Tryptophan

“ 点击蓝字 关注我们 周璐 复旦大学药学院教授，副院长，教育部青年长江学者（2019），中国药学会药物化学专委会委员。主要针对潜在糖脂代谢药靶开发全新小分子调节剂，用于抗肿瘤及抗炎治疗。作为通信（含共同）作者在国际一流期刊包括 Cell Metab, Nat Struc Mol Biol, PNAS, JACS 发表论文 30 余篇，获授权国内外专利 10项，国际专利 3 项，2 项新药研发项目已完成成果转化，获得中国药学会科学技术二等奖（第一完成人）。 靶向肿瘤代谢酶小分子药物研究进展 PPS  李顺尧，冯磊，张昕晨，黄逸洋，姚雪莹，周璐 * （复旦大学药学院，上海 201203） [ 摘要 ] 肿瘤细胞通过代谢重编程适应快速生长和分裂的需求，表现出与正常细胞不同的代谢特征，包括葡萄糖和氨基酸摄取失调、利用中心碳代谢支持生物合成、对氧化应激保护机制的依赖增加等。这些特征为靶向肿瘤代谢提供了潜在的治疗策略。综述糖、氨基酸、脂质及核酸代谢通路中的关键代谢酶及其靶向药物的研究进展，并展望了未来药物研发的新方向，以期为肿瘤治疗提供参考。 糖、氨基酸、脂质及核酸是细胞的基本组成部分，其正常代谢对细胞生命活动至关重要 [1]。肿瘤细胞快速生长和分裂需要大量的营养物质和能量，通过代谢重编程，肿瘤细胞可以调整相应的转运体和代谢酶 [2-3]，以适应肿瘤微环境，展现出与正常细胞不同的代谢表型和异质性 [4]。 肿瘤代谢的主要特征有以下几条：1）葡萄糖和氨基酸摄取失调 [5]；2）利用中心碳代谢支持生物合成 [6]；3）采用机会性营养获取模式获取能量；4）对电子受体的需求扩大；5）对氧化应激保护机制的依赖增加 [7]；6）对“氮”的需求增加；7）不同肿瘤代谢适应具有异质性 [8]；8）代谢驱动信号通路改变；9）代谢与肿瘤微环境之间存在相互作用；10）融入全身代谢系统。 这些肿瘤代谢特征促进肿瘤的发生发展，保证肿瘤在不同环境下的生长代谢。同时，这些特异性代谢机制为靶向肿瘤代谢进行治疗提供了可能性。本文将简述糖、氨基酸、脂质及核酸的肿瘤代谢通路（见图 1），重点介绍部分代谢酶的临床小分子药物研究进展，并展望靶向肿瘤代谢药物发展的新方向，以期为药物研发提供参考，推动肿瘤治疗的新进展。 1 靶向肿瘤糖代谢 1.1 糖酵解通路及相应临床在研药物 尽管肿瘤代谢研究始于 Warburg 效应，但目前靶向糖酵解的抗肿瘤药物大多处于临床前研究阶段，只有少数药物进入临床试验（见表 1）。 1.1.1 靶向 6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2，6-双磷酸酶 3 临床在研药物 磷酸果糖激酶 1（phospho-fructokinase-1，PFK-1）能够催化 6-磷酸果糖磷酸化生成 1，6-二磷酸果糖（fructose 1，6-bisphosphate，FBP），是糖酵解中 3 个不可逆反应之一，也是限速步骤。6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2，6-双磷酸酶 3（6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2，6-biphosphatase 3，PFKFB3）能够催化 6- 磷酸果糖磷酸化生成 2，6-二磷酸果糖（见图 1），变构激活 PFK-1，对糖酵解途径的调控有较大影响。PFKFB3 蛋白在多种癌症中过表达，其高表达和高活性与癌症的侵袭性和不良预后密切相关。研究发现，抑制 PFKFB3 会导致细胞凋亡、细胞周期停滞、自噬、DNA 损伤、巨噬及化疗增敏 [9]，因此开发 PFKFB3 靶向抑制剂是潜在的肿瘤治疗策略。 PFK-158[10] 是目前唯一靶向 PFKFB3 的临床在研药物，对 PFKFB3 有较好抑制作用（IC50 = 137 nmol· L-1），也是首个临床在研的靶向抑制糖酵解药物 [11]，目前处于Ⅱ期临床。PFK-158 对 Th17 细胞和髓源性抑制细胞（myeloid-derived suppressor cell，MDSC）具有免疫调节作用。实验结果表明，PFK-158 能在体内降低晚期癌症患者外周血中的Th17 细胞、γδT17 细胞和 MDSC，增加活化的效应CD4+ 和 CD8+ T 细胞。这意味着 PFK-158 与靶向药物及免疫治疗药物联合用药可能带来额外的临床益处 [12]。目前，PFK-158 的Ⅱ期临床试验仍在进行中，预计于 2025 年完成，主要研究 PFK-158 与奥比努图珠单抗等药物联用对复发或治疗无效的Ⅰ-Ⅲa 级滤泡性淋巴瘤的治疗效果。 1.1.2 靶向丙酮酸激酶 M2 临床在研药物 丙酮酸激酶（pyruvate kinase，PK）是另一种关键的糖酵解酶，是糖酵解途径中最后的限速酶，能够不可逆地将磷酸烯醇丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）和腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP）催化生成丙酮酸和腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）。PK 在肌肉组织中具有 PKM1 和 PKM2 亚型，二者之间的显著区别在于其催化活性，PKM1 能够自发形成高活性的四聚体，PKM2 则会形成催化效率较低的二聚体 [13]。PKM1 主要存在于终末分化的细胞中，与肿瘤的发生发展关系较小 [13]，PKM2则主要存在于增殖细胞及大部分肿瘤细胞，能被FBP 变构激活（AC50 = 7.0 μmol· L-1）[14]。肿瘤细胞中 PKM2 的低活性，使得糖酵解中的上游中间体累积，进而激活其他生物合成途径，如脂质和核苷酸的合成 [15]，促进肿瘤的发生发展。目前临床上靶向PKM2 的分子包括 2 个激动剂和 1 个已终止的抑制剂（见表 1）。 TP-1454 是首个进入临床研究的 PKM2 小分子激动剂。TP-1454 通过 in-house 的片段筛选并经过改造得到（见图 2）[16]。起初的苗头分子 1 对PKM2 有一定激动活性（AC50 = 36 μmol· L-1）且最大激动效果与 FBP 相当。随后对酰胺氮原子处的化学孔间进行探索合成得到了化合物 2，在此基础上进一步改造发现了活性更优的先导化合物 3，其对PKM2 有更好的激活效果（AC50=0.011 μmol·L-1），且在肺癌细胞 A549 及 H1299 上展现出一定的抑制活性。