致敬经典：铂类药物50年
致敬经典：铂类药物50年
铂类药物是目前临床上广泛应用的抗癌药物，其发展历史可以追溯到50年前罗森伯格的发现。从最初的顺铂到后来的卡铂和奥沙利铂，科学家们在不断努力提高药物疗效的同时降低其毒性。本文将为您详细介绍铂类药物的发展历程、作用机制以及面临的挑战。
罗森伯格（1926-2009）
罗森伯格的生平
罗森伯格（1926-2009）出生于纽约布鲁克林，从布鲁克林学院获得大学学位后，他进入纽约大学深造，获得了物理学硕士和博士学位（1955年）。他的博士导师保罗·卡拉曼曾师从爱因斯坦，罗森伯格对此感到自豪。1961年至1979年间，罗森伯格在密歇根州立大学参与创建的生物物理系工作，顺铂的发现是罗森伯格团队历时五年的重要成果。
这一发现始于一个偶然现象：正常的大肠杆菌在铂电极产生的电场中，会形成长度是正常200到300倍的丝状长链。研究者发现，虽然细菌细胞分裂被抑制，但细胞生长并未受到影响。通过持续寻找诱因，最终发现了顺铂的生物学活性。
罗森伯格团队系统性地评估了多个实验变量作为潜在诱因的作用，最终将焦点集中在电解作用产生的(NH4)2PtCl6上。在另一个意外发现中，罗森伯格团队成员Loretta Van Camp观察到，(NH4)2PtCl6的原液在细菌培养基中发生光化学改变，培养基的效力也随之增强。这一变化的产物就是顺-[Pt(NH3)2Cl4]（cis-[Pt(NH3)2Cl4]）。
在体外实验中，cis-[Pt(NH3)2Cl4]和cis-[Pt(NH3)2Cl2]都能抑制细胞分裂。通过与NCI的合作，最终证实cis-[Pt(NH3)2Cl2]具有更强的抗癌效果。罗森伯格写道：“历时两年，这些化合物最终被证实是顺铂或其铂类似物，在1845年它们被首次合成并被称为佩纶的氯化物，维尔纳对它们结构的阐明奠定了配位化学的基础，顺铂确实有着辉煌的历史，而我们团队第一次显示了它们的生物学活性。”
基于在细菌DNA上观察到的效应，罗森伯格敦促NCI对这一药物进行研究。顺铂随后进入快速研发通道，在1970年开始临床研究。I期研究中，当剂量达到40mg/m2时，出现了几例严重肾功能损害，几乎所有的患者都出现了呕吐，还有几例耳毒性。这一发现困扰着研究者们。当人们发现积极水化可以避免肾功能损害后，后续研究才得以继续。
重要的是，在几乎致死性的睾丸生殖细胞肿瘤中，这一药物开始产生前所未有的治愈效果。在晚期卵巢上皮性肿瘤中，其优越疗效也被发现。1977年，NCI癌症治疗评价项目为医师们总结了顺铂的治疗潜力，同时指出了肾衰竭、耳毒性、恶心呕吐以及周围神经毒性等副作用的挑战。1978年在华盛顿召开的会议总结了顺铂作为抗癌药物的情况，这也是授予Bristol实验室（后来的BMS）合作研发协议以及FDA批准顺铂用于睾丸癌、卵巢癌和膀胱癌的前奏。此后，罗森伯格发起了每四年一次的国际铂配合物研讨会，联合化学家、基础科学家及临床医生的力量，共同推动铂类药物的发展。
解决顺铂毒性的策略
