Ингибиторы mTOR — это класс препаратов, используемых для лечения нескольких заболеваний человека, включая рак, аутоиммунные заболевания и нейродегенерацию. Они действуют путем ингибирования мишени рапамицина млекопитающих (mTOR) (также известной как механистическая мишень рапамицина), которая представляет собой серин/треонин-специфическую протеинкиназу , принадлежащую к семейству киназ, связанных с фосфатидилинозитол-3-киназой (PI3K) (PIKK). mTOR регулирует клеточный метаболизм, рост и пролиферацию путем формирования и передачи сигналов через два белковых комплекса , mTORC1 и mTORC2 . Наиболее известными ингибиторами mTOR являются так называемые рапалоги (рапамицин и его аналоги), которые показали реакцию опухоли в клинических испытаниях против различных типов опухолей. [1]
Открытие mTOR было сделано в 1994 году при исследовании механизма действия его ингибитора , рапамицина . [2] [3] Рапамицин был впервые обнаружен в 1975 году в образце почвы с острова Пасхи в южной части Тихого океана , также известного как Рапа-Нуи, откуда и произошло его название. [4] Рапамицин является макролидом , вырабатываемым микроорганизмом Streptomyces hygroscopicus и проявляющим противогрибковые свойства. Вскоре после его открытия были обнаружены иммунодепрессивные свойства, что впоследствии привело к утверждению рапамицина в качестве иммунодепрессанта. В 1980-х годах было также обнаружено, что рапамицин обладает противораковой активностью, хотя точный механизм действия оставался неизвестным в течение многих лет. [2] [5] [6]
В 1990-х годах в этой области произошли кардинальные изменения благодаря исследованиям механизма действия рапамицина и идентификации мишени препарата. [4] Было обнаружено, что рапамицин подавляет клеточную пролиферацию и прогрессирование клеточного цикла . Исследования по ингибированию mTOR стали растущей отраслью науки и дали многообещающие результаты. [7]
В целом, протеинкиназы классифицируются на две основные категории на основе их субстратной специфичности: протеинтирозинкиназы и протеинсерин/треониновые киназы . Киназы двойной специфичности являются подклассом тирозинкиназ. [8]
mTOR — это киназа из семейства киназ, связанных с фосфатидилинозитол-3-киназой (PIKK) , [9] которое представляет собой семейство сериновых/треониновых протеинкиназ, с последовательностью, схожей с семейством липидных киназ, PI3K . [8] Эти киназы имеют различные биологические функции, [8], но все они представляют собой крупные белки с общей доменной структурой. [9]
PIKK имеют четыре домена на уровне белка, которые отличают их от других протеинкиназ. От N-конца до C-конца эти домены называются FRAP-ATM-TRAAP (FAT), домен киназы (KD), PIKK-регуляторный домен (PRD) и FAT-C-терминал (FATC). [8] Домен FAT, состоящий из четырех α-спиралей , является N-концевым по отношению к KD, но эта часть называется доменом связывания FKBP12-рапамицина (FRB), который связывает комплекс FKBP12-рапамицина. [8] Домен FAT состоит из повторов, называемых HEAT ( Huntingtin , Elongation factor 3 , A subunit of protein phosphatase 2A and TOR1). [9] Специфические активаторы белков регулируют киназы PIKK, но связывание их с комплексом киназы вызывает конформационное изменение, которое увеличивает доступ субстрата к домену киназы. [9]
Протеинкиназы стали популярными мишенями для лекарств. [10] Они были направлены на открытие и разработку ингибиторов малых молекул и биопрепаратов в качестве потенциальных терапевтических агентов. Ингибиторы малых молекул протеинкиназ обычно предотвращают либо фосфорилирование субстратов белков , либо аутофосфорилирование самой киназы. [11]
Похоже, что факторы роста , аминокислоты , АТФ и уровни кислорода регулируют сигнализацию mTOR. Несколько нисходящих путей, которые регулируют прогрессирование клеточного цикла, [12] трансляцию , инициацию , транскрипционные стрессовые реакции, [13] стабильность белка и выживание клеток , передают сигналы через mTOR.
