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赵玉军
中国科学院上海药物研究所研究员、课题组长、博士生导师。2003年本科毕业于苏州大学化学师范专业,2009年博士毕业于新加坡南洋理工大学有机化学专业。2009—2015年在美国密西根大学医学院癌症中心王少萌课题组从事博士后研究,2015年至今就职于中国科学院上海药物研究所。兼任全国卫生产业企业管理协会精准医疗分会常务理事(2024),Molecules和Sci Rep杂志编委和客座编辑。主要研究小分子调控疾病相关的重要蛋白相互作用,开发癌症治疗的创新性小分子药物。主持“重大新药创制”科技重大专项和中国科学院“先导科技专项”等多项国家重大课题。在Br J Pharmacol,J Med Chem等国际期刊上发表SCI收录论文50余篇,引用超过3000余次。授权中国发明专利8项,部分成果已成功实现转化。入选国家青年人才计划(2015),获上海市浦东新区“明珠工程师”(2023)、中国抗癌协会科技奖二等奖(2023)、第35届上海市优秀发明选拔赛优秀发明铜奖(2024)等称号和奖项。
MDM2-p53相互作用抑制剂的研究进展和临床现状 PPS
张世界1, 2,赵玉军1, 2*
(1. 中国科学院上海药物研究所原创新药研究全国重点实验室,上海 2021203;2.中国科学院大学,北京 100049)
[摘要] p53是关键的“抑癌因子”,部分癌细胞通过高表达其负调控因子鼠双微粒体2(murine double minute 2,MDM2)并降解p53,获得生长优势。小分子药物阻断MDM2-p53相互作用,不但稳定p53,而且释放p53的抗癌功能,阻滞细胞周期进展,诱导细胞凋亡。综述了13款靶向MDM2-p53相互作用的临床药物研究进展,分析其所面临的问题和未来的机遇;同时,总结了与 MDM2-p53靶点相关药物开发出现的新局面,介绍了新技术和新方法带来的创新药物模式及品种,以及它们如何从新颖的角度激活 p53治疗癌症。
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阻断MDM2-p53相互作用与临床疾病治疗的相关性
p53作为核转录因子,以四聚体形式结合DNA并启动靶基因转录[1](见图1)。其靶基因广泛参与细胞周期调控、凋亡、血管生成、DNA修复及蛋白质翻译等过程。激活p53可阻滞癌细胞周期进程、诱导凋亡并抑制肿瘤微环境血管生成[2-5]。大量研究证实,p53是名副其实的“抑癌因子”,被誉为“基因守护者(guardianofgenome)”[3-4,6-7]。在药物治疗方面,诱导DNA损伤是激活p53的重要途径,例如经典的顺铂类药物通过烷基化DNA引发链损伤,进而激活p53介导的癌细胞增殖抑制与凋亡诱导,这是顺铂发挥抗癌作用的关键机制之一[8]。
癌细胞通过多种策略逃逸p53的调控,其中50%的癌细胞通过TP53基因突变获得生长优势[3-4]。在另外50%的癌细胞中,部分通过高表达鼠双微粒体2(murinedoubleminute2,MDM2)抑制p53的活性[3]。MDM2通过其N端1~120位氨基酸与p53N端1~30位氨基酸片段直接结合,该物理相互作用已得到蛋白质晶体结构的证实[9](见图2)。MDM2与p53的结合促使p53出核,并抑制其介导的基因转录(见图1)。此外,MDM2作为E3泛素连接酶,可泛素化p53并促进其蛋白酶体降解[2,10]。通过上述机制,MDM2负调控p53功能。值得注意的是,MDM2也是p53的靶基因,活化的p53可上调MDM2的mRNA和蛋白表达,形成负反馈调节环路。这一机制在正常细胞中维持p53低水平表达,避免过度激活导致的细胞损伤。然而,部分癌细胞利用这一系统,通过高表达MDM2压制p53的抑癌功能,从而获得生长优势。
更为复杂的是,MDM2的同源蛋白MDM4与p53N端的结合模式与MDM2高度相似,同样可抑613制p53转录活性,但MDM4不具备E3泛素连接酶活性,且MDM4非p53的靶基因[10]。当MDM2/4形成异源二聚体时,MDM2的泛素化达到峰值[11]。
