50年后，抑制多胺合成治療腫瘤的策略重回“戰(zhàn)場”
·從列文虎克發(fā)現(xiàn)多胺距今已有350年。50年前科學(xué)家們提出抑制多胺合成治療腫瘤的策略，歷經(jīng)發(fā)現(xiàn)新治療策略的興奮、臨床試驗失敗的沮喪、在寄生蟲疾病上的突破、在逐利目標(biāo)下險些被放棄、在美容市場上重現(xiàn)、直到如今在一類罕見腫瘤上終于得到應(yīng)用。這是一個藥物的傳奇歷史。
1671年，荷蘭代爾夫特市的一名公務(wù)員用業(yè)余時間造出了當(dāng)時世界上最好的顯微鏡，其中關(guān)鍵的透鏡部分由他自己用玻璃球手工打磨制成，分辨率可達1微米，相當(dāng)于頭發(fā)直徑的1/50。如此高的分辨率直到19世紀(jì)才被后人超越。這位掌握著核心科技的科學(xué)家叫做列文虎克（Antoine van Leeuwenhoek），他對微觀世界進行了包羅萬象的觀察。
1678年，他在觀察人類精液樣本時發(fā)現(xiàn)了一類結(jié)晶物質(zhì)，直到250年后的1924年，科學(xué)家們才闡明了這類晶體的分子結(jié)構(gòu)。列文虎克發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)是精胺（spermine），是多胺（polyamine）代謝的重要中間產(chǎn)物。
又經(jīng)過近50年的研究，科學(xué)家們了解到，多胺是一類堿性小分子，是含多個氨基的長鏈脂肪族化合物，帶有正電荷，對核酸有較高親和力。多胺由鳥氨酸在鳥氨酸脫羧酶的作用下催化合成腐胺，通過S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶的參與，進一步合成精脒和精胺。這類來自于氨基酸的陽離子有機物廣泛存在于各類生物體中，是重要的代謝物，可以促進細(xì)菌和細(xì)胞的生長。
列文虎克1678年觀察到的磷酸精胺晶體。圖片來源：【1】
抑制多胺合成以治療腫瘤
1971年，巴爾的摩癌癥研究所的科學(xué)家Diane Russell報道了一項令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，在各類腫瘤患者的尿液中，都發(fā)現(xiàn)多胺濃度顯著地增加了。這篇論文發(fā)表在《自然》雜志的第一個子刊《自然·新生物學(xué)》（后與《自然》重新合并）上【2】。該發(fā)現(xiàn)迅速引起了腫瘤醫(yī)生的關(guān)注，他們開始以尿液多胺水平作為標(biāo)志物用來檢測腫瘤。更進一步，他們希望能夠阻斷多胺的生物合成，期待這種方法能用于治療腫瘤。
當(dāng)時，理性的藥物設(shè)計是藥物開發(fā)的主流方法。在紐約，喬治·希金斯（George Hitchings）與他的實驗室助理格特魯?shù)?middot;埃利昂（Gertrude Elion）將當(dāng)時試錯式的化學(xué)藥物研發(fā)改進為針對特定目標(biāo)設(shè)計具有特定結(jié)構(gòu)的新分子，從而實現(xiàn)阻斷。這種設(shè)計思路改變了藥學(xué)的面貌，因此他們共同獲得1988年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。
理性的藥物設(shè)計思路強調(diào)將基本的生化和生理過程理解為特定的藥物靶點。基于這一理念，希金斯和埃利昂設(shè)計出了嘌呤的類似物，后續(xù)被用于抗腫瘤藥和免疫抑制劑。按照類似的理念，當(dāng)了解到多胺合成源于鳥氨酸經(jīng)鳥氨酸脫羧酶催化，那么鳥氨酸的類似物就可能結(jié)合在重要的代謝酶上，從而不可逆地阻斷酶的活性。
二氟甲基鳥氨酸（DFMO），就在這個時期被法國斯特拉斯堡Merrell研究所制造出來，用于阻斷哺乳動物細(xì)胞中的多胺合成【3】。很快，法國和美國的科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了DFMO具有體外和體內(nèi)的抗腫瘤作用，它可以在動物模型上抑制皮膚癌、結(jié)腸癌等腫瘤。
受這些結(jié)果鼓舞，1980年代學(xué)術(shù)界開展了一系列DFMO治療晚期腫瘤的臨床試驗。然而，從安全性和有效性的角度來看，均告失敗。DFMO治療腫瘤的療效非常有限，且副作用如腹瀉、嘔吐、脫發(fā)、聽覺毒性等紛紛顯現(xiàn)。看上去，該藥物似乎無法作為抗腫瘤藥。
從抗腫瘤藥變?yōu)椤皬?fù)活藥”
