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《我不是药神》与BCR-ABL1

类型:技术文章 时间:2021-04-29

慢性骨髓性白血病有着单一的病因,一款靶向药物就能起到极好的治疗效果。在格列卫诞生前,只有30%的慢性骨髓性白血病患者能在确诊后活过5年,而格列卫将这一数字从30%提高到了89%。从某种意义上说,格列卫是一个不折不扣的奇迹。


2018年,根据真实事件改编的电影——《我不是药神》叫好又叫座,引发了人们对白血病以及天价药物格列卫的关注。主人公确诊的慢粒白血病,又称慢性髓性白血病、慢性粒细胞白血病(CML),CML是白血病分型的一种,常以外周血白细胞异常升高,中性中晚幼粒及成熟粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞增多为特征,可于任何年龄发病。目前普遍认为,CML和费城(Ph)染色体以及随之形成的BCR-ABL1融合基因密切相关


BCR-ABL1

费城(Ph)染色体是一条缩短的22号染色体,因首次在美国费城被发现而得名。CML患者癌细胞中22号染色体和9号染色体长臂会发生易位,那条缩短的22号染色体即费城染色体。费城染色体的形成会导致22号染色体上的BCR基因和9号染色体上的ABL基因发生重组,形成BCR-ABL1融合基因(图1)。95%的人类慢性骨髓性白血病(CML)和部分(20%-30%)急性淋巴细胞白血病(ALL)中存在BCR-ABL1突变[1-4]



1:费城染色体与BCR-ABL1融合基因[2]


BCRABL1都是大基因,大小分别为138kb174 kb,它们的重组通常产生两种产物:衍生物9q染色体上的5ABL1-3BCR混合基因和衍生22qPh染色体上的5BCR-3ABL1混合基因。5ABL1-3BCR杂交基因虽然也会被转录和翻译,但其产物的生物学功能和临床相关性尚未得到证实。相比之下,5BCR-3ABL1融合基因在所有情况下都是转录和翻译的,且5BCR-3ABL1蛋白的白血病致病特性已在各种动物模型中得到证实[2]


BCR-ABL1通路

BCR-ABL1融合基因形成后,其不受控的酪氨酸激酶活性是导致CML发病的最主要原因。BCR-ABL1二聚化导致BCR部分Y177的自磷酸化,这是GRB2/ GAB2/SOS合物的对接点,它激活了多种信号通路,包括PI3K/ AKTMAPKABL1部分的激酶结构域也会通过激活JAK2和直接磷酸化STAT5来激活JAK/ STAT途径。常规酪氨酸激酶活性受到了严格的控制,不会突然失控;但BCR-Abl蛋白则不受其他分子的控制,一直处于活跃状态,不断激活下游蛋白,导致细胞分裂失控,引发癌症。尽管下游涉及的通路十分复杂,但所有下游通路几乎都依赖于BCR-ABL1 的酪氨酸激酶活性,这对针对BCR-ABL1 研发相关酪氨酸激酶抑制剂至关重要[1,4]



2BCR-ABL1相关通路[1]


BCR-ABL1抑制剂

由于CML发病的原因很明确,相较于传统的造血干细胞移植疗法,使用BCR-ABL1抑制剂来进行治疗更加高效。目前,科学家们研制出了一系列BCR-ABL1抑制剂,使得CML患者的存活率大大提升。最早开发的相关抑制剂是伊马替尼(ImatinibImatinib药品名为甲磺酸伊马替尼,大名鼎鼎的格列卫是它的商品名。Imatinib是一种TKI(酪氨酸激酶抑制剂),专门针对BCR-ABL1融合蛋白活性,显著改善了大多数CML患者的生存期和预后,目前这种药物被认为是标准疗法。Imatinib ATP竞争 BCR-ABL1 激酶的ATP 结合口袋,从而抑制其进一步磷酸化。在 Imatinib 之前,新确诊的CML 患者的中位存活率为 3-5 年,而在2015年,CML患者的10年生存率大于80%[2,4]。虽然Imatinib非常成功,但患有BCR-ABL1白血病的CML病例中,有一部分要么在规定时间内对Imatinib不敏感(原发性耐药性),要么在对Imatinib 治疗(二次抗药性)做出反应后出现耐药性。耐药性的出现通常和一些特定位点的突变有关,这些突变会影响BCR-ABL1蛋白ATP结合口袋的特定构象,从而影响Imatinib的结合效率,造成耐药[1,2](图3)。



