端粒酶抗癌药物研发故事几则

作者 l 叶十

编辑 l 细胞房间

端粒作为“生长时钟”——随着有丝分裂次数的增加而变短——而备受关注，增加端粒长度延长细胞增殖寿命曾经被认为是长生不老的希望。然而随着对端粒认识的深入，研究者发现在85%-90%癌细胞中，起到延长端粒作用的端粒酶（Telomerase）都过高表达，使癌细胞突破端粒长度的限制，不受控制的恶性增殖。

端粒存在于每个染色体的末端，由3-15 kb大小的TTAAGGG片段重复序列组成。对个体来说，无论其生育于什么年龄的父母，端粒长度初始都是一致的。出生前，人体内延长端粒长度的端粒酶处于高表达、高活性的状态，出生后，决大部分组织和细胞中都不表达端粒酶。与正常细胞不同，大多数癌细胞高表达端粒酶，能够将癌细胞的端粒延长，从而逃避凋亡和老化，达到不受控的恶性增殖。端粒酶的这种差异化表达很容易让人建立起良好的靶点的感官——在肿瘤中高表达，而在正常组织中没有或低表达就意味着低副作用，同时在多数癌细胞中表达意味着广谱应用潜能。于是，端粒酶发现后不久，就开展了一系列针对这一靶点的抗癌药研发。

一夫当关万夫莫开——小分子抑制剂

针对端粒酶最先探索的研发方案是筛选小分子抑制剂。筛选方法学建立进行的非常顺利，很快在2000年前后就有了临床前研究成果发表。Damm等人2001年发表了[1]小分子抑制剂BIBR1532临床前研究成果，BIBR1532成功抑制了端粒酶活性，并表现出对多种肿瘤细胞的增殖抑制，并在Xenograft模型中也表现出了抑制肿瘤生长的作用。然而，BIBR1532也暴露了端粒酶抑制剂研发的“阿基里斯腱”——显著的端粒长度缩减在给药100天以上才在细胞系和Xenograft模型中显露出来。由于癌细胞本身已经具有一定长度的端粒，要想通过抑制端粒酶活性使癌细胞凋亡和老化，就要等癌细胞消耗掉已有端粒，暴露染色体末端，从而启动凋亡作用。这一过程需要花费的时间超出了病人的承受力，最终断绝了BIBR1532作为端粒酶抑制剂进入临床的可能[2]。退到工具药位置的BIBR1532虽然还时不时有新抗癌机制发表，但无法逃脱从研发管线退休的命运。

BIBR1532结构，R=H。来源于：Damm, Hemmann [1]

和BIBR1532类似的小分子抑制剂也都在临床前折戟沉沙，看似抑制端粒酶活性达到抗癌作用的药物研发气数已尽，然而Geron公司硬是从这条路上冲杀出来，打造出目前唯一进入临床试验阶段的端粒酶抑制剂——Imetelstat。Geron公司的药物研发也起始于小分子抑制剂筛选，经历了几年的筛选后，他们探索了另一条药物研发路径——合理化寡核苷酸药物设计。端粒酶由具有逆转录酶活性的hTERT蛋白和结合于hTERT上的RNA模板（TERC or hTR）两个主要部分组成。hTERT催化结合于hTR上的端粒末端的延长，每向前延长一个TTAAGGG单位后，则会沿着DNA前移至端粒末端，继续下一个催化作用[3]。Imetelstat由13碱基加Thio-phosphoramidate (NPS)组成，碱基部分能够与hTR对应结合，占据端粒在hTERT上的结合位点，使hTERT无法催化端粒延伸。同样作为端粒酶抑制剂，Imetelstat和BIBR1532一样，也具有治疗效果滞后的缺点。

来源于网络：https://www.geron.com/r-d/imetelstat/

Geron公司在寻找适应症上找到了突破口。Castelo-Branco等人2011发表文章论证Imetelstat能够抑制神经肿瘤干细胞（Neural tumor-initiating cells (TIC)）增殖，胶质瘤细胞NB12在每周给药3次连续8周给药预处理后接种TIC未见肿瘤生长。同时，Imetelstat对其他骨髓中的干细胞没有抑制作用。成立于90年代的Geron公司几乎是于端粒酶抑制剂研发同步成长，2000年前后启动Imetelstat研发，2005年推入临床I期。以2011年为转折，Geron卖掉了除Imetelstat以外的全部研发项目，重组了管理层，和Janssen携手推进Imetelstat临床研发。迄今为止，Imetelstat有两个临床药物：IMbark针对骨髓纤维化（临床II期），IMerge针对骨髓增生异常综合症（临床II/III期）。2018年是Geron的生死之年，最迟今年9月底前，Janssen将根据目前仍未披露的临床II/III期的数据决定是否与Geron继续Imetelstat研发合作。端粒酶小分子抑制剂的故事，精彩正在上演。

几家争鸣——癌症疫苗

端粒酶在肿瘤组织和细胞中和正常组织的区别表达契合于肿瘤抗原的特点，利用端粒酶蛋白片段多肽做成疫苗，对人体进行免疫后，能够激发机体免疫反应，产生特异的T细胞，识别并杀伤提呈端粒酶的肿瘤细胞。与小分子抑制剂一枝独秀的研发状况不同，癌症疫苗的战场上有不少参与者。而且，更值得注意的是，癌症疫苗已有一个上市药物——RIAVAX。

