性相抵消。靶点外的副作用对于小分子药物来说很常见，而且对于针对蛋白家族中较为保守的靶点的抑制剂(如激酶)，则副作用更为明显。生物制剂，包括抗体药物，最为明显的一个特点就是未知的、靶点外的作用明显减少。此类药物通常对靶点有高度选择性，靶点外毒副作用的影响也最小，而且药物的疗效和与靶点有关的毒性都在合理的范围内。
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伊马替尼：药物研发的新标准？
虽然伊马替尼的问世是抗肿瘤药物研发史上的一项革命，但伊马替尼也可能遇到问题。
伊马替尼对CML慢性期的疗效较急性期好，血液学反应率分别为97%与49%。同时，许多急性期治疗有反应的患者在数月内可能复发。这说明靶向药物可能遇到了与细胞毒素类药物同样的问题：进展期肿瘤的低反应性和获得性耐药。
埃罗替尼(erlotinib，Tarceva; OSI/Genentech)——另一种研发成功的信号转导抑制剂，也引起了广泛的关注。埃罗替尼的靶点是EGFR激酶，它能够延长非小细胞肺癌患者的存活期。早期临床研究表明，对有EGFR突变的肿瘤患者，其作用会大大增强。但是，此后的研究发现，与突变有关的治疗反应是不持久的。
伊马替尼、埃罗替尼和曲妥珠单抗的临床成功说明了一个问题，即肿瘤的遗传变异或扩增可能依赖于一种特殊的蛋白，针对突变靶点或过度表达的蛋白质的药物，有可能会产生显著的单药疗效。但是，越来越多的证据表明，至少对于进展期或致命性的肿瘤来说，这种依赖性可能已经消失。急性期的CML就是一个例子。慢性期的肿瘤较为敏感，而晚期、急性期的肿瘤细胞通常是耐药的。即使对治疗产生反应也通常会随后发生突变，而导致耐药的发生。虽然有小部分发生耐药者可被药物逆转，例如第二代的BCR-ABL抑制剂dasatinib(Sprycel)，对伊马替尼不敏感的BCR-ABL突变细胞，该药也有疗效。但要使单一的一种BCR-ABL抑制剂同时能抑制所有突变的酶，又具有高度的选择性以保证临床安全性是不可能的。能否像治疗艾滋病的鸡尾酒疗法一样将此类药物联合应用，还有待进一步的研究和探讨。即使联合用药可以覆盖所有的突变株，但是肿瘤对BCR-ABL的依赖性可能会消失，有关的动物实验已证明如此。
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肿瘤的发生可能是由于某种特定的原因，但是在其生长过程中，又会受到很多的因素影响而不断发生变异。所以，对于肿瘤的治疗最后都不得不采取联合治疗的方案，只针对单一的某种功能进行治疗是比较有风险的。伊马替尼治疗慢性期CML的成功案例揭示了获得成功所必需的几个因素：第一，肿瘤的增生依赖于某一特定的靶点，这一靶点对于大多数正常细胞来说是不重要的；第二，开发出相对具有选择性的激酶抑制剂；第三，能够明确筛选出对药物治疗有反应的患者。
结语
如果寄希望于短时期内再研发出类似伊马替尼的药物是不太可能的，肿瘤药物研发领域的科学家应该采取什么策略？对于靶点的选择，在重要和非重要的功能靶点之间进行平衡需要谨慎。继续向抑制重要蛋白的方向努力，可能只能使患者所得到的益处有所增加。但是，只针对非重要靶点的研究可能由于疗效欠缺而导致失败。确定肿瘤的非重要靶点，要依赖于更为精确的计算机和实验模型，也不是一项简单的工作。寻找“致命性”的药物靶点，该靶点只对发生突变的肿瘤细胞重要，在理论上非常吸引人。但是，寻找这样的基因，可能会由于肿瘤的异质性和检测工具的能力有限而难以成功。
虽然还面临着很大的挑战，但是问题不是不能解决的，清楚了解难题所在，并有针对性地实施相关策略，最终，肿瘤将会在新药的不断冲击之下而被制服。, 百拇医药(海上飞鱼 编译)
