Cancer Cell | CDK4选择性抑制剂点亮抗肿瘤的希望之光

摘要：癌症是全球范围内威胁人类健康的重大疾病之一，其本质在于细胞的异常增殖和失控生长。细胞周期的失调是癌症发生的核心机制之一，其中CDK4和CDK6在调控细胞周期进程中扮演着关键角色。CDK4和CDK6通过与D型细胞周期蛋白（Cyclin D1、D2或D3）结合，形

撰文 | 咸姐

癌症是全球范围内威胁人类健康的重大疾病之一，其本质在于细胞的异常增殖和失控生长。细胞周期的失调是癌症发生的核心机制之一，其中CDK4和CDK6在调控细胞周期进程中扮演着关键角色。CDK4和CDK6通过与D型细胞周期蛋白（Cyclin D1、D2或D3）结合，形成活性复合物，促进细胞从G1期向S期的转换。这一过程涉及对关键底物蛋白（如视网膜母细胞瘤蛋白RB1及其相关家族成员RBL1和RBL2）的磷酸化，从而解除它们对E2F依赖性基因转录的抑制，进而启动DNA合成，推动细胞进入S期【1】。在正常生理状态下，CDK4和CDK6的功能是冗余的，但在某些癌症中，CDK4的过度激活尤为常见，成为肿瘤发生和发展的关键驱动因素【2】。

近年来，CDK4/6抑制剂的开发为癌症治疗带来了新的希望。例如，Palbociclib、Ribociclib和Abemaciclib这三种药物已被FDA批准用于治疗激素受体阳性（HR+）、HER2阴性（HER2-）乳腺癌，并与内分泌治疗联合使用，显著改善了患者的无进展生存期。然而，这些药物在临床应用中仍面临一些挑战。首先，它们均为CDK4/6双重抑制剂，虽然在抑制CDK4的同时也抑制了CDK6，但这种双重抑制导致了严重的血液学毒性，尤其是中性粒细胞减少症。这种毒性限制了药物剂量的提高，从而影响了对肿瘤细胞的抑制效果。其次，尽管这些药物在一定程度上延长了患者的无进展生存期，但总体生存率的提升并不一致，这提示我们可能需要进一步优化CDK4/6抑制剂的设计，以提高其疗效和安全性【3,4】。

在HR+乳腺癌中，肿瘤细胞对CDK4的依赖性远高于CDK6，而正常造血细胞则主要依赖CDK6。这一差异为开发高选择性的CDK4抑制剂提供了理论基础。如果能够开发出一种高选择性的CDK4抑制剂，既能有效抑制肿瘤细胞的增殖，又能减少对正常造血细胞的影响，那么将有望克服现有CDK4/6双重抑制剂的局限性，为癌症治疗带来新的突破。

近日，来自美国辉瑞全球研发拉霍亚分部的Lars Anders团队在Cancer Cell上在线发表题为CDK4 selective inhibition improves preclinical anti-tumor efficacy and safety的文章，开发了新一代的CDK4选择性抑制剂Atirmociclib（PF-07220060），并对其在体外和体内模型中的抗肿瘤效果及安全性进行了系统评估，证明其与FDA批准的双重CDK4/6抑制剂相比，具有增强的抗肿瘤活性和降低的预期毒性，而且与内分泌治疗、CDK2抑制、HER2抗体或免疫检查点抑制剂联合使用可以对抗CDK4抑制的耐药性，并扩大细胞周期靶向治疗的潜力。

本文研究人员通过分析Broad的依赖性图谱（DepMap）数据，发现HR+乳腺癌、前列腺癌和尤文氏肉瘤等肿瘤细胞高度依赖CDK4，但对CDK6的依赖性很低，而正常造血细胞则依赖CDK6维持功能。这种依赖性差异表明，CDK4是这些肿瘤细胞增殖的关键驱动因子，而CDK6在这些肿瘤细胞中并非必需。通过弹性网络分析（Elastic Net Analysis）和原代人骨髓细胞实验，进一步确认了CDK4在肿瘤细胞中的关键作用以及CDK6在造血细胞中的补偿性作用。这些结果表明，提高CDK4相对于CDK6的选择性可能为开发新一代CDK4抑制剂提供了一条可行的发展路径。因此，研究人员着手寻找与双重CDK4/6抑制剂（如Palbociclib）相比具有更高CDK4选择性的抑制剂。同时，保持对其他CDK和非靶标的抑制选择性（包括GSK3β）也是至关重要的。

