慢性粒细胞白血病

一、什么是慢性粒细胞白血病？ 慢性骨髓性白血病（chronic myelogenous (or myeloid) leukemia (CML)），又称为慢性粒细胞白血病（chronic granulocytic leukemia (CGL)），是一种造血干细胞克隆增生性疾病。临床上根据其症状可分为慢性期、加速期和急变期。其特点为由于骨髓干细胞失常而导致的，髓细胞的加速且失控地增长，以及髓细胞在血液中的过度积累。其主要临床表现为粒细胞（嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞）及其前体过量。

慢性粒细胞白血病在所有年龄阶段都有发生，但在20～50岁人群中发病率较高。其年发病率为0.1~0.2%，男性发病率略高于女性，占成年白血病患者的15~20%。我国每年新增病例高达30000例。使用传统治疗，病人患病后1~1.5年内由慢性期进入加速期，3~6个月后，进入急变期并死亡，另外有20~25%的病人不经过加速期而直接进入急变期。病人平均存活时间为三年，少于20%的病人能存活五年以上。

二、Bcr-Abl癌基因是慢性粒细胞白血病的元凶 慢性粒细胞白血病的发病机制是9号染色体长臂与22号染色体长臂的异位。临床上以费城染色体，即由于染色体异位而异常短小的9号染色体，为特征。由于此种异位，Bcr基因与Abl基因并置在一条染色体上形成Bcr-Abl（Breakpoint cluster region-Abelson leukemia）癌基因，其编码产生了致癌的Bcr-Abl融合蛋白。这种Bcr-Abl融合蛋白是一种构成性激活的酪氨酸激酶，能导致细胞癌变。而Bcr-Abl激酶也成为了治疗慢性粒细胞白血病小分子药物的主要靶点，通过抑制其活性，可达到控制及改善慢性粒细胞白血病的目的。

三、人类发明治疗慢性粒细胞白血病药物的过程 由于只作用于Bcr-Abl相关蛋白，Bcr-Abl激酶抑制剂以其疗效显著，副作用小的优点，成为慢性粒细胞性白血病的主要治疗手段。目前已有伊马替尼、尼罗替尼、达沙替尼、博舒替尼和普纳替尼等五种Bcr-Abl激酶抑制剂上市。然而，随着临床应用的增加，部分患者对伊马替尼产生了耐药性。伊马替尼耐药的产生主要与BCR-Abl激酶的突变有关，目前已证实的BCR-Abl突变有15种，包括Y253H、E255V、F359V、T315I等在内，其中T315I在突变中占的比重最大，达20%的耐药程度，且耐药程度最高。随后开发的一系列药物如博舒替尼、巴菲替尼、塞卡替尼等也都对该突变束手无策。更糟糕的是，如果患者反复使用达沙替尼和尼罗替尼等二代激酶抑制剂（TKI），T315I突变的比例会进一步增加。因此，开发针对T315I突变有效的TKI已迫在眉睫，为克服耐药性以及毒副作用问题，多种新型Bcr-Abl选择性抑制剂正在开发中。

本报告所依托的课题就是通过分析已上市的以及开发中的Bcr-Abl抑制剂的化学结构及其与蛋白的结合模式，通过生物电子等排，计算机辅助药物设计等合理设计方法，设计并合成一系列新型抗T315I突变的Bcr-Abl抑制剂，并与生物学家和药理学家合作，进行结构优化，构效关系研究，以及药理、药代性质等成药性评价。 1.已上市的治疗CML的小分子靶向药物 1.1伊马替尼（Imatinib，Glivec®，STI571） 伊马替尼（商品名：格列卫，化合物名：STI571）是由瑞士诺华公司研发的第一个被批准上市的选择性酪氨酸激酶小分子抑制剂。伊马替尼通过竞争性地抑制ATP与Bcr-Abl激酶的结合，阻止Bcr-Abl激酶磷酸化激活，从而抑制CML癌细胞的增殖，并诱导其凋亡。由于伊马替尼靶向CML癌细胞特有的Bcr-Abl激酶，疗效显著，副作用小。临床研究表明，伊马替尼能使95%的慢性期病人，53%的加速期病人以及15%的急变期病人得到完全血液学缓解。于2001年5月，获美国FDA加速审批通过上市。上市后作为治疗CML的一线药物应用于临床，用药病人平均5年生存率达88.7%。伊马替尼的成功证明了采用合理药物设计，分子靶向的，治疗特定疾病（特别是癌症）的药物开发策略是切实可行的。为药物研发提高疗效，降低副作用指明了方向。

然而，随着伊马替尼在临床上的广泛应用，耐药性问题日益凸显：部分CML病人对伊马替尼天然耐受；另一部分病人在用药一段时间后，产生获得性耐药。在伊马替尼用药42个月后，16%的慢性期病人、大部分加速期和急变期病人产生耐药而复发。耐药的主要原因是Bcr-Abl激酶的突变所导致的ATP口袋形状及电性的改变阻碍了伊马替尼的结合。目前已发现的Bcr-Abl激酶点突变达一百多种，其中T315I突变在突变中占的比重最大。

1.2尼罗替尼（Nilotinib，Tasigna®，AMN107） 尼罗替尼是瑞士诺华公司为克服伊马替尼耐药问题所开发的第二代酪氨酸激酶抑制剂。于2007年被FDA批准作为CML二线治疗药物上市，用于治疗伊马替尼耐药或不耐受的费城染色体阳性CML。在2010年6月被批准作为一线药物，用于治疗新发病例。对于野生型Bcr-Abl，尼罗替尼表现出比伊马替尼强20倍的细胞抑制活性，而且尼罗替尼对于大部分的伊马替尼耐药突变型有抑制作用。然而，对主要突变T315I尼罗替尼无显著抑制作用。

