MEK 抑制剂的研究进展

来源

肿瘤药学 2017 年10 月第7 卷第5 期

作者

蒯梦妮，乐祥阳，李乾斌，胡高云

中南大学湘雅药学院

摘要

RAF-MEK-ERK 通路的激活在癌细胞的增殖、分化、侵袭和转移等过程中发挥着重要作用，已成为抗肺癌药物研究的重要通路。

目前，虽然对于MEK 抑制剂的基础研究得到了较大进展，但临床疗效不足和耐药现象等限制了其进一步发展。

因此，对于新型MEK 抑制剂和双通路或多通路抑制剂的需求成为了科研工作者新的研究方向，对联合用药和个体化用药也提出了更高的要求。

本文介绍了早期MEK 抑制剂，总结了MEK 抑制剂的耐药机制，并对其最新研究进展进行综述。

关键词

MEK 抑制剂；癌症；耐药性；

MEK 简介

丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的表达上调通常是致癌转换和癌症发展的标志。

在细胞中，多种细胞信号分子与酪氨酸受体结合，控制着细胞中RAS的激活，随后根据级联信号方式磷酸化Raf、激活MEK（MEK1 和MEK2）及其唯一底物ERK（ERK1和ERK2），通过ERK 作用于下游的不同底物调节细胞增殖［1］、侵袭［2］、血管生成［3］及凋亡抵抗［4］等一系列关键的细胞活动（图1）。

人类约三分之一的癌症与RAS 突变密切相关［5］。

在肿瘤细胞中，MAPK 通路异常与其上游的K-ras 或B-raf 突变有关，不同的细胞系突变因素不同，但两种突变很少同时存在［6-7］。

大多数恶性黑色素瘤、乳头状甲状腺癌中都存在B-raf 突变，这种突变90% 以上是B-raf 基因1796 位的胸苷酸被腺苷酸替代（T1796A），引起B-raf 蛋白第600 位的缬氨酸突变为谷氨酸（V600E），突变后的B-raf 可以不依赖于K-ras 直接激活MEK［8］。

所以单一的RAS或者RAF 抑制剂的临床疗效有限，而MEK 抑制剂对于无论是K-ras 还是B-raf 突变导致的恶性肿瘤均有显著疗效，尤其是在B-raf 突变（V600E）的肿瘤细胞株中，MEK 通路的负反馈机制不存在，使得此类瘤株对MEK 抑制剂的敏感性大大增加［8， 9］。

近年来，大量的研究报道了多种MEK 抑制剂（表1），但因各种各样的获得性耐药机制存在，MEK抑制剂治疗一段时间后疗效降低甚至无效［10］。

本文首先对代表性的早期MEK 抑制剂的临床疗效及毒副作用等进行阐述，然后简述MEK 抑制剂的获得性耐药机制，最后论述针对以上机制的MEK 抑制剂的最新研究进展。

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1

早期MEK 抑制剂

MEK 抑制剂根据是否直接竞争ATP 结合位点分为ATP 竞争型与ATP 非竞争性抑制剂［11］。

由于ATP 竞争性抑制剂直接竞争ATP 结合位点，对于不同靶点均有不同程度的抑制作用，而且ATP 竞争抑制剂结构相差不大，容易存在交叉作用导致抑制作用不单一，副作用较大。

目前的研究热点主要是ATP 非竞争性抑制剂，其结构具有高度特异性［12］。

1.1 第一代MEK 抑制剂

最早发现的MEK 抑制剂是U0126、PD184352 和PD0325901（图2）。

U0126 作为最早发现的MEK 抑制剂，抑制作用强，但药动学性质不理想，毒副作用较大，未能进入临床试验。

近年来，研究显示U0126 除了作为信号转导通路研究的工具外，其独立于MEK 抑制剂的抗氧化应激作用较强［13，14］。

在对化合物PD98059 的结构进行优化后得到PD0325901 与PD184352 两个以二苯胺为母核结构的化合物，临床前动物实验的IC50 分别为1 nM 和2.3 nM，同时以二苯胺结构为母核的生物MEK 抑制剂被大量开发。

