
维奈克拉是一种高选择性、B淋巴细胞瘤-2(BCL-2)的小分子抑制剂,无论是作为单一疗法,还是与去甲基化药物、低剂量阿糖胞苷联合使用均对急性髓细胞白血病(AML)治疗有效,但仍有部分患者对该治疗无反应或缓解后复发,维奈克拉耐药是其主要原因之一。抗凋亡蛋白髓细胞白血病-1(MCL-1)是BCL-2家族中一种重要的抗凋亡蛋白,对于许多细胞的存活是必需的,但其过表达在各种类型白血病的发病机制和介导维奈克拉耐药的机制中发挥重要作用。本文对MCL-1过表达在维奈克拉耐药中的作用、MCL-1过表达发生机制及克服MCL-1过表达对维奈克拉耐药的策略等方面进行综述,为提高维奈克拉在AML治疗中的效果提供临床思路。
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维奈克拉是一种高选择性、强效的B淋巴细胞瘤-2(BCL-2)抑制剂,维奈克拉与抗凋亡蛋白BCL-2的硼烷(BH3)结构域结合,可重新激活凋亡通路[1]。维奈克拉通过与BCL-2特异性结合,直接或间接释放促凋亡蛋白BH3-only,进而激活促凋亡蛋白,最终通过线粒体介导细胞凋亡[2, 3]。在临床试验中,维奈克拉单药或与去甲基化药物联用对急性髓细胞白血病(AML)均有效[4, 5, 6, 7, 8]。但约1/3新诊断的AML患者在使用维奈克拉后未达到完全缓解[6, 7, 8, 9],维奈克拉对复发/难治性或继发性AML的总缓解率仅为30%~54%[4, 5, 6, 7]。因此,研究维奈克拉耐药的机制对改善AML预后具有重要意义。抗凋亡蛋白髓细胞白血病-1(MCL-1)作为BCL-2家族蛋白中重要的成员,其过表达是维奈克拉治疗AML耐药的重要机制。本文就MCL-1如何在AML的治疗中导致维奈克拉耐药及克服其耐药的策略进行综述。
MCL-1是BCL-2家族中一种重要的抗凋亡蛋白,可抑制线粒体外膜的通透性及线粒体中细胞色素C的释放[10]。BCL-2家族蛋白主要包括三类功能蛋白:抗凋亡蛋白,如BCL-2、MCL-1和B细胞淋巴瘤-XL(BCL-XL)等;促凋亡蛋白,如BCL-2关联X蛋白(BAX)和BCL-2拮抗/杀伤因子1(BAK)等;BH3-only促凋亡蛋白,如BCL-2相互作用调节因子(BIM)、BH3交叉域死亡受体激动剂(BID)和p53上调凋亡调节因子(PUMA)等。在正常细胞中,MCL-1阻断BH3-only促凋亡蛋白BIM、BID和PUMA,或抵抗促凋亡蛋白BAX和BAK,从而避免细胞凋亡[11]。当细胞受到不可修复的损伤时,其可启动凋亡程序,增加BH3-only促凋亡蛋白(如BIM、PUMA)的表达[12]。BAX和BAK可使线粒体外膜上形成孔洞,介导细胞色素C等凋亡蛋白进入细胞质,导致凋亡微粒体的形成、半胱天冬酶的激活及细胞裂解和死亡[13]。因此MCL-1对于许多细胞的存活是必需的。
MCL-1有很高的致癌潜力,在一系列恶性肿瘤(包括实体肿瘤和血液系统恶性肿瘤)中表达上调[14]。MCL-1蛋白水平升高多出现在癌症患者中,并与髓系血液系统恶性肿瘤的低生存率相关[15]。MCL-1过表达可使癌细胞免于凋亡,并降低其对常用抗癌药物的敏感性。MCL-1过表达已成为肿瘤对多种药物耐药的重要机制,包括靶向治疗(BCL-2抑制剂)、放疗和化疗等[16, 17]。MCL-1过表达的原因分为原发性和获得性:肿瘤细胞通过MCL-1过表达逃逸凋亡,即MCL-1原发性过表达;抑制BCL-2抗凋亡家族中的任何成员均可导致其他成员表达失调,如MCL-1的表达增加是长期使用BCL-2选择性抑制剂的一种常见反应[18],即MCL-1继发性过表达。