在进一步改造后，得到了临床候选分子 TP-1454[17-18]。药效学研究显示 [19]，TP-1454 在与程序性死亡受体 1（programmed cell death protein 1，PD-1）和细胞毒性 T 淋巴细胞相关蛋白 4 （cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）抗体联用时能显著增强抗肿瘤效果，并且对小鼠体重无显著影响，证实了该分子的有效性和安全性。目前 TP-1454 处于Ⅰ期临床，用于治疗转移性及晚期实体瘤 [20]，预计于 2025 年 12 月完成Ⅰ期临床研究。 ACT-001 是 PKM2 的选择性激动剂 [21]，能在生理条件下缓慢释放出乌心石内酯（micheliolide，MCL）[22]。ACT-001 及原型药 MCL 对 HL-60/A 细胞均有一定抑制效果 [IC50 分别为（21.5±2）和（6.2±2.2）μmol· L-1]；ACT-001 在急性髓细胞性白血病（acute myelogenous leukemia，AML）NOD/SCID 小鼠模型上展现出较好药效，将模型鼠平均生存时长延长至 63 天（空白对照组为 43 天），并能够显著抑制骨髓中 CD45+ CD33+ 肿瘤细胞（抑制率达 98.4%）；同时，小鼠急毒实验显示 ACT-001 对肝、心及肾脏无明显毒性 [22]。后续研究发现 ACT-001 及 MCL 对胶质瘤等其他恶性肿瘤也有一定抑制效果 [23]。ACT-001 作为天然产物衍生物，具有多个潜在靶点与复杂的抗肿瘤机制。近年来研究发现，PKM2 是 ACT-001 的原型药 MCL 的作用靶点之一。MCL 能够高选择性地对 PKM2 的 424 位半胱氨酸进行共价结合，促进 PKM2 活性四聚体的形成 [21, 24]，对 PKM2 有非常好的激活效果（AC50 = 6 nmol·L-1），同时 MCL 的抗肿瘤活性依赖于 PKM2 的表达 [21]。ACT-001 目前正在美国进行Ⅰ/Ⅱ期临床试验用于多种实体瘤治疗，结果显示其耐受性良好，未发现明显毒性 [25]。 1.2 三羧酸循环通路及相应临床在研药物 肿瘤细胞利用三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TAC）中间体进行生物合成，因此，靶向TAC 中的关键代谢产物是肿瘤治疗的潜在策略。表2 列举了靶向 TAC 代表性临床在研药物。 1.2.1 靶向丙酮酸脱氢酶及丙酮酸脱氢酶激酶临床在研药物 丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvate dehydrogenase complex，PDC）通过催化丙酮酸不可逆脱羧为乙酰辅酶 A，是代谢中的关键酶，靶向调控 PDC具 有 重 要 意 义。 丙 酮 酸 脱 氢 酶 激 酶（pyruvate dehydrogenase kinase，PDK）能够对 PDC 进行磷酸化，降低其活性。肿瘤细胞通过上调 PDK 的表达水平，减少 PDC 活性，从而更倾向于进行糖酵解 [26]。 二氯乙酸盐（sodium dichloroacetate，DCA）是一种通过恢复 PDC 活性发挥抗肿瘤效果的小分子，它通过抑制 PDK 活性，恢复 PDC 的活性改变肿瘤酸性微环境 [27]，并能逆转由于 PDK4 导致的肿瘤耐药问题 [28]。DCA 与多种抗肿瘤药物联用，如紫杉醇、阿霉素及沙利霉素，在体内外实验中显示了一定的效果，并且没有严重血液学、肝、肾或心脏毒性 [28]。在针对局部晚期头颈部鳞状细胞癌的 DCA 联合同步放化疗的Ⅱ期临床试验中，DCA 添加组与安慰剂组相比有着更高的完全反应率（71.4% vs 37.5%，p = 0.036 2），并且在治疗后能够显著降低丙酮酸和乳酸的含量（治疗组与基线组含量之比分别为 0.47 和0.61，p ＜ 0.005）[29]。 CPI-613 是硫辛酸类似物，通过干扰硫辛酸作为氧化还原辅因子的功能抑制 PDC 和 α-酮戊二酸脱氢酶复合体（α-ketoglutarate dehydrogenase complex，α-KGDH）的活性 [27]。CPI-613 对 α-KGDH 的抑制是通过调节 E3 亚基产生的活性氧实现；对 PDC 的抑制则是通过调节 PDK 的活性间接影响 PDC 活性 [30]。目前临床结果显示，CPI-613 与常规化疗药物联用后效果显著优于单用药物 [31]，如 CPI-613 与大剂量阿糖胞苷和米托蒽醌联合应用的疗效显著，老年患者的完全缓解率为 52%，中位生存期为 12.4 个月 [32]，显示出 CPI-613 的成药潜力。在Ⅰb 期临床试验中，未观察到 4 级毒性，经过中位 15.6 个月的随访，客观缓解率为 45%，中位无进展生存期为 10 个月（95%置信区间，7.1~14.9）[33]。 1.2.2 靶向异柠檬酸脱氢酶临床在研药物 异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase，IDH） 在TAC 中催化异柠檬酸氧化脱羧形成 α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）和 CO2，并将烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADP+）还原为还原型烟酰胺腺嘌呤 二 核 苷 酸 磷 酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH），其活性与脂质和固醇的生物合成密切相关，也与氧化还原平衡的调节有关。IDH1/2 在多种肿瘤中均有发现相应的突变，突变型异柠檬酸脱氢酶（mutant isocitrate dehydrogenase，mIDH）能够将 α-KG 转化为 D-2-羟基戊二酸（D-2-hydroxyglutarate，D-2HG），并将NADPH 转化为 NADP+，导致基因表达失调、DNA损伤修复障碍和炎症。同时，D-2HG 与 α-KG 结构相似，能竞争性抑制 α-KG 依赖的双加氧酶，导致表观修饰失调，形成过度甲基化的表型 [34]。 目前已有 3 个 IDH 抑 制 剂 上 市， 分 别 是enasidenib，olutasidenib 及 ivosidenib， 这 3 款药物的临床适应证均为急性髓细胞样白血病 [35]。