PD184352 是最早进入临床试验的药物［15］，因其溶解性差、半衰期短、口服生物利用度低、个体差异大等问题停止于Ⅱ期临床试验。

PD0325901 也因其在早期临床试验中观察到的与血脑屏障（BBB）渗透作用以及脑组织中MAPK 的活性代谢产物有关混乱、晕厥以及与共济失调等潜在的神经副作用停止临床开发，转而作为细胞信号转导机制研究的工具药［16］。

1.2 第二代MEK 抑制剂

第二代抑制剂是一类更强效且毒性更低的以二苯胺为母核结构的一系列MEK 非竞争性抑制剂，包括RO-4987655（C H 4987655）、P i m a s e r t i b（A S 703026）［17，18］、R e f a m e t i n i b（R D E A - 119，B A Y - 869766）［19］、Selumetinib（AZD-6244）［20，25］、MEK-162［26］等（图3），抑制作用均达到纳摩尔水平且正在进行临床试验。

Selumetinib 为口服有效的高特异性竞争抑制剂，可维持MEK1/2 的非活性构象，从而抑制下游ERK 分子的磷酸化，其对于MEK1 的IC50 值为12nM，能显著抑制肿瘤细胞的增殖。

细胞系适用性筛选试验结果显示多种含有B-raf 突变的细胞株对Selumetinib 有很高的敏感性，但K-ras 突变细胞株对其敏感性存在较大的区别。

临床前研究与Ⅱ期临床试验证实野生型细胞系均对Selumetinib 的敏感性差［21］。

由于对不同细胞抑制作用的差异性，Selumetinib 在结构优化的同时也在进行联合用药试验，寻找疗效更好的方式。

2015 年，口服小分子抑制剂selumetini 被FDA 批准用于治疗葡萄膜黑色素瘤（uveal melanoma），并作为黑色素瘤的治疗药物上市［22］。

2016 年，Selumetinib 被FDA 授予孤儿药资格认证，用于治疗晚期分化型甲状腺癌。

放射性碘治疗甲状腺癌后复发风险高［23］， Selumetinib 目前正在对放射性碘治疗无应答的分化型甲状腺癌患者中进行临床试验［24］，在儿童和青少年Ⅰ型多发性神经纤维瘤中处于Ⅱ期临床试验阶段。

同年，Selumetinib 在K-ras 突变的晚期非小细胞肺癌中的Ⅲ 期临床试验终止［25］。

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2

MEK 抑制剂的获得性耐药机制

在使用MEK 抑制剂治疗疾病时总是不可避免地出现耐药［27］。

MEK 抑制剂的耐药分为先天性耐药和获得性耐药两种。

先天性耐药指患者对MEK抑制剂完全无效，可使用许多已报道的生物靶标如cell cycle regulator（cyclin D）水平上升，phosphatasetensinhomologue（PTEN）缺失和hepatocyte growthfactor（HGF）的分泌等作为先天性耐药信号分子检测。

而大部分患者在初期接受MEK 抑制剂治疗时产生良好的效果，但很快由于药物疗效减退而导致疾病复发的情况为获得性耐药［28］。

获得性耐药严重影响了MEK 抑制剂的疗效，阻碍了MEK 抑制剂的研究和发展。

对于获得性耐药机制的探究将耐药机制归纳为：MEK 突变、负反馈调节及PI3K–AKT–mTOR 通路替代等。

2.1 MEK 突变

随着对MEK 通路的深入研究，许多小分子药物进入临床研究或临床前研究阶段。近年来检测出的大量MEK 获得性耐药突变，也印证了MEK 抑制剂单一治疗的局限性［29］。

MEK 突变可分为MEK1 突变和MEK2 突变，MEK1 突变的报道相对较多。

研究表明MEK 抑制剂耐药的HT-29结肠癌细胞的转移灶可发生MEK1F129L 突变，并且这种突变与耐药呈正相关性；在对威罗非尼耐药患者的研究中发现MEKC121S 可大大提高Raf-MEKERK通路活性从而导致MEK/B-Raf 抑制剂联合耐药；除了单一药物和联合用药的MEK1 获得性耐药机制外，研究还表明PLX4720 和司美替尼交叉耐药的机制是MEKP124 和MEK1Q56P 突变［30］。

对MEK2突变的研究显示MEK1Q60P 同源的MEK2Q56P 突变是B-Raf/MEK 抑制剂联合给药的异种移植瘤病人产生耐药的原因［31］；MEK1C121S 同源的MEK2C125S 突变致使持续的MEK 和ERK1/2 磷酸化，并在B-Raf/MEK 抑制剂联合治疗时产生严重的耐药。