Серин /треониновая киназа mTOR является нисходящим эффектором пути PI3K/AKT и образует два отдельных мультипротеиновых комплекса , mTORC1 и mTORC2 . [1] Эти два комплекса имеют отдельную сеть белковых партнеров, петли обратной связи , субстраты и регуляторы. [15] mTORC1 состоит из mTOR и двух положительных регуляторных субъединиц, раптор и млекопитающий LST8 ( mlST8 ), и двух отрицательных регуляторов, богатого пролином субстрата AKT 40 (PRAS40) и DEPTOR. [1] mTORC2 состоит из mTOR, mlST8, mSin1 , protor, rictor и DEPTOR. [16]
mTORC1 чувствителен к рапамицину, но mTORC2 считается устойчивым и, как правило, нечувствительным к питательным веществам и энергетическим сигналам. mTORC2 активируется факторами роста , фосфорилирует PKCα , AKT и паксиллин и регулирует активность малой ГТФазы , Rac и Rho, связанной с выживанием клеток, миграцией и регуляцией актинового цитоскелета .
Сигнальный каскад mTORC1 активируется фосфорилированным AKT и приводит к фосфорилированию S6K1 и 4EBP1 , что приводит к трансляции мРНК . [1]
Многие опухоли человека возникают из-за нарушения регуляции сигнализации mTOR и могут приводить к более высокой восприимчивости к ингибиторам mTOR. [17] Нарушения регуляции нескольких элементов пути mTOR, такие как амплификация / мутация PI3K , потеря функции PTEN , сверхэкспрессия AKT и сверхэкспрессия S6K1, 4EBP1 и eIF4E, связаны со многими типами рака. Поэтому mTOR является интересной терапевтической мишенью для лечения нескольких видов рака, как самих ингибиторов mTOR, так и в сочетании с ингибиторами других путей. [1]
Выше по течению, сигнализация PI3K/AKT дерегулируется посредством различных механизмов, включая сверхэкспрессию или активацию рецепторов факторов роста , таких как HER-2 (рецептор человеческого эпидермального фактора роста 2) и IGFR (рецептор инсулиноподобного фактора роста), мутации в PI3K и мутации/амплификации AKT. [1] Супрессор опухолей фосфатаза и гомолог тензина, удаленный на хромосоме 10 (PTEN), является отрицательным регулятором сигнализации PI3K. При многих видах рака экспрессия PTEN снижается и может быть подавлена посредством нескольких механизмов, включая мутации , потерю гетерозиготности , метилирование и нестабильность белка. [16]
Ниже по течению, эффекторы mTOR S6 киназа 1 (S6K1), белок 1, связывающий эукариотический фактор инициации 4E (4EBP1) и эукариотический фактор инициации 4E (eIF4E) связаны с клеточной трансформацией. [1] S6K1 является ключевым регулятором роста клеток, а также фосфорилирует другие важные мишени. Как eIF4E, так и S6K1 включены в клеточную трансформацию , и их сверхэкспрессия связана с плохим прогнозом рака. [16]
С момента открытия mTOR было проведено много исследований по этой теме с использованием рапамицина и рапалогов для понимания его биологических функций. [15] [18] Клинические результаты от воздействия на этот путь оказались не такими простыми, как предполагалось вначале. Эти результаты изменили ход клинических исследований в этой области. [15]
Первоначально рапамицин был разработан как противогрибковый препарат против Candida albicans , Aspergillus fumigatus и Cryptococcus neoformans . [5] Несколько лет спустя были обнаружены его иммунодепрессивные свойства. Более поздние исследования привели к установлению рапамицина как основного иммунодепрессанта против отторжения трансплантата , наряду с циклоспорином А. [ 2] Сочетание рапамицина с циклоспорином А усилило профилактику отторжения при трансплантации почек . Поэтому стало возможным использовать более низкие дозы циклоспорина, что минимизировало токсичность препарата. [5]