鉴于p53的抗癌功能被MDM2抑制,阻断MDM2-p53相互作用可激活p53,阻滞细胞周期并诱导凋亡。2003年,罗氏公司报道了首个高选择性、高活性的MDM2-p53相互作用小分子抑制剂Nutlin3a[12]。该化合物可激活MDM2高表达癌细胞中野生型TP53基因的转录活性,进而阻滞细胞周期并诱导凋亡,在体内外模型中均展现出显著的抗癌活性。这一开创性研究为MDM2-p53相互作用抑制剂的药物开发奠定了理论基础。
在Nutlin-3a与MDM2的复合物晶体结构中(见图2C),小分子的异丙基及2个对氯苯基团分别占据MDM2表面的3个疏水性口袋,对应p53多肽Phe19,Trp23和Leu26残基的结合位点,仿生模拟了p53α-螺旋的结合模式。这一关键结合方式在后续众多MDM2-p53相互作用抑制剂(MDM2抑制剂)的研发中被广泛借鉴与验证[13-15],也是从结构层面理解MDM2抑制剂作用机制的切入点。值得注意的是,由于MDM2与MDM4结合p53N端结构域的高度相似性[16],少部分阻断MDM2-p53相互作用的小分子化合物同时具有较弱的抑制MDM4-p53相互作用的活性,此类化合物被称为MDM2/4双靶点抑制剂[10,13]。
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进入临床的MDM2抑制剂及近年来的临床进展
目前,至少13款MDM2-p53相互作用抑制剂已进入临床试验阶段,主要针对实体瘤和血液瘤等癌症适应证开展研究。其中,小分子药物1~11及环肽药物12的化学结构见图3[15,17-18]。小分子抑制剂13的结构尚未公开。
首个进入临床研究的MDM2抑制剂是罗氏公司的RG7112(1)[19-20],其临床试验始于2012年。随后,罗氏推出第2代抑制剂RG7388(2)[21],目前针对实体瘤的Ⅱ期临床研究仍在进行中(见表1)。诺华公司先后开发了MDM2抑制剂NVP-CGM097(3)[22]和NVP-HDM201(4)[23-24],目前仅NVPHDM201的Ⅱ期临床研究仍在活跃进行,主要适应证为软组织骨肉瘤和高危实体瘤。此外,默克公司的小分子MK-8242(5)[25]已终止临床试验。
密西根大学王少萌团队开发的MDM2抑制剂SAR405838(6)[26]和APG-115(7)[27],分别转让给赛诺菲和亚盛医药。其中,SAR405838的临床研究已终止,而APG-115目前有8项处于活跃状态的临床试验,包括间皮瘤、Ⅰ型神经纤维瘤病(neurofibromatosistype1,NF1)、恶性/交界性周围神经鞘瘤、急性髓系白血病(acutemyeloidleukemia,AML)、慢性粒单核细胞白血病(chronicmyelomonocyticleukemia,CMML)、骨髓增生异常综合征(myelodysplasticsyndrome,MDS)、T细胞幼淋巴细胞白血病(T-cellprolymphocyticleukemia,T-PLL)及非霍奇金淋巴瘤(non-Hodgkinlymphoma,NHL)的Ⅱ期临床研究
从化学结构来看,化合物6和7具有独特的螺环氧化吲哚骨架。类似结构也存在于第一三共株式会社的DS-3032b(8)[28]和勃林格殷格翰公司的BI-907828(9)[29]中。目前,DS-3032b的临床试验已终止,而BI-907828的9项临床研究处于活跃状态,其中针对去分化骨肉瘤的Ⅲ期临床试验Brightline-3和Brightline-4进展最快,有望成为首个获批的MDM2抑制剂适应证。此外,BI-907828还在胶质母细胞瘤、三级淋巴结构肿瘤、胆道癌、胰腺癌、肺癌、膀胱癌及其他实体瘤中开展研究。
