激酶别构抑制剂，会带给我们惊喜吗？
撰文 | 紫薯
2017年12月7日
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蛋白激酶与众多的生理过程关系密切，包括细胞增殖、存活、凋亡、分化等等。而蛋白激酶的功能异常会导致许多疾病，如肿瘤、自身免疫，炎症、中枢神经系统疾病等。蛋白激酶是一个理想的药物干预靶点。
根据结合模式的不同，蛋白激酶小分子一般可分为6大类型。I型ATP竞争性抑制剂，结合活性态激酶结构域，II型ATP竞争性抑制剂，结合非活性态激酶结构域，III型竞争结合非ATP口袋附近的别构位点，IV型为竞争结合非ATP口袋远端的别构位点，V型竞争结合复合位点，如双底物位点等，VI型非可逆竞争结合ATP口袋位点。
绝大多数已经获批或正在临床研究的激酶小分子抑制剂都属于I型或II型。它们均直接竞争ATP结合部位，其主要特点是选择性相对较差。另一种策略即靶向激酶的非ATP结合位点，从而期望能够大大提高特异性和克服耐药性。这类别构抑制剂即为III型或IV型激酶抑制剂。
激酶别构抑制剂真的能够如人所愿吗？我们结合几个激酶别构抑制剂略作分析。
MEK1/2别构抑制剂Trametinib
Trametinib 于2013年5月获批单药用于携带BRAF V600E突变的晚期黑色素瘤患者，是FDA批准的第一个激酶别构抑制剂。它能够竞争结合非ATP结合区域附近的别构位点，并抑制MEK1/MEK2的磷酸化活性，属于III型的激酶抑制剂。Trametinib耐药突变多发生于单药治疗6-7个月后。为了克服耐药性，2014年1月，FDA批准了Trametinib与BRAF抑制剂联用的治疗方案。
Trametinib最初是通过高通量细胞活性筛选的方法得到的。它的确是高选择性的，高活性的MEK1/MEK2别构抑制剂。但它并没有像人们预期的一样能够有效地克服，抑或延缓耐药性。虽然获得性MEK1/MEK2突变没有出现，但旁路信号通路成为其主要耐药机制。与BRAF抑制剂联用延长了PFS至12个月左右，但仍旧有新的耐药机制产生。
好在对黑色素瘤患者而言，BRAF突变与免疫疗法并无排他性。即使靶向耐药的患者仍旧能够使用免疫疗法。
由此可见，别构抑制剂也许没有我们最初设想的神奇。
Array的 TRKA 选择性别构抑制剂 ARRY786
Array的药化很强。其ARRY470，即卖给LOXO Oncology的Larotrectinib （LOXO101）。LOXO-101是非选择性的TRKA、B、C等效的竞争ATP结合部位的小分子抑制剂。今年ASCO报道了基于17种不同肿瘤类型的积极临床数据，正准备今年底或明年初申请NDA，有望成为第一个泛组织化的靶向激酶抑制剂。LOXO的二代也由Array设计，叫LOXO-195。德国制药Bayer最近以高达15.5亿美元的价格基本买断LOXO的TRK靶点权益。
Array的基于晶体结构设计的ARRY786, 是专门选择性的针对TRKA 的别构抑制剂，活性达到低nM，对TRKB，C的选择性超过千倍。ARRY786的结构没有披露，也不清楚它是III型还是IV型。Array没有开发其在肿瘤方面的适应症，而是集中在重度镇痛上的应用。初步的临床前实验结果表明其镇痛活性可以与辉瑞的NGF生长因子的抗体Tanezumab，及非选择性的TRKA，B，C小分子抑制剂相媲美。ARRY786较大的缺陷之一在于其有不少血脑屏障穿透活性，导致其临床实验迟迟未能开启。假如镇痛重磅新药Tanezumab最终能够获批，并成功打开市场，小分子选择性TRKA的抑制剂前景应该是非常广阔的。
诺华的EGFR “四代”小分子激酶抑制剂EAI045
诺华开发的基于蛋白晶体结构设计的4代EGFR别构抑制剂EAI045能够在体外选择性的抑制敏感突变型的EGFR，包括EGFR门控突变T790M，以及3代EGFR的TKI AZD9291产生的耐药突变C797S，而不抑制野生型的EGFR。从结合位点看，应该是III型激酶抑制剂。可是EAI045在小鼠模型上没有表现出抑制肿瘤生长的活性。推测也许受肿瘤微环境的影响，其别构结合位点比较容易被旁代的EGFR活性构象替代，固不能形成稳定的非活性抑制状态。
EAI045 只有与EGFR的抗体合用，才能有效的抑制小鼠模型中敏感耐药突变的肿瘤生长。但由于EGFR的抗体本身不能有效的区分野生型及突变型的EGFR构象，在非小细胞肺癌EGFR敏感突变人群，其毒性时常大于疗效获益。不看好二者联用的前景。
总之，对EAI045能否进入人体临床实验持悲观态度。
诺华的 ABL 别构抑制剂ABL001
主角来了。
诺华开发的治疗慢性髓系白血病（CML）的ABL抑制剂Imatinib成功使得原来致死率很高的CML变成了慢性病。许多患者只要按时服药，就不会受到CML对正常预期寿命的影响。同时，二代及三代ABL也已经得到广泛应用，可以克服大部分耐药性突变。
Imatinib靶向白血病CML已经成为目前理想靶向疗法的最佳代言人。这也是靶向疗法目前的最好结果，而在固体瘤中，我们多数情况下还远远做不到这一点。