抗凋亡蛋白MCL-1过表达可能在各种类型白血病的发病机制和介导维奈克拉耐药的机制中发挥重要作用。在AML患者中,维奈克拉的作用依赖于BCL-2的表达水平,对其耐药是由于抗凋亡蛋白MCL-1或BCL-XL过表达所致[19]。研究表明,对维奈克拉耐药的AML细胞系对MCL-1或BCL-XL依赖[20]。Pei等[21]的研究表明,对维奈克拉与阿扎胞苷的双重耐药是通过MCL-1过表达、BCL-2低表达和降低线粒体能量应激反应而实现的。维奈克拉治疗前后的慢性淋巴细胞白血病患者的样本中至少有一种抗凋亡蛋白表达增加[22]。
MCL-1过表达介导维奈克拉耐药的机制主要有两个方面。首先,抗凋亡蛋白MCL-1过表达时,BCL-2过表达不是恶性细胞逃逸凋亡的主要或唯一途径。此种情况下,无论是否对其他BCL-2家族成员有充分的抑制,只要没有靶向抑制MCL-1,促凋亡效果就会降低[19]。维奈克拉单纯抑制BCL-2、无法靶向抑制MCL-1,故MCL-1过表达时出现耐药。其次,维奈克拉降低了BCL-2和BIM间的相互作用,导致游离的BIM代偿性增加,随后增加了BIM和MCL-1的结合,间接增强了MCL-1介导的抗凋亡作用。
抗凋亡蛋白MCL-1过表达是维奈克拉耐药的重要因素,研究表明MCL-1明显升高可能是遗传变异和微环境相互作用而引起的,也可能是由于维奈克拉长期治疗引起[23]。
1.BCL-2靶点的改变:BCL-2高表达通常与更强的单药体外敏感性有关[24]。BCL-2靶点的改变(构象改变或数量减少)会使维奈克拉失去作用靶点,且使肿瘤细胞免于凋亡,是维奈克拉耐药的一大原因。BCL-2磷酸化可改变其构象,进而改变其对维奈克拉的亲和力[25]。BCL-2的变异(如Gly101Val基因突变)会阻止或减少细胞与维奈克拉结合[26]。研究表明BCL-2缺失时,细胞依赖MCL-1介导抗凋亡作用[21]。AML亚型之一急性单核细胞白血病(M5)对维奈克拉和阿扎胞苷的联合治疗更易发生耐药,耐药的AML细胞表现出独特的免疫致病特征和转录组谱,失去维奈克拉靶点BCL-2的表达,并依赖MCL-1介导逃逸凋亡,这种差异的敏感性有利于AML复发时单核细胞亚群的生长[21]。
2.骨髓微环境的改变:骨髓微环境可介导AML细胞对维奈克拉的耐药。AML细胞利用基质依赖的抗凋亡信号,通过上调的细胞表面受体与黏附分子间的作用,在骨髓微环境中形成一个有利于疾病的维持和进展的生态位[27, 28]。当与骨髓来源的间充质基质细胞共同作用时,AML细胞中的MCL-1成倍表达,导致对BCL-2抑制剂的耐药性明显增加[29]。然而,骨髓微环境这一领域仍有许多未知因素,尚需深入探索。
AML基因组变化涉及多种途径,包括:激酶信号如基因FMS样酪氨酸激酶3(FLT3-ITD)、成神经细胞瘤RAS病毒癌基因同源物(NRAS)和Janus激酶1(JAK1)的突变;由于基因U2小核RNA辅助因子1(U2AF1)、U2小核RNA辅助因子2(U2AF2)和人精氨酸/丝氨酸丰富剪接因子2(SRSF2)突变导致的选择性RNA剪接;癌症相关转录因子如基因Ikaros家族锌指蛋白1(IKZF1)、SET结合蛋白1(SETBP1)、矮小相关转录因子1(RUNX1)和信号传导转录激活因子5a(STAT5A)的突变;肿瘤抑制因子如基因肿瘤蛋白p53(TP53)和肾母细胞瘤蛋白1(WT1)的突变及表观遗传修饰物如基因BCL-6辅抑制因子(BCOR)和CREB结合蛋白(CREBBP)等的突变[30]。不同激酶途径的突变和治疗后肿瘤异质性的增加表明,耐药性的产生不是单一基因的突变,可能是由细胞池中进化的遗传多样性导致的[30]。研究显示,部分耐药基因存在于初诊时,而另一些耐药基因则在治疗期间出现[31]。FLT3-ITD、TP53、蛋白酪氨酸磷酸酶非受体型11(PTPN11)等基因突变可能在AML细胞对维奈克拉的耐药中扮演一定角色[32]。
