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導語
惡性腫瘤是危害人們生命健康的重大疾病，抗腫瘤藥物的研發任重而道遠。近年來，隨著腫瘤生物學及相關學科的飛速發展，人們逐漸認識到細胞癌變的本質是細胞信號轉導通路的失調導致的細胞無限增殖，隨之而來的是抗腫瘤藥物研發理念的重大轉變。
研發的焦點正在從傳統細胞毒藥物轉移到針對腫瘤細胞內異常信號系統靶點的特異性新一代抗腫瘤藥物。不同于傳統細胞毒藥物選擇性差、毒副作用強、易產生耐藥性等特點，靶點特異性抗腫瘤藥針對于正常細胞和腫瘤細胞之間的差異，達到了高選擇性、低毒性的治療效果，包括靶向酪氨酸激酶，血管新生，腫瘤細胞周期相關因子，組蛋白去乙酰酶抑制劑，微環境，腫瘤干細胞，腫瘤代謝異常等。
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靶向蛋白酪氨酸激酶
(tyrosinekinase)
蛋白酪氨酸激酶是一類具有酪氨酸激酶活性的蛋白質，主要分布在細胞膜上，可分為受體型和非受體型，其功能都是催化ATP的磷酸基轉移到下游蛋白的酪氨酸（Tyr）殘基上，使其發生磷酸化。蛋白酪氨酸激酶是一個龐大的體系，目前已經發現了100多種酪氨酸激酶，分屬20多個受體酪氨酸激酶家族和10個非受體酪氨酸激酶家族。
蛋白酪氨酸激酶在細胞信號轉導通路中占據了十分重要的地位，調節著細胞的生長、分化、死亡等一系列生理生化過程。酪氨酸激酶的功能和腫瘤的發生、發展密切相關，超過50％的原癌基因和癌基因產物都是酪氨酸激酶，它們的異常表達通常導致細胞增殖調節發生紊亂，致使腫瘤發生。此外，酪氨酸的異常表達還與腫瘤的侵襲、轉移、腫瘤新生血管生成以及腫瘤的化療抗藥性密切相關。
基于近年來在基因組學、分子和細胞生物學以及生物信息學等學科取得的重大進展，越來越多的酪氨酸激酶被認為是很有希望的抗腫瘤分子靶點。目前有超過20個分屬不同家族的受體和非受體酪氨酸激酶被作為靶標進行抗腫瘤藥物篩選，包括表皮生長因子受體（EGFR）、血管內皮細胞生長因子受體（VEGFR）、血小板衍生生長因子受體（PDGFR）、成纖維細胞生長因子受體（FGFR）、胰島素受體（InsR）、Src、Abl等。靶向酪氨酸激酶的藥物分為抗體類和小分子抑制劑。
1998年，Genetech公司和Roche聯合開發的首個靶向HER2/neu的人源化單抗Herceptin被美國食品藥物管理局（Food andDrug Administration，FDA）批準用于治療某些HER2陽性的轉移性乳腺癌。首個上市的小分子酪氨酸激酶抑制劑是特異靶向Bcr-Abl的Gleevec（Norvatis公司），已先后被FDA批準用于慢性髓樣白血病（chronicmyelogenous leukemia，CML）和胃腸道間質瘤（gastrointestinalstroma tumors，GIST）的治療。從1998年至今，已經有包括bevacizumab（Avastin）、cetuximab (Erbitux)、geftinib（Irresa）、erlotinib（Tarceva）在內的8個單抗和小分子酪氨酸激酶抑制劑先后上市，超過100個藥物正在進行臨床研究。
最近，分子靶向抗腫瘤藥物治療又提出另一個挑戰性概念：多靶標酪氨酸激酶抑制（mul-tipletargeted tyrosine kinase inhibition）的策略。基于腫瘤發生發展的復雜性，絕大部分腫瘤不是依靠某一條信號通路來維持其生長和存活的，信號通路之間存在著交叉和代償。多靶標藥物可以通過抑制多重信號通路或一條通路中上下游的多個分子而達到協同治療、克服耐藥的雙重功能。這一概念已經獲得了令人信服的臨床證據，兩個多靶點小分子化合物sunitinib和sorafenib最近已分別被FDA批準單藥用于腎癌。