在实体瘤治疗方面，IDH 抑制剂仍有所欠缺，ivosidenib和 enasidenib 在脑中的暴露量较少，难以用于治疗IDH 突变的胶质瘤。Vorasidenib（AG-881）是首款针对 mIDH1/mIDH2 的双重抑制剂，对 IDH1-R132H及 IDH2-R140Q 突变体有着非常好的抑制效果（mIDH1-IC50=6 nmol·L-1，mIDH2-IC50=12 nmol·L-1），且透脑性较好，能够显著降低脑内 D-2HG 的含量。在临床上，接受 vorasidenib 治疗的患者，其肿瘤组织中 mIDH 的代谢产物 D-2HG 浓度平均降低了90% 以上 [36]，并在Ⅲ期临床试验中展现出较好的疗效：与安慰剂组相比，vorasidenib 组 2 级 IDH 突变型胶质瘤患者的中位无进展生存期显著延长（27.7个月 vs 11.1 个月），疾病进展或死亡的风险比为0.39[37]。 1.3 靶向糖代谢在调控肿瘤免疫微环境中的应用前景 葡萄糖对于 T 细胞的增殖及功能十分重要，由于肿瘤细胞对于环境中葡萄糖大量摄取，造成周遭环境极度缺乏营养，因此对肿瘤周围的免疫细胞有较大影响。一方面，肿瘤浸润淋巴细胞为了满足自身营养物质需求，会促进氧化磷酸化过程造成活性氧产生，最终导致肿瘤浸润免疫细胞的失调及耗竭[38]。另一方面，在缺乏葡萄糖环境中，肿瘤相关巨噬细胞更倾向朝促进肿瘤的 M2 样表型转变，并能够促进多种肿瘤细胞的生长 [8]。 此外，由于 Warburg 效应的存在，肿瘤微环境中的乳酸大量蓄积从而使 CD8+ T 细胞、自然杀伤细胞及树突状细胞的活性降低，并使肿瘤相关巨噬细胞极化为耐受性 M2 样表型 [39]。调节性 T 细胞也会通过 MCT1 摄取乳酸并上调 PD-1 表达，从而促进肿瘤免疫逃逸 [40]。其他一系列代谢产物如富马酸、琥珀酸、衣康酸及 D-2HG 等除了本身的代谢功能，也在肿瘤微环境中发挥着重要作用 [41]。 因此对开发靶向代谢酶的小分子调节剂而言，干扰肿瘤微环境，进而消除耗竭免疫细胞，是潜在的治疗策略。尽管目前靶向肿瘤微环境代谢的证据主要来自临床前研究，但这些策略具有较好的临床应用前景，值得进一步探索。 2 靶向肿瘤氨基酸代谢 2.1 靶向谷氨酰胺代谢 谷氨酰胺是癌细胞生长和增殖的第二大营养来源，为生物合成途径提供碳源。大多数癌细胞在代谢重编程后对谷氨酰胺表现出高度依赖性，这也被称为“谷氨酰胺成瘾”[42]。谷氨酰胺代谢通路中涉及的谷氨酰胺转运体、谷氨酰胺酶（glutaminase，GLS）、转氨酶等，对癌细胞生存至关重要 [43]，靶向这些与谷氨酰胺代谢相关的蛋白，在癌症治疗中表现出巨大的潜力，促进了新的抗癌候选药物的开发。 GLS 是多种肿瘤中生长和增殖的关键酶 [44]，能够将谷氨酰胺转化为谷氨酸。表 3 列举了目前正处于临床研究的 GLS 小分子抑制剂。 L-DON 是一类谷氨酸类似物，对 GLS 产生不可逆的抑制 [44-45]。在临床研究中，L-DON 表现出抗霍奇金淋巴瘤和抗胶质母细胞瘤活性 [44]。DRP-104（sirpiglenastat）是 L-DON 的前药，胃肠道不良反应小，在进入肿瘤组织后能够活化释放出原药L-DON[46]，在临床试验中与 PD-L1 抗体药物联合使用，用于晚期实体瘤治疗。 CB-839 是另一个处于临床阶段的 GLS1 小分子抑制剂（GLS1: IC50= 31 nmol·L-1；GLS2: IC50 ＞50 000 nmol·L-1），主要与其他抗癌药物联合使用。目前，该药通常与阿扎胞苷联合治疗骨髓增生异常综合征，与 sapanisertib 联合治疗非小细胞肺癌，与nivolumab 联合治疗黑色素瘤、透明细胞肾细胞癌和非小细胞肺癌，于放疗后与替莫唑胺联合治疗 IDH介导的弥漫性星形细胞瘤。在近期Ⅰb/Ⅱ期临床试验结果中显示 [47]，针对晚期骨髓增生异常综合征患者，CB-839 与阿扎胞苷联用具有良好的耐受性，客观缓解率为 70%，其中 53% 的参与者达到（骨髓）完全缓解，中位总生存期为 11.6 个月。 IPN-60090 是 CB-839 的结构类似物，但化合物IPN-60090具有更优的理化性质和药代动力学特征，在联合哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体 1/2 双重抑制剂用于非小细胞肺癌的治疗中，表现出良好的药效 [48]。 2.2 靶向精氨酸代谢 精氨酸（arginine）直接或间接参与许多生物过程，包括细胞增殖、细胞信号转导、肌肉收缩、免疫、神经传递、血管舒张、生长因子和其他氨基酸的合成 [49]。许多癌细胞对外部精氨酸高度依赖，通过抑制精氨酸代谢酶如精氨酸酶（arginase，ARG）、精氨酸脱羧酶（arginine decarboxylase，ADC）和精氨酸脱亚胺酶（arginine deiminase，ADI），以此靶向外源性精氨酸已成为治疗多种癌症的重要手段 [50-51]。 ARG1 是调节精氨酸代谢的重要靶点之一。CB-1158（见表 4）为口服有效的选择性 ARG1 小分子抑 制 剂（Arg1: IC50 = 86 nmol· L-1；Arg2: IC50 = 296 nmol· L-1），通过阻断精氨酸耗竭来逆转对 T 细胞增殖的抑制，从而杀伤肿瘤细胞 [52]，目前 CB-1158处于Ⅰ/Ⅱ期临床阶段，采用单用或与 PD-1 单抗联合使用的给药方式，用于结直肠癌、非小细胞肺癌和黑色素瘤的治疗。 2.3 靶向甲硫氨酸代谢 甲硫氨酸（methionine，Met）为含硫必需氨基酸，主要是通过外部获得。它是琥珀酰辅酶 A、同型半胱氨酸、半胱氨酸、肌酸和肉毒素等的前体，参与细胞内 S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl-methionine，SAM）、多胺、肌酸和磷脂酰胆碱的生物合成。肿瘤细胞缺乏内源性 Met 生物合成，表现出对外源性Met 的严重依赖性，即霍夫曼效应 [53]。针对肿瘤中Met代谢的药物，如甲硫氨酸腺苷转移酶（methionine adenosyltransferase，MAT）抑制剂，已被证明具有治疗肿瘤的潜力 [54]。 MAT2A 的功能是催化 ATP 和 Met 生 成SAM，而后者是核酸、磷脂、组蛋白、生物胺和蛋白质甲基化的甲基供体。MAT2A 在多种肿瘤中都异常表达；抑制 MAT2A 可抑制癌细胞生长、增殖和迁移，MAT2A 作为癌症治疗靶点也受到广泛关注 [55]。 