1.FMS样的酪氨酸激酶3(FLT3)基因突变:对维奈克拉产生原发性或继发性耐药的AML患者中,新出现了FLT3或RAS基因突变或原有的突变基因的扩增[33]。AML细胞中FLT3基因突变是激活丝裂原活化蛋白激酶通路最常见的机制之一,该突变也会导致MCL-1过表达,从而使AML对维奈克拉产生耐药[34]。治疗后AML细胞中FLT3-ITD基因突变的增加可能表明部分突变的细胞可抵抗维奈克拉的抑制并在骨髓中重新增殖。在维奈克拉联合去甲基化药物的治疗中加入FLT3抑制剂可对抗此种耐药[33]。已有研究证实联合维奈克拉与FLT3抑制剂(如吉瑞替尼和米哚妥林)在FLT3-ITD突变的AML细胞系和初诊患者的治疗中有协同作用[35];在FLT3-ITD突变的AML临床前试验中,FLT3抑制剂奎扎替尼联合维奈克拉也观察到类似的结果[36]。复发/难治性FLT3突变的AML患者的Ⅰb期试验发现,患者对维奈克拉和吉瑞替尼联合使用的耐受性和效果良好[37]。目前正联合维奈克拉和FLT3抑制剂用于治疗复发/难治性AML的临床试验(NCT03625505、NCT03735875)将获得预期结果[34]。
2.TP53突变:TP53、BAX和佛波酯12-肉豆蔻酸13-乙酸酯诱导蛋白1(PMAIP1)等基因失活可导致AML细胞对维奈克拉的耐药[38, 39]。TP53获得性双等位基因沉默会改变促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白间的平衡,导致异常的抗凋亡调节和细胞耐药[40]。有研究指出,基因TP53的表达与BCL-2呈正相关,而与BCL-XL和MCL-1呈负相关[41]。BAX跨膜结构域的突变可阻止BAX与线粒体的锚定,从而阻断线粒体外膜通透性并诱导凋亡。BCL-2 Gly101Val基因突变可能只影响BCL-2与药物结合,但BAX突变可能会对多种激活内在凋亡途径的药物产生耐药[42]。TP53和BAX基因的失活降低了维奈克拉对细胞的凋亡作用,TP53基因突变或TP53和BAX低表达的初诊患者,其AML细胞在体外对维奈克拉的敏感性降低。药物APR-246(暂未上市于中国)可激活TP53突变导致的无功能凋亡通路,维奈克拉与APR-246联用有望克服AML患者对维奈克拉耐药的问题,相关临床试验正在进行中(NCT04214860)[43]。
治疗AML的传统药物包括蒽环类药物、阿糖胞苷、高三尖杉酯碱和靶向药物砷剂(三氧化二砷或复方黄黛片等)。研究表明,与单独使用维奈克拉相比,常规化疗药物阿糖胞苷或柔红霉素与维奈克拉联合使用会增加DNA的损伤,降低MCL-1蛋白水平,在AML细胞系和AML患者样本中表现出协同诱导细胞死亡的作用[44],维奈克拉与低剂量阿糖胞苷联用已取得良好的疗效[45]。细胞系和小鼠体内实验发现,维奈克拉与高三尖杉酯碱联用可以通过抑制磷酸化细胞外信号调节激酶(ERK)和激活BAX以调节MCL-1的磷酸化,降低MCL-1的表达水平,诱发细胞凋亡,增强抗白血病的作用[46]。维奈克拉与三氧化二砷联用时也有明显的协同作用,呈剂量依赖性促进细胞凋亡,在机制上,三氧化二砷通过抑制蛋白激酶B和ERK并激活糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)以抵抗维奈克拉诱导的MCL-1的上调,最终导致细胞凋亡[47]。维奈克拉与传统药物的联用可通过抑制MCL-1的表达而产生明显的协同作用,这为后期的临床试验提供了理论依据。
目前处于临床试验阶段的MCL-1抑制剂有AZD5991、AMG-176、AMG-397、S64315和S63845等。
1.AZD5991:AZD5991是一种对MCL-1有高选择性和亲和力的大环分子抑制剂,在AML小鼠模型中,每周静脉注射1次60 mg/kg的AZD5991可减少外周血和骨髓中的白血病细胞,而饲喂药物维奈克拉(100 mg·kg-1·d-1)只能减少外周血中的白血病细胞[48]。对单一药物均耐药的AML细胞,使用AZD5991联合维奈克拉治疗可抵抗其耐药性,而小鼠体重无明显变化[48]。目前,AZD5991和联合维奈克拉治疗复发/难治性AML的临床试验正在进行(批号:NCT03218683)。
