抗肿瘤新药NK-1项目初步报告

HDAC抑制剂的研究进展

韩民，中药所，2013-4-12

1、HDAC抑制剂的研究基础

1.1 HDAC与肿瘤的关系

癌症是威胁人类健康的主要疾病之一，肿瘤的发病涉及到多种因素、多个步骤的病理过程。研究发现，肿瘤的发生与核小体核心组蛋白N-端的赖氨酸残基的乙酰化和去乙酰化失衡有密切关系。在体内，其动态平衡是由组蛋白乙酰化酶（HAT）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）共同维持。它们分别通过催化组蛋白N-端赖氨酸残基的乙酰化和去乙酰化，改变核小体中碱性蛋白与DNA链之间的静电吸引力，从而调节核小体之间的聚集状态，激活或者抑制基因转录过程(图2)。在染色质基因转录活跃区，其核心组蛋白的乙酰化活性增高；相反，在基因转录非活跃区，其乙酰化程度偏低。

人源的HDAC共有18个成员，HDAC的底物蛋白众多（已经发现的超过1700个），生理学功能具有多样性：HDAC既可以通过降低组蛋白的乙酰化程度来直接抑制相关基因的表达；HDAC 也可以通过修饰转录因子这一类底物蛋白来影响其稳定性，转录活性和核定位性等理化性质而间接调控基因表达；HDAC还可以通过修饰HSP90， -tubulin等底物蛋白而影响细胞的生物学功能。组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACI）通过调节组蛋白N-端的赖氨酸残基的乙酰化和去乙酰化激活抑癌基因，抑制癌症基因，从而抑制肿瘤细胞生长，诱导肿瘤细胞凋亡。

图2、组蛋白乙酰化酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶(HDACs)调控的基因表达过程。HATs 通过组蛋白N-端的赖氨酸残基的乙酰化来进行基因转录和表达，而HDACs则通过脱乙酰化来阻止基因转录和表达。

1.2 HDAC抑制剂（HDACI）

正常生理情况下，组蛋白乙酰化／去乙酰化水平处于平衡状态；而细胞在发生转化的状态下，

HDAC活性明显增强，使得原有的基因表达平衡被打破，导致一些细胞增殖与调控细胞周期的分子表达失衡，进而导致细胞恶变。基础研究发现：癌细胞组蛋白的乙酰化水平相较于正常细胞常常偏低，而HDAC抑制剂（HDACI）能够阻滞癌细胞的细胞周期，选择性地诱导癌细胞的凋亡。分子机制的研究揭示：HDACI可以激活p21等抑癌基因的表达；HDACI可以通过抑制VEGF表达而阻止新生血管生成；HDAC-6选择性抑制剂可以通过增加 -tubulin的乙酰化程度而降低癌细胞的迁移能力，还可以通过增加HSP-90的乙酰化程度而选择性地诱导癌细胞的凋亡。值得注意的是，与肿瘤细胞相比，正常细胞对于HDACI诱导的细胞凋亡能够很好地耐受，使得HDACI成为一类新的靶向抗癌药。

HDAC抑制剂对多种肿瘤细胞，包括膀胱、骨、乳腺、子宫、中枢神经系统、食管、肺、卵巢、胰腺、前列腺等表现出良好的抗肿瘤作用，其可使这些肿瘤细胞出现明显的细胞凋亡、增生抑制以及细胞周期阻滞等。多种HDAC抑制剂进入抗肿瘤治疗的Ι期或Ⅱ期临床研究。另外，许多研究表明，HDAC抑制剂可以克服肿瘤对其他药物的抗药性。这可能与HDAC抑制剂引起的表观遗传学改变增强肿瘤对药物的敏感性有关。因此，也有很多HDAC抑制剂与其他抗癌药物联合用药的临床研究正在进行。新型HDAC抑制剂在小剂量、低浓度情况下可诱导肿瘤细胞分化、选择性凋亡，而且其抗肿瘤谱广，有很广阔的前景。

