克服出现的SMO耐药性：具有抵抗耐药性的小分子 SMO 拮抗剂的综述外文翻译资料

克服出现的SMO耐药性：具有抵抗耐药性的小分子 SMO 拮抗剂的综述

摘要：Hedgehog(HH)信号通路在控制胚胎细胞的存活和体内平衡中起着至关重要的作用，并且在成熟个体中变成休眠状态，HH信号通路的异常活化与许多人类癌症有关。Smoothened(SMO)是HH信号通路的重要传感器，在HH信号通路相关的癌症治疗中引起了极大的关注。SMO拮抗剂vismodegib的上市批准证明了SMO蛋白是有前途的治疗靶标，此后报道了许多的SMO拮抗剂。然而，随着vismodegib的临床应用，肿瘤复发的高发生率促使人们对具有抵抗耐药性的新型药物进行探究。这篇综述概述了文献中报道的SMO突变，SMO的晶体结构以及已报道的具有抵抗耐药性的拮抗剂。

关键词：癌症:抵抗耐药性:HH信号通路:SMO拮抗剂:SMO蛋白

HH信号传导通路通过控制细胞的成熟、分化和增殖，在整个哺乳动物胚胎发育中起关键作用，然后在成年期除了组织维持和修复^[1,2]外不再表达。已发现HH信号通路的过度激活是造成基底细胞癌（BCC）和髓母细胞瘤（MB）发生的主要原因，并且与许多其它人类肿瘤的生长有关^[3-6]。据报道，有25％的人类肿瘤与HH信号通路激活有关，并且许多肿瘤对SMO拮抗剂敏感^[7,8]。由于HH信号传导通路在癌症中起着重要的作用，近年来人们对HH信号传导通路的抑制剂给予关注。GDC-0449（vismodegib，图1）的上市证实了已将HH信号通路抑制剂确认为抗癌药。

在脊椎动物中，HH信号传导通路的主要成分包括三个HH配体：Indian HH（IHH），Sonic HH（SHH）或 Desert HH（DHH），两个12-跨膜（TM）受体Ptched1和Ptched2（PTCH1和PTCH2），G-蛋白偶联受体（GPCR）SMO的Frizzled（FzD）类和三个下游转录因子Gli1-3^[9-12]。HH信号的传导起始于脊椎动物的初级纤毛，纤毛是一种从细胞中突出的类似天线的细胞器^[13]。在缺少HH配体的情况下，负调节剂PTCH（主要是PTCH1）可防止SMO迁移到初级纤毛。全长的Gli2/3（Gli2/3^FL）受融合蛋白（SUFU）的抑制因子负调控，并以其阻遏物形式（Gli2/3^R）进入信号通路^[10]。任何HH配体与PTCH1的结合均会减轻其对SMO的抑制作用，并诱导SMO的初级纤毛转运。活化的SMO促进SUFU中Gli2/3^FL的解离和形成Gli2/3（Gli2/3）的活化，并诱导Gli2/3^A进入细胞核并触发核靶基因的转录。最近的综述里总结了该信号通路的更多细节^[2,14]。

对HH信号通路的兴趣始于1990年代HH信号通路与发育缺陷之间直接联系的确认，并随着2001年环巴胺在MB治疗中的有希望的结果的报道而蓬勃发展^[15,16]。然后，十年后的2012年，第一个HH信号通路抑制剂GDC-0449被美国FDA批准上市。如今，人们对HH信号通路抑制剂尤其是SMO拮抗剂的关注仍然很高，据报道，许多具有新结构的SMO拮抗剂包括两种已被批准的药物GDC-0449和NVP-LDE225（sonidegib，图1）。GDC-0449和NVP-LDE225的临床试验表明，在BCC患者中有可喜的结果，并为无法用传统手术或放射疗法治疗的患者提供了药物治疗^[17,18]。HH信号通路参与各种癌症的发生和发展促使人们研究其它癌症中的HH信号通路抑制剂^[19]。