В 1980-х годах Отделение терапии развития Национального института рака (NCI) провело оценку рапамицина и обнаружило, что он обладает противораковой активностью и не является цитотоксическим, но обладает цитостатической активностью против нескольких типов рака у человека. [5] Однако из-за неблагоприятных фармакокинетических свойств разработка ингибиторов mTOR для лечения рака в то время не увенчалась успехом. [3] С тех пор рапамицин также продемонстрировал свою эффективность в профилактике рестеноза коронарных артерий и лечении нейродегенеративных заболеваний . [5]
Развитие рапамицина как противоракового средства возобновилось в 1990-х годах с открытием темсиролимуса (CCI-779). Это новое растворимое производное рапамицина имело благоприятный токсикологический профиль у животных. С тех пор было разработано больше производных рапамицина с улучшенной фармакокинетикой и сниженным иммунодепрессивным эффектом для лечения рака . [5] Эти рапалоги включают темсиролимус (CCI-779), эверолимус (RAD001) и ридафоролимус (AP-23573), которые оцениваются в клинических испытаниях рака . [19] Аналоги рапамицина имеют схожие терапевтические эффекты с рапамицином. Однако они обладают улучшенной гидрофильностью и могут использоваться для перорального и внутривенного введения . [4] В 2012 году Национальный институт рака перечислил более 200 клинических испытаний, проверяющих противораковую активность рапалогов как в качестве монотерапии , так и в составе комбинированной терапии многих типов рака. [7]
Rapalogs, которые являются ингибиторами mTOR первого поколения, доказали свою эффективность в ряде доклинических моделей. Однако успех в клинических испытаниях ограничен лишь несколькими редкими видами рака. [20] Исследования на животных и клинические исследования показывают, что rapalogs в первую очередь являются цитостатическими и, следовательно, эффективны в качестве стабилизаторов заболевания, а не для регрессии. [21] Частота ответа в солидных опухолях, где rapalogs использовались в качестве монотерапии, была скромной. Из-за частичного ингибирования mTOR, как упоминалось ранее, rapalogs недостаточны для достижения широкого и надежного противоракового эффекта, по крайней мере, при использовании в качестве монотерапии . [19] [20] [22]
Другая причина ограниченного успеха заключается в том, что в некоторых опухолевых клетках существует обратная связь между mTORC1 и AKT . Кажется, что ингибирование mTORC1 рапалогами не подавляет отрицательную обратную связь, которая приводит к фосфорилированию и активации AKT. [18] [23] Эти ограничения привели к разработке второго поколения ингибиторов mTOR. [7]
Рапамицин и рапалоги (производные рапамицина) являются ингибиторами малых молекул , [24] которые были оценены как противораковые агенты. Рапалоги имеют более благоприятный фармакокинетический профиль по сравнению с рапамицином, исходным препаратом, [3] несмотря на те же сайты связывания для mTOR и FKBP12. [5]
Бактериальный натуральный продукт рапамицин или сиролимус [6] , цитостатический агент , использовался в комбинированной терапии с кортикостероидами и циклоспорином у пациентов, перенесших трансплантацию почки, для предотвращения отторжения органа как в США [25] , так и в Европе [26] из-за его неудовлетворительных фармакокинетических свойств. [3] В 2003 году Управление по контролю за продуктами и лекарствами США одобрило коронарные стенты с покрытием из сиролимуса, которые используются у пациентов с сужением коронарных артерий или так называемым атеросклерозом [27] .
Недавно рапамицин продемонстрировал свою эффективность в подавлении роста нескольких видов рака у человека и линий клеток мышей. [5] Рапамицин является основным ингибитором mTOR, но ридафоролимус /дефоролимус (AP23573), эверолимус (RAD001) и темсиролимус (CCI-779) являются недавно разработанными аналогами рапамицина. [2]
Аналог рапамицина темсиролимус (CCI-779) [2] также является нецитотоксическим средством, которое задерживает пролиферацию опухоли.
