她是前加拿大不列颠哥伦比亚癌症研究中心（BC Cancer Research Center）的科学家，其表示：“如今我已经离开加拿大，回国组建公司进行四链体 DNA 药物的开发。我们会在四链体 DNA 领域进行深耕，争取尽快给患者带来好消息。”回国之前，她在参与撰写的一篇 Nature Communications 论文里[1]，总结了新靶点癌症药物-CX-546 的一期临床试验结果，并回答了一个关键性问题：即四链体 DNA 作为一个新靶点，是否可以成药？答案是肯定的。四链体 DNA 结构的发现已经超过 50 年，近 20 年来这一领域的研究非常活跃。但是，目前市场上尚无以四链体 DNA 为靶点的药物出现。因此，四链体 DNA 稳定剂——CX-5461 的临床试验结果非常令人关注。图 | CX-5461 实体瘤临床试验结果显示药物在人体中的副作用小、耐受性高（来源：Nature Communications）CX-5461 的故事要从两条线说起。一条线是美国 Cylene 公司，也就是发明 CX5461 的公司。CX5461 起源于抑制细菌旋转酶的喹诺酮类抗生素诺氟沙星。之后美国的雅培生物公司将其改造成一个具有细胞毒性的、人拓朴异构酶抑制剂 A-62176。基于此， Cylene 公司进一步扩大其平面环状结构，将其改造成可与四链体 DNA 结合的分子 CX3543，并于 2007 年开展 CX3543 的一期及二期临床试验。由于 CX3543 可与核糖体四链体 DNA 结合抑制 RNA 聚合酶 I, 而且 CX3543 富集于于核仁区，这扰乱了核仁结构进而造成细胞死亡。因此，Cylene公司认为 RNA 聚合酶 I 的抑制是一个好的抑制肿瘤的方向，随后将 CX3543 沿着 RNA 聚合酶 I 抑制剂的方向将其优化为 CX5461，后又遵循这一机理设计出 CX5461 的第一个临床试验，试验于 2013 年在澳大利亚进行，主要用于治疗白血病及淋巴癌患者，因为这些癌症里面的 RNA 聚合酶 I 转录水平高于其他癌症。然而，这个临床试验的有效率不尽人意。在 16 名病人中，只有一位患者肿瘤得到部分抑制（PR）和一名患者病情稳定（SD）。Cylene 公司也于 2013 年关闭，CX5461 的专利被转卖给台湾生华公司。CX5461 的另一条线在加拿大 BC 癌症中心，即徐红的前东家。在那里工作时，她主要研究癌基因乳腺癌 2 号基因-BRCA2 的功能。为了找出可以医治 BRCA2 缺陷的肿瘤，自 2005 年起她和同事一起开展关于 BRCA2 的合成致死筛选。一开始，是做全基因组的小核酸筛选，后来又做小分子化合物筛选，并从中发现 BRCA2 基因缺陷的肿瘤，对于 CX5461、以及 CX3543 都非常敏感。那时，她和同事并不知道 CX5461 来源于 CX3543, 也不知道 CX5461 具有稳定四链体 DNA 的功能。当时的文献报道，都将 CX5461 定义为一个 RNA 聚合酶 I 的抑制剂。于是，他们开始研究为何 BRCA2 基因缺陷的肿瘤，对 RNA 聚合酶 I 的抑制不耐受。然而，针对该方向的研究却并未得到和 CX5461 相同的结果。而且其他 RNA 聚合酶 I 的抑制剂，也和 BRCA2 基因缺陷的肿瘤，不存在合成致死关系。由于 RNA 聚合酶 I 参与转录的核糖体 DNA 区域，有大量可以形成四链体 DNA 的序列。因此，她打算检测 CX5461 是否具备稳定四链体 DNA 的作用。后来，英国剑桥大学化学系教授尚卡尔·巴拉苏布拉马尼安（Shankar Balasubramanian）实验室检验后确认，CX5461 是一个四链体 DNA 稳定剂。而且尚卡尔实验室发明的另外一种四链体 DNA 稳定剂 pyridostatin，也和 BRCA2 基因有合成致死关系。至此，她和同事认为 CX5461 和 BRCA2 基因的合成致死关系，是由于 CX5461 稳定了四链体 DNA 造成的。2017 年，是她和所在团队开展 BRCA2 基因研究的第 12 年，当年他们在 Nature Communications 上发表一篇论文，介绍了 CX5461 选择性抑制 BRCA2 基因缺陷肿瘤的结果，并对作用机理进行解析，徐红是该论文的第一作者[2]。看到论文后，Cylene 公司的创始人之一劳伦斯·赫利（Laurence Hurley）博士非常兴奋。