3BCR-ABL1酪氨酸激酶抑制剂及其抗药机制[1](BindingConformation表示TKIBCR-ABL1酶结合的是催化或非催化构象;Resistance显示BCR-ABL1位点突变和TKI耐药性的关系,对耐药性影响强的位点突变用红色表示,弱的则用橙色列出)


这种情况催生了TKIs的进一步研发:二代TKIs和三代TKIs主要针对ImatinibBCR-ABL1点突变抗药性弱点。从3可以看出DasatinibNilotinib以及Ponatinib等抑制剂对应的耐药性位点较Imatinib大幅度减少,其中Dasatinib与ABL激酶的多个构象结合,能够克服BCR-ABL激酶域突变引起的Imatinib耐药性[1]由于T315位于ATP结合位点的入口处,T315I突变通常被称为看门人突变”,它对ImatinibDasatinibNilotinibPonatinib等药物都会造成耐药。Asciminib(阿西米明),是第一个达到临床评估的变构型ABL1激酶抑制剂。与其他被批准的CMLTKI不同,AsciminibBCR-ABL1的肉豆蔻酰化口袋(myristoylationpocket)独特地结合,它在c-ABL1中对调节激酶和维持自抑制状态至关重要。遗憾的是,尽管解决了T315突变位点的耐药性问题,但是肉豆蔻酰化区及其周围的耐药性突变是Asciminib新的问题[1]下表列举了部分BCR-ABL1抑制剂:

1:BCR-ABL1的部分抑制剂(数据来源:药渡、Drugbank)



BCR-ABL1抑制剂的出现显著地延长了CML病人的生存期,使一种曾经致命的疾病变得可以控制。新药的研发是一项艰巨又耗钱的长期过程,作为首代BCR-ABL1抑制剂的格列卫是几代科学家耗费数十年以及50亿美元得到的药物,为无数白血病人带去了生的希望虽然格列卫曾经的天价让很多病人难以承受,但是随着药品专利期的过去,格列卫无疑会造福了更多的人。而新一代的抑制剂也在不断的研究中,期待科学家在BCR-ABL1抑制剂领域进一步深入的研究,早日造福更多的病人。也期待我国政府采取相关措施,早日将一些抗癌药物纳入医保减轻患者负担,普惠民众。

CSNpharm作为一家全球领先的小分子化合物供应商,拥有多种BCR-ABL1抑制剂及TKIs化合物,可用于相关疾病的探索。也有TyrosineKinase Inhibitor Library (CSN-L1004A),其包含204个化合物,覆盖30个以上激酶靶点,例如VEGFR, EGFR, FGFR等,可用于酪氨酸激酶靶点的高通量以及高内涵筛选,是开发癌症治疗新药的有效工具!


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参考文献:

1. Braun, T.P., C.A. Eide, and B.J. Druker, Response and Resistance to BCR-ABL1-Targeted Therapies. Cancer Cell, 2020. 37(4): p. 530-542.

2.Morris, C.M. and S.M. Benjes, BCR-ABL1, in Encyclopedia of Cancer, M. Schwab, Editor. 2014, Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg. p. 1-14.

3.Baccarani, M., G. Rosti, and S. Soverini, Chronic myeloid leukemia: the concepts of resistance and persistence and the relationship with the BCR-ABL1 transcript type. Leukemia, 2019. 33(10): p. 2358-2364.

4.Quintás-Cardama, A. and J. Cortes, Molecular biology of bcr-abl1-positive chronic myeloid leukemia. Blood, 2009. 113(8): p. 1619-30.




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