其中sunitinib同時靶向VEGF-2和PDGFR、KIT和FLT3等多種酪氨酸激酶。而sorafenib一方面通過抑制RAF/MEK/ERK信號傳導通路直接抑制腫瘤生長；另一方面通過抑制VEGF和PDGF而阻斷腫瘤新生血管的形成，間接地抑制腫瘤細胞的生長。另一個能同時抑制EGFR、VEGFR和RET酪氨酸激抑制劑Zactima（vandetanib）已獲歐洲罕見病藥品委員會（COMP）的批準推薦，用于髓甲狀腺癌。Gleevec在臨床應用中遇到的最大問題是易產生耐藥性，而第二代靶向Abl和Src激酶的雙重抑制劑對大部分Gleevec耐藥的腫瘤都有效。可以預見，多靶點聯合阻斷信號傳導將成為未來酪氨酸激酶抑制劑研發的新的發展方向。
抑制腫瘤新生血管生成
(anti-angiogenesis)
靶向VEGFR、FGFR、EGFR等具有促進腫瘤新生血管生成作用的受體酪氨酸激酶抑制劑代表了抗腫瘤靶向藥物研究中另外一個重要方向——抑制腫瘤新生血管生成。自Folkman在20世紀70年代提出腫瘤新生血管生成的概念以來，靶向腫瘤新生血管生成的抑制劑研究已經取得了長足的進展，以Avastin為代表的腫瘤血管新生抑制劑得到了廣泛認可，目前已有包括我國在內的28個國家批準將該類抑制劑用于腫瘤臨床治療。
這些抑制劑的研發，都是基于對腫瘤新生血管的生成過程的認識：①腫瘤組織在很長一段時間處于休眠期，依靠組織滲透維持其生長。腫瘤長到1.0～2.0 mm3時，簡單的滲透作用已經不能滿足生長所需要的氧氣和營養物質以及代謝物的清除，瘤組織內部缺氧，缺氧誘導因子（hypoxiainducible factor，HIF）表達增強；②各類促血管生長因子如VEGF等表達上調，刺激內皮細胞活化，分泌血管生成所需的其它因子如基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等，降解基底膜和細胞外基質，內皮細胞呈游離態；③游離的內皮細胞向刺激因子遷移，開始形成血管雛形；④內皮細胞在刺激因子作用下增殖；⑤內皮細胞重新排列組合呈條索狀，并刺激成纖維細胞分泌細胞外基質，形成新的血管。
針對上述過程的各個環節的抑制劑，都能不同程度的阻礙腫瘤血管的新生，減慢實體瘤組織生長速度。除了上文提到的靶向VEGF的單抗Avastin和小分子化合物sunitinib、sarafenib兩代酪氨酸激酶抑制劑外，內源性的新生血管抑制劑endostatin、interferon-β、2-metho-xyestradiol、tetrahydroco-rtisol等已經分別在臨床Ⅱ/Ⅲ期實驗，其中endostatin已經在我國上市。另外還有MMP抑制劑Marimastat（BB-2516）、AG3340、Neovastat以及抑制內皮細胞整合素αvβ3的單抗Vitaxin和小分子抑制劑EMD121947等正在進行各期臨床試驗。
靶向細胞內的信號轉導分子
生長因子等細胞外界信號與其特異受體結合產生的刺激通過多條信號通路向細胞內傳導，構成了細胞內紛繁復雜的信號轉導系統，共同調控著細胞的增殖、分化。其中，由磷酯酰肌醇3-激酶（PI3K）和其下游的蛋白激酶B（PKB/Akt）、雷帕霉素靶體蛋白（mTOR）組成的PI3K-AKT-mTOR通路；絲蘇氨酸蛋白激酶Ras和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）三級級聯激酶組成的Ras-MAPK通路；以及下游信號轉導與轉錄激活因子STAT家族與腫瘤發生、發展密切相關，已經成為抗腫瘤研究的重要靶點。