2.2 负反馈调节

研究表明pERK 水平与MAPK通路和B-Raf/MEK 抑制剂不相关［32］。

pERK 水平与蛋白浓度相关性较弱，表明pERK 高表达的主要机制之一是正或负反馈调节。

反馈调节作用可以合理解释获得性耐药，在结肠癌或存在野生型B-raf 细胞系的癌症中，尽管初期接受MEK 抑制剂治疗时效果显著，但长期使用时，由于MEK 对上游分子的负反馈作用，导致药物的敏感性降低，这一点成为缺乏B-rafV600E 突变的野生型肿瘤细胞株对治疗药物不敏感的原因。

2.3 PI3K-PDK1-AKT 等通路替代性机制

在许多肿瘤模型中，RAS 诱导的ERK/MAPK 级联通路与PI3K/AKT 通路同时存在（图4），且二者拥有大量相同的底物分子，如血管内皮生长因子（VEGF）、促凋亡蛋白BAD、核糖体S6 激酶（p90RSK）和BIM、肿结节性硬化（TSC）抑制蛋白Tuberins、雷帕霉素靶蛋白C1（mTORC1）、核因子κB、Forkhead 蛋白（FoxOs）以及细胞周期调控因子p21Cip 和p27Kip。

过度激活的MEK 和AKT 均可通过这些下游分子促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，促进肿瘤血管生成和迁移，导致致癌信号退化和收敛，MEK 单一靶点抑制剂治疗时发现PI3K 信号通路的激活和上调，从而抵抗MEK 抑制剂的治疗作用，导致疗效下降产生耐药性。

在临床前研究中，使用mTOR、PI3K、AKT和Raf 等抑制剂进行联合用药和RK/MAPK 级联通路与PI3K/AKT 通路双通路抑制剂的方法被证明是有效的，并且这种方法正在用于临床治疗中［33］。

除此之外，MEK 抑制剂在抑制ERK/MAPK 通路的同时，可导致双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶（Dyrk1B）等大量其他激酶的表达水平上调［34］，研发此类激酶的MEK 抵抗抑制剂也是可行的解决方案之一。

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3

MEK 抑制剂的最新研究进展

3.1新型MEK 抑制剂

随着对MEK 靶点和抑制剂的进一步研究以及分子生物学、药理学等实验条件和技术的发展，新一批的MEK 抑制剂逐渐被发现并进行了更深入的研究。

3.1.1 二苯胺类衍生物

化合物10 Cobimetinib（GDC-0973）是近年来新发现的MEK/AKT 双通路抑制剂［35］，能同时抑制KRASG13D与B-RAFG464V突变的表达。

该化合物以早期MEK 抑制剂PD0325901 为先导化合物并针对其潜在的神经系统副作用、活性及药代动力学进行优化，其杂氮环丁烷及酰胺键不仅保持了代谢稳定性，并且与催化区域的ATP γ- 磷酸盐和Asp190 均产生了有效的连接。

Cobimetinib 于2015 年被FDA批准上市，常用于与威罗非尼（Vemurafenib）联合用药治疗不可切除或转移性黑色素瘤［36］。

虽然化合物Cobimetinib 在剂量范围内治疗作用明显，但其在肿瘤组织中对于p-ERK 的24 h 的抑制作用表现为ED90为39.7 mg·kg-1，以此印证其安全性，使脑组织中MAPK 的抑制作用最小化并在剂量范围内具有明显的治疗作用。

关于人乳腺癌细胞（MDA-MB-231T）疗效研究中，当小鼠在口服剂量分别为1、3 mg·kg-1时，化合物XL518 对肿瘤的抑制率分别为60% 和93%，且剂量增加时对肿瘤的抑制作用更加明显。

在临床前研究中，化合物Cobimetinib 表现出良好的药代动力学性质，与先导化合物PD0325901 相比，BBB 渗透作用更小，在PD研究中维持了肿瘤的ERK/AKT 双通路抑制作用。

