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胰腺癌为消化道较常见的恶性肿瘤,根据世界卫生组织公布的统计资料(全球癌症流行病学的数据库2008)显示,其发病率占全部恶性肿瘤的2.1%,且发达国家或地区的发病率更高,而在中国等发展中国家,随着经济的发展,发病率也呈明显上升趋势[1]。目前,早期彻底手术切除可能是胰腺癌能够被治愈的唯一可靠手段,但胰腺癌早期诊断困难,仅约20%的患者确诊时可行根治性切除,且术后大部分患者往往会复发[2],5年生存率仅约为6%[3],被称为“癌症之王”。因此,寻找和建立早期发现和诊断方法,成为提高胰腺癌诊疗效果的主攻方向之一。
胰腺癌的发生是多基因、多步骤、多阶段的演变过程[4-5]。与胰腺癌相关的癌基因异常一般分为3大类,即原癌基因的激活或过度表达、抑癌基因的失活和DNA错配修复(mismatchrepair,MMR)基因异常。原癌基因是编码关键性调控蛋白的正常细胞基因,表达的蛋白质可以定位在细胞膜上的受体、细胞质内的传递分子和胞核内的转录因子。一些原位基因本身就是蛋白激酶,有些则参与或涉及其磷酸化过程。胰腺肿瘤发生过程中,大多情况下会发生ras基因突变,以及Raf激酶、蛋白质脂肪酸转移酵素(法尼基转移酶)、蛋白激酶和有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)等改变。细胞生物学和分子医学研究结果表明,胰腺癌发生是多种基因共同和相互作用的结果,仅ras一种基因突变并不会导致胰腺癌的发生[5]。
PET具有极高的探测灵敏度(> 10~12 mmol)和一定的图像分辨率(4~6 mm),PET/CT则结合了CT的解剖和密度信息,同机融合使得定位更加准确,更重要的是能够提供放射性示踪剂在体内组织细胞精准定量化的分布。PET/CT已成为临床广泛应用的分子影像成像设备。胰腺癌特异性诊断探针和靶向治疗的药物包括抗体、亲和体、多肽和小分子化合物抑制剂等。小分子有机化合物具有分子质量小、容易进入细胞内和空间特异性及化学特异性高等特点。一些学者探讨了采用蛋白激酶小分子抑制剂进行胰腺癌PET/CT显像,以实现对胰腺癌的早期诊断及对靶向治疗的效果进行评估。本文综述了基于蛋白激酶小分子抑制剂的PET示踪剂的研究进展及在胰腺癌方面的应用前景。
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TK和Ser/Thr PK抑制剂包括3类,即与三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)竞争的抑制剂、与蛋白激酶辅助因子竞争的抑制剂和与蛋白/肽底物竞争的抑制剂[7-9]。
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这类抑制剂基本选择与ATP相似的空间结构,其基本结构是4-苯氨基-喹啉结构[10-11]。最早使用的表皮生长因子受体酪氨酸激酶(epidermal growth factor receptortyrosine kinase,EGFR-TK)抑制剂是PD153035,能与ATP竞争性结合,非特异性地抑制EGFR-TK的活性,Ki值仅为5 μmol/L[9-11]。许多针对EGFR-TK的抑制剂由其衍生而来。比如易瑞沙(Iressa)、Pelitinib(EKB-569)、厄洛替尼(Erlotinib)和Tarceva,以及目前正在进行临床前研究的一些药物。迄今,对这一类抑制剂结构、生物学特性和药物学特性的研究相对比较多,也很深入,并且像一些TK小分子抑制剂,如Erlotinib,已被批准用于临床对胰腺癌的治疗。一项关于Erlotinib联合吉西他滨与吉西他滨单药分别用于晚期胰腺癌治疗的Ⅲ期临床试验的比较[12],结果显示,吉西他滨联合Erlotinib较吉西他滨单药能够提高晚期胰腺癌患者的生存期和疾病无进展生存期。
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这类抑制剂包括H系列化合物和含吲哚咔唑生色基团抑制剂。(1)H系列化合物:在此类化合物中,其结构特征与ATP类似,在化学结构中均有一个磺酰基团。此类化合物包括H-7、H-8、H-9、H-88、H-89、ML-9、KN-62和CKI-7等。在这些化合物中最受关注的是H-89,其抑制效果远远高于H-7、H-8和H-9。H-89在基于异喹啉结构的基础上,连有磺酰基并在氨基上连接-CH2CH=CH-Br,是高度特异性抑制剂,能够进入细胞内并特异性抑制ATP酶的活性。这样作用于细胞信息调控、转导的上游,能够更有效地抑制细胞活性和增殖等。这类磺酰化合物除了抑制PKA外,还对PKC、PKG、酪蛋白激酶Ⅰ(casein kinaseⅠ,CKⅠ)和钙调蛋白激酶Ⅱ(calmodulin kinase Ⅱ,CaMKⅡ)等具有抑制作用。CKI-7、KN-62、ML-9、H-89、H88抑制PKC的Ki值分别是1000、100、54、30、80 μmol/L(表 1),磺酰化合物HA-1077抑制PKC的IC50为3.3 μmol,有血管扩张作用。Reuveni等[9]在对H类化合物基本骨架进行详细研究的基础上,筛选出针对蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)具有较高特异性的NL-71-101化合物,其IC50达到3.7 μmol。
抑制剂 PKA PKG PKC CaMKⅡ CK Ⅰ H-88 0.4 0.8 80 70 60 H-89 0.05 0.5 30 30 40 ML-9 32 - 54 - - KN-62 100 - 100 0.9 100 CKI-7 550 - 1 000 195 9.5 表中,PKA:环磷酸腺苷依赖的蛋白激酶;PKG:环鸟苷酸腺苷依赖的蛋白激酶;PKC:钙依赖的蛋白激酶;CaMK域:钙调蛋白激酶域;CK玉:酪蛋白激酶玉;-:表示无此项数据。 表 1 蛋白激酶抑制剂对不同蛋白激酶的抑制常数(μmol/L)