水化对肾脏的保护作用最初是在狗的动物模型上得到验证的，随后这一策略被应用到在MSKCC进行的一期临床研究中，40mg/m2每三周一次的给药得以安全实施。Litterst在大鼠模型中证实氯尿症可以减少肾毒性，之后这一干预措施也应用到MSKCC和NCI的临床试验中。当顺铂溶于高渗盐水时，患者可以安全地接受高剂量（120到200mg/m2）的治疗。尽管顺铂的肾毒性被规避，在其他方面这些药物还是难以耐受，并且通过剂量强化达到疗效改善的上限也变得明显。
顺铂对肾小管毒性导致的电解质紊乱——最典型的是钾和镁的丢失——又被甘露醇和呋塞米利尿剂的应用（为防止肾损害）加剧。持续的呕吐也是当时的一个麻烦。有机阳离子转运蛋白2（OCT2）可能起到对顺铂肾毒性和耳毒性起到保护作用，西咪替丁（一种OCT底物）对糖尿、蛋白尿有预防作用，并且能防止铂在肾皮质细胞和耳蜗毛细胞，耳蜗和螺旋器的累积。遗憾的是表达OCT2的人类肿瘤较少，针对OCT2减轻铂类毒性的治疗还有待进一步研究。
随着顺铂与紫杉醇的联合应用，神经毒性成为了顺铂的一个主要蓄积毒性。感觉神经元病常常伴随顺铂与紫杉醇的联合发生。不过这一问题在很大程度上被神经毒性更小的卡铂与泰素的联合所解决。可惜的是许多神经药物由于疗效问题尚未获得批准。
寻找低毒性类似物：卡铂
顺铂批准之后，学术界与业界的当务之急就是寻找一种低毒的替代物。庄信万丰与伦敦癌症研究所的合作提供了重大突破——卡铂。1989年基于复治卵巢癌的临床研究结果，FDA批准了BMS的卡铂。
取代氯离子配体的联羧基环丁烷使卡铂更加稳定，毒性更低，药代动力学参数更加可预测，并且疗效得到了保证。与顺铂相比，卡铂几乎没有肾毒性，耳毒性也显著减轻，引起的呕吐也更少。血小板减少——它的剂量限制性毒性——成了药效学的替代指标。基于肾功能的剂量公式也被广泛验证加以应用。
尽管顺铂和卡铂在DNA上产生的加合物是完全相同的，但暴露于卡铂时加合物产生的速率要慢10倍，产生相同数量的加合物所需的卡铂浓度要高20-40倍。卡铂被病人广泛接受，之前由于合并症不能使用顺铂的情况也可以使用卡铂，它稳定的安全性也逐渐在许多情况下取代了顺铂。随着BMS公司泰素的问世，卡铂与它的联合在NSCLC和妇科或胃食管的起源的肿瘤得到广泛试验。有意思的是，当于泰素联合使用时，血小板减少的恢复也加快了。
除了在卵巢癌中卡铂明显胜出外，卡铂与顺铂疗效的争议一直没有停歇。但除了生殖细胞肿瘤，两药直接对比的研究并未开展。顺铂仍然是以下适应症的首选：生殖细胞肿瘤，非小细胞肺癌辅助治疗，晚期膀胱癌一线治疗和晚期头颈部癌症，与放疗联合治疗局部晚期宫颈癌，特殊给药途径如腹腔内滴注。
减轻顺铂毒性的其他手段包括脂质体封装，在一些国家批准上市的低肾毒性的类似物。此外NCI也致力于发现有着独特临床前特性的其他铂类，这就是奥沙利铂。
扩大顺铂的治疗范围：奥沙利铂
奥沙利铂和相关的1,2环己二胺复合物最初是由Kidani等人在日本合成的。最终在结肠癌中观察到了疗效，随后它与氟尿嘧啶成了联合治疗的种子选手，预示了以奥沙利铂为基础的化疗组合在胃肠道源性肿瘤的发展。
奥沙利铂也在DNA上形成加合物，但是与顺铂的配体不同。这一不同产生了许多差别：细胞效应以及DNA修复蛋白对加合物的识别。主要的不同体现在加合物与HMG域蛋白的相互作用上，这也能解释为什么奥沙利铂对结肠癌有效，并且与氟脲嘧啶的联合产生了明显的获益，而顺铂在这一领域几乎无所作为。以奥沙利铂氟脲嘧啶为骨干的联合方案被广泛应用到胰腺癌，胃癌，这一临床成果例证了化学和生物学的复杂性可能导致对某种特殊铂类的敏感或耐药，这就是我们最后的一个话题。