1974年，美國佩斯大學(xué)（Pace University）的賽勒斯·巴奇（Cyrus Bacchi）致力于研究可以導(dǎo)致錐蟲病的非洲錐蟲。錐蟲病是一種通過采采蠅傳播的寄生蟲病，流行于非洲地區(qū)，可侵犯中樞神經(jīng)系統(tǒng)，俗稱“昏睡癥”。在研究錐蟲的酶活性時，巴奇發(fā)現(xiàn)一種陽離子化合物可以取代鎂等金屬離子，提升酶的活性。這種天然存在的含氮陽離子化合物正是多胺。在那時，錐蟲的多胺代謝尚無人了解。
在導(dǎo)師Seymour H. Hutner的鼓勵下，巴奇開始研究錐蟲中的多胺合成及其功能。1977年，巴奇在會議上得知DFMO已成功合成，他設(shè)法聯(lián)系到了致力于將DFMO開發(fā)為抗腫瘤藥的Merrell制藥公司。經(jīng)過溝通，Merrell研究所的主任同意給他25克DFMO用于錐蟲實驗。實驗結(jié)果令人振奮，攜帶布氏錐蟲的小鼠被治愈了。這項工作引起了寄生蟲學(xué)家的極大興趣，為缺乏新療法的錐蟲病提供了一項全新的解決方案。1980年，巴奇在Science（《科學(xué)》）雜志發(fā)表文章，介紹他們在寄生蟲病治療領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)【4】。在文章發(fā)表之前，DFMO已經(jīng)發(fā)往日內(nèi)瓦的世界衛(wèi)生組織（WHO），準(zhǔn)備開展進一步的臨床研究。
1984年，肯尼亞內(nèi)羅畢。在肯雅塔中心的禮堂后面，巴奇見到了在蘇丹南部開展錐蟲病治療的臨床醫(yī)生西蒙·范·尼文霍夫（Simon Van Nieuwenhove），尼文霍夫從日內(nèi)瓦帶著DFMO來到蘇丹，開展了該藥物第一次對錐蟲病患者的臨床試驗。在1983年的典型案例中，一名55歲的婦女因錐蟲感染導(dǎo)致昏睡。使用DFMO僅1天，她血液中的錐蟲就消失了，3天后她就從昏睡中醒來，7天后完全清醒。DFMO因此被非洲人民譽為“復(fù)活藥”【5】。1990年，F(xiàn)DA（美國食品藥品監(jiān)督管理局）授予DFMO上市許可和孤兒藥資格，成為40多年來第一個用于治療錐蟲病（布氏岡比亞錐蟲）的新藥。
賽勒斯·巴奇，1977-2006年任Haskins實驗室主任，美國紐約佩斯大學(xué)。圖片來源：【6】
“復(fù)活藥”的復(fù)活
1990年代，隨著大批制藥公司開始整合，一些新的藥企巨無霸誕生了。陶氏化學(xué)下屬的Merrell Dow與美國Marion Laboratories合并。新成立的Marion Merrell Dow又在1995年與Hoechst Marion-Rousseau進行合并，建立了Aventis，后歸入法國跨國藥企賽諾菲旗下。
從盈利的角度考慮，DFMO作為治療錐蟲病的商品是不成功的。這種含氟的化合物的合成需要大量資源，制作過程還具有腐蝕性，藥物的制作成本高昂。而受錐蟲病影響的國家每年人均衛(wèi)生支出可能僅有10美元不到。所以在FDA批準(zhǔn)DFMO治療錐蟲病后，Marion Merrell Dow提出過渡性方案，將以成本價給WHO供藥，直到該藥物在非洲國家獲批。在這段時間，希望能找到第三方接手生產(chǎn)該藥。然而，沒有其他生產(chǎn)商愿意接手生產(chǎn)DFMO。1995年公司再次合并后，決定停產(chǎn)DFMO以降本增效。最后的藥物庫存轉(zhuǎn)讓給了無國界醫(yī)生組織，專利權(quán)被轉(zhuǎn)讓給了WHO，而這兩個組織盡最大努力也無法找到接手的生產(chǎn)商。到2000年底，世界上的DFMO預(yù)計還有6個月將耗盡。非洲的錐蟲病患者將再次陷入無藥可用的境地。
無論是研究腫瘤多胺的Russell，還是研究錐蟲多胺的巴奇，都想不到多胺合成抑制劑的斷供問題竟然是被脫毛膏解決的。
據(jù)調(diào)查，超過4100萬美國女性希望去除過多的面部毛發(fā)，這創(chuàng)造了一個潛力巨大的市場。而DFMO的重要副作用之一就是脫發(fā)。研究提示，局部外用DFMO可以抑制細(xì)胞功能，抑制毛發(fā)生長。百時美施貴寶（Bristol-Myers Squibb）據(jù)此開發(fā)了新的脫毛膏產(chǎn)品。2000年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)其用于抑制毛發(fā)過度生長，是該適應(yīng)證的第一款處方藥。百時美施貴寶對該藥物進行了大規(guī)模廣告宣傳，30克的面霜售價為54美元。
大型藥企過度關(guān)注高收益的治療“生活方式”的藥物，而忽視了無法盈利的發(fā)展中國家的疾病治療。這引起了社會的關(guān)注和關(guān)于企業(yè)責(zé)任感的討論。