AG-270 是由 Agios 公司通过高通量筛选及虚拟筛选，并通过基于结构的药物设计开发所得（见表 5）[56]，有较好的体外活性，吸收、分布、代谢和排泄性质以及口服生物利用度。AG-270 于 2023年 4 月完成了Ⅰ期临床试验，研究了 AG-270 单用或与紫杉醇以及吉西他滨联用在甲硫腺苷磷酸化酶（methylthioadenosine phosphorylase，MTAP）基因缺失的晚期实体瘤或淋巴瘤患者中的安全性、药代动力学及临床药效，但该药物目前因安全性及疗效问题已终止临床研究。IDE-397 是 IDEAYA 公司发现的另一款口服有效的 MAT2A 抑制剂，已在美国进入Ⅰ期临床试验，单用或与紫杉烷类抗癌药物（多西他赛、紫杉醇）、戈沙妥珠单抗联用以评估其在转移性癌症患者中的安全性、有效性、药效学和抗肿瘤活性（见表 5）。此外，IDE-397 与蛋白质精氨酸酶甲基转移酶 5 小分子抑制剂 AMG-193 联合疗法也正处于Ⅰ/Ⅱ期临床。 2.4 靶向色氨酸代谢 色氨酸为必需氨基酸，超过 95% 的色氨酸通过色氨酸降解参与犬尿氨酸（kynurenine，Kyn）合成过程。通过这一途径，产生一些与免疫反应和神经传递相关的生物活性代谢物。色氨酸代谢主要发生在肝脏，经犬尿氨酸途径生成各种犬尿氨酸代谢物，其中限速酶为吲哚胺 2，3-双加氧酶 1/2（indoleamine 2，3-dioxygenase 1/2，IDO1/2）和色氨酸 2，3-双加氧酶（tryptophan-2，3-dioxygenase，TDO）。研究表明，大多数人类肿瘤组织中高表达IDO[57]，且 IDO/TDO 活性与癌症免疫逃逸机制以及T 细胞活性的调节密切相关 [58]，靶向 IDO/ TDO 小分子抑制剂的开发成为靶向抗癌药物研发策略之一。表6 列举了目前正处于临床研究的 IDO1 小分子抑制剂。 目前，indoximod，navoximod，epacadostat，linro-dostat 和 PF-0680003 是进入临床阶段的 IDO1 小分子抑制剂（见表 6）。色氨酸类似物 indoximod （NLG-8189）是 NewLink 公司开发的首个临床候选药物，于 2017 年启动与免疫检查点抑制剂联合治疗黑色素瘤的Ⅲ期临床试验。同时，indoximod 的前药形式NLG-802于2017年也进入Ⅰ期临床试验[59-60]。然 而，indoximod（hIDO1: IC50 ＞ 100 mmol· L-1，HeLa IDO1: IC50 ＞ 2.5 mmol· L-1）及其前药并非特异性的 IDO1 抑制剂，其作用机制仍存在争议 [61]。近年来，还有许多不同类型母核结构的 IDO1 小分子抑制剂被陆续报道，也有许多小分子是 IDO1，IDO2 和 TDO 的泛抑制剂，IDO1 小分子抑制剂与组蛋白脱乙酰酶抑制剂、DNA 烷基化试剂、tubulin抑制剂以及 E3 配体偶联形成双功能分子也被开发并得到了广泛应用 [62]。 然而，目前大部分 IDO1 抑制剂的临床研究均已终止，失败的原因主要如下： 1）靶点的局限性。IDO1 抑制剂主要通过抑制IDO1 来阻止肿瘤细胞的免疫逃逸，但肿瘤微环境中涉及的免疫抑制机制非常复杂，单靠抑制 IDO1 不足以产生显著的抗肿瘤效果 [63]。 2）肿瘤微环境的复杂性。肿瘤微环境中存在 多 种 免 疫 抑 制 因 子， 如 TDO，PD-1/PD-L1 和CTLA-4 等，肿瘤细胞能绕过 IDO 途径，从而产生耐药 [63-64]。 3）非依赖 IDO1 的代谢途径。白细胞介素 4 诱导蛋白 1（interleukin 4 induced protein 1，IL4I1）通过独立于 IDO1 的机制继续促进肿瘤免疫逃逸，IL4I1 为分泌型 L-氨基酸氧化酶，主要通过代谢产生犬尿喹啉酸和其他内源性代谢物，激活芳香烃受体，从而在肿瘤微环境中发挥免疫抑制作用，这可能也是 IDO1 抑制剂在某些情况下疗效不佳的原因之一 [65]。 4）IDO 抑制剂本身缺陷。IDO 抑制剂在药代动力学特性上存在不足，如生物利用度低或代谢过快，或者在长期使用中出现不可接受的毒性反应，影响其临床应用 [63]。 2.5 靶向氨基酸代谢在调控肿瘤免疫微环境中的应用前景 氨基酸代谢除了在维持肿瘤生长中发挥重要作用外，在肿瘤免疫微环境的调节中也具有重要意义。首先，肿瘤细胞可通过营养竞争消耗微环境中的氨基酸，从而抑制 T 细胞免疫；其次，氨基酸的有毒代谢物也可抑制 T 细胞功能；再次，氨基酸可以通过调节葡萄糖和脂质代谢来干扰 T 细胞 [66]。 在肿瘤组织中，由于存在高浓度的生长因子，导致细胞内关键信号分子如 c-Myc[67] 和 E2F[68] 被激活，氨基酸转运蛋白表达增加，促进肿瘤细胞对氨基酸的高摄取，导致氨基酸耗竭。而由于肿瘤微环境中的营养限制，免疫细胞、基质细胞和癌细胞必须为生长、增殖等生命活动而竞争营养。免疫细胞往往不适应营养竞争，从而导致免疫能力减弱。 肿瘤细胞对氨基酸的大量消耗伴随着有毒代谢物的产生，这些代谢物中很多都被证明对 T 细胞免疫具有抑制作用。比如色氨酸代谢产生的犬尿氨酸衍生物，一方面可以直接对免疫细胞产生毒性作用，抑制 T 细胞增殖，诱导 T 细胞凋亡，另一方面犬尿氨酸衍生物可引起细胞内氧化还原平衡的改变，并通过产生活性氧类诱导细胞凋亡 [69-70]。 氨基酸代谢对葡萄糖代谢的影响最为显著，氨基酸代谢后可转化为葡萄糖代谢途径中的底物，直接调节葡萄糖代谢；同时还能影响葡萄糖转运体的活性，间接影响葡萄糖代谢。氨基酸（如丙氨酸、色氨酸和丝氨酸）也可以转化为丙酮酸，丙酮酸在一定程度上促进糖酵解并产生乳酸，最终导致 T 细胞整体代谢的改变和功能的抑制 [71]。氨基酸代谢除了影响葡萄糖代谢外，还能调节脂质代谢。谷氨酰胺代谢产生 α-KG，参与脂肪酸的合成，丝氨酸和甘氨酸也是脂质合成的必要前体 [72]，而 T 细胞的快速增殖高度依赖于脂质为其提供细胞膜的成分。 随着氨基酸代谢和肿瘤微环境之间关系被逐步掲示，目前也提出了靶向氨基酸代谢和免疫治疗相结合的疗法，比如靶向氨基酸代谢和嵌合抗原受体T细胞免疫治疗以及与免疫检查点抑制剂联合疗法，在临床前实验以及临床试验中也取得了一些进展，但是整体来说通过靶向氨基酸代谢来开发新药还存在许多挑战。 3 靶向肿瘤脂质代谢 脂质代谢在癌症中被高度重编程，是癌症发生的重要标志之一。在癌症中，脂质代谢的改变通常表现为脂质生成增加、脂质摄取增加、脂滴的储存和动员增强 [73]。