Amgen公司开发的AMG-232(10)[30]目前由KartosTherapeutics以KRT-232代号继续推进临床试验。其与鲁索替尼(ruxolitinib)联合治疗未接受两面神激酶(Januskinase,JAK)抑制剂的骨髓纤维化患者,以及单药治疗携带野生型TP53基因的晚期/复发性子宫内膜癌患者的研究均已进入Ⅲ期临床。此外,KRT-232在AML、慢性髓细胞白血病ProgPharmSci(chronicmyeloidleukemia,CML)、默克尔细胞癌、软组织肉瘤中的Ⅰ/Ⅱ期临床研究也在进行中。值得注意的是,KRT-232是唯一进入骨髓纤维化临床试验的MDM2抑制剂。
TaihoOncology公司的MDM2抑制剂ASTX295(11)正在开展针对携带野生型TP53基因的晚期实体瘤患者的Ⅱ期临床试验。2024年,LamassuBio公司的SA53-OS(13)获批开展晚期/转移性实体瘤的Ⅰ期临床试验。
除小分子抑制剂外,基于烯烃复分解环合反应的环状“订书肽”(staplepeptide)ALRN-6924(12)[31]作为MDM2/4双靶点抑制剂也进入临床研究。该分子对MDM4具有较高结合活性(IC50=57 nmol·L-1),其体内代谢产物ALRN-8714对MDM2/4的解离常数(Kd)分别为1.4和6.9nmol·L-1[31],可同时阻断MDM2/4与p53的结合。遗憾的是,ALRN-6924的临床试验已全部“完成”或终止。
总体而言,APG-115(7),BI-907828(8)和KRT-232(10)是目前临床进展最为活跃的MDM2抑制剂,而2024年新启动的SA53-OS(13)也值得关注。
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2020 年以来文献报道的MDM2抑制剂
近年来,MDM2抑制剂研究受到持续关注,多种结构新颖的抑制剂陆续被报道[10,15]。以下简要介绍2020年后新分子的体内活性研究进展。
2021年,AstexPharmaceuticals公司与纽卡斯尔大学团队联合报道了MDM2抑制剂14[32](见图4)。该化合物阻断MDM2-p53相互作用的IC50为3.8 nmol·L-1,在SJSA-1细胞中的GI50为200 nmol·L-1,且在CD-1小鼠中具有良好的经口吸收特性;在SJSA-1小鼠移植瘤模型中,以50 mg·kg-1剂量连续给药7天,肿瘤生长抑制率为21%。同年,默克公司Reutershan等[25]报道了MDM2抑制剂MK4688(15),其抑制MDM2-p53相互作用的IC50为0.65 nmol·L-1,抑制HCT-116细胞增殖的IC50为122 nmol·L-1,在狗和大鼠体内的经口生物利用度分别为86%和24%。在SJSA-1肿瘤的CD-1小鼠移植瘤模型中,连续7天经口给予50和100 mg·kg-1的MK-4688,可使肿瘤体积分别缩小11%和82%。
在RG7388的基础上,为提高对MDM4的结合活性,笔者团队报道了化合物16[33],其阻断MDM2-p53和MDM4-p53相互作用的Ki分别为1.1和640 nmol·L-1,抑制HCT-116和U2-OS细胞增殖的IC50分别为50.7和370 nmol·L-1。进一步结构优化获得化合物17(JN122)[34],其阻断MDM2-p53和MDM4-p53的Ki分别为0.7和527 nmol·L-1,抑制HCT-116和U2-OS细胞增殖的IC50分别为1.0 nmol·L-1以下和10.8 nmol·L-1。在小ProgPharmSci鼠体内,化合物17具有较好的经口吸收特性,经口生物利用度为30.3%;15 mg·kg-1剂量下,经口给药后Cmax为4151 µg·L-1,AUC0-t为58429 µg·h·L-1。在MOLM-13小鼠弥散性模型中,化合物17显著延长小鼠生存期;50 mg·kg-1经口剂量下,药效与RG7388相当,100 mg·kg-1经口剂量下展现更高疗效。
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2020 年以来文献报道的MDM2蛋白降解靶向嵌合体降解剂
