Science颠覆认知：一年卖40亿美元的重磅抗癌药，竟有不为人知的作用机制！

CDK4/6全称为Cyclin-dependent kinases 4 and 6，即细胞周期蛋白依赖性激酶4/6，是细胞周期的关键调节因子，在G1期到S期（G1-to-S-phase）的过渡中发挥了关键作用。CDK4/6在许多癌症中过度活跃，导致细胞增殖失控。

细胞周期与CDK4/6抑制的作用（图片来源：Nature Reviews Clinical Oncology[1]）

全球首个上市的CDK4/6抑制剂Palbociclib（Ibrance）于2015年被美国FDA批准用于治疗HER2阴性、ER阳性乳腺癌，现已在包括欧洲、中国、日本在内多个地区/国家获批。自上市以来，Palbociclib年销售额节节攀升，2018年为其开发商辉瑞创收了41.18亿美元。

图片来源：Science

然而，根据12月13日发表在Science杂志上的一篇最新论文[2]，该药发挥疗效背后的机制并不完全是科学家们最初所认为的那样。

这一发现来自加州大学圣克鲁兹分校的生物化学教授Seth Rubin及其同事对与Palbociclib相互作用的蛋白质分子结构的研究。研究小组认为，弄清Palbociclib的机制对于理解为何某些癌症患者会对该药耐药非常重要。

具体来说，在该研究中，Rubin教授实验室聚焦于CDK4。该激酶通过与其它蛋白相互作用失活名为Rb（retinoblastoma protein）的蛋白来驱动细胞增殖。Rb是一个“看门人”，其活跃形式可阻止细胞通过细胞生长和分裂周期发展。

选择性CDK4/6抑制剂的化学结构（图片来源：Nature Reviews Clinical Oncology[1]）

Palbociclib及相似药物ribociclib和abemaciclib（这两款CDK4/6抑制剂均于2017年获FDA批准治疗乳腺癌）被设计用于靶向CDK4并阻止其灭活Rb。这些药物都是通过测试它们靶向纯化的CDK4/6- cyclin D1 (CycD1)复合物开发而来（CycD1是一种激活CDK4的蛋白）。而Rubin教授对参与调节CDK4的另一蛋白p27很感兴趣（p27蛋白被认为是一种CDK抑制剂），因此，他的团队决定研究CDK4、CycD1和p27三蛋白复合物（three-protein complex）在细胞中出现时的结构。

p27-CDK4-CycD1复合物的结构（图片来源：Science）

“当我们解出包含p27的复合物的结构时，我们惊讶的发现，好像Palbociclib无法与这种三蛋白复合物结合。进一步的研究确认了这种猜测。Palbociclib确实不能结合以及失活包含p27的复合物。”Rubin教授说。

74位酪氨酸磷酸化干扰p27 D2-CDK4相互作用（图片来源：Science）

接着，利用乳腺癌细胞进行的研究为Palbociclib的实际作用机制是什么提供了更多线索。科学家们发现，Palbociclib并没有抑制活性p27-CDK4-CycD1三蛋白复合物（磷酸化的p27实际上改变了CDK4的活性位点，使其完全激活），而是主要靶向乳腺肿瘤细胞中的CDK4/6单体，阻止CDK4形成包含cyclinD和p27的活性复合物。然后，这种反应还会导致对细胞周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）的抑制，阻断其失活Rb。

Palbociclib不与纯化的内源性CDK4三聚体复合物结合，且对其抑制能力较差（图片来源：Science）

Palbociclib直接靶向细胞裂解液中的CDK4/6单体（图片来源：Science）

研究人员认为，这些发现表明，Palbociclib不仅能阻止CDK4的组装，还能间接抑制CDK2。当癌细胞发展成耐药性时，通常是因为它们增强了CDK2的活性。

Palbociclib通过p21间接导致CDK2下调（图片来源：Science）

“我们的发现解释了Palbociclib真正的作用机制，可帮助科学家们设计出能够更好克服其耐药性的新药物。”Rubin教授总结道。

图片来源：Nature

值得一提的是，除了Rubin教授在CDK4/6抑制剂具体分子机制方面的新发现，2017年的一篇Nature论文[3]也曾揭示，最初被设计用于恢复细胞周期控制，从而阻断肿瘤细胞增殖的CDK4/6抑制剂还会刺激免疫系统攻击和杀死癌细胞。当将这类药物与其它免疫疗法药物联合使用时，抗癌效果能够变得更强。

这些关于机制的新发现都为提升这类重磅抗癌药的疗效奠定了基础。目前，相关公司还在积极开发已上市的3款CDK4/6抑制剂的其它癌症适应症，包括非小细胞肺癌、头颈癌、黑色素瘤、胰腺癌、前列腺癌等。而国内也有多家制药公司的CDK4/6抑制剂进入临床试验阶段（如恒瑞医药SHR639、复创医药FCN-437 、贝达药业BPI-16350、基石药业CS3002、正大天晴TQ-B3616、豪森医药HS-10342、四环医药吡罗西尼、必贝特BEBT-209），其中恒瑞医药的SHR6390已进入III期临床，有望成为首个上市的国产CDK4/6抑制剂。

小结

药物：CDK4/6抑制剂

杂志：Science

亮点：

1）来自美国的一个科学家团队揭示了乳腺癌重磅药物CDK4/6抑制剂Palbociclib令人意外的机制。研究发现，Palbociclib主要靶向乳腺肿瘤细胞中的CDK4/6单体，阻止CDK4形成包含cyclin D和p27的活性复合物。这种反应还会导致CDK2抑制。

2）研究者们认为，弄清Palbociclib的确认机制对于解决其耐药性至关重要。而该新研究表明，当癌细胞发展成对CDK4/6抑制剂的耐药性时，通常是因为它们增强了CDK2的活性。

相关论文：

[1] Ben O'Leary et al. Treating cancer with selective CDK4/6 inhibitors. Nature Reviews Clinical Oncology(2016).

[2] Keelan Z. Guiley et al. p27 allosterically activates cyclin-dependent kinase 4 and antagonizes palbociclib inhibition. Science（2019）.

[3] Shom Goel et al. CDK4/6 inhibition triggers anti-tumour immunity. Nature（2017）.

参考资料：

1# 辉瑞2018财报：乳腺癌新药Ibrance突破40亿美元，伟哥跌下专利悬崖（来源：医药魔方）

2# Structural analysis reveals an unexpected mechanism for a cancer drug（来源：University of California - Santa Cruz）

3# 基石药业CDK4/6抑制剂国内申报临床(来源：新浪医药)

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