这些代谢改变通过提供膜脂成分、供能、调节细胞膜流动性、调控信号转导等多种方式促进肿瘤的增殖、侵袭和转移 [74]。表 7 列举了目前正处于临床研究的脂质代谢通路小分子抑制剂。 3.1 靶向脂肪酸代谢通路 癌细胞相较于普通细胞需要更多脂质以维持其存活和增殖。研究发现激活脂质合成途径是癌细胞增殖的必要条件，其中脂肪酸合成途径是癌细胞获取脂质的主要途径。脂肪酸合成酶（fatty acid synthetase，FAS）是脂肪酸合成途径中的关键酶，以 NADPH 依赖的方式催化棕榈酰辅酶 A 的合成，是脂肪酸合成关键的末端代谢酶。FAS 在肿瘤中表达显著上调，其上调不仅通过提高脂肪酸的合成代谢赋予肿瘤生存优势，还能够通过影响肿瘤微环境和癌症控制网络导致肿瘤的发展及恶性转化 [75]。 TVB-2640（denifanstat，ASC40）是首个经过临床测试的口服选择性强效可逆 FAS 抑制剂药物。该系列化合物通过抑制 FAS 调节脂肪酸合成通路，被用于相关适应证的研究，如丙型肝炎病毒感染、癌症、非酒精性脂肪性肝炎。TVB-2640 在癌症上的首次临床研究报告表明，其具有优异的口服生物利用度和安全性，体内半衰期约为 16 小时，试验中所有剂量水平的人体暴露量均高于小鼠临床前模型中预测的有效剂量 [76]。TVB-2640 在癌症上目前尚未有单药治疗策略的报道，但其与贝伐珠单抗的联合用药策略已进入Ⅲ期临床研究。TVB-2640 与贝伐珠单抗联合治疗复发性胶质母细胞瘤患者的Ⅱ期临床试验取得了积极的结果。临床数据显示，TVB-2640的安全性良好，大多数的不良事件强度为 1 级或 2级；药效方面，TVB-2640 与贝伐珠单抗联用的 6个月无进展生存率为 31.4%，相较贝伐珠单抗组的16% 具有统计学差异，贝伐珠单抗与 TVB-2640 联用的总缓解率为 56%，包括 17% 的完全应答和 39%的部分应答 [77]。此外，Sagimet Biosciences 公司的另一款 FAS 抑制剂 TVB-3567（ASC60）片剂也于2022 年在中国获批临床，用于晚期实体瘤的治疗。 3.2 靶向胆固醇代谢通路 胆固醇代谢是免疫稳态和癌症进展的重要检查点，部分研究已报道了胆固醇在癌症中的积累。胆固醇可以促进细胞的增殖、迁移和侵袭，胆固醇的摄入增加和合成水平上调易于导致肿瘤发生 [78]。癌细胞对胆固醇的需求增加，并且比正常细胞含有更多的脂筏，以满足对促肿瘤细胞信号蛋白的需求 [79]。 在胆固醇代谢通路中与癌症相关研究最多的靶点是 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶 A 还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase，HMGCR），是胆固醇合成代谢中的关键限速酶，催化羟甲基戊二酰辅酶 A（hydroxylmethylglutaryl coenzyme A，HMG-CoA）还原为甲羟戊酸。除胆固醇外，甲羟戊酸下游胆固醇合成中间体也被发现对癌症的进展有关，如异戊二烯焦磷酸酯（isopentenyl pyrophosphate，IPP）、 香 叶 基 香 叶 基 焦 磷 酸 酯（geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP）、 法 尼 基 焦 磷 酸（farnesyl pyropho-sphate，FPP）等，其中 GGPP 和 FPP 对各类蛋白的异戊二烯化翻译后修饰具有重要作用。 他汀类药物是 HMGCR 强效竞争性抑制剂，已有众多上市药物用于降低血浆胆固醇水平。近年来，他汀类药物的肿瘤抑制活性愈发受到关注。其抗癌机制多种多样，研究最广泛的是甲羟戊酸途径介导的机制。在该途径中，他汀类药物可通过耗尽GGPP 和 FPP 破坏关键蛋白的异戊二烯化来激活内在的凋亡途径，例如 Ras 和 Rho 的异戊二烯化降低进而延缓了肿瘤的进展 [80]；p53 突变可通过上调甲羟戊酸通路来破坏乳腺腺泡形态，从而发挥致癌作用，他汀类药物则抑制甲羟戊酸通路以发挥抑癌作用 [81]。此外，他汀类药物还被发现可通过调节自噬、诱导铁死亡、诱导焦亡、调节肿瘤微环境等方式抑制肿瘤发展进程 [80]。近年来，许多基于人群的观察性研究报告表明，与未使用他汀类药物的患者相比，癌症患者使用他汀类药物可降低死亡率 [82]。一些介入性临床数据也发现他汀类药物在抗癌治疗效果方面有积极作用，如辛伐他汀可提高局部晚期乳腺癌患者 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）、阿霉素（adriamycin）、环磷酰胺（cyclophosphamide）三药（FAC）联用的疗效，FAC 联合辛伐他汀的总缓解率为 90%，相较 FAC 组具有更好的活性和耐受性趋势 [83]；氟伐他汀对前列腺癌中肿瘤细胞凋亡具有积极作用 [84]；辛伐他汀可提高吉非替尼在吉非替尼耐药非小细胞肺癌患者亚组中的疗效，吉非替尼与辛伐他汀联合用药与吉非替尼单药组相比显示出更高的缓解率（38.5% vs 31.5%）和更长的无进展生存期（3.6 个月 vs 1.7 个月）[85]；他汀类药物与 PD-1抑制剂联合治疗恶性胸膜间皮瘤（malignant pleural mesothelioma，MPM）和晚期非小细胞肺癌（advanced non-small cell lung cancer，aNSCLC），在临床上有着更好的表现，在 2 种癌症中使用他汀类药物均展现出与 PD-1 抑制剂的协同效果，具有更高的缓解率（MPM：22% vs 6%；aNSCLC：40% vs 22%）和更长的无进展生存期（MPM：6.7 个月 vs 2.4 个月；aNSCLC：7.8 个月 vs 3.6 个月）[86]。这些研究展现了他汀类药物在抗癌治疗中的潜力，尤其是与其他抗癌药物联用。 3.3 靶向鞘脂合成通路 鞘脂代谢对癌症的发展也具有重要作用，其中神经酰胺（ceramide，Cer）、二氢神经酰胺、鞘氨醇（sphingosine，Sph）和 1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phosphate，S1P）可以调节肿瘤细胞死亡、增殖、耐药性以及宿主血管生成、炎症和免疫 [87]。鞘氨醇激酶（sphingosine kinase，SphK）是肿瘤中研究最多的鞘脂代谢靶点，SphK 有 SphK1 和 SphK2 亚型，二者为同工酶，催化 Sph 生成 S1P。