进一步研究表明化合物Cobimetinib 没有致突变作用，在异种移植瘤体内模型研究中，其每日一次的给药剂量也优于PD0325901。

早期临床前安全评估表明，在获得有效循环浓度时Cobimetinib 耐受性良好［37］。

TAK-733 也是通过PD0325901 为先导化合物进行优化的6- 氟吡啶骈嘧啶酮环化合物［38］。

针对PD0325901 异羟肟酸的易代谢性进行优化，通过将酰胺基部分直接连接到合并的双环上，化合物晶体结构显示该二环结构能够刚好嵌入MEK 的活性口袋中 ，使其在改善代谢性的同时增强活性［39］。

目前，第一阶段研究显示TAK-733 的药效与MEK1/2 抑制剂的抗肿瘤活性一致。

对于结肠癌（colorectal cancer cell lines，CRC）细胞、肺癌A549细胞和异种移植模型以及黑色素瘤（Melanoma CellLines）、多发性骨髓瘤（multiple myeloma，MM），特别是对于没有PI3K 变异的细胞中表现出良好的疗效［40，42］。最近的一项研究表明在结直肠癌细胞和小鼠模型中，TAK-733 显示出强大的抗肿瘤活性。

54 个测试的细胞株有42 个对TAK-733 敏感；从患者样本中培养的20 个小鼠肿瘤测试模型中有15 个对TAK-733 敏感，其中9 个小鼠的肿瘤得到回归，即TAK-733 能使肿瘤缩小。

TAK-733 有望成为新一代MEK 激酶抑制剂，用于治疗人结直肠癌。

对化合物TAK-733 构效关系的研究显示，以芳香环取代二环中的氨基等设计的化合物曲美替尼Trametinib（GSK1120212）对MEK1 和MEK2的IC50 值分别为0.7 nM 和0.9 nM。

2013 年，美国FDA 批准Trametinib 用于治疗晚期或不可切除的黑色素瘤。

Ⅰ期临床试验显示其对B-raf 突变的黑色素瘤有效率为33% ；Ⅲ 期临床试验结果显示使用Trametinib 和其他化疗的病人的有效疗程分别为4.8 个月和1.5 个月，虽然Trametinib 推迟了耐药过程，但是临床结果并不令人满意［43］。目前对于Trametinib 的研究主要是联合用药或者单独用药与联合用药对比的Ⅱ期、Ⅲ期临床研究［44］。

3.1.2 嘧啶类化合物

通过对化合物X1-6 的位置进行氟取代以及对活性的筛选得到了化合物14，与以往经典的MEK 抑制剂拥有二苯胺结构不同的是，化合物15 属于嘧啶类化合物，不具有二苯胺结构。

研究证明化合物14有较好的MEK/Raf 抑制作用，对于HCT116、MEK1、C-Raf 的IC50 值分别为17、97、23 nM，且其毒副作用不明显［45］。

体内实验中，化合物14 在小鼠、大鼠和猴子等五种不同物种中都没有强的细胞色素氧化酶（CYP）抑制作用。

其为MEK 抑制剂的进一步发展提供了先导化合物结构，通过对化合物14 的结构不同位置进行氮取代得到拥有更好的药动学性质的化合物CH5126766，对于HCT116、MEK1、C-Raf的IC50 值分别为40、160、56 nM，并且有极好的溶解性，在小鼠体内的血药浓度情况良好。

在化合物活性均较高情况下，两个化合物之间的选择将更倾向于拥有良好物理化学性质和安全性的化合物并发展成为药物。

在小鼠、大鼠和猴的体内实验中，CH5126766 在生物利用度、清除率方面均表现出较好的PK 数据［46］。

在C32（B-RafV600E）异种移植模型中，化合物CH5126766 与化合物14 的IC50分别为47 nM 和57 nM ；凝血酶形成指数TGI 分别为118% 和96% ；ED50 值分别为 0.09mg·kg-1与1.44 mg·kg-1，化合物CH5126766 的各项药理学性质与PK 值以及体内生物活性都优于化合物14，目前正在进行Ⅰ期临床试验。

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3.2 MEK 通路抑制剂与其他抑制剂联合用药

由于单一MEK 抑制剂的局限性，短时间内严重耐药经常发生。

在新型MEK 抑制剂和双通路抑制剂短缺的情况下，联合用药成为一种较为可行的用药方式。

MEK 抑制剂最常见的联合用药方式是与AKT通路抑制剂或B-raf 抑制剂联合用药，大部分联合用药的实验都得到了良好的结果。

如 Cobimetinib于2015 年被F D A 批准以片剂形式与威罗非尼（Vemurafenib）联合用药治疗不可切除或转移性黑色素瘤，实验证明与威罗非尼联合用药可降低耐药几率，优于单药治疗。