尽管CDK4和CDK6在其ATP结合位点上有92%的序列一致性，但基于内部结构的设计和筛选，研究人员发现了一种基于氨基嘧啶的激酶抑制剂Atirmociclib（PF-07220060）。通过X射线晶体学解析了Atirmociclib与CDK4和CDK6的结合结构，发现其对CDK4的高选择性源于CDK4的灵活G-loop结构，而CDK6的刚性G-loop限制了其结合。激酶谱分析显示，Atirmociclib对CDK4的选择性显著高于CDK6及其他激酶，优于Palbociclib。此外，细胞实验结果表明，Atirmociclib对CD34+造血干细胞和祖细胞（HSP C）的毒性比Palbociclib低了约30倍。与此同时，研究人员利用半机械化的药代动力学/药效学（PK-PD）模型，建立了Atirmociclib对中性粒细胞前体细胞的抑制作用与循环中性粒细胞计数之间的关系。该模型基于Palbociclib的临床数据预测了Atirmociclib在不同CDK4:CDK6选择性条件下的中性粒细胞减少症发生率，发现随着CDK4:CDK6选择性的增加，中性粒细胞减少症的发生率将显著降低。进一步地，利用比格犬模型进行为期90天的长期给药，证实Atirmociclib即使在高剂量下，对中性粒细胞的毒性也显著低于Palbociclib。这些结果表明，Atirmociclib在保持高效抑制肿瘤细胞的同时，显著降低了对造血细胞的毒性。

随后，研究人员通过体外和体内实验评估了Atirmociclib对肿瘤生长抑制（TGI）的效果，结果显示Atirmociclib在高浓度或高剂量下均显示出比Palbociclib更强的抗肿瘤活性，且这种效果与药物对CDK4的高效抑制密切相关。Palbociclib的临床暴露限制可能是有效、近乎完全抑制CDK4驱动肿瘤生长的障碍。而Atirmociclib通过增加对肿瘤中CDK4的靶点覆盖，显著提高了TGI效果。此外，研究人员还发现，CDK6的上调可以部分抵消Atirmociclib的疗效，但CDK6在管腔型乳腺癌中的表达通常较低。这表明CDK6在大多数管腔型乳腺癌中对Atirmociclib疗效的影响有限，支持了Atirmociclib在这些肿瘤类型中的应用潜力。

进一步地，研究人员扩展了对HR+ HER2乳腺癌获得性耐药的其他潜在机制的研究。研究人员发现，长期使用Atirmociclib会诱导耐药性肿瘤细胞的出现。深入实验分析结果显示，至少有三种不同的细胞信号通路组分与Atirmociclib单药治疗的获得性耐药性相关：Cyclin E1-CDK2的激活，以及雌激素和TNF-α-NF-κB轴信号的增强。基于此发现，研究人员随即探讨了主动对抗这些耐药机制的可能策略。研究发现，Atirmociclib与ER阻断剂或HER2靶向抗体联合使用时，能够显著增强对HR+ HER2-乳腺癌细胞的生长抑制效果。联合治疗不仅诱导了细胞周期停滞（G1期阻滞），还促进了细胞衰老，但未显著诱导细胞凋亡。此联合治疗在体内模型中也显示出显著的肿瘤生长抑制效果，且Atirmociclib与Fulvestrant（选择性雌激素受体降解剂）联合治疗的疗效优于单独使用Atirmociclib或Fulvestrant。同样的，CDK2选择性抑制剂与Atirmociclib联合使用时，也能够显著增强对HR+ HER2-乳腺癌细胞的生长抑制效果。联合治疗不仅诱导了细胞周期停滞（G1期阻滞），还完全抑制了RB1的磷酸化，减少了FOXM1蛋白的表达，并降低了E2F靶基因（如Cyclin A2）的表达水平。此联合方案在体内模型中也显示出显著的肿瘤生长抑制效果，且优于单独使用Atirmociclib或CDK2抑制剂。此外，研究人员还发现Atirmociclib可通过增强肿瘤细胞的抗原呈递和干扰素信号通路，显著提高免疫检查点抑制剂（ICI）的治疗效果。这种协同作用不仅在体外细胞实验中得到验证，还在体内小鼠模型中展现出显著的抗肿瘤效果。

综上所述，本研究系统评估了新一代CDK4选择性抑制剂Atirmociclib的抗肿瘤效果和安全性。研究表明，Atirmociclib在多种HR+乳腺癌和前列腺癌模型中展现出显著的肿瘤生长抑制效果，且其对CDK4的高选择性显著降低了对正常造血细胞的毒性，减少了中性粒细胞减少症等血液学不良反应。此外，Atirmociclib与内分泌治疗、HER2靶向治疗、CDK2抑制剂以及免疫检查点抑制剂的联合应用进一步增强了抗肿瘤效果，并可能克服耐药性。这些发现为Atirmociclib的临床应用提供了坚实的基础，表明其有望成为新一代更安全、更有效的CDK4抑制剂，为癌症治疗带来新的希望。

制版人：十一

参考文献

1. Fassl, A., Geng, Y., and Sicinski, P. (2022). CDK4 and CDK6 kinases: From basic science to cancer therapy.Science375, eabc1495.

2. Zhang, Z., Golomb, L., and Meyerson, M. (2022). Functional genomic analysis of CDK4 and CDK6 gene dependency across human cancer cell lines.Cancer Res.82, 2171–2184.

3. Morrison, L., Loibl, S., and Turner, N.C. (2024). The CDK4/6 inhibitor revolution—A game-changing era for breast cancer treatment.Nat. Rev. Clin. Oncol.21, 89–105.

4. Chen, P., Lee, N.V., Hu, W., et al. (2016). Spectrum and degree of CDK drug interactions predicts clinical performance.Mol. Cancer Ther.15, 2273–2281.

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