近年来，随着分子生物学技术的迅速发展，从分子、细胞水平上对恶性肿瘤细胞的异常增殖、浸润和转移等机制有了进一步的认识，肿瘤的分子靶向治疗也随之向前迈进了一大步。目前，全球有近80种靶向治疗药物正在进行临床研究，靶向治疗药物的研发已涉及各个类别的肿瘤，包括乳腺癌、肺癌、淋巴瘤等等。尽管肿瘤的靶向治疗经过近10多年来的研究，取得了许多具有里程碑意义的成就。但肿瘤的药物研发中仍然存在着很多问题亟待解决。
当肿瘤靶向治疗药物研发还处于方兴未艾之时，药物基因组学技术的逐渐成熟，又将引领肿瘤药物的研发进入一个全新的时代。随着肿瘤分子生物学的发展和人类基因组序列的破解，药物基因组学技术在新药研发中所产生的作用将远远超出我们现有的想象，而在未来的临床实践中，医生完全有可能根据患者的基因表达状态，为患者制定更为个性化的治疗方案，以此达到最佳治疗效果。
肿瘤仍然非常常见，而且毫不留情地夺走人类的性命。虽然在抗肿瘤药物研发方面的投入已是天价，但是开发出来的药物却是各领域中最少的，其成功率比心血管领域低3倍多，而且最终获得的仅是总体治疗结局的改善。到目前为止，在抗肿瘤药物研发中仅有几个较为成功的案例，例如伊马替尼(imatinib，商品名：格列卫)对慢性髓性白血病(CML)的治疗。
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药物研发总体来说都比较困难，本文只讨论在抗肿瘤药物研发领域所面临的一些特殊性的困难。
靶点：重要与非重要
对于抗肿瘤药物的靶点，最基本的区别是其具有重要功能还是非重要功能。
重要靶点指的是，人体内至少有一种必需的功能细胞的存活依赖此靶点。针对这些重要功能的抑制剂，治疗窗比较窄。对于哺乳动物，区分重要和非重要的基因是不太容易的。将突变基因敲除的鼠模型有利于进行遗传因素的确定，此类实验表明，大多数主要的致癌基因是人体本来就具有的。所以，针对活性致癌基因靶点的药物有严重的副反应风险。
通过对重要的功能进行抑制以杀伤肿瘤细胞，可造成对正常细胞靶点的毒性。临床医生通过分析肿瘤细胞和正常组织之间剂量-反应和药物分布的差异，来寻找治疗窗。虽然正常细胞的生命力很强，但是也有一个底线，例如，大多数器官在组织损伤超过90%时则无法存活。但是有证据表明，肿瘤细胞剩余10%时，在抗肿瘤药物的作用下它们仍然可以增殖扩散，那么这种治疗方案的疗效就有限。这一矛盾是抗肿瘤治疗所面临的挑战之一。
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被批准用于肿瘤治疗的药物已有将近200种，而且有成百上千的药物还在研发之中，涉及的作用机制和种类甚多。几十年以来，药物的研发都是针对细胞的重要功能，以选择性地杀伤细胞，即传统的细胞毒素类药物。这些药物包括具有多重作用的化合药品，例如DNA修饰药物(顺铂)，以及干扰特定生理过程如微管聚合(如紫杉醇)、代谢物合成以及染色体拓扑(伊立替康)的药物。在抗肿瘤药物研发历史上针对重要功能靶点的一个例外是抗激素治疗药物，如雌激素受体调节剂(他莫昔芬)以及芳香酶抑制剂(来曲唑)，抗激素靶点被定义为非重要功能靶点，因为其功能与某种人体非必需的正常组织有关，例如乳腺上皮细胞。
在过去几年的时间里，各种新型的靶向药物不断问世。有些药物与细胞内重要的蛋白相结合，因此与传统的细胞毒素类药物不易区分开来。新型的药物包括针对细胞分裂的药物(例如极光激酶抑制剂和细胞周期蛋白依赖性激酶)以及针对其他生理过程的药物，例如以蛋白质周转(如bortezomib)和染色质修饰(组蛋白乙酰酶抑制剂)为靶点的药物。这些新型的药物可被称为“新型细胞毒素药物”。虽然此类药物通常是经过复杂的靶点筛选以及医学化学方面的各种努力而研发成功，但是很难说这些药物与传统的细胞毒素药物相比有何优势。虽然如此，此类药物还是由于其不同的作用机制并且是新型的化学分子，而吸引了各方的注意。若要获得更宽的治疗窗，就要更精确地确定药物对蛋白的选择性，从而避免抑制重要的细胞功能，而只针对在肿瘤细胞中显著表达的蛋白家族发生作用。