目前观察Selumetinib 单独或与多西他赛或厄洛替尼合用治疗K-ras 突变的晚期或转移期非小细胞肺癌的二期临床研究正在进行中。

Selumetinib 和MK2206 的研发公司正在尝试合作，将两类药物联合应用进行I 期临床研究。

Trametinib 与Dabrafenib（达拉菲尼）的联合用药正在进行Ⅲ期临床试验［47］，结果表明联合用药疗效优于单一抑制剂，能够显著增加反应率（76% vs.26%），并延长生存时间（9.4 个月vs. 5.8 个月）且毒性没有增加［48］。

另外，Trametinib 与Gemcitabine（吉西他滨）、BRAF 抑制剂等联合应用治疗胰腺癌、黑色素瘤等正在进行Ⅱ期或Ⅲ期临床试验，且大部分均优于单独用药[49, 50]。

联合用药在明显缓解癌症进展的同时可减少耐药的发生，但联合用药的个体化应用面临许多困境［51］。

药物配伍所产生的相互作用目前尚不清楚，需要进行大量的临床研究和实验去探究；病人的个体化差异以及相同疾病不同病情的差异使得不同患者不同时期的药物种类和配伍比例有很大差异；同时多种药物的服用也会带来病患依从性的问题［52］。

因此，联合用药需要严谨切实的个体化用药才能使得疗效有所保障。

3.3 RAF-MEK-ERK 和PI3K-PDK1-AKT 双通路抑制剂

面对高特异性单靶点抑制剂的严重耐药状况以及个体化用药的复杂性一时无法得到显著改善的现状，双通路抑制剂和单药多靶点抑制剂成为研究热点。

3.3.1 噻唑类衍生物

在一些列苯基丙烯噻唑类化合物中发现了化合物16，该化合物以MEK 和AKT 双通路抑制的机制发挥作用，诱导细胞停留在G0/G1 细胞周期［53］。

该化合物在10 μM 时可以显著抑制多种细胞系（A549，U937，HT-29 等）MEK 和AKT 的磷酸化水平，但对于上游的Ras 和Raf 以及MAPK 家族的其他成员（P38 和c-jun 氨基末端激酶JNK）没有作用。

化合物17 和化合物18 分别抑制MEK1 的IC50 为2.2 μM 和8.5 μM，同时对PI3Kα 的IC50 为0.3μM 和10.2μM［54］。

3.3.2 苯脲类化合物

Sorafenib（化合物20）最开始以RAF-MEKERK抑制剂进入临床研究阶段，但随后发现其具有RAF-MEK-ERK 和PI3K-PDK1-AKT 双通路抑制作用。

进一步研究发现了化合物20 的衍生物NSK-01105（化合物21）［55］，其在10μM 时可同时抑制RAF-MEK-ERK 和PI3K-PDK1-AKT 双通路。

3.3.3 长链拼接化合物

化合物21a 是将MEK 抑制剂CH5126766 和PI3K 抑制剂ZSTK474 通过链状烷烃连接，可同时强效抑制MEK 和PI3K。

激酶实验研究中，化合物21 的抑制能力分别为MEK1（IC50=473 nM）和PI3K（IC50=172 nM）。

在胰腺癌细胞和A549 肺癌细胞试验中，化合物22 能强效抑制RAF-MEK-ERK 通路和PI3K-PDK1-AKT 通路，并能显著抑制细胞增殖［56］。

目前，除了上述零星的报道外，RAF-MEKERK和PI3K-PDK1-AKT 双通路抑制剂的研究基本属于空白。

4

总结

虽然目前对于MEK 抑制剂的探究获得了较多的成果，但临床疗效不足和耐药等情况也为MEK抑制剂的进一步发展提供了研究方向。

对于新型MEK 抑制剂和双通路或多通路抑制剂的需求，要求更多的科研工作者去探索，对于联合用药和个体化用药也提出了更高的要求。

参考文献

详见 肿瘤药学2017 年10 月第7 卷第5 期

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