Темсиролимус — это пролекарство рапамицина. Он одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) [25] и Европейским агентством по лекарственным средствам (EMA) [28] для лечения почечно-клеточного рака (RCC). Темсиролимус имеет более высокую растворимость в воде, чем рапамицин, и поэтому вводится внутривенно. [3] [6] Он был одобрен 30 мая 2007 года FDA для лечения прогрессирующего RCC. [6]
Темсиролимус также использовался в клиническом исследовании фазы I в сочетании с нератинибом , необратимым ингибитором пан-HER-тирозинкиназы с небольшой молекулой . В этом исследовании были зарегистрированы пациенты, проходившие лечение рака груди с амплифицированным HER2 , немелкоклеточного рака легких с мутацией HER2 и других запущенных солидных опухолей. В то время как распространенные токсичности включали тошноту , стоматит и анемию ; были отмечены ответы. [29]
Эверолимус является вторым новым аналогом рапамицина. [2] По сравнению с исходным соединением рапамицином , эверолимус более избирателен для белкового комплекса mTORC1 , оказывая незначительное влияние на комплекс mTORC2 . [30] Было показано, что ингибирование mTORC1 эверолимусом нормализует кровеносные сосуды опухоли, увеличивает количество лимфоцитов, инфильтрирующих опухоль , и улучшает терапию переноса адоптивных клеток . [31]
С 30 марта 2009 года по 5 мая 2011 года Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) одобрило эверолимус для лечения распространенного почечно-клеточного рака после неэффективности лечения сунитинибом или сорафенибом , субэпендимальной гигантоклеточной астроцитомы (SEGA), связанной с туберозным склерозом (TS), и прогрессирующих нейроэндокринных опухолей поджелудочной железы (PNET). [32] В июле и августе 2012 года были одобрены два новых показания: распространенный гормон-рецептор-положительный, HER2-отрицательный рак молочной железы в сочетании с экземестаном, а также дети и взрослые пациенты с SEGA. [32] В 2009 и 2011 годах он также был одобрен во всем Европейском союзе для распространенного рака молочной железы, нейроэндокринных опухолей поджелудочной железы, распространенного почечно-клеточного рака [33] и SEGA у пациентов с туберозным склерозом. [34]
Ридафоролимус (AP23573, MK-8669), или дефоролимус, является еще одним аналогом рапамицина, который не является пролекарством сиролимуса. [2] Как и темсиролимус, его можно вводить внутривенно, а пероральная формула оценивается для лечения саркомы . [3]
Умиролимус — иммунодепрессант, используемый в стентах с лекарственным покрытием. [35]
Зотаролимус — иммунодепрессант, используемый в коронарных стентах с лекарственным покрытием. [36]
Второе поколение ингибиторов mTOR известно как ингибиторы киназы mTOR, конкурирующие с АТФ. [7] [37] Двойные ингибиторы mTORC1/mTORC2, такие как торин-1 , торин-2 и вистусертиб, предназначены для конкуренции с АТФ в каталитическом сайте mTOR. Они ингибируют все зависимые от киназы функции mTORC1 и mTORC2 и блокируют активацию обратной связи сигнализации PI3K/AKT, в отличие от рапалогов, которые нацелены только на mTORC1. [7] [18] Разработка этих препаратов достигла стадии клинических испытаний, хотя некоторые из них, такие как вистусертиб, были прекращены. [37] Как и рапалоги, они снижают трансляцию белка , ослабляют прогрессирование клеточного цикла и ингибируют ангиогенез во многих линиях раковых клеток, а также в раке человека. Фактически, было доказано, что они более эффективны, чем рапалоги. [7]
Теоретически, наиболее важными преимуществами этих ингибиторов mTOR являются значительное снижение фосфорилирования AKT при блокаде mTORC2 и, в дополнение к лучшему ингибированию mTORC1. [15] Однако существуют некоторые недостатки. Несмотря на то, что эти соединения были эффективны в клеточных линиях, нечувствительных к рапамицину, они показали лишь ограниченный успех в опухолях, вызванных KRAS . Это говорит о том, что для лечения этих видов рака может потребоваться комбинированная терапия. Другим недостатком является также их потенциальная токсичность . Эти факты вызывают обеспокоенность относительно долгосрочной эффективности этих типов ингибиторов. [7]