如今，已报道了多种HH信号通路抑制剂，其中11种化合物仍在针对不同癌症的进行临床试验中，并且数量还在不断增加^[20,21]。从理论上讲，HH信号通路的每个组成部分都可以作为靶点，但是在临床试验中的11种化合物中，因为SMO作为膜蛋白具有灵活性和可行性^[20,21]有10种是SMO拮抗剂。剩下的化合物是Gli抑制剂ATO，但是需要更多信息来确定它是否可以用作HH信号通路药物^[22]。SMO拮抗剂比其他HH信号通路成员具有许多优势：比SHH抑制剂更广谱，SMO拮抗剂对PTCH1突变引起的BCC具有活性，数量占所有BCC的80％以上；许多新型SMO拮抗剂对SMO突变诱导的癌症也具有活性;作为研究最多的GPCR蛋白的一员，可以从其他GPCR抑制剂中学习丰富的设计策略。作为膜蛋白，抑制SMO可以更灵活；Gli成员的复杂作用机制决定了探索Gli抑制剂的难度更大，到目前为止，只有一种 Gli抑制剂ATO，已经被开发进入临床试验。

SMO耐药性的产生与作用机理

随着GDC-0449的临床应用，已经报道了对GDC-0449产生抗药性的突变，并且突变变得越来越严重。据报道，晚期BCC患者第一年内GDC-0449的复发率估计高达20％^[23]。评估肿瘤的再生长表明，耐药性的出现是由于基因组依赖性，局部晚期的BCC患者显示出很高的耐药性发生率（30％），而癌细胞转移的BCC患者则没有继发性耐药性^[23]。

迄今为止，已经报道了许多氨基酸变异（如表1和图2所示），它们可以分为两种类型：原发性抗性和获得性抗性（也称为二级抗性）。SMO突变具有致瘤性，并且对SMO拮抗剂具有内在抗性，也被称为原发性抗性，约占BCC患者偶发突变的10-20％^[24]。1998年初，在癌细胞活跃的BCC患者中发现了W535L（SMO-M2）突变^[25]。之后，S533N，R199W，L412F，T241M和A459V突变被报道是各种癌症的致癌驱动因素^[26-30]。这些突变位于TM螺旋的关键区域，在激活活性和非活性状态之间的构象变化中起着关键作用，因此这些残基的突变赋予了固有活性和原发性耐药性^[29]。

除了导致癌症外，SMO突变还导致获得性耐药的出现。尽管在接受GDC-0449治疗的MB患者中观察到明显的肿瘤缩小，但在3个月后发现肿瘤复发^[33]。通过分析HH信号通路的每个组成部分评估了复发的机制，并发现SMO位点D473H的错义突变是造成药物敏感性下降的原因。随后，将D473突变为所有氨基酸以探索天冬氨酸残基在SMO功能中的作用^[35]。出人意料的是，所有变异都对GDC-0449具有抗性，表明D473在GDC-0449与SMO的结合中的重要性。同时，通过使用丙氨酸扫描诱变的方法，发现了一种新的SMO对GDC-0449^[35]的亲和力大大降低的突变体E518K。

从那时起，实验室和患者样本中都报告了越来越多的SMO突变。Pricl等报道了两名BCC患者出现了新的G497W突变和D473Y突变^[38]。生物信息学分析表明，G497W和D473Y突变代表两种不同的机制导致对GDC-0449的初级和次级抗性。通常，G497W不仅可以构成反应性SMO受体，而且还可以通过构象重排来阻止GDC-0449的结合，而D473Y突变通过破坏稳定的氢键网络直接影响GDC-0449的结合^[38]。

最近，Sharpe等人对55例BCC患者进行了基因组分析，其中包括普通的和GDC-0449耐药病例^[28]。在药物结合袋和药物结合袋以外的远端部位均发现了四个新的SMO突变（T241M，I408V，A459V和C469Y），大大降低了对GDC-0449的亲和力。探索了抗药性机制，表明肿瘤复发是由多种机制引起的，而继发性SMO突变构成了大多数抗药性，但令人惊讶的是，即使在同一样品中也发现了多种抗药性机制^[28]。除了SMO突变，SUFU的下调和GLI2的扩增也被公开^[28]。同时，Atwood等对81例BCC患者的全基因组和外显子组进行了测序，包括抗药性和普通的患者^[29]。在耐药的BCC患者中未发现信号传导途径改变，表明 BCC 已成瘾于HH信号传导途径，尽管已有报道MB患者绕过HH信号传导途径产生耐药性^[40]。耐药机制与Sharpe等人报道的一致：耐药性是由内在和获得性突变引起的^[28]。