SphK 在许多肿瘤细胞中过表达，并且研究证实抑制 SphK 可以杀死肿瘤细胞 [88]。 ABC294640（opaganib）为强效竞争性 SphK抑制剂，目前已进入临床试验阶段。临床前研究发现，ABC294640 在组织培养中可以降低 S1P 水平，抑制多种肿瘤细胞系的增殖、迁移并伴随微丝的消失；ABC294640 在降低 S1P 的同时升高 Cer的水平，抑制信号转导，促进多种癌细胞的自噬和（或）凋亡，并下调多种肿瘤细胞系中 c-Myc 的表达，还能降低前列腺癌细胞系中雄激素受体的表达；ABC294640 还能够抑制二氢神经酰胺去饱和酶1（dihydroceramide desaturase 1，DES1），DES1 的抑制与视网膜母细胞瘤蛋白磷酸化的减少和细胞周期进程的抑制有关，因此 ABC294640 是双功能抗肿瘤药物；ABC294640 与吉西他滨、索拉菲尼等多种药物联用在体外及动物模型中对多种癌症有积极的治疗效果 [88]。在一项针对 22 例晚期实体瘤患者的Ⅰ期临床研究中，ABC294640 表现出良好的耐受性，以 500 mg（bid）剂量给药达到了有效血药浓度，并将 500 mg（bid）的剂量水平确定为Ⅱ期临床推荐剂量；检测给药组患者体内 S1P 水平发现，给药后 12 小时血浆 S1P 达到最低值，250 mg/500 mg/750 mg组均表现出 50% 以上的 S1P 清除率，且血浆 S1P 在24 小时内恢复至基线水平；此外，在实体瘤反应评价标准可评估的患者中，1 例患者为部分缓解，6 例为病情稳定，9 例为最佳缓解 [89]。目前 ABC294640对胆管癌和前列腺癌的Ⅱ期临床试验正在进行中。 3.4 靶向脂质代谢在调控肿瘤免疫微环境中的应用前景 在肿瘤中，脂质代谢的重编程与肿瘤特殊微环境的形成相辅相成。一方面，肿瘤微环境的改变，如缺氧、酸中毒、营养物质改变，驱动了肿瘤细胞的脂质代谢重编程。肿瘤细胞的快速增殖消耗大量氧气，依赖氧气的脂肪酸分解代谢被抑制；在缺氧条件下，缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-1α 和-1β 被激活，可通过下调肉碱棕榈酰转氨酶-1、上调脂肪酸结合蛋白、上调低密度脂蛋白相关受体-1 的表达等方式抑制脂肪酸氧化并促进脂肪酸的摄取和储存 [90]。肿瘤微环境中乳酸的蓄积通过上调 CD36 和二酰基甘油酰基转移酶促进外源脂质摄取和脂滴的生成 [91]；激活 PI3K/AKT 通路并上调硬脂酰辅酶A去饱和酶-1促进脂肪酸的合成代谢[92]。肿瘤细胞的快速增殖导致肿瘤微环境中营养物质的快速消耗，为增加能量的供应，肿瘤细胞可通过分泌细胞因子诱导周围脂肪细胞释放游离脂肪酸供肿瘤细胞摄取 [93]。另一方面，脂质代谢的重编程也驱动肿瘤微环境转化为适应肿瘤发展的免疫抑制表型。肿瘤中脂质摄取增加会增加调节性 T 细胞、肿瘤相关巨噬细胞和 MDSC 中的脂质代谢水平，促进其免疫抑制功能 [94-96]；CD8+ T 细胞和自然杀伤细胞中CD36 的上调会抑制其抗肿瘤细胞因子释放并降低其对肿瘤细胞的杀伤能力 [97]。 尽管还未有通过调节脂质代谢以调节肿瘤微环境为机制的药物进入临床试验阶段，但众多研究表明该策略具有潜在的应用价值。 4 靶向肿瘤核酸代谢 核酸的合成代谢主要涉及嘌呤和嘧啶的合成，分为从头合成和补救合成途径。非增殖细胞中，从头合成途径活性通常很低或不存在，但在肿瘤细胞中，从头合成途径是必要的，目前大部分药物是针对肿瘤核酸的从头合成途径进行抑制。 一碳代谢作为从头合成中的重要原料提供途径，同样影响核酸代谢。该途径以四氢叶酸（tetrahydrofolic acid，THF）和 SAM 为主，涉及嘌呤与嘧啶合成时碳原子的添加过程。SAM 循环对 DNA 甲基化有重要作用，也是研究致癌原因的重要组成部分 [98]。以下将介绍嘧啶与嘌呤从头合成中关键代谢酶的相关临床在研药物，包括嘧啶合成中的二氢乳清酸脱氢酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）和胸苷酸合成酶（thymidylate，TS）、嘌呤合成中的甘氨酰胺核糖核苷酸甲酰转移酶（glycinamide ribonucleotide transformylase，GART） 和 5-氨 基-4-咪唑甲酰胺核糖核苷酸转化酶 /IMP 环 水 解 酶（5-amino-4-imidazolecarboxamide ribonucleotide transformylase/IMP cyclohydrolase，ATIC），以及一碳代谢中的二氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase，DHFR）和甲硫氨酸腺苷转移酶 2A（methionine adenosyltransferase 2A，MAT2A）。 4.1 靶向嘧啶从头合成途径 4.1.1 DHODH抑制剂 来氟米特是已上市的DHODH抑制剂，但其抑制活性较差，且具有明显副作用 [99]。RP-7214 为结构尚未披露的新型 DHODH 抑制剂，对 DHODH 有较好抑制效果（IC50=7.76 nmol·L-1），在多种癌细胞系中均表现出不同程度的抗增殖活性，能够抑制 AML 细胞生长（GI50=2~3.2 μmol·L-1），在 1 μmol·L-1 时诱导细胞凋亡，并导致 S 期细胞周期阻滞。此外，RP-7214 还能增强乳腺癌和结肠直肠癌细胞对化疗药物的敏感性 [100]。临床前药效研究显示，RP-7214 在 MV-4-11 小鼠移植瘤模型中作为单一药物或与阿糖胞苷联用均展现出抗肿瘤活性 [101]。RP-7214在针对健康受试者进行的Ⅰ期临床研究中具有良好的吸收和暴露量，且具有良好的安全性 [102]（见表 8）。 4.1.2 TS 抑制剂 TS 抑制剂中的 5-FU 是被广泛应用的抗癌药物（见表 9），它在体内被代谢为活性物 质 5'-氟 脱 氧 尿 苷 一 磷 酸（5'-fluorodeoxyuridine monophosphate，FdUMP）， 通 过 取 代 内 源 性 底物 2'- 脱氧尿苷-5'- 一 磷 酸（2'-deoxyuridine-5'-monophosphate，dUMP）竞争性地抑制 TS。但由于85% 的 5-FU 在肝脏中被二氢嘧啶脱氢酶降解 [103]，且在细胞内转移需要碱基转运体和复杂的酶处理来产生活性物质 [104]，导致克服 5-FU 限制和药理学挑战的药物设计极为重要。