图3~4中的多数化合物(无论多肽或小分子)均通过占据p53N端α-螺旋在MDM2蛋白表面的结合口袋,阻断MDM2-p53相互作用。近年来,随着蛋白降解靶向嵌合体(proteolysis-targetingchimeras,PROTAC)技术的发展[35-36],依赖于E3泛素连接酶、具有降解细胞内MDM2蛋白功能的MDM2PROTAC研究逐渐受到关注(见图5)。
2024年,密西根大学王少萌团队[37]报道了高活性MDM2PROTAC分子MD-265(18)。化合物18抑制RS4;11和MV4-11细胞增殖的IC50分别为0.7和2 nmol·L-1。在3 nmol·L-1浓度下孵育2小时即可完全降解RS4;11和MV4-11细胞中的MDM2。在RS4;11小鼠移植瘤模型中,静脉注射25 mg·kg-1的化合物18可使肿瘤体积缩小至初始体积的70%;在RS4;11小鼠弥散性模型中,该剂量可使生存期较空白组延长31天,显示出显著的抗肿瘤活性。
2021年,威斯康辛大学麦迪逊分校唐维平团队[38]报道了MDM2PROTAC分子19。其在100nmol·L-1浓度下孵育4小时可完全降解RS4;11细胞中的MDM2。
KymeraTherapeutics公司开发的高选择性MDM2PROTAC分子KT-253(20)[39],其生物学功能依赖于p53,抑制RS4;11细胞增殖的IC50为0.3 nmol·L-1。结构类似物KTX-049在1 nmol·L-1浓度下孵育0.5~1小时即可显著降解WaGa细胞(Merkel细胞癌)中的MDM2,24小时内可降解MDM4,并激活p53和p21。在RS4;11和MV4;11小鼠移植瘤模型中,静脉注射3 mg·kg-1的KT-253可使肿瘤完全消退;在弥散性模型中,该剂量显著延长小鼠生存期。与阳性对照药物DS-3032相617比,KT-253在上述模型中展现出显著药效优势。在Merkel细胞癌患者来源的肿瘤异种移植(patientderivedxenograft,PDX)小鼠模型中,静脉注射10 mg·kg-1的KT-253(Q3W×3),可使肿瘤完全消退,而DS-3032仅能有限抑制肿瘤生长,提示MDM2PROTAC较传统MDM2抑制剂具有根本性药效学优势。2023年,美国食品药品监督管理局(FoodandDrugAdministration,FDA)授予KT253针对急性髓性白血病的孤儿药资格,其目前正在开展复发/难治性晚期实体瘤及高级别髓系恶性肿瘤(包括急性淋巴细胞白血病和淋巴瘤)的临床试验(NCT05775406)。
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恢复突变p53蛋白功能:小分子疗法
MDM2抑制剂的抗癌活性严格依赖野生型TP53基因,因此对TP53基因突变癌细胞无效。近年来,学术界和工业界探索了多种恢复p53功能的策略,其中利用小分子恢复突变p53功能和通过基因疗法诱导癌细胞表达野生型TP53的策略已进入人体临床试验阶段。由于这两类策略与MDM2抑制剂均依赖p53发挥抗癌作用,以下简要介绍其临床进展。
PMVPharmaceutical公司开发的rezatapopt[40](21,见图6),在NUGC3细胞中,0.3 μmol·L-1浓度即可激活Y220C突变的p53蛋白,抑制细胞增殖的IC50为0.59 μmol·L-1。在NUGC3小鼠移植瘤模型中,以100 mg·kg-1剂量连续经口给药20天,可使肿瘤完全消退。加科思公司的JAB30355[41](22,结构未公开)具有类似作用,0.3 μmol·L-1浓度可激活BxPC-3细胞中的Y220C突变p53,抑制BxPC-3和NUGC3细胞增殖的IC50分别为0.17和0.25 μmol·L-1;在NUGC3小鼠移植瘤模型中,100 mg·kg-1剂量连续经口给药24天,肿瘤生长抑制率达80%。目前,化合物21针对TP53Y220C突变实体瘤的Ⅱ期临床试验(NCT04585750)已开展,化合物22也在同类适应证中进入临床。