Тесное взаимодействие mTOR с путем PI3K также привело к разработке двойных ингибиторов mTOR/PI3K. [7] По сравнению с препаратами, которые ингибируют либо mTORC1, либо PI3K, эти препараты обладают преимуществом ингибирования mTORC1, mTORC2 и всех каталитических изоформ PI3K. Нацеливание на обе киназы одновременно снижает повышенную регуляцию PI3K, которая обычно производится при ингибировании mTORC1. [15] Было показано, что ингибирование пути PI3K/mTOR эффективно блокирует пролиферацию, вызывая остановку G1 в различных линиях опухолевых клеток. Также наблюдалась сильная индукция апоптоза и аутофагии . Несмотря на хорошие многообещающие результаты, имеются доклинические данные о том, что некоторые типы рака могут быть нечувствительны к этому двойному ингибированию. Двойные ингибиторы PI3K/mTOR также, вероятно, обладают повышенной токсичностью. [7]
Исследования рапамицина как иммунодепрессанта позволили нам понять механизм его действия . [5] Он подавляет пролиферацию Т-клеток и пролиферативные ответы, вызванные несколькими цитокинами , включая интерлейкин 1 (ИЛ-1) , ИЛ-2 , ИЛ-3 , ИЛ-4 , ИЛ-6 , ИФР , PDGF и колониестимулирующие факторы (КСФ) . [5] Ингибиторы рапамицина и рапалоги могут воздействовать на рост опухоли как напрямую, так и косвенно. Прямое воздействие их на раковые клетки зависит от концентрации препарата и определенных клеточных характеристик. Косвенный путь основан на взаимодействии с процессами, необходимыми для ангиогенеза опухоли . [5]
Рапамицин и рапалоги сшивают иммунофилин FK506- связывающий белок, такролимус или FKBP-12, через его метоксигруппу . Комплекс рапамицин-FKBP12 взаимодействует с доменом FRB mTOR. [5] [6] Молекулярное взаимодействие между FKBP12, mTOR и рапамицином может длиться около трех дней (72 часа). Ингибирование mTOR блокирует связывание вспомогательного белка raptor (регуляторно-ассоциированного белка mTOR) с mTOR, но это необходимо для нисходящего фосфорилирования S6K1 и 4EBP1 . [5] [22]
В результате S6K1 дефосфорилируется, что снижает синтез белка и снижает смертность и размер клеток. Рапамицин также вызывает дефосфорилирование 4EBP1, что приводит к увеличению p27 и снижению экспрессии циклина D1 . Это приводит к поздней блокаде клеточного цикла G1/S . Было показано, что рапамицин вызывает гибель раковых клеток, стимулируя аутофагию или апоптоз , но молекулярный механизм апоптоза в раковых клетках еще не полностью решен. Одно из предположений о связи между ингибированием mTOR и апоптозом может быть через нисходящую цель S6K1, которая может фосфорилировать BAD , проапоптотическую молекулу, на Ser136. [5] Эта реакция нарушает связывание BAD с BCL-XL и BCL2 , ингибиторами митохондриальной смерти, что приводит к инактивации BAD [5] и снижению выживаемости клеток. [6] Также было показано, что рапамицин вызывает p53 -независимый апоптоз при некоторых типах рака. [5]
Опухолевый ангиогенез зависит от взаимодействия между эндотелиальными сосудистыми факторами роста , которые могут активировать PI3K/AKT/mTOR в эндотелиальных клетках, перицитах или раковых клетках. Примерами этих факторов роста являются ангиопоэтин 1 (ANG1) , ANG 2, основной фактор роста фибробластов (bFGF) , эфрин-B2 , сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) и члены суперсемейства факторов роста опухолей-β (TGFβ) . Одним из основных стимулов ангиогенеза является гипоксия, приводящая к активации индуцируемых гипоксией факторов транскрипции (HIF) и экспрессии ANG2, bFGF, PDGF, VEGF и VEGFR. Ингибирование трансляции HIF1α путем предотвращения PDGF/PDGFR и VEGF/VEGFR может быть результатом ингибирования mTOR. Блокада клеточного цикла G0-G1 может быть следствием инактивации mTOR в перицитах и эндотелиальных клетках, активированных гипоксией. [5]