PI3K是由脂類和絲/蘇氨酸激酶組成的一個龐大家族，包括數個磷酯酰肌醇激酶和DNA依賴的蛋白激酶如ATM、ATR和DNA-PK等。Akt是PI3K最主要的下游分子，前者可以激活包括mTOR在內的多個底物。mTOR分子被激活后，能通過磷酸化下游核糖蛋白S6激酶（p70S6K）和4E－結合蛋白（4E-BP）刺激細胞增殖、轉化并抑制凋亡。研究發現，PI3K-AKT-mTOR在廣泛的人類腫瘤譜中失調，該通路中某些基因突變所致的功能異常或缺失會引起正常細胞轉化，促進腫瘤細胞增殖和存活并介導腫瘤細胞的侵襲和遷移。
因此，PI3K-AKT-mTOR信號通路已經成為一個很有希望的抗腫瘤治療靶點。一些小分子抑制劑，如靶向PI3K的催化亞基p110的wortmannin、LY294002、IC484068和天然來源的PI3K抑制劑魚藤素（Deguelin）；抑制Akt激活所必需的絲/蘇氨酸激酶PDK的straurosporine、UCN-01和Akt的抑制劑perifosine；以及特異靶向mTOR的抑制劑雷帕霉素及其類似物RAD001、CI779和AP23573等已經分別進入各期臨床研究。
理論上來講靶向PI3K-AKT-mTOR信號通路的上下游三個分子都可以有效的抑制該通路，其中靶向上游分子PI3K或Akt最有優勢，一方面可以避免因抑制mTOR引起Akt的反饋性激活，另一方面可以同時阻斷Akt下游的多條通路，避免不同信號通路之間的代償作用。但是這一理論上的優勢并沒有在臨床試驗中得到證實，同時多條通路被阻斷后伴隨的毒性問題反而阻礙了其臨床應用。而特異靶向下游mTOR分子的雷帕霉素及其衍生物在臨床試驗中卻體現出較好的治療效果，并顯示出良好的開發前景。
Ras-MAPK通路由一組級聯活化的絲/蘇氨酸蛋白激酶組成，廣泛存在于各種細胞中，與PI3K/Akt通路共同肩負著將膜受體信號向細胞內轉導的任務，對細胞周期的運行和基因表達有重要調控作用。在多種腫瘤中都發現了該通路蛋白突變引起的持續激活，在腫瘤的發生過程中起到了重要作用。其中，Ras癌基因蛋白作為MAPK通路分子開關，可被包括EGFR、HER-2、VEGFR、PDGFR和MET等在內的多個細胞膜上的酪氨酸激酶受體激活，引發下游的級聯信號通路。
在各種腫瘤中Ras的總的突變率大約為30％，是人類腫瘤中突變率最高的基因。Raf是Ras下游最重要的蛋白，通過從胞漿中轉移到細胞膜上而被激活。Raf即MAPKK激酶（MAPKKK），屬于絲/蘇氨酸蛋白激酶，是MAPK級聯反應的第一個分子，它的磷酸化啟動了MAPK的三級級聯激活。Ras、Raf的相繼激活能活化下游的MEK、ERK等激酶，促進細胞的增殖同時還能通過磷酸化Bax、Bak抑制細胞凋亡。該通路在腫瘤發生、發展中的重要作用為抗腫瘤研究提供了多個潛在的靶點。
目前，針對上下游不同分子已經涌現出多個反義核苷酸和小分子化合物，其中最引人矚目的有影響Ras羧基末端功能的法尼酰基轉移酶抑制劑lonafarnib、tipifarnib（Zarnestra），以及上文提到sorafenib。該化合物最初被認為是Raf的抑制劑，后來發現對多個靶點包括VEGFR-2、Flt-2和c-Kit等都有作用。還有靶向下游蛋白MEK的PD0325901和ARRY-142886也已進入臨床研究用于黑色素瘤病人。
STAT（SignalTransducer and Activator of