2001年2月，《紐約時報》著名科學(xué)新聞記者Donald G. McNeil Jr.在頭版對當(dāng)前DFMO生產(chǎn)現(xiàn)狀及百時美施貴寶與WHO的接洽狀況進行了報道【7】。2天后，美國電視史上最長壽、最成功的調(diào)查類新聞節(jié)目《60分鐘》采訪了在肯尼亞首都內(nèi)羅畢的國際醫(yī)療隊醫(yī)療協(xié)調(diào)員Mickey Richer博士，講述了醫(yī)生們在那里延續(xù)著尼文霍夫的工作以及所面臨的困境。非洲錐蟲病患者無藥可用，而發(fā)達國家正在用同樣的成分追求美麗。
《紐約時報》與《60分鐘》將發(fā)展中國家迫切的醫(yī)療訴求與發(fā)達國家的美容市場用一種多胺合成抑制劑聯(lián)系起來。新聞媒體的良知促進了企業(yè)對社會責(zé)任的追求，百時美施貴寶與WHO達成協(xié)議，同意向無國界醫(yī)生和WHO免費捐贈藥物。Aventis也同意繼續(xù)供應(yīng)DFMO和其他抗錐蟲病藥物，并向WHO進行捐助。在新聞媒體的監(jiān)督之下，私營公司、非政府組織、與政府機構(gòu)開展了合作，聯(lián)手解決急迫的公共衛(wèi)生問題【6】【8】。
《60分鐘》報道引起了社會關(guān)注。圖片來源：alexanderstreet.com
治療神經(jīng)母細(xì)胞瘤
如今，多胺合成抑制劑似乎已經(jīng)找到了它們的適應(yīng)證，DFMO在藥物列表中的位置也好像早已被固定。但有意思的是，2023年底，DFMO在一種罕見腫瘤的治療中找到了它的位置。五十多年后，Russell和腫瘤學(xué)家們提出的靶向多胺合成治療腫瘤的心愿得到了回應(yīng)。
神經(jīng)母細(xì)胞瘤（Neuroblastoma，NB）是一種罕見的兒童神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤。在白人群體，發(fā)病率為每百萬人9.7例。NB發(fā)病年齡很早，絕大多數(shù)都發(fā)生在兒童時期，確診時的年齡中位數(shù)僅為18個月。神經(jīng)母細(xì)胞瘤受很多遺傳因素影響，常見的有轉(zhuǎn)錄因子MYCN的擴增、ALK激酶的突變、以及一些染色體改變。腫瘤可以被分為不同的風(fēng)險類別，許多低危的NB無需治療即可自行消退，但高危的NB轉(zhuǎn)移率高，預(yù)后很差。
在胚胎發(fā)育過程中，神經(jīng)管關(guān)閉后形成神經(jīng)嵴，神經(jīng)嵴細(xì)胞可以分化并遷移。大部分神經(jīng)嵴細(xì)胞會遷移到背部，并分化為交感神經(jīng)-腎上腺前體細(xì)胞，再進一步形成外周神經(jīng)系統(tǒng)。NB起源于神經(jīng)嵴分化異常，因此腫瘤可發(fā)生于交感神經(jīng)系統(tǒng)的任何部位，大多發(fā)生在腎上腺髓質(zhì)和交感神經(jīng)節(jié)。高級別的腫瘤常常發(fā)生浸潤和轉(zhuǎn)移。由于發(fā)病位置比較隱蔽，患者年齡又太小，NB常常由于腹部過大或高血壓而偶然發(fā)現(xiàn)，這可能導(dǎo)致治療延誤。
神經(jīng)母細(xì)胞瘤的臨床表現(xiàn)。圖片來源：【9】
目前NB的診斷有一套基于影像學(xué)、病理、年齡、分化程度、基因組分析的成熟的風(fēng)險分級系統(tǒng)。分級后再開展進一步治療。對于高風(fēng)險NB，當(dāng)前的治療方式有化療（包括清髓性化療）、自體干細(xì)胞移植、分化治療、以及免疫治療等等。這些方案已將NB的5年生存率從不到20%提高到50%。
這里的免疫治療與常被報道的免疫檢查點抑制劑不同，是NB特異性的。由于在幾乎所有NB細(xì)胞表面都鑒定出二唾液神經(jīng)節(jié)苷脂 GD2 的高表達，而在正常組織中表達水平很低，科學(xué)家利用抗 GD2 單克隆抗體開展對NB的靶向治療，療效十分顯著，將無事件生存率提高了20%【10】。2021年，中國抗GD2單抗也獲批上市，目前已有兩款抗GD2單抗藥物可供使用。
盡管生存率得到了顯著提高，仍有許多NB患者會進展為復(fù)發(fā)和/或難治性NB。這些患者的治療極度困難，長期治愈非常罕見，目前僅有一些化療方案。因此，科學(xué)家們致力于通過將各類靶向治療與這些化療相結(jié)合，希望能夠進一步延長這些患者的壽命。