Table 1. The inhibition constants(Ki)of different protein kinase inhibitors(μmol/L)
(2)含吲哚咔唑生色基团抑制剂:最早发现的是staurosporine,它来源于放线菌属,是目前发现Ki值最低的抑制剂。但是,从结构上来看,staurosporine和它的衍生物sotrastaurin远比H类小分子化合物结构复杂。这样导致合成过程也相对比较复杂。
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这类抑制剂包括PKC、钙调蛋白(calmodulin,CaM)依赖型蛋白抑制剂等。(1)PKC抑制剂:PKC分布广,参与调解多种细胞功能。Calphostins是PKC抑制剂。H类抑制剂也对PKC位点具有显著的抑制作用。(2)CaM依赖性蛋白抑制剂:异喹啉衍生物KN-2能够与CaM竞争结合酶的CaM结合,抑制CaMKII。KN-62能够与CaM竞争性结合激酶的CaM结合,在浓度为10-6 mol/L时可以抑制80%的CaMKII。
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一些具有与底物蛋白磷酸化位点相同序列的肽具有抑制蛋白激酶的作用。热稳定性Walsh抑制剂能够抑制PKA活性。它能够与肽底物竞争,从而特异性抑制PKA活性,Ki值约为1 mol/L。它也能够与PKC结合。Erbstation是另一种能够与肽底物竞争的化合物,是EGFR-TK较强的竞争性抑制剂,Ki值约为6 μmol/L,对PKA几乎无作用。
蛋白激酶小分子抑制剂PET显像研究进展及其在胰腺癌诊断中的应用前景
Advances of small-molecule protein kinase inhibitor-based PET tracers with prospective application in pancreatic cancer
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摘要: 胰腺癌为消化道较常见的恶性肿瘤。针对胰腺癌特异性诊断探针和靶向治疗的药物研究包括抗体、亲和体、多肽以及小分子化合物抑制剂,其中针对蛋白激酶的小分子抑制剂的研究备受关注。笔者综述了这一方向的PET示踪剂的研究进展,其中H-89作为异喹啉磺酰基类小分子化合物,可能是最好的胰腺癌蛋白激酶小分子抑制剂之一,用正电子核素标记后,可能成为较有潜力的胰腺癌PET示踪剂。
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关键词:
- 胰腺肿瘤 /
- 蛋白激酶 /
- 小分子抑制剂 /
- 正电子发射断层显像术 /
- 示踪剂
Abstract: Pancreatic cancer is one of the most common malignancies of digestive tract. The targeted therapeutic drugs and specific diagnostic probes for pancreatic cancer include antibodies, affinity ligands, polypeptides, and small-molecule protein kinase inhibitors. The research on small-molecule protein kinase inhibitors is a hot topic of both preclinical research and clinical application in recent years. The advances in this area were briefly reviewed in this article. Data indicated that H-89, a kind of isoquinoline sulfonamide small molecule, might be one of the best small-molecule protein kinase inhibitors to treat pancreatic cancer, and if labeled with positron emitter, it might become a potential PET tracer for pancreatic cancer.-
Key words:
- Pancreatic neoplasms /
- Protein kinase /
- Small-molecule inhibitor /
- Positron-emission tomography /
- Tracer
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表 1 蛋白激酶抑制剂对不同蛋白激酶的抑制常数(μmol/L)
Table 1. The inhibition constants(Ki)of different protein kinase inhibitors(μmol/L)
抑制剂 PKA PKG PKC CaMKⅡ CK Ⅰ H-88 0.4 0.8 80 70 60 H-89 0.05 0.5 30 30 40 ML-9 32 - 54 - - KN-62 100 - 100 0.9 100 CKI-7 550 - 1 000 195 9.5 表中,PKA:环磷酸腺苷依赖的蛋白激酶;PKG:环鸟苷酸腺苷依赖的蛋白激酶;PKC:钙依赖的蛋白激酶;CaMK域:钙调蛋白激酶域;CK玉:酪蛋白激酶玉;-:表示无此项数据。 -
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