先进的工具正在帮助研究人员探索阻断癌症及其他疾病靶标中激酶耐药性的新路径。激酶抑制剂的前景光明，未来将涌现更多阻断激酶的治疗化合物。激酶催化磷酸基团从ATP供体转移到其他分子。目前，大多数研究集中在600多种哺乳动物激酶中的癌症相关激酶。已有超过30种蛋白激酶抑制剂进入临床试验或获得FDA批准，包括诺华的重磅药物格列卫（伊马替尼）、阿斯利康的易瑞沙（吉非替尼）和特罗凯（厄洛替尼）。这些药物在阻断激酶靶标活性方面效果显著，且避免了传统化疗的副作用。

尽管近期有报道称部分患者出现突变并对药物产生耐药性，但科学家并未气馁。高通量筛选、单核苷酸多态性（SNP）阵列、外显子重测序和结构分析等先进工具已建立，有助于更好地解决靶标、突变以及哪些患者最可能有效应答的问题。科学家预计，在不久的将来，第二代化合物将把激酶靶标扩展至炎症、自身免疫、中枢神经系统和心血管疾病领域。

20年前，研究的激酶主要是G蛋白偶联受体（GPCR）。阿斯利康制药化学与肿瘤学主管Andy Barker博士表示：“我们仍处于这些蛋白的早期研究阶段，未来10到20年内，它们将继续提供重要的抗癌及其他疾病的药物。”他指出，目前市场上的大多数激酶药物是GPCR激动剂和拮抗剂。Barker和其他研究人员对体细胞突变的发生并不惊讶，“像癌症这类疾病，经典的过程是蛋白改变和突变导致癌细胞活化。”哈佛医学院和儿童医院的生物化学与分子药理学副教授George Daley博士开发了一种方法，用于描述药物对不同突变的活性以及靶标可能通过突变逃避药物作用的方式。

“我不相信存在对突变免疫的靶标，”Daley说，“如果我们能制造出针对靶标的药物，癌细胞就会想出突变的办法来对付它。”

格列卫是诺华开发的BCR-ABL抑制剂，用于治疗慢性粒细胞白血病（CML），它可能是三大知名抗癌激酶抑制剂中知名度最高的，上市时曾被某些人称为“魔术子弹”。阿斯利康开发了针对非小细胞肺癌（NSCLC）的表皮生长因子受体（EGFR）酪氨酸激酶抑制剂易瑞沙，OSI制药的特罗凯作用机制类似。

格列卫的突变已被多次报道，在ABL基因的ATP结合区域检测到点突变，这些突变阻碍了格列卫与靶标的结合。最近的论文也引证了针对易瑞沙或特罗凯的突变。一些第二代化合物正在开发中，包括诺华开发的“超级格列卫”分子AMN107，目前已进入II期临床试验。

克服最初的怀疑论

最初，人们对激酶抑制剂的开发充满怀疑。诺华生物医药研究所副总裁兼肿瘤学全球主管Sasha Kamb博士表示，许多人认为不可能抑制激酶，尤其是在ATP结合位点。ATP作为能量和磷酸盐来源在细胞中广泛被激酶使用，其浓度高达毫摩尔级，因此任何药物都必须与ATP竞争。“一开始对是否可能开发出激酶抑制剂存在太多怀疑，”Kamb说，“诺华的科学家冒了一次险，当时这种投资被认为是极高风险的项目。”

格列卫的早期研究始于1960年代，当时发现某些白血病如CML存在染色体异常的证据，即费城染色体。随着克隆技术的出现，研究人员鉴定出该分子：染色体相互易位，交换了两条染色体的臂，混合了Abelson激酶和BCR基因，形成BCR-ABL蛋白。Kamb说，合理的假设是，由于BCR-ABL出现在白血病中，它在某种程度上对白血病细胞的肿瘤发生是必需的，这促使研究人员试图抑制它。这个假设直到格列卫被开发出来才得到证实。

当时，研究人员一直在寻找类似ATP的药物。由于缺乏有效的高通量筛选来帮助选择潜在化合物，他们使用了低通量筛选和分析。“许多分子看起来基本符合要求，而且它们有点像ATP，这就是格列卫最初被发现的方式。”Kamb说。他们在筛选和药物化学的基础上对分子进行修饰，以不同方式优化原始分子，观察哪种修饰能提供高药效，然后使用标准技术进行安全性筛选。“幸运且关键的是，ABL是一种在正常组织中很少出现的激酶，癌细胞依赖它存活，因此我们开发出了一种非常好的、耐受性良好的药物——格列卫。”

激酶研究是一个挑战，因为它们组成一个非常大的家族。由于激酶结合ATP，这对药物开发不利，化学家在寻找选择性抑制剂时面临压力。“如果你抑制所有激酶，显然会得到毒性非常大的化合物，”Kamb说，“这是该领域的一个挑战：生产对特定靶标或所有靶标具有适当选择性的化合物。”