在這些嘗試中，DFMO再次現(xiàn)身了。接近一半的高危神母患者伴有原癌基因MYCN的高表達，引發(fā)NB腫瘤代謝模式的改變，導(dǎo)致這種類型的NB在一定程度上依賴于多胺合成【11】。在臨床前試驗中，DFMO被證明能夠聯(lián)合多種臨床用藥物協(xié)同殺傷NB【12】。因此，科學(xué)家們提出在常規(guī)治療后，用DFMO聯(lián)合化療方案，可能進一步延長這些復(fù)發(fā)和/或難治性NB患者的壽命。2023年10月，《臨床腫瘤學(xué)雜志》發(fā)表了一項研究，在抗GD2單抗免疫治療后持續(xù)口服DFMO顯著降低了高危神經(jīng)母細(xì)胞瘤患者的復(fù)發(fā)風(fēng)險，改善了患者的無事件生存期【13】。由于高危神經(jīng)母細(xì)胞瘤是一種罕見的難治性疾病，DFMO的申請獲得了FDA的優(yōu)先評審、突破性療法認(rèn)定和孤兒藥認(rèn)定。
2023年12月13日，基于這項研究，F(xiàn)DA批準(zhǔn)DFMO用于降低成人和兒童高危神經(jīng)母細(xì)胞瘤患者的復(fù)發(fā)風(fēng)險【14】。在50多年后，DFMO重回腫瘤治療的戰(zhàn)場。從列文虎克發(fā)現(xiàn)多胺距今已有350年。50年前科學(xué)家們提出抑制多胺合成治療腫瘤的策略，歷經(jīng)發(fā)現(xiàn)新治療策略的興奮、臨床試驗失敗的沮喪、在寄生蟲疾病上的突破、在逐利目標(biāo)下險些被放棄、在美容市場上重現(xiàn)、直到如今在一類罕見腫瘤上終于得到應(yīng)用。這是一個藥物的傳奇歷史，也是一代代科學(xué)家和臨床醫(yī)師們不懈努力的結(jié)果。DFMO是一個有趣的例子，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤這個罕見腫瘤的治療上，還有很多前沿療法在不斷探索中。
（作者楊云龍，系復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞與遺傳醫(yī)學(xué)系教授、副主任，在中國細(xì)胞生物學(xué)會醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)分會、中國優(yōu)生科學(xué)協(xié)會基因診斷與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)分會兼職；作者陶靈，系復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院研究員。疾病不斷地改變著每個人的人生軌跡，但除了醫(yī)生與醫(yī)學(xué)研究者，人們很少有機會了解各式各樣的疾病。“識病尋源”專欄將以一文一病的形式，介紹對疾病的認(rèn)識進程，疾病的病因及其治療。跟隨醫(yī)學(xué)科學(xué)的進步，理解現(xiàn)代醫(yī)學(xué)。）
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12. Tao, L., et al., CHAF1A Blocks Neuronal Differentiation and Promotes Neuroblastoma Oncogenesis via Metabolic Reprogramming. Adv Sci (Weinh), 2021. 8(19): p. e2005047.
13. Oesterheld, J., et al., Eflornithine as Postimmunotherapy Maintenance in High-Risk Neuroblastoma: Externally Controlled, Propensity Score-Matched Survival Outcome Comparisons. J Clin Oncol, 2024. 42(1): p. 90-102.
14. FDA approves eflornithine for adult and pediatric patients with high-risk neuroblastoma. Available from: https://www.fda.gov/drugs/resources-information-approved-drugs/fda-approves-eflornithine-adult-and-pediatric-patients-high-risk-neuroblastoma.
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