诺华在早期开发ABL抑制剂时，曾经用高通量细胞活性筛选的方法得到ABL的别构小分子抑制剂，叫GNF-2。但由于诺华的一代ABL 激酶抑制剂Imatinib及其二代Nilotinib的巨大成功，诺华早期对ABL别构抑制剂的进一步开发比较缓慢。但最终，其研发部门还是重新开始推进ABL别构抑制剂的项目，最初目标是要克服ATP竞争性抑制剂的突变耐药问题。
活性更高的ABL的抑制剂ABL001被开发出来。临床前，及初步临床实验结果发表在今年初的Nature上。ABL001 竞争结合ABL的肉豆蔻酰口袋（myristoyl pocket），活性高，选择性好，应该属于IV型激酶抑制剂。跟预想的一样，ABL001 能够有效地克服各种ATP竞争性抑制剂产生的激酶活性区域的各种突变。然而，ABL001 也产生了自己别构结合部位相关的多种突变。
去年美国血液学年会（American Society of Hematology，ASH）会议显示ABL001单用疗效跟竞争性激酶抑制剂类似，它的耐药性产生的也比较快，没有更多的亮点。
但是，ABL001 联用ATP竞争抑制剂的临床前数据非常令人振奋，表现出非常强大的治愈潜力。为此，诺华开了多个与ATP竞争性ABL激酶抑制剂联用的临床治疗方案，包括其一代Imatinib，二代Nilotinib，甚至包括竞争对手BMS的二代Dasantinib。目标在于把慢性病进一步变成治愈。
据说这个月即将召开的ASH年会有联用的临床实验数据披露，不知是否属实，翘首以待。
小结
激酶别构抑制剂最大的特点和优势在于能够获得更高特异性。这在非肿瘤疾病的应用上具有更大的优势，可以大大降低潜在的毒性，如镇痛、自身免疫等。
在肿瘤治疗领域，极高的选择性并不能总是带来更好的安全/获益比。肿瘤细胞具有异质性，和快速突变进化的特性，高选择性反倒容易导致获得性突变或旁路耐药。就像诺华的四代EGFR别构抑制剂，很可能是由于替代的EGFR活性构象造成其临床前动物模型就已经丧失活性。
我们对肿瘤靶向治疗的“惊喜”给出了更高的标准，对治疗效果已经很好的慢性髓系白血病来说，我们期望从更多的慢性病，到更多的治愈，而联用别构抑制剂与ATP竞争抑制剂给了我们崭新的希望。
参考文献
FDA-approved small-molecule kinase inhibitors. Wu P, Nielsen TE, Clausen MH. Trends Pharmacol Sci. 2015Jul;36(7):422-39. doi: 10.1016/j.tips.2015.04.005. Review.
Advances of small molecule targeting of kinases. Berndt N, Karim RM, Schönbrunn E. Curr Opin Chem Biol. 2017Aug;39:126-132. doi: 10.1016/j.cbpa.2017.06.015. Review.
Classification of small molecule protein kinase inhibitors based upon the structures of their drug-enzyme complexes. Roskoski R Jr. Pharmacol Res. 2016 Jan;103:26-48. doi:10.1016/j.phrs.2015.10.021.
Allosteric MEK1/2 inhibitors including cobimetanib and trametinib in the treatment of cutaneous melanomas. Roskoski R Jr. Pharmacol Res. 2017 Mar;117:20-31. doi: 10.1016/j.phrs.2016.12.009.
http://www.arraybiopharma.com/files/6313/9810/8021/PubAttachment587.pdf
Overcoming EGFR(T790M) and EGFR(C797S) resistance with mutant-selective allosteric inhibitors. Jia Y et al. Nature.2016 Jun 2;534(7605):129-32. doi: 10.1038/nature17960.
The allosteric inhibitor ABL001 enables dual targeting of BCR-ABL1. Wylie AA, etal. Nature. 2017 Mar 30;543(7647):733-737. doi: 10.1038/nature21702.
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