铂类敏感性和逆转耐药：实验室和临床的发现
对铂类耐药机制广泛研究的结论目前可分为以下几类：药物摄取减少，细胞间巯基和金属硫蛋白的中和作用，对DNA损伤的耐受。相关性研究证实了几乎绝对存在的顺铂与卡铂的交叉耐药，而奥沙利铂上述两药的交叉耐药性则更加多变。
与耐药相反，BRCA1或BRCA2等位基因的失活突变是一个对顺铂和/或卡铂敏感的可靠的生物标记物。BRCA1或BRCA2突变的携带者表现为同源重组障碍（HRD），需要对DNA双链断裂（发生在铂-DNA加合物切除时）的零差错修复。具有乳腺组织特异BRCA1突变的小鼠模型再现了人类基底样乳腺癌特征，这些小鼠的肿瘤可被顺铂清除，强调了同源重组不可逆失活对顺铂敏感性的重要性。临床试验证实具有BRCA突变的卵巢癌对铂类和其他DNA损伤物质敏感性的增强；当顺铂作为新辅助治疗药物时，大多数BRCA1突变的乳腺癌能达到病理性完全缓解。相反的，如果发生了其他的BRCA突变重建了BRCA基因的功能，顺铂的耐药就会产生。
其他影响铂类敏感性的DNA修复机制包括核酸剪切修复（NER）和错配修复缺陷（MMR）。NER蛋白，尤其是ERCC1能修复由顺铂与DNA模板链形成1,2-dGpG所交联导致的双链扭曲。之前提到的HMG蛋白促成了奥沙利铂和顺铂在结肠癌中的不同效果。在p53突变的卵巢癌和其他上皮细胞肿瘤中正在进行Wee1抑制剂克服耐药的早期临床研究，这强调了G2细胞周期关卡在修复致死性铂类损伤的重要作用，以及p53依赖的铂类耐药机制。
最后，对顺铂及卡铂的耐药很大程度上与肿瘤细胞对药物摄取的减少有关。它们的极性导致在脂质膜及脂质体制剂中的弥散非常有限。研究证实铜转运蛋白CTR1是人肿瘤细胞中药物摄取和敏感性的重要决定因素。CTR1缺失会导致对顺铂的耐药，而另外两种铜转运蛋白ATP7A和ATP7B的过渡表达会导致顺铂蓄积减少从而导致耐药。当然顺铂也通过其他途径进入细胞，比如OCT1（主要在肝脏表达）和OCT2（主要在肾脏表达），奥沙利铂对这些转运体的亲和性更大，加上它们在结肠癌的表达，这也能解释奥沙利铂独特的治疗谱。此外细胞内谷胱甘肽能降低铜浓度，增强CTR1的表达，从而增加铂类的转运。
总结
铂类药物在当代是如此广泛应用的抗癌药物，但是我们对其敏感和耐药机制的认识还非常有限。借助遗传学、基因组学、分子和细胞生物学层面的强大的研究工具我们希望能进一步揭示铂类药物的合成致死效应，与靶向治疗和免疫治疗一道根除部分肿瘤。近来对阳离子转运蛋白上的见解也有望能导致对正常组织的选择性保护，增强治疗指数。
HRD使肿瘤对铂类药物异常的敏感——p53和BRCA1基因敲除的三阴性乳腺癌小鼠对顺铂永远敏感。目前，学界的注意力已经转移到鉴别HRD以作为铂类敏感性的一个替代指标。在铂类临床研究中对病人进行分子表达谱的分析可能对未来筛选合适的患者接受治疗大有帮助。
铂类药物的成功，为克服毒性所做的非凡努力，以及未来发展的深刻理解是向罗森伯格及其同事好奇心和毅力的致敬。50年来无数的化学家，实验室及临床科学家为铂类的成功添砖加瓦。希望这篇简洁的综述能够激励研究者们将这一药物发扬光大。