Transcription）家族蛋白是一組可以被不同的生長因子受體激活的蛋白，將上游的信號傳遞到細胞核，通過誘導靶基因轉錄表達引起不同的生物效應，并保持信號在細胞內傳遞的內在特異性。在多種腫瘤細胞以及原位癌中都檢測到了STAT家族成員的組成型激活。在STAT家族的7個成員中，目前發現STAT1、STAT3和STAT5與腫瘤的關系最為密切。STAT1對腫瘤細胞的增殖、新生血管生成起著負調控的作用，STAT1缺陷的小鼠易發生腫瘤。
與之相反，STAT3和STAT5的持續激活能上調凋亡抑制因子如Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1及細胞周期調控蛋白cyclinsD1/D2等基因的表達，刺激細胞增殖、抑制凋亡，被認為是該家族中最有希望的抗腫瘤作用靶點。在白血病、乳腺癌、頭頸部磷癌等多種腫瘤中都發現了STAT3的組成型激活，并發現STAT3的小分子抑制劑或反義寡核苷酸可以逆轉惡性腫瘤的表現型，增加耐藥的腫瘤對化學藥物的敏感性。目前靶向STAT家族的反義核苷酸和小分子抑制劑的抗腫瘤藥物研發已經引起了廣泛關注。
靶向細胞周期蛋白
細胞生長分裂必須依次經過準備階段的間期（interphase）和有絲分裂期（mitosis）。間期（包括G1、S、G2期）的各項生命活動保證了M期分裂時所需的細胞內各成分的復制，每次有絲分裂的結束到下一次有絲分裂的結束構成一個完整的細胞周期。細胞周期的運行與否，受控于精密的細胞周期調控機制。該調控系統的核心是一組細胞周期依賴性蛋白激酶（Cyclin-dependent-kinase，CDKs），它們各自在細胞周期內特定時間被激活，通過磷酸化對應的底物，驅使細胞周期的完成。CDKs的時相性激活依賴于時相表達的周期素（cyclin）以及周期素依賴性激酶抑制劑（cyclin-dependentkinase inhibitors，CKI）控制。
另外，除了這種正常生理條件下的周期進程調控，在長期的進化過程中，細胞建立了一套保證細胞周期中遺傳信息的完整性和準確性的檢查機制，即細胞周期檢查點(checkpoint)。當細胞周期進程中出現異常事件，如DNA損傷或DNA復制受阻時，這類調節機制就被激活，及時中斷細胞周期的運行。待DNA修復或排除了故障后，細胞周期才能恢復運轉。
在細胞的癌變過程中，通常都伴隨著cyclin的過度表達和CKIs的缺失，CDK的活性失去控制，細胞周期處于失控狀態；腫瘤細胞的另外一個特點是細胞周期檢查點缺陷，造成對細胞損傷應答的缺失。然而，這種周期檢查點關卡的缺失，使得細胞對外界的損傷更加敏感又能被應用于腫瘤的治療，增加放化療的敏感性。基于腫瘤細胞的上述特點，恢復腫瘤細胞的周期調控和取消檢查點等都成為潛在的抗腫瘤作用靶點。具體策略包括對CDK的直接催化抑制，阻礙CDK的激活，干擾周期素與CDK的相互作用，影響周期素水解失活和抑制細胞周期檢測點等。
目前，已經有多個細胞周期的調節劑進入了臨床研究，其中植物來源的黃酮類物質flavo-piridol能明顯抑制CDK1、CDK2和CDK4，阻礙細胞通過G1/S和G2/M期檢測點，能抑制多種腫瘤細胞的生長，已經處于臨床Ⅱ期研究。另外，星型苞菌素（Stauros-porine）的類似物UCN-01除了抑制PKC外，還可直接抑制CDK1和CDK2的活性和細胞周期檢測點激酶chk1的活化，目前正在美國和日本進行臨床Ⅱ期實驗。還有Paullones類似物、嘌呤霉素類似物（Pruines）等都對不同的CDK分子顯示出抑制作用。
組蛋白去乙酰酶抑制劑