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其他一些最近研发的小分子药物所针对的重要信号途径和大多数的激酶，都是在正常成年人细胞中不重要的。其治疗机制与传统的和新型的细胞毒素类药物不同。伊马替尼是此类新型抗肿瘤药物的一个典型。其靶点为突变的酪氨酸激酶，在CML患者的细胞中通过染色体易位而被激活，该药对这种突变的蛋白质有独特的选择性。这可能是伊马替尼对CML患者高度有效，而且作为慢性维持治疗时耐受性良好的原因之一。这两种特性对抗肿瘤药物来说比较罕见。
需要指出的是，许多我们所熟悉的蛋白激酶都具有重要的作用。例如AKT蛋白、mTOR(也称作FRAP1)以及细胞外信号调节激酶(ERK，也称作MAPK1)，都涉及重要的存活和增生途径。这就意味着，通过抑制这些激酶，可能会产生类似细胞毒素药物的作用，治疗窗会比较窄。但是相反，像ABL、表皮生长因子受体(EGFR)和HER2/neu(ERBB2)激酶都存在于信号途径的上游，因此，不是所有的细胞都需要这些激酶，对其进行抑制不易产生显著的细胞毒性。针对ABL和EGFR靶点的小分子药物的副作用通常与遗传和表达因素有关，如骨髓抑制和皮疹。相反，MAPK/ERK激酶和mTOR抑制剂在最大耐受剂量时的毒性则更为显著，疗效则一般。
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贝伐单抗，一种针对血管内皮生长因子的单克隆抗体。据观察，该药在临床应用中成绩卓著，但也有稍许令人失望的地方。在几项研究中，同时给予抗体和化疗药物，对所有新型药物都不敏感的患者接受贝伐单抗治疗后，存活期延长了几个月。从疗效角度来讲，该药已成为一种有效的化疗药物，而且对大多数肿瘤都有效，统计学分析也显示有意义，但是其对晚期肿瘤的有效性却有限。
利妥昔单抗(rituximab，Rituxan)和曲妥珠单抗(trastuzumab，Herceptin)是单克隆抗体，可与成年人组织中较少表达的非重要蛋白结合。此类药物的作用机制仍待进一步探讨。利妥昔单抗依赖CD20的表达，与非霍奇金淋巴瘤的细胞结合并将其破坏。这一作用使得该药与单独化疗相比，患者2年存活率增加了85%~95%。曲妥珠单抗对过度表达HER2/neu蛋白的肿瘤有效，该药使过度表达HER2/neu的患者20个月内的疾病复发率减少了50%。这是一项实质性的进步，但是也说明一些乳腺癌患者可能早就存在耐药性，还有一些患者可能是在治疗过程中发生耐药。
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药物：选择性与多靶点
如果没有相应的药物，那么一个好的靶点也是无用的。
要使药物达到最优化的目的，就要开发出能够选择性、精确抑制某一靶点的小分子。许多传统的细胞毒药物，虽然杀伤性、破坏能力很强，但是能够与其分子靶点发生高度特异性的相互作用。例如甲氨喋呤，可以在非常低的浓度下与二氢叶酸还原酶(DHFR)结合，而且比与二级靶点胸苷酸合成酶(thymidylate synthase,TS)的结合优先多倍。从化学和药理学的观点来看，这些都是很好的化合物。它们所产生的间接伤害与作用机制密切相关，是靶点的生物学作用产生的结果。