Имеются некоторые доказательства того, что расширенная терапия рапамицином может также оказывать влияние на AKT и mTORC2. [2] [38]
Фармакологическое подавление пути (mTOR) во время химиотерапии в мышиной модели предотвращает активацию примордиальных фолликулов, сохраняет функцию яичников и поддерживает нормальную фертильность с использованием клинически доступных ингибиторов INK и RAD. Таким образом, это помогает поддерживать фертильность во время прохождения химиотерапевтического лечения. Эти ингибиторы mTOR, когда они вводятся в качестве предварительного лечения или совместного лечения со стандартной гонадотоксичной химиотерапией, помогают поддерживать фолликулы яичников в их примордиальном состоянии. [39]
mTOR стимулирует синтез белка, необходимого для синаптической пластичности . [40] [41] Исследования на клеточных культурах и срезах гиппокампа показывают, что ингибирование mTOR снижает долгосрочную потенциацию . [41] Активация mTOR может защитить от определенной нейродегенерации, связанной с определенными патологическими состояниями. [42] С другой стороны, стимулирование аутофагии путем ингибирования mTOR может снизить когнитивное снижение, связанное с нейродегенерацией. [40]
Было показано, что умеренное снижение активности mTOR на 25-30% улучшает функцию мозга, что позволяет предположить, что связь между mTOR и познанием оптимизируется при промежуточных дозах (2,24 мг/кг/день у мышей, что эквивалентно человеческому эквиваленту около 0,19 мг/кг/день [43] ), тогда как очень высокие или очень низкие дозы ухудшают познание. [44] Было показано, что снижение воспалительного цитокина интерлейкина 1 бета (IL-1β) у мышей путем ингибирования mTOR (рапамицином в дозах 20 мг/кг/день, что эквивалентно человеческому эквиваленту около 1,6 мг/кг/день [43] ) улучшает обучение и память. [45] Хотя IL-1β необходим для памяти, IL-1β обычно увеличивается с возрастом, что ухудшает когнитивную функцию. [44]
Пипеколатная область структуры рапамицина, по-видимому, необходима для связывания рапамицина с FKBP12 . Этот шаг необходим для дальнейшего связывания рапамицина с киназой mTOR, которая является ключевым ферментом во многих биологических действиях рапамицина. [46]
Высокое сродство связывания рапамицина с FKBP12 объясняется количеством водородных связей через два различных гидрофобных связывающих кармана, и это было выявлено с помощью рентгеновской кристаллической структуры соединения, связанного с белком . Структурные характеристики, общие для темсиролимуса и сиролимуса; пипеколиновая кислота , трикарбонильная область от C13 до C15 и лактонные функциональные возможности играют ключевую роль в связывании групп с FKBP12. [19] [47]
Наиболее важными водородными связями являются кислород карбонила лактона в положении C-21 с NH основной цепи Ile56 , карбонил амида в положении C-15 с фенольной группой боковой цепи Tyr82 и протон гидроксила в полукетальном углероде C-13 с боковой цепью Asp37 . [47]
Структурные изменения структуры рапамицина могут влиять на связывание с mTOR. Это может включать как прямое, так и непрямое связывание как часть связывания с FKBP12. Взаимодействие комплекса FKBP12-рапамицин с mTOR соответствует конформационной гибкости эффекторного домена рапамицина. Этот домен состоит из молекулярных областей, которые осуществляют гидрофобные взаимодействия с доменом FKB и триеновой областью от C-1 до C-6, метоксигруппой в C-7 и метильными группами в C-33, C-27 и C-25. Все изменения макролидного кольца могут иметь непредсказуемые эффекты на связывание и, следовательно, делают определение SAR для рапалогов проблематичным. [47] [48]