劳伦斯·赫利博士是 CX3543 的发明人，他认为由于对 CX3543 及 CX5461 药物机理的错误认知，导致 CX3543 及 CX5461 以往的临床试验有效率不高。而当时她在论文中介绍的药物机理，让 CX3543 及 CX5461 分子设计的初衷得以回归，即 CX3543 及 CX5461 都是四链体 DNA 稳定剂。至此，CX5461 在美国和加拿大的两条线终于重合，在 CX5461 的机理及应用上取得了一致意见。2016 年，徐红所在的团队在加拿大开展 CX5461 针对实体瘤的临床试验。尽管 CX5461 在澳大利亚已经进行过一期临床试验，但是当时针对的是血液肿瘤和淋巴瘤患者。针对实体瘤患者的临床试验，则从剂量爬坡的临床一期试验做起，并于 2019 年底完成。而前不久即 2022 年 6 月，她和同事在 Nature Communications，发表了临床试验的总结论文，即本文开头介绍的成果。在被发现超过 50 年后，终于有一款药物显示四链体 DNA 结构具备良好的临床应用前景，这必将对该领域的科学家产生巨大鼓舞，并吸引更多人从事于此领域。要知道，小分子及大分子靶向药物的靶点，一直以来都是蛋白质。如果 DNA 的特殊二级结构也能成为靶点，药物靶点的概念就将有革命性的改变。除了四链体 DNA，DNA 上还有许多特异的非传统结构，而且 RNA 上也有四链体、以及其他特殊的二级和三级结构。未来，这些核酸高级结构也有望像蛋白质的三维结构一样，被详细解析出来并成为药物靶点。图 | CX-5461 临床试验的药效数据令人鼓舞（来源：Nature Communications）四链体 DNA 药物的患者受益群体，将比 PARP 抑制剂药物更广泛
徐红表示，临床试验的关注焦点无外乎安全性和有效性。在这两点上，CX-5461 都交出了令人鼓舞的答卷。首先在安全性方面，人体对 CX-5461 可耐受的剂量非常高，达到 475mg/㎡。除光敏性之外，没有大于 10% 以上的三级副反应。而光敏性的出现，都是因为病人没有做好防晒。如果防晒到位，则可完全避免光敏性副作用。相比化疗药物动辄 50% 以上的三级副反应率，这具有极大优势。而在靶向药物里、比如 DNA 修复酶 PARP（poly ADP-ribose polymerase）抑制剂的三级以上副反应，处于 20%-40% 的概率。因此，从安全性来看，CX-5461 的低毒性对癌症患者十分具有吸引力。据介绍，一期临床试验的主要设计考量便是安全性，所以病人的药物剂量并不是最佳的，而且招募的病人也并非都是对四链体 DNA 药物敏感的病人。在 40 名实体瘤患者中，一共有 4 名患者的肿瘤部分缓解（PR）, 另有 11 名患者病情稳定（SD）。其中，还有 4 名患者实现 6 个月的肿瘤稳定不增长，即稳定的 SD。在 40 名患者中，疾病控制率是 28%。如果只考虑 BRCA2 基因突变的肿瘤，在肿瘤可测量的 11 位病人中，PR 加 SD 的比例为 82%。在 BRCA1 基因突变的患者中，肿瘤可测量的病人有 7 位，其中有 4 位病情稳定，比例为 57%。BRCA1 基因突变的肿瘤，看起来不如 BRCA2 基因突变的肿瘤敏感，这可能反应了 BRCA1 基因与 BRCA2 基因的不同特性。不过，由于样本量不够大，还不能这样定论。另一个重点在于，一期试验的结果实现了四链体 DNA 药物机理在人体中的概念验证。CX-5461 是四链体 DNA 的稳定剂，可通过稳定四链体 DNA 去阻碍 DNA 的复制及转录。而 BRCA1、BRCA2, PALB2、以及 RAD51 参与的同源重组修复通路，能够介导对 DNA 模板中的四链体结构进行跨越，从而绕开四链体 DNA，让 DNA 复制能够继续进行。图 | BRCA2,PALB2 基因的回复突变介导对 CX-5461 的耐药性（来源：Nature Communications）另一方面，被稳定的四链体 DNA 有可能形成 DNA 断裂，这需要同源重组修复通路、以及其他 DNA 损伤修复通路进行修复。这也是为何临床试验中 BRCA2、及 PALB2 缺陷的肿瘤病人对 CX-5461 非常敏感的原因。在临床试验中，有位具有 PALB2 阅读框错位突变的乳腺癌转移病人，经过 CX-5461 处理后，其肿瘤缩小并达到 PR，但是后来病程又有反复。针对已转移的肝癌细胞的取样测序表明，产生抗性的肿瘤在 PALB2 上产生了额外的突变，从而恢复了 PALB2 的阅读框。