(histone deacetylase inhibitor，HDACi)
腫瘤的發生和諸多基因特別是癌基因的異常表達密切相關，而染色體結構是調控基因表達的重要因素。通常情況下，凝縮的染色體會抑制基因的轉錄，而有轉錄活性的基因一般位于松散的染色體區域。染色體的基本單位核小體是由組蛋白（Histone）和DNA組成的，其中組蛋白的轉錄后修飾，包括乙酰化、磷酸化和甲基化能夠改變核小體的高級結構，進而影響著染色體的高級結構和基因的轉錄調控。細胞內一對功能相互拮抗的蛋白酶，組蛋白乙酰基轉移酶（Histoneacetyl-transferases，HATs）和組蛋白去乙酰酶（Histonedeace-tylases，HDACs）共同決定著組蛋白的乙酰化和去乙酰化。HAT可乙酰化組蛋白末端堿性氨基酸的氨基，使核小體舒展，激活基因轉錄。而HDAC與之功能相反，抑制基因轉錄。
近些年的研究發現HDAC作為調控基因轉錄的關鍵蛋白酶，其功能異常與腫瘤的發生和發展有直接關系。當HDAC過度表達并被轉錄因子募集時，會抑制某些基因的正常表達。這種因HDAC活性過高引起的異常轉錄抑制在腫瘤中非常普遍，因此HDAC成為抗腫瘤藥物最具潛力的靶點之一。抑制HDAC的活性能引起組蛋白高度乙酰化，重新激活某些抑癌基因的轉錄并引起多項下游效應，包括促進腫瘤細胞分化、使腫瘤細胞阻滯于G1或G2期以及誘導腫瘤細胞凋亡，從而實現其抗腫瘤作用。另外，研究發現HDACi還能激活主要組織相容性復合物、細胞間粘附分子ICAM-1、干擾素Ⅰ/Ⅱ等分子的轉錄，促進免疫細胞的識別和激活。HDACi還能抑制缺氧誘導的VEGF表達，抑制新生血管生成。
來自真菌的TrichostatinA（TSA）是發現的首個能高效抑制HDAC的羥胺類天然產物，但存在著天然含量低、體內代謝不穩定的缺點。目前已經有10多個不同結構類型的HDACi進入了Ⅰ/Ⅱ期臨床試驗，用于白血病和實體瘤的治療。這些藥物大多能在有效劑量顯示出較好的耐受性，并顯示出抗p－糖蛋白介導的多藥耐藥作用。?
靶向泛素－蛋白酶體通路
(ubiquitin-proteasome system, UPS)
蛋白降解調控是細胞信號轉導的一個重要方面，與基因轉錄水平的調控相比，這種轉錄后調控還能保證細胞在遇到外界刺激時更加快速的做出反應。UPS是真核細胞內依賴ATP的非溶酶體蛋白質降解途徑，負責調控細胞內多種蛋白的水解過程，其中包括許多調節細胞生長、信號轉導、基因轉錄和凋亡的重要分子。泛素介導的蛋白降解是一個復雜的多級反應，其過程主要是利用泛素活化酶E1、泛素結合酶E2與泛素－蛋白連接酶E3，將泛素連接至目標蛋白作為標識，并送至20S蛋白酶體進行降解，最后由泛素分解酶將泛素分解并回收再利用。
由于UPS通路與腫瘤的發生、生長和轉移都密切相關，該級聯反應中各個環節都成為抗腫瘤藥物作用的潛在靶點。例如，通過阻斷泛素分子C末端的腺苷酸化或與ATP分子競爭結合的策略來阻礙泛素的激活；根據E1與E2相互作用的結合域特異地設計能夠干擾其相互作用的小分子化合物阻礙泛素分子在E1和E2之間的傳遞等。其中特別值得一提的是靶向E3連接酶和其下游的蛋白酶體。
E1、E2和E3構成了金字塔形的級聯放大系統，最下游的E3通過識別不同底物決定著整個泛素化過程的特異性。抑制泛素連接酶E3的功能可以通過抑制其與上游E2或下游蛋白底物的作用兩條途徑來實現。目前還沒有發現針對E3和E2相互作用的抑制劑，但是對后者的研究已經取得了一些進展，其中最典型的例子就是MDM2對p53蛋白降解的調控。MDM2分子具有E3連接酶活性，通過泛素化調控p53的降解。