Рапамицин не содержит функциональных групп, которые ионизируются в диапазоне pH 1-10, и поэтому довольно нерастворим в воде. [24] Несмотря на свою эффективность в доклинических моделях рака, его плохая растворимость в воде, стабильность и длительный период полувыведения затрудняли его парентеральное использование, но разработка растворимых аналогов рапамицина преодолела различные барьеры. [2]
Тем не менее, аналоги рапамицина, одобренные для использования человеком, модифицированы в гидроксильной группе C-43 и демонстрируют улучшение фармакокинетических параметров, а также свойств препарата, например, растворимости. [48]
Рапамицин и темсиролимус имеют схожую химическую структуру и связываются с FKBP12, хотя механизм их действия различается. [19]
Темсиролимус — это дигидроксиметилпропионовый эфир рапамицина и его первое производное. [ 2] Поэтому он более растворим в воде, и благодаря своей растворимости в воде его можно вводить внутривенно. [6] [19]
Эверолимус имеет замещение гидроксиэтильной цепи O-2, а дефоролимус имеет замещение фосфиноксида в положении C-43 в лактонном кольце рапамицина. [19]
Дефоролимус (ридафоролимус) имеет вторичный спиртовой фрагмент C43 циклогексильной группы рапамицина, который был заменен фосфонатными и фосфинатными группами, предотвращая высокоаффинное связывание с mTOR и FKBP. Исследования с использованием компьютерного моделирования помогли синтезировать это соединение. [6]
Лечение ингибиторами mTOR может осложняться побочными эффектами. Наиболее часто встречающимися побочными эффектами являются стоматит, сыпь, анемия, усталость, гипергликемия/гипертриглицеридемия, снижение аппетита, тошнота и диарея. Кроме того, интерстициальное заболевание легких является побочным эффектом особой важности. ИЛЗ, вызванное mTORi, часто протекает бессимптомно (с аномалиями матового стекла на КТ грудной клетки) или имеет легкие симптомы (с непродуктивным кашлем), но может быть и очень тяжелым. Были описаны даже смертельные случаи. Поэтому тщательная диагностика и лечение имеют важное значение. Недавно был предложен новый диагностический и терапевтический подход к лечению. [49]
Выявление предиктивных биомаркеров эффективности для типов опухолей, чувствительных к ингибиторам mTOR, остается серьезной проблемой. [1] [50] Возможными предиктивными биомаркерами для ответа опухоли на ингибиторы mTOR, как было описано в клетках глиобластомы , рака молочной железы и рака простаты , может быть дифференциальная экспрессия белков пути mTOR, PTEN , AKT и S6. [1] Таким образом, эти данные основаны на доклинических анализах, основанных на культивируемых in vitro линиях опухолевых клеток, которые предполагают, что эффекты ингибиторов mTOR могут быть более выраженными при раке, демонстрирующем потерю функций PTEN или мутации PIK3CA . Однако использование мутаций PTEN, PIK3CA и статуса AKT-фосфо для прогнозирования чувствительности к рапалогу не было полностью подтверждено в клинике. На сегодняшний день попытки идентифицировать биомаркеры ответа рапалогу оказались безуспешными. [21]
Клинические и трансляционные данные свидетельствуют о том, что чувствительные типы опухолей с адекватными параметрами и функциональными путями апоптоза могут не нуждаться в высоких дозах ингибиторов mTOR для запуска апоптоза. В большинстве случаев раковые клетки могут быть лишь частично чувствительны к ингибиторам mTOR из-за избыточной передачи сигнала или отсутствия функциональных сигнальных путей апоптоза. В таких ситуациях могут потребоваться высокие дозы ингибиторов mTOR. В недавнем исследовании пациентов с почечно-клеточной карциномой резистентность к темсиролимусу была связана с низкими уровнями p-AKT и p-S6K1, которые играют ключевую роль в активации mTOR. Эти данные убедительно свидетельствуют о количестве опухолей с активированным сигнальным путем PI3K/AKT/mTOR, который не реагирует на ингибиторы mTOR. Для будущих исследований рекомендуется исключить пациентов с низкими или отрицательными уровнями p-AKT из испытаний с ингибиторами mTOR.