1.3达沙替尼（Dasatinib，Sprycel®，BMS-354825） 达沙替尼是美国百时美施贵宝公司开发的Src/Abl双靶点抑制剂。与伊马替尼和达沙替尼只抑制非活化态（DFG-out）Bcr-Abl激酶不同，达沙替尼不仅能抑制非活化态激酶，而且能抑制活化态（DFG-in）激酶。其对野生型Bcr-Abl激酶的抑制活性是伊马替尼的325倍和尼罗替尼的16倍，且对除T315I外的大部分突变保持抑制作用。2006年，FDA批准达沙替尼作为二线药物上市，治疗对于伊马替尼耐药或不耐受的CML病例。2010年10月，经FDA批准成为治疗CML的一线药物。

1.4博舒替尼（Bosutinib，Bosulif®，SKI-606） 博舒替尼是Bcr-Abl/Src/Stat-5抑制剂，2011年由辉瑞公司在欧洲上市，用于治疗慢性期CML。在临床试验中，用药24周，有31%的病人获得主要细胞学缓解。平均用药24.2个月后，86%的病人获得完全血液学缓解， 53%的病人获得主要细胞学缓解（其中41%获得完全细胞学缓解）。用药两年，有79%的病人无病情恶化，92%的病人存活。博舒替尼对大部分的Bcr-Abl突变型有效，但对T315I无效。2012年，美国FDA批准了该药的上市，作为二线药物用于治疗其他抑制剂耐药或不耐受的慢性期、加速期及急变期的费城染色体阳性CML。

1.5普纳替尼（Ponatinib，Iclusig®，AP24534） 基于良好的ADME性质以及临床试验数据，普纳替尼已作为抗耐药Bcr-Abl抑制剂，于2012年12月，获FDA加速审批上市，用于治疗耐药或不耐受的CML和费城染色体阳性急性淋巴细胞白血病（Ph+ ALL）。普纳替尼是目前上市药物中唯一能抑制Bcr-Abl T315I突变型的抑制剂。

2.抗T315I突变类的CML治疗药物研究 2.1 什么是T315I突变 “守门人”残基苏氨酸，是在多种酪氨酸激酶中常见的，位于激酶催化域旁的重要残基。它控制着小分子抑制剂进入活性口袋的通路。在Bcr-Abl激酶中，315位的苏氨酸突变为异亮氨酸，称为T315I（Threonine to Isoleucine at 315 position）突变。

2.2 T315I突变导致耐药 在使用伊马替尼治疗失败的CML病人中，有15~20%检测到了T315I突变。早期研究认为，T315I突变对伊马替尼耐药的机制是由于突变后减少了一个与药物作用的氢键并增大了药物与伊马替尼的位阻作用。然而，最新分子动态模拟研究表明，氢键个数的减少并不是T315I伊马替尼耐药的主要原因，为适应突变残基而发生的蛋白构象调整才是导致伊马替尼亲和力下降的主要因素。

2.3 针对T315I突变的CML治疗药物研究 目前，上市药物中，只有最新上市的普纳替尼能抑制该突变。其它该突变抑制剂尚在开发中（进入临床的抗T315I突变Bcr-Abl抑制剂活性及分类见表1-1）。

表1-1.进入临床的抗T315I突变Bcr-Abl抑制剂 结合口袋 抑制剂 IC50（nM） 临床试验阶段 临床试验号 野生型 T315I 突变型 活性构象

ATP口袋 PHA-739358 21 2 II期 NCT00335868

VX-680 10 30 终止 NCT00405054 AT9283 <5 <5 终止 NCT00522990 非活性构象

ATP口袋 Ponatinib 0.37 2 上市 NCT01207440

变构口袋 Rebastinib 5.8 7.9 I/II期 NCT00827138

3、开发中的CML小分子靶向治疗药物的小分子靶向药物 虽然尼罗替尼，达沙替尼和博舒替尼成功提高了对野生型Bcr-Abl激酶的抑制活性，并能有效抑制对大部分伊马替尼耐药的突变型。然而，对于位于激酶口袋入口的，占所有突变15%~20%的T315I突变却束手无策。目前，除刚上市的普纳替尼外，没有其它上市药物能够有效抑制T315I突变型。各大制药公司竞相开展了多项药物研发工作（大部分针对T315I突变型），下面简单介绍已进入临床试验阶段的Bcr-Abl抑制剂。

3.1 PHA-739358 PHA-739358（Danusertib，Jonsson Comprehensive Cancer Center）为吡咯并吡唑类化合物，PHA-739358最初由辉瑞公司开发，意图是作为激酶Aurora A、B和C的抑制剂，治疗多发性骨髓瘤。最新研究表明，PHA-739358能够抑制野生型Bcr-Abl激酶，并且对T315I突变型的抑制活性达5nM。通过对其与Bcr-Abl T315I突变型激酶的共结晶研究表明，PHA-739358适应了异亮氨酸至苏氨酸的突变，结合于活化态激酶的ATP口袋。2006年，PHA-739358进入临床二期试验，用于治疗包括T315I突变型在内的CML。

3.2 VX-680 VX-680（Tozasertib，MK-0457，Merck）是另一个被发现有Bcr-Abl激酶活性的Aurora激酶抑制剂，对野生型以及T315I突变型Bcr-Abl的IC50分别为10 nM and 30 nM。蛋白晶体学研究表明，VX-680亦结合于活化态Bcr-Abl激酶。2006年，VX-680进入临床I/II期试。但由于其具有引起心脏QTc间期延长的副作用，目前已暂停临床试验。