2.AMG-176:AMG-176也是MCL-1的选择性抑制剂,用AMG-176(30 mg/kg,2次/周)或维奈克拉(50 mg/kg,1次/d)治疗人急性髓系白血病细胞(MOLM-13)模型小鼠,肿瘤负荷分别显著降低55%和23%,二者联合治疗可完全抑制肿瘤生长;原发性AML患者的血标本中也得到了类似结果[49]。AMG-176首次应用于复发/难治性AML和多发性骨髓瘤(MM)的临床试验(批号:NCT02675452)仍在进行中。
3.AMG-397:AMG-397是最先应用于临床试验阶段的口服型MCL-1抑制剂,它可抑制MCL-1并干扰细胞中MCL-1与BIM的相互作用,对AML细胞系有较强的敏感性,在MOLM-13的AML模型小鼠中,以30 mg/kg、2次/周的给药方式可抑制99%的肿瘤细胞的生长;AMG-397(10 mg/kg,口服,2次/周)和维奈克拉(50 mg/kg,1次/d)联合治疗可使AML达到45%的转归[50]。一项1期剂量递增的临床试验(批号:NCT 03465540)用于评估AMG-397在MM、AML和非霍奇金淋巴瘤(NHL)患者中的疗效,由于心脏毒性较大,该试验已被搁置。
4.S64315与S63845:S64315与S63845属于同一系列的化合物,都是MCL-1抑制剂[51]。体内和体外试验证明,S63845在MCL-1过表达的维奈克拉耐药的白血病细胞系中有效[52]。相关研究表明,S64315联合维奈克拉应用于AML细胞系可产生明显的协同作用。目前,在复发/难治性AML患者中联合应用MCL-1抑制剂(S64315)和维奈克拉的临床试验正在进行(批号:NCT03672695)。
部分药物的作用机制并非直接靶向治疗MCL-1,而是间接通过下调MCL-1的表达,与维奈克拉产生协同作用。细胞周期蛋白依赖性激酶9(CDK9)是MCL-1的转录调节因子,抑制CDK9会导致MCL-1转录下调和浓度降低,目前已在AML患者中对CDK9抑制剂进行临床评估[53]。核输出蛋白1(XPO1)在AML细胞中过表达,抑制XPO1可下调MCL-1的表达,联合应用选择性XPO1抑制剂(KPT-330)和维奈克拉时,可同时下调MCL-1和BCL-2的表达,在AML细胞系和初诊AML患者的血样本中产生同样的凋亡作用[54]。此外,哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)抑制剂可阻断MCL-1基因的翻译[55],去泛素酶抑制剂可通过蛋白酶体系统诱导MCL-1降解[56]。
综上,AML患者对维奈克拉耐药是多重机制共同作用的结果,其中最重要的是与抗凋亡蛋白MCL-1过表达相关。目前维奈克拉联合MCL-1和FLT3抑制剂、TP53激活剂的靶向治疗研究相对较多,且已证明维奈克拉与这些靶向药物联合治疗存在协同作用。但单核细胞分化等其他机制所致的耐药更难解决,因此,研究不依赖于特定基因突变的耐药机制可能更有临床应用价值。深入了解以维奈克拉为基础的联合治疗的持续缓解、疾病复发和继发耐药的分子决定因素,将有助于制定AML的治疗策略。
温晓佳, 郑胡镛. 抗凋亡蛋白MCL-1过表达导致维奈克拉治疗急性髓细胞白血病耐药的研究进展[J]. 中华医学杂志, 2023, 103(9): 702-706. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20221018-02167.
所有作者均声明不存在利益冲突





