然而，该领域使用了药物发现专业的所有研究工具。这些工具对于获得化合物或靶标的高分辨率结构、帮助先导化合物设计非常重要，从而得到具有亲和力和选择性的激酶抑制剂。这也帮助在一种筛选格式中获得许多激酶，以便针对靶标进行筛选并剔除不需要的激酶。Kamb介绍，研究激酶时，细胞分析和生化分析都非常重要。“经常看到抑制剂在生化分析中效果很好，但在细胞分析中效果不佳，有时反之亦然。因此，存在某种与细胞背景相关的因素，这种背景改变了蛋白或靶标的化学和生化性质，但其原因尚不清楚。”

格列卫最初靶向CML患者，但诺华研究人员决定也针对其他激酶，包括KIT。由于适当的亲和力，KIT在胃肠间质瘤（GIST）中被激活，格列卫后来也被批准用于GIST。一种第二代格列卫类似物——AMN107也靶向GIST。AMN107针对相同的靶标，但具有与格列卫不同的化学结构，II期临床试验即将开始。

AMN107效力更高，具有不同的结合机制，能针对许多耐药突变体。回顾格列卫的开发，Kamb说，诺华很幸运拥有格列卫，因为它是第一种问题较少的化合物。诺华使用最初为开发格列卫开发的工具包以及一些新技术（如高通量筛选）来开发新一代化合物。他们还使用了更多的生化和细胞分析、大型化合物文库以及更多的晶体结构。

打造活性和选择性

尽管一些人认为选择性是激酶的问题，但阿斯利康的Barker不同意。“与任何大类的生化靶标相比，我不认为存在任何问题，”他说，“靶向GPCR的典型药物计划与靶向激酶类似，但认识水平不同。”

10年前开发易瑞沙时，公司使用了标准的生化分析方法。阿斯利康将放射性标记混合到底物中，或使用比色法检测蛋白质或底物的变化。但阿斯利康发现一些新工具很有帮助，包括利用更多激酶结构信息来设计定向文库、精细的结构-活性关系以及开发不同激酶之间的选择性。

激酶的另一个优点是它可能为许多结构突变建模并产生蛋白。“最大的挑战是了解哪些患者有哪种突变，以及何时用哪种药治疗，”Barker说，“一些癌症有非常特殊的突变，这些突变似乎有规律地发生；而在另一些癌症中，蛋白质的不同部分有不同的突变，没有突变占主导地位，这使得靶向特定突变非常困难。”

像其他研究者一样，他认为癌症治疗可能类似于艾滋病治疗，使用两种或三种抑制剂的鸡尾酒疗法，能覆盖99%的激酶及其突变，并使疾病稳定一段时间。

“我相信这是可能的，即一种分子不能满足激酶的全部需要，”位于麻省剑桥的Ariad制药公司药物发现副总裁Tomi Sawyer博士说。

mTOR引发的其他挑战

对Ariad制药公司的Sawyer来说，开发蛋白激酶抑制剂有两个不同的极端：一种是易瑞沙和格列卫的故事，需要寻找针对突变的路径；另一种是Ariad公司用雷帕霉素的哺乳动物靶标（mTOR）试验，不需要用一打或更多不同的模板来开始开发研究，以优化出有效的抑制剂。

mTOR抑制剂似乎不存在激酶突变的问题。“我们使用了自然优化的抑制剂——雷帕霉素，”他说。对Ariad制药公司和其他公司来说，挑战在于开发出自己的路线来增加专利药雷帕霉素类似物。Ariad开发了AP23464，一种有效的SRC、ABL和KIT抑制剂，目前正在优化类似物。公司正在用AP23573进行II期临床试验，这是一种针对血液恶性肿瘤和各种实体瘤的mTOR抑制剂。

Sawyer说，从化学和药物设计角度，提供一种活性雷帕霉素类似物的空间很小。在使用雷帕霉素优化制造第二代格列卫类似物专利药时，化学家集中于雷帕霉素的一个位点：C43的一个羟基基团不稳定，因为它是代谢位点。Ariad使用专利磷化学开发了一种在体外有效的mTOR抑制剂。“我们准确地知道在哪里修饰分子，我们有化学专利，仅用于在雷帕霉素分子框架上开拓，这是一条评估细胞中原始过程然后到体外的捷径，”Sawyer这样评价AP23573。

尽管Ariad没有涉及突变问题，但Sawyer认为突变细胞分析方法等新工具的使用在未来的激酶研究中很重要。“这是治疗这些突变激酶的重要新兴工具，”Sawyer说，“它会越来越重要，有助于人们找到新的、潜在效果好的、能摆脱这些突变体的新分子。”

最近，纽约的百时美施贵宝公司（BMS）公布了BMS-354825（’825）在患有费城染色体阳性CML且对伊马替尼（格列卫）耐药的患者中进行的I期临床研究的阳性结果。BMS的研究人员认为，药物对ABL和SRC蛋白的双重抑制作用是其对患者有效的原因。

预计将有更多激酶抑制剂药物被开发出来，但问题是，新药问世不久，耐药性就产生了，制药公司不得不继续寻找新药。这是困扰制药公司最大的问题，这个问题可能永远存在。