来源于网站：http://www.gemvax.com/ch/index.jsp

RIAVAX最初的名称是GV1001，由丹麦Pharmexa公司研发。GV1001的研发在肿瘤疫苗中首当其冲，2008年就开始招募临床II/III期胰腺癌病人。2009年Pharmexa并购了挪威的Affitech公司，致力于研发癌症抗体药物，显见其雄心勃勃。奈何好景不长，2014年6月Middleton等人[4]发表了Tertomotide（GV1001）的临床数据，证实Tertomotide与一线化疗药物联合用药相比化疗药单用没有改善，将Tertomotide腰斩于临床III期。随着Tertomotide的失败，Pharmexa公司退出了癌症疫苗的战局。然而故事才刚刚开始，根据GemVax & Keal公司网页的信息，2015年9月15日RIAVAX（Tertomotide）成功获批胰腺癌治疗药物，进入韩国市场，成为韩国第21个新药。目前，RIAVAX正由GemVax & Keal公司联合三星制药共同销售。RIAVAX是如何在短短1年3个月时间内“失之东隅收之桑榆”，成为了端粒酶药物研发故事中最令人费解一个谜。

RIAVAX的成功难以破解，但Tertomotide的失败却为端粒酶癌症疫苗的研发总结出重要的经验。为了能达到杀伤肿瘤细胞的目的，患者需要具备两个条件：肿瘤细胞充分降解端粒酶递呈在MHC分子上，同时能够被疫苗免疫产生的T细胞识别。在受试的晚期患者当中，大多数患者免疫系统都在治疗和患病过程中受到极大损害，可能不具有产生充分免疫反应的条件。

除RIAVAX外，还有5项癌症疫苗研究在临床阶段。

百折不挠——基因治疗      

在基因治疗方向上，针对端粒酶抗癌药主要由两种研发策略：溶瘤病毒和G-四联体（G-quadruplex）。

研发端粒酶溶瘤病毒的公司目前有1项成果进入临床：日本Oncolys Biopharma公司研发的Telomelysin（OBP-301）。Telomelysin是通过基因改造的腺病毒，在5型腺病毒基因组中将E1A基因启动子替换成了hTERT启动子。E1基因产生的蛋白控制病毒侵染和复制，能够使细胞p53蛋白稳定，诱导被病毒感染的细胞凋亡，达到杀伤细胞的效果。在病毒E1基因前插入hTERT启动子，使病毒具有了特异性杀伤表达端粒酶的肿瘤细胞，而对无端粒酶表达的正常细胞没有影响，从而达到治疗癌症的目的。

Telomelysin针对恶性黑色素瘤的临床试验目前正处于临床II期。2016年11月30日，恒瑞与Oncolys BioPharma公司达成协议，以1.02亿美元获得Telomelysin在中国大陆、香港和澳门特别行政区的开发、生产及商业化的独家许可权。这也是笔者已知的我国制药公司和端粒酶相关靶点新药研发的唯一关联点。

G-四联体的药物研发是一个关于百折不挠的故事。要了解G-四联体的作用机制，需要回到端粒的结构。端粒存在于染色体末端，是由TTAAGGG片段重复构成的单链DNA。富含G碱基的单链DNA在细胞中倾向于形成一种G-四联体的稳定结构，端粒如果形成G-四联体则会抑制端粒酶活性。在人体中，单链结合蛋白POT1与端粒结合，阻碍G-四联体的形成。结合四联体的（Quadruplex-binding）端粒酶抑制剂能够取代POT1，使端粒形成G-四联体，而达到抑制肿瘤细胞生长的目的。

Quarfloxin是G-四联体唯一一个进入临床试验的药，它是由Laurence Hurley主导在Cylene Pharmaceuticals公司首先研发的。Laurence Hurley是G-四联体研究方面的专家，其科研成果都集中在G-四联体方向上。在Cylene Pharmaceuticals进行的工作顺利进展到了临床阶段，之后将项目卖给了Tetragene。Laurence Hurley是Tetragene的创始人。Tetragene接手Quarfloxin后继续推进，但却最终在临床II期折戟沉沙。由于生物利用度问题，导致Quarfloxin无法在体内达到有效的药物浓度，最终使Tetragene也一并成为了历史。但Tetragene的湮灭没有终止Laurence Hurley的新药研发之路，他又创立了REGLAGENE，立足于他独有的G-四联体药物平台，进行新药研发，目前处于临床前药物研发阶段。虽然Laurence Hurley在G-四联体药物研发上还未抵达成功的彼岸，但正是由于世界上有许多这样立足于科研的执着的新药研发者存在，疾病治疗领域才会不断进展。

累积成山的百折不挠的失败撑起了凤毛菱角的成功，这就是新药研发领域最常见的故事。

 

彩蛋

一项发表在柳叶刀上的临床试验[5]证实：在遭受家庭暴力的妇女中，利用气功干预能够起到激活端粒酶活性，缓解压力的作用。

 

参考文献

1. Damm, K., et al., A highly selective telomerase inhibitorlimiting human cancer cell proliferation. Embo j, 2001. 20(24): p. 6958-68.

2. Neidle,S., 1 - Introduction: Quadruplexes andtheir Biology, in Therapeutic Applicationsof Quadruplex Nucleic Acids, S. Neidle, Editor. 2012, Academic Press:Boston. p. 1-20.

3.  Harley,C.B., Telomerase and cancer therapeutics.Nat Rev Cancer, 2008. 8(3): p.167-79.

4. Middleton,G., et al., Gemcitabine and capecitabinewith or without telomerase peptide vaccine GV1001 in patients with locallyadvanced or metastatic pancreatic cancer (TeloVac): an open-label, randomised,phase 3 trial. Lancet Oncol, 2014. 15(8):p. 829-40.

5. Tiwari,A., et al., Effect of a qigongintervention on telomerase activity of Chinese women survivors of intimatepartner violence: a single-blind, waitlist, randomised controlled trial.The Lancet, 2017. 390: p. S23.

6. https://clinicaltrials.gov