1.3 HDAC抑制剂的研究进展

HDACI的药物研发工作始于上世纪90年代初。2006年和2009年，FDA分别批准了Merck公司的vorinostat（又称SAHA，2004年以1.25亿美元价格收购）和Gloucester公司的romidepsin（又称FK228，2004 年Gloucester收购于藤泽制药公司；获批后，2010年被Celgene公司以6.4亿美元的价格收购），用于治疗皮肤T细胞淋巴癌的治疗。除此之外，包括SAHA和FK228在内的10余个HDACI分子，其近百个癌症治疗的临床研究仍在进行中。其中，深圳微芯公司推出的HDACI分子西达本胺（爱谱沙，Epidaza）是国内第一个也是目前惟一一个被CFDA批准临床试验的HDACI 药物，正在进行治疗皮肤T细胞淋巴瘤/外周T细胞淋巴瘤的II期临床试验。2010年度第8期的全球药研动态杂志预估romidepsin的市场规模在20~50亿美元。

表1中列举了目前全球在研的其他HDAC抑制剂的进展情况。从表中可以看出，目前已有数十个HDAC抑制剂处于临床研究阶段，其中不乏未来市场前景非常看好的品种，各大制药巨头正致力于这个抗肿瘤热门靶点的研究。通过对这些在研HDACI进行分析，我们可以看出目前的HDACI主要分为3大类：异羟肟酸类、环状四肽类和苯甲酰胺类，分子结构上大都由结合区、连接区和表面识别区三部分组成。其中，异羟肟酸类化合物是现今研究最为广泛的一类HDACI，

其抑酶作用较强，结构也比较简单，已上市的SAHA以及在研的SB939、LBH589等均属于异羟肟酸类化合物。本项目的NK-1分子也属于异羟肟酸类化合物，包括设计新颖的表面识别区、较刚性的连接区和异羟肟酸结合区。环肽类化合物是结构最为复杂的一类HDACI，此类化合物的分子中均含有一个环四肽结构，氨基酸大环是疏水的表面识别区，烷链为连接区，金属结合区含功能基团。环肽类HDACI作用于HDAC酶的方式与异羟肟酸类一致。已上市的Romidepsin就属于环肽类化合物。苯甲酰胺类HDACI的金属结合区是苯甲酰胺基团，如果氨基被取代则活性丧失。这类抑制剂通常比对应的异羟肟酸类和环肽类化合物活性低。处于临床Ⅲ期的MS-275和Chidamide属于苯甲酰胺类HDACI。

HDACI不仅可以单独作为肿瘤治疗药物，还可以与其他抗癌药物联合应用，起到减毒增效作用。但HDACI用于临床治疗癌症仍然需要解决一些问题如：抑制剂对HDAC酶系的选择识别作用、选择最佳药用剂量、治疗周期以及寻找更多可以促进HDACI抑制作用的物质等。随着对HDACI抗癌机制的深入研究，HDACI将会有广阔的应用前景。

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表1. 目前已上市及在研的HDAC 抑制剂

序号

药物名称 化学结构式

产品描述

适应症

研究阶段

原研公司

1

Vorinostat, (SAHA)， Zolinza, MK-0683

是有效的I 和II 类组蛋白去乙酰化酶(HDAC)抑制剂,IC50小于86 nM 。

皮肤T 细胞淋

巴瘤 已上市 （2006）

Merk

2

Romidepsin, (Istodax)

HDAC 抑制剂

皮肤T 细胞淋

巴瘤 已上市 （2009）

Gloucester Pharmaceuticals

3 Entinostat MS-275 SNDX-275

MS-275抑制HDACs ，作用于HDAC1、HDAC2和HDAC3时，IC50分别为0.51 μM 和1.7 μM

MS-275和5-氮杂胞苷联用用于治疗周期性非小细胞肺癌

Phase Ⅲ

Syndax Pharmaceucals

Inc