Aprea公司开发的化合物23(eprenetapopt)可激活突变p53功能。早期研究显示,化合物23(见图6)能促进多种TP53基因突变癌细胞中的p53蛋白结合DNA,增强其转录活性以杀伤癌细胞[42]。进一步研究表明,化合物23通过共价修饰p53的Cys277残基,稳定R175H和R273H突变的p53蛋白。其与阿扎胞苷联合治疗TP53突变骨髓增生异常综合征的Ⅲ期临床试验(NCT03745716)已完成。
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MDM2-p53 抑制剂药物开发的机遇和挑战
MDM2抑制剂在体外和动物模型中均显示出极高抗癌活性,人体临床研究也观察到积极疗效,但RG7388和DS3032b等药物的Ⅲ期临床试验遭遇重大挫折。临床研究中暴露的以下问题值得关注:
1)剂量依赖性骨髓抑制毒性。MDM2抑制剂最主要的副作用为骨髓抑制,尤其是血小板减少症[43-45]。体外研究表明,其对各类造血干细胞均有不利影响,抑制红细胞和巨核细胞分化[46],阻断巨核细胞生成的早期和晚期阶段(包括多倍体化和前血小板形成)。这种对造血功能的全面抑制可能解释了临床观察到的血小板减少症。尽管该副作用通常可逆且部分可控,但显著限制了药物的治疗窗。
2)潜在的TP53基因突变风险。MDM2抑制剂在体外模型中可诱导TP53基因突变[47],长期临床用药可能导致体内TP53基因突变积累,进而降低药效。
3)p53通路负反馈限制。由于MDM2是p53的靶基因,稳定癌细胞内野生型TP53基因必然伴随MDM2表达上调,这一内在负反馈机制可能部分抵消药物疗效。
4)免疫微环境复杂性。现有药效学研究多基于免疫缺陷小鼠,而免疫健全小鼠模型显示,MDM2抑制剂升高MDM2可增强免疫T细胞功能,协同抗癌[48]。但在人体复杂免疫网络中,MDM2抑制剂系统激活p53是否会触发抑制性免疫通路?正常组织(如肿瘤内免疫细胞、成纤维细胞、内皮细胞)如何响应p53激活?其负反馈或补偿机制尚不明确,需深入研究。
尽管存在上述挑战,临床组学分析显示,部分癌症的MDM2表达量极高,高度依赖MDM2-p53轴抑制,其敏感型癌症有待临床试验进一步探索。例如,KartosTherapeutics公司正开展MDM2抑制剂KRT-232治疗骨髓纤维化的临床研究,这一创新性适应证的研究数据尚未报道。
从药物开发角度,以下策略可能突破现有局限:1)MDM2PROTAC技术。针对MDM2-p53负反馈导致的MDM2高表达,PROTAC技术可选择性降解MDM2。Kymera公司的KT-253已进入Ⅰ期临床,有望验证该策略的可行性。2)MDM2/4双靶点抑制。MDM4代偿性高表达是MDM2抑制剂耐药的重要机制之一[47],但现有药物对MDM4-p53相互作用的抑制活性仅达微摩尔级。多肽类药物ALRN6924(12)虽能同时结合MDM2/4,但受限于膜渗透性和细胞活性[31]。开发高活性MDM4小分子或MDM2/4双靶点抑制剂是关键突破方向,然而该领域研究因技术门槛高及MDM2抑制剂至今未能上市的“寒蝉”效应而进展缓慢[10],需更多生物学论证和转化医学投入。
纵观MDM2-p53轴相关疗法(包括增强野生型p53蛋白的活性、恢复突变p53蛋白的功能及基因疗法)[49],临床研究已面临诸多瓶颈,多数试验处于终止或“完成”状态。未来需通过基础研究和创新临床设计突破理论与技术瓶颈。相对而言,MDM2-p53相互作用抑制剂在技术上比较成熟,多个Ⅲ期临床试验正在进行,有望在匹配的适应证中实现上市突破[50],值得持续关注。
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美编排版:金霆辉
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