在近期研究中发现，NUC-3373 在临床试验中有着良好表现（见表 9）。NUC-3373 是 FdUMP 的前药，采用的是近年来核苷类药物常用的 ProTide 策略，将 FdUMP 中的磷酸基团设计合成相应的磷酰胺结构得到 NUC-3373。在胞内，NUC-3373 能够水解释放出具有活性的FdUMP，从而跳过了胸苷激酶将 5'-氟脱氧尿苷（5'-fluorodeoxyuridine，FUdR）磷酸化的限速步骤，使其能更快在胞内起效，并且能避免胸苷激酶的下调从而克服了 5-FU 原有的耐药问题 [105]。 NUC-3373 对实体肿瘤细胞系（HT-29，HCT-116，MDA-MB-231，SW- 620）、急性髓系白血病细胞（KG1a）均有较好抑制活性。其中 KG1a 对NUC-3373 最为敏感，与 5-FU（LC50=1.4 μmol·L-1）和 FUdR（LC50 =1.18 μmol·L-1）相比，NUC-3373 对KG1a 细胞的抑制活性约有 22 ~ 26 倍的提升（LC50 =0.053 μmol· L-1）[105]。在人结直肠癌小鼠异种移植模型中发现，NUC-3373 比 5-FU 具有更明显的肿瘤抑制作用。在临床研究中也发现，与 5-FU 相比，单药 NUC-3373 在晚期实体瘤患者中显示出良好的安全性和与药代动力学性质 [106]。 4.2 靶向嘌呤从头合成途径 在 嘌 呤 从 头 合 成 过 程 中，有 2 个关键酶—GART 和 ATIC，负责催化甲酰基的转移，为嘌呤提供结构所需的碳源。这 2 个步骤都对 N10-甲酰-四氢叶酸具有依赖性。 目前，针对 GART 与 ATIC 的大部分抑制剂都是模仿叶酸结构设计进而达到抑制效果的经典抗叶酸类药物，如培美曲塞、洛美曲索等。培美曲塞虽然对 GART 和 ATIC 都有抑制活性，但仅在低微摩尔范围内 [107]；而洛美曲索及 AG-2034（见表 10）虽然对 GART 有较好亲和力（Ki = 60 nmol·L-1，Ki =28 nmol· L-1），但遗憾的是这 2 种药物的临床试验均已终止。其中，AG-2034 退出临床试验的原因不仅是其在Ⅰ期临床中并未观察到抗肿瘤疗效，而且存在血小板减少症、中性粒细胞减少症和贫血等不良反应，以及药物代谢蓄积问题 [108]。 经典抗叶酸类药物在使用过程中往往会产生耐药性，产生耐药的主要机制是通过基因突变导致运输和多谷氨酸化机制的损害 [109]。相比之下，非经典的抗叶酸剂通过被动扩散穿透细胞，可克服主动摄取受损引起的抗性。代表性化合物 ATIC 抑制剂LSN-3213128（见表 10）在分子水平对 ATIC 有较好抑制活性（IC50 = 16 nmol · L-1)，对 NCI-H460 细胞的 IC50 达 19 nmol · L-1，且具有适中的药代动力学性质，后续在移植瘤模型中也表现出剂量依赖性的肿瘤生长抑制 [110]。尽管 LSN-3213128 尚未进入临床阶段，但是具有一定成药潜力，值得进一步关注。 4.3 一碳代谢中的抑制剂 在核苷酸代谢中，一碳代谢是重要的生物合成过程。由于增殖指数的增加，癌细胞对该生物过程表现敏感，因此靶向一碳代谢的药物长期以来一直被用作癌症治疗方法 [111]。对于嘧啶，一碳代谢的产物在 TS 催化下与尿嘧啶核苷酸（uridine monophosphate，UMP）反应生成胸苷一磷酸（thymidine monophosphate，TMP），直接影响嘧啶的从头合成过程；在嘌呤的从头合成过程，甲酰化四氢叶酸参与嘌呤的第 4 步与第 10 步甲酰基转移的过程。由于 5，10-亚甲基-四氢叶酸会在胞质内通过亚甲基四氢叶酸还原酶不可逆地还原为 5-甲基四氢叶酸，5-甲基四氢叶酸经 SAM 循环重新转为四氢叶酸，因此叶酸循环与 SAM 循环之间存在着相互联系 [112]（由于 SAM 循环部分已在前述甲硫氨酸代谢部分进行介绍，下面将不再重复阐述）。 DHFR 催化叶酸转化为四氢叶酸，是叶酸循环的起始步骤，也是临床上验证可治疗癌症的一碳代谢靶点。尽管现有许多上市的 DHFR 抑制剂（如甲氨蝶呤、三甲曲沙、雷替曲塞、培美曲塞），但这些药物都有口服利用度差、不良反应多（如黏膜炎、白细胞减少）[112] 等一系列问题。遗憾的是近年来，针对 DHFR 靶点的临床在研药物均以失败告终（见表 11），开发新型安全有效的 DHFR 抑制剂仍具有难度。 5 总结与展望 肿瘤代谢涉及多种营养物质与细胞生长信号通路，各种代谢途径彼此之间相对独立互补又相互关联代偿维持着氧化还原平衡，部分肿瘤的代谢产物又能进一步塑造肿瘤微环境实现免疫逃逸，或能作为信号分子对肿瘤代谢进行调控以增强代谢适应性。肿瘤拥有一个庞大且复杂的“生态体系”，并通过上述多种机制维持着稳态平衡。通过靶向肿瘤代谢破坏其稳态平衡是具有潜力的治疗策略。 目前，靶向肿瘤代谢治疗仍然存在一定瓶颈[8]。从药物开发角度来看，代谢酶小分子抑制剂开发本身便具有挑战性，一方面大部分代谢酶底物均为水溶性小分子，且在体内均以较高浓度存在，给底物竞争性抑制剂开发带来较大难度；另一方面，部分代谢酶在细胞中高度表达 [15]，如 Hela 细胞中，乳酸脱氢酶A（4 μmol·L-1），己糖激酶2（0.27 μmol·L-1）及 GLS1（0.07 μmol·L-1）均有较高表达，小分子难以完全抑制其活性。针对上述问题，寻找相应代谢酶的变构抑制剂则是较好的选择，能够在保证活性的同时提高靶点选择性；针对在胞内高表达的代谢酶，通过蛋白水解靶向嵌合体技术进行代谢酶的降解也是潜在的策略之一，但目前仍需要更多的实验进行验证。 从治疗策略来看，靶向肿瘤代谢也存在一些问题。首先，由于肿瘤的代谢适应性，单独调控代谢通路中的某一靶标，肿瘤仍能通过代谢重编程调整代谢网络，从而引发耐药等问题；且由于各条代谢通路代谢酶及代谢产物之间紧密联系，即使能够对某一代谢产物或酶做到完全抑制，也有可能对其他通路产生影响，产生与预期相反效果。其次，大部分肿瘤的代谢通路对正常细胞来说同样重要，难以做到较好的选择性，此外，部分免疫细胞与肿瘤细胞具有相似的代谢特征，在抑制肿瘤的同时也有可能抑制相应免疫细胞的活性从而使得治疗效果不显著。此外肿瘤代谢的异质性，即不同瘤种具有不同的代谢特征，也会使得单一代谢抑制可能仅对部分瘤种起效。 