Текущих данных недостаточно для прогнозирования чувствительности опухолей к рапамицину. Однако имеющиеся данные позволяют нам охарактеризовать опухоли, которые могут не реагировать на рапалоги. [5]
Эти ингибиторы mTOR второго поколения связываются с сайтом связывания АТФ в домене киназы mTOR, необходимом для функций как mTORC1, так и mTORC2 , и приводят к снижению регуляции сигнального пути mTOR. Благодаря способности PI3K и mTORC2 регулировать фосфорилирование AKT, эти два соединения играют ключевую роль в минимизации активации AKT по принципу обратной связи. [20]
Несколько, так называемых двойных ингибиторов mTOR/PI3K (TPdIs), были разработаны и находятся на ранней стадии доклинических испытаний и показывают многообещающие результаты. Их разработка была улучшена предыдущими исследованиями с селективными ингибиторами PI3K. [20] Активность этих малых молекул отличается от активности рапалогов тем, что они блокируют как mTORC1-зависимое фосфолилирование S6K1, так и mTORC2-зависимое фосфорилирование остатка AKT Ser473. [1]
Двойные ингибиторы mTOR/PI3K включают дактолисиб , воксталисиб , BGT226, SF1126, PKI-587 и многие другие. Например, компания Novartis разработала соединение NVPBE235, которое, как сообщалось, подавляет рост опухоли в различных доклинических моделях. Оно усиливает противоопухолевую активность некоторых других препаратов, таких как винкристин . [20] Дактолисиб, по-видимому, эффективно ингибирует как дикий тип, так и мутантную форму PI3KCA, что предполагает его использование в отношении широкого спектра типов опухолей. Исследования показали превосходящую антипролиферативную активность по сравнению с рапалогами, а модели in vivo подтвердили эти мощные противоопухолевые эффекты двойных ингибиторов mTOR/PI3K. [1] [7] Эти ингибиторы воздействуют на изоформы PI3K (p110α, β и γ) вместе с сайтами связывания АТФ mTORC1 и mTORC2, блокируя сигнализацию PI3K/AKT, даже в типах рака с мутациями в этом пути. [7]
Новые mTOR-специфические ингибиторы появились в результате скрининга и разработки лекарств . Эти соединения блокируют активность обоих комплексов mTOR и называются двойными ингибиторами mTORC1/mTORC2. [20] Соединения с такими характеристиками, такие как сапанисертиб (кодовое название INK128), AZD8055 и AZD2014, вошли в клинические испытания . Была изучена серия этих ингибиторов киназы mTOR. Их структура получена из морфолино-пиразолопиримидинового каркаса. [20] [22] [51] Улучшения этого типа ингибиторов были сделаны путем замены морфолинов на мостиковые морфолины в пиразолопиримидиновых ингибиторах, и результаты показали повышенную селективность к mTOR в 26000 раз. [22] [52]
Хотя новое поколение ингибиторов mTOR имеет большие перспективы для противораковой терапии и быстро переходит в клинические испытания, есть много важных вопросов, которые определяют их успех в клинике. Прежде всего, предсказуемые биомаркеры для этих ингибиторов недоступны. Похоже, что генетические детерминанты предрасполагают раковые клетки к чувствительности или устойчивости к этим соединениям. Опухоли, зависящие от пути PI3K/mTOR, должны реагировать на эти агенты, но неясно, эффективны ли соединения при раке с различными генетическими поражениями. [20]
Ингибирование mTOR является перспективной стратегией для лечения ряда видов рака. Ограниченная клиническая активность селективных агентов mTORC1 сделала маловероятным их влияние на лечение рака. Разработка конкурентных ингибиторов АТФ-катализаторов способна блокировать как mTORC1, так и mTORC2. [53]
Ограничения имеющихся в настоящее время рапалогов привели к появлению новых подходов к таргетированию mTOR. Исследования показывают, что ингибиторы mTOR могут обладать противораковой активностью во многих типах рака, таких как почечно-клеточный рак , нейроэндокринные опухоли , рак молочной железы , гепатоцеллюлярная карцинома , саркома и крупная В-клеточная лимфома . [3] Одним из основных ограничений для разработки терапии ингибирования mTOR является то, что в настоящее время отсутствуют биомаркеры, позволяющие предсказать, какой пациент отреагирует на них. Все еще требуется лучшее понимание молекулярных механизмов, которые участвуют в реакции раковых клеток на ингибиторы mTOR, поэтому это может быть возможным. [7]
Способом преодоления резистентности и повышения эффективности агентов, нацеленных на mTOR, может быть стратификация пациентов и выбор комбинированной терапии. Это может привести к более эффективной и персонализированной терапии рака. [1] [7] Хотя необходимы дальнейшие исследования, нацеливание на mTOR по-прежнему остается привлекательным и многообещающим терапевтическим вариантом для лечения рака. [7]