当提到批准的药物NVP-LDE225，耐药机制与GDC-0449不同。已证明NVP-LDE225的失败是由于下游效应器Gli2的染色体扩增或磷酸肌醇 3-激酶信号通路的上调引起的^[34]。尽管SMO突变不是NVP-LDE225的主要驱动因子，但据报道SMO D473H突变也降低了NVP-LDE225的活性，表明存在交叉耐药性^[41]。此外，在IPI-926（天然产物衍生的SMO拮抗剂）治疗HH依赖的小鼠MB模型中发现P-糖蛋白（Pgp）表达增加，这表明耐药机制不同，这可能是因为IPI-926充当了Pgp底物^[42]。这种机制不太可能影响其他非Pgp底物的SMO拮抗剂。

SMO的晶体结构及对药物设计的影响

已经报道了带有拮抗剂的SMO的晶体结构，从而为SMO拮抗剂如何减少信号转导和获得耐药性提供了深刻见解，并为设计新的抗耐药性药物提供了便利^[37,43-46]。尽管完整的结构对于 GPCR的复杂性仍然是虚幻的，但可以解析TM域（C-端或-N端或干基）和细胞外富含半胱氨酸的域（CRD）。即使SMO与其他GPCR序列共享的序列同一性不到 10％，TM域仍显示出较高的空间保守性^[44]。

对已报道的SMO晶体的研究表明，SMO拮抗剂与TM螺旋和细胞外环所包围的狭长口袋（图2）结合，并在伴随着细胞外环境开放下细胞外循环^[44]。长的结合袋为不同的拮抗剂提供了多个结合位点。与 SANT-1（一种拮抗剂在TM域中结合SMO的较深位点）相比，大多数化合物（如LY2940680，Anta XV，环巴胺，GDC-0449和TC114）都位于口袋的入口处。SMO拮抗剂的结合诱导了TM结构域和CRD的构象变化，这解释了SMO拮抗剂如何操纵SMO蛋白的活性^[43,46]。

SMO的晶体结构还阐明了SMO突变如何影响拮抗剂结合和获得抵抗力以及为什么其他拮抗剂耐受这些突变的机制。从结构（图3A）表明，GDC-0449介导了D384，Y394，R400，D473和Q477氨基酸之间的氢键网络，这对于GDC-0449的结合口袋必不可少，D473的突变导致了这种氢键网络的中断，从而降低了GDC-0449与SMO的亲和力^[46]。相反，在LY2940680的结构中（图3B），两个水分子介导了氢键网络（黄点），因此D473突变的影响受到限制^[44]。当处于SANT-1的晶体结构中（图3C），SANT-1会在口袋中深深地结合，并且全部埋在膜中。SANT-1和D473之间没有相互作用，因此，对于D473突变，SANT-1保留了活性^[37]。即使LY2940680和Anta XV具有相似的结构，但LY2940680和Anta XV的结合模型却有所不同（图3D）。LY2940680的4-氟-2-三氟甲基苯基部分与Anta XV的5-取代苯环与细胞外环-3之间的不同相互作用导致细胞外环-3的转变，从而导致与SMO的独特的相互作用^[37]。像GDC-0449一样，R400，H470，D473和E518之间的氢键网络（图3D中的洋红色点）通过 Anta XV达到稳定，而LY2940680与D473的相互作用弱得多，这解释了针对D473突变的不同抗性概况^{[37,44 ，46]}。

然后，在CRD中发现了另一个与甾醇，氧固醇或类似物具有高度亲和力的结合口袋，这些结构解释了CRD的功能并有助于了解HH信号如何跨膜转导^[46-49]。Rana等首先报道了具有糖皮质激素SMO拮抗剂布地奈德（Bud）的SMO-CRD的晶体结构^[48,50]。这个口袋位于CRD的表面，与另一个Fz-GPCR成员Wnt8具有高度相似性，并且布地奈德在拓扑等价于Wnt的棕榈酸酯结合槽的位点结合。后来，还发现了氧固醇-SMO激动剂20（S）-羟基胆固醇（20（S）-OHC）结合在该口袋^[49]。20（S）-OHC与SMO-CRD的相互作用引起CRD的构象变化，然后转导至TM结构域并触发下游信号传导^[46,49]。最近发现，已知的SMO拮抗剂环巴胺也可以与CRD结合，用具有与20（S）-O

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 22 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[274090]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word