而还有一位带有 BRCA2 基因阅读框错位突变的病人，起初对 CX5461 的反应比较良好，达到了病情稳定。之后，由于在 BRCA2 基因中产生的回复突变恢复了阅读框，从而介导了对药物抗性的产生。进展肿瘤中的回复突变的发现，说明 BRCA2, 及 PALB2 缺陷，确实是介导 CX-5461 敏感性的关键基因。图 | 相关论文（来源：Nature Communications）需要指出的是，针对 BRCA1, BRCA2 及同源重组缺陷的肿瘤，目前市售的 PARP 抑制剂药物的疗效还算不错。有人认为，从 CX5461 的一期临床试验数据来看，似乎其药效不如 PARP 抑制剂好。但是，PARP 抑制剂的临床试验，大都会选择对铂类药物敏感的病人。而 CX5461 临床试验并没有对病人的既往化疗史进行筛选。而且，此次临床试验并未将 CX5461 与 PARP 抑制剂进行头对头的对比，故无法比较两种药物的优劣。再者，由于 CX5461 在机理上与 DNA 修复酶 PARP 抑制剂完全不同，易感病人的群体必然不尽相同。已有报道显示，某些对 PARP 抑制剂不敏感的肿瘤患者，却对 CX5461 有着良好反应。所以，从机理上看，四链体 DNA 药物的患者受益群体，会比 PARP 抑制剂药物更广泛, 不仅包括同源重组修复缺陷（HRD），还包括其他 DNA 损伤修复缺陷，比如非同源粘性末端连接（NHEJ）及四链体 DNA 解旋缺陷的肿瘤。图 | CX-5461 在人体中稳定，半衰期长（来源：Nature Communications）徐红表示：“从 2007 年开始，我研究 CX5461 已有 15 年。很长一段时间研究都在于困境里，同事看不到希望陆续出走。我有 6 年时间没有发表一篇论文，也曾中途转向其他课题。但是，当初定下的任务尚未完成，我就一直没放弃，所幸最后结果让大家都很欣慰。而且作为一个基础理论的研究人员，看到成果被用于临床，我觉得非常幸运。”另外，在研究 CX5461 和 BRCA2 基因机理时，她经历了长时间的寂默耕耘，但是当大家看到 CX5461 的良好疗效时，许多重量级专家的加入也推动了对于该药物的深入理解和临床应用。她继续说：“我们和四链体 DNA 领域最权威的实验室、剑桥大学尚卡尔·巴拉苏布拉马尼安团队合作，由尚卡尔实验室检测并确认 CX5461 是一个四链体 DNA 稳定剂；加拿大 BC 癌症中心乳腺癌研究室主任萨姆·阿帕里西奥（Sam Aparicio）博士是我当时的领导，他大力推动了 CX5461 在加拿大临床试验的启动;而四链体 DNA 领域的奠基人之一、CX3543 的发明者劳伦斯·赫利博士与我们合作，提供了关于 CX3453 及 CX5461 以往临床试验的经验。”前面谈到，四链体 DNA 药物一旦成功运用于临床，对四链体 DNA 乃至更广泛的核酸研究领域有着重大意义，也将对制药界的药物靶点概念带来革命性推动。而徐红接下来的事业，正是推动四链体 DNA 药物的成药性开发及临床应用。她说：“通过多年的工作积累，我已比较了解这类药物的优缺点。和市场上的其他癌症药物进行对比，四链体 DNA 药物有其他药物没有的特点，将来会在药物市场上占据重要的地位，以解决病人的临床需求。”1.Hilton, J., Gelmon, K., Bedard, P.L. et al. Results of the phase I CCTG IND.231 trial of CX-5461 in patients with advanced solid tumors enriched for DNA-repair deficiencies. Nat Commun 13, 3607 (2022). https:///10.1038/s41467-022-31199-2 2.Xu, H., Di Antonio, M., McKinney, S. et al. CX-5461 is a DNA G-quadruplex stabilizer with selective lethality in BRCA1/2 deficient tumours. Nat Commun 8, 14432 (2017). https:///10.1038/ncomms14432
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