药物的毒性也可能与靶点无关，而是对未知的功能产生抑制的结果。大多数情况下，药物所产生的临床效应通常是靶点作用和靶点以外的作用混合的结果。由于临床医生逐步增加剂量，药物在靶点外的作用就会逐步增加，从而导致产生毒性，但也可能是使疗效增加。随着药物所涉及的生理功能的增多，副作用也不可避免地增加，而其抗肿瘤作用的增加可能正好与其增加的毒性相抵消。靶点外的副作用对于小分子药物来说很常见，而且对于针对蛋白家族中较为保守的靶点的抑制剂(如激酶)，则副作用更为明显。生物制剂，包括抗体药物，最为明显的一个特点就是未知的、靶点外的作用明显减少。此类药物通常对靶点有高度选择性，靶点外毒副作用的影响也最小，而且药物的疗效和与靶点有关的毒性都在合理的范围内。
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伊马替尼：药物研发的新标准？
虽然伊马替尼的问世是抗肿瘤药物研发史上的一项革命，但伊马替尼也可能遇到问题。
伊马替尼对CML慢性期的疗效较急性期好，血液学反应率分别为97%与49%。同时，许多急性期治疗有反应的患者在数月内可能复发。这说明靶向药物可能遇到了与细胞毒素类药物同样的问题：进展期肿瘤的低反应性和获得性耐药。
埃罗替尼(erlotinib，Tarceva; OSI/Genentech)——另一种研发成功的信号转导抑制剂，也引起了广泛的关注。埃罗替尼的靶点是EGFR激酶，它能够延长非小细胞肺癌患者的存活期。早期临床研究表明，对有EGFR突变的肿瘤患者，其作用会大大增强。但是，此后的研究发现，与突变有关的治疗反应是不持久的。
伊马替尼、埃罗替尼和曲妥珠单抗的临床成功说明了一个问题，即肿瘤的遗传变异或扩增可能依赖于一种特殊的蛋白，针对突变靶点或过度表达的蛋白质的药物，有可能会产生显著的单药疗效。但是，越来越多的证据表明，至少对于进展期或致命性的肿瘤来说，这种依赖性可能已经消失。急性期的CML就是一个例子。慢性期的肿瘤较为敏感，而晚期、急性期的肿瘤细胞通常是耐药的。即使对治疗产生反应也通常会随后发生突变，而导致耐药的发生。虽然有小部分发生耐药者可被药物逆转，例如第二代的BCR-ABL抑制剂dasatinib(Sprycel)，对伊马替尼不敏感的BCR-ABL突变细胞，该药也有疗效。但要使单一的一种BCR-ABL抑制剂同时能抑制所有突变的酶，又具有高度的选择性以保证临床安全性是不可能的。能否像治疗艾滋病的鸡尾酒疗法一样将此类药物联合应用，还有待进一步的研究和探讨。即使联合用药可以覆盖所有的突变株，但是肿瘤对BCR-ABL的依赖性可能会消失，有关的动物实验已证明如此。
, 百拇医药
肿瘤的发生可能是由于某种特定的原因，但是在其生长过程中，又会受到很多的因素影响而不断发生变异。所以，对于肿瘤的治疗最后都不得不采取联合治疗的方案，只针对单一的某种功能进行治疗是比较有风险的。伊马替尼治疗慢性期CML的成功案例揭示了获得成功所必需的几个因素：第一，肿瘤的增生依赖于某一特定的靶点，这一靶点对于大多数正常细胞来说是不重要的；第二，开发出相对具有选择性的激酶抑制剂；第三，能够明确筛选出对药物治疗有反应的患者。
结语
如果寄希望于短时期内再研发出类似伊马替尼的药物是不太可能的，肿瘤药物研发领域的科学家应该采取什么策略？对于靶点的选择，在重要和非重要的功能靶点之间进行平衡需要谨慎。继续向抑制重要蛋白的方向努力，可能只能使患者所得到的益处有所增加。但是，只针对非重要靶点的研究可能由于疗效欠缺而导致失败。确定肿瘤的非重要靶点，要依赖于更为精确的计算机和实验模型，也不是一项简单的工作。寻找“致命性”的药物靶点，该靶点只对发生突变的肿瘤细胞重要，在理论上非常吸引人。但是，寻找这样的基因，可能会由于肿瘤的异质性和检测工具的能力有限而难以成功。
虽然还面临着很大的挑战，但是问题不是不能解决的，清楚了解难题所在，并有针对性地实施相关策略，最终，肿瘤将会在新药的不断冲击之下而被制服。, 百拇医药(海上飞鱼 编译)