因此，针对肿瘤代谢治疗，一方面应当采用联合疗法，同时靶向多条代谢通路中的关键步骤，以破坏肿瘤代谢的代偿机制；或作为佐剂影响肿瘤环境增强其他药物的敏感度，这一点目前在靶向肿瘤代谢的临床试验中均有所体现 [8]；也可寻找相应代谢具有协同致死效应目的基因蛋白，以增强治疗效果。同时，针对不同肿瘤代谢特征应采取精准化治疗，例如在与 PD-1 抗体联用治疗时，可根据肿瘤的独特代谢特征选择相应的代谢抑制剂 [8] 改善疗效。另一方面，如果针对肿瘤代谢通路中某一关键酶进行靶向抑制后造成中间体的累积，有可能反而会激活其他旁路代谢；参考 PKM2 及 PDK 抑制剂临床小分子研究所带来的启发，尝试激动剂的开发或激活关键代谢酶，对拥堵的代谢通路进行“疏通”，从而减少代谢关键中间体的累积，减少旁路代谢流从而抑制肿瘤的生长，打破肿瘤原有的稳态环境，也未尝不是潜在的治疗策略。 参考文献: [1] Huynh C, Ryu J, Lee J, et al. 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摘要：与化学合成原料药相比，发酵化学原料药的生产存在技术上的特殊性。相比传统的化学合成工艺，发酵工艺的优点包括可利用微生物或其他生物组织特异的代谢途径提高反应的选择性并实现更高通量的生产；对很多含复杂结构单元的化学药来说发酵仍是获得足量原料药的唯一途径；由于工艺条件相对温和、所用物料对环境相对友好等特点可提供更高的经济性和可持续性。结合国内外相关法规或指导原则及审评经验，从菌种管理（菌种来源、菌种鉴定、菌种库的建立和内控标准、菌种稳定性）、物料管理（培养基设计、内控标准）、发酵工艺（生产条件、工艺参数）、提取纯化工艺（产品富集、杂质去除）等方面，简要介绍与发酵化学原料药生产工艺部分注册申报相关的基本要求，旨在提高发酵化学原料药生产工艺研发与注册申报的系统性和规范性。 发酵化学原料药是通过发酵或生物合成工艺生产的化学原料药，通常为生物的代谢产物。其生产工艺流程一般包括种子培养、发酵、分离、提取、精制等步骤，早期在抗生素类原料药生产中应用较多，近年来也广泛应用于其他类别的原料药（特别是天然产物及其衍生物）的生产中。相比传统的化学合成工艺，发酵工艺的优点在于：首先，可利用微生物或其他生物组织特异的代谢途径提高反应的选择性并实现更高通量的生产；其次，对很多含复杂结构单元的化学药来说发酵仍是获得足量原料药的唯一途径；再次，由于工艺条件相对温和、所用物料对环境相对友好等特点可提供更高的经济性和可持续性。近年来，凭借生物技术的不断进步，发酵化学原料药的生产效率和质量较以往得到了进一步提升。随着全球对气候变化重视程度越来越高，以发酵工艺替代传统化学合成工艺生产原料药也将成为行业发展的一个重要方向。但国内发酵化学原料药行业起步相对较晚，技术储备相对欠缺，相关法规标准及技术要求仍有待完善。在审评过程中发现部分申报资料存在较大缺陷，如提供的研究资料缺项较多，或无法充分证明申报工艺的稳健性，或无法充分证明申报工艺对发酵工艺杂质的清除和控制能力等，继而影响注册申报的进度和结论。本文结合发酵化学原料药国内外相关法规和技术要求［1-4］，以及审评过程中发现的常见问题，对发酵化学原料药生产工艺部分申报资料的基本要求进行简述，希望为我国发酵化学原料药的研发和监管提供一些有意义的借鉴。 1 发酵化学原料药生产工艺部分注册申报基本要求 与传统原料药化学合成工艺相比，发酵工艺变异性大、可控性低，杂质谱通常更复杂且不易分析，对工艺和生产体系的研究和控制非常重要。因此除应遵循国际人用药品注册技术协调会（ICH）M4Q按照CTD的格式整理申报资料的一般要求外，发酵化学原料药生产工艺的申报建议同时关注以下内容：①不同于化学合成以结构和性质确定的小分子为起始原料，发酵工艺的起始原料往往是生物细胞或组织（通常是菌种），因此在物料控制部分应着重明确菌种的来源与鉴定，菌种库系统的管理、质控和稳定性等的相关信息，并提供证明性文件与支持性研究资料；②结合ICH Q7 合理选择工艺起点［1］，一般来说申报工艺应包括菌种库进入发酵阶段的过程，对于杂交或基因工程等技术手段改造的菌种还需将工作菌种库的维护纳入申报工艺；③对具体的发酵工艺和参数、提取分离纯化工艺和参数、过程控制方法、工艺过程中避免受污染的方法等进行详细描述；④提供与工艺相关物料的研究和控制资料，如培养基组分、纯化用物料、回收母液和色谱液的再加工或再利用（如涉及）等；⑤提供详细的发酵工艺和纯化工艺开发研究资料（包括方法、结果和结论）以说明关键工艺步骤确定的合理性以及工艺参数控制范围的合理性。部分申报品种曾因缺少菌种控制和发酵工艺的详细资料，从而无法证明发酵工艺的可行性。 另外，对于半合成工艺生产的原料药，若关键中间体的制备工艺为发酵工艺，根据ICH Q11 等指导原则［5-6］，一般需要考虑从源物质（如微生物）开始描述生产工艺，提供发酵阶段的工艺资料。如拟从分离得到的发酵产物为起始，则需对关键起始物料选择的合理性进行评估与确认，还建议关注来源于微生物和其他污染物的风险。将发酵所得中间体作为起始原料并经一步提纯或盐化得到原料药工艺通常不被视为半合成工艺，这种情况下建议以生产菌种作为起始原料进行申报［7］。如原料药采用外购的发酵中间体经一步成盐反应获得原料药，起始物料的选择则不符合ICH Q11 从源头开始全程控制药品质量的要求。 本文从菌种管理、物料管理、发酵工艺、提取纯化工艺几个方面分别对发酵化学原料药生产工艺部分注册申报的基本要求进行说明。 1.1　菌种管理 菌种是发酵工艺的核心，菌种的来源、菌种的鉴定、菌种库的管理和内控标准、菌种的稳定性均会对发酵工艺产生重要影响。 1.1.1　菌种的来源 传统发酵工艺中菌种均为天然野生来源，或为从天然来源的微生物经自然选育或物理/化学诱变得到［8］，一般来说选育或诱变的菌株产量会高于野生型菌株，如有报道显示采用UVLiCl复合诱变方法可使他克莫司产生菌的生产能力提高5 倍［9］，因此需详细说明菌种的采集、分离、筛选或诱变的方法。随着生物技术的发展，杂交育种、原生质体融合或基因工程等技术在发酵菌种研究和工业生产中得到越来越多的应用，对于这种方法得到的菌种其控制较传统发酵工艺的菌种更为严格，否则可能会对产品质量带来严重不良影响。如在20 世纪80 年代末，日本昭和电工株式会社为提高发酵生产色氨酸的产量，曾采用基因改造的工程芽孢杆菌进行生产，但由于未重视对使用工程菌所引入新杂质的研究和控制，最终导致数千例嗜酸性粒细胞过多肌痛综合症病患并导致其中36 人死亡［10］。因此对于使用生物杂交或基因技术得到的菌种用于生产，应事先对其基因毒性和代谢产物指纹图谱特征进行全面的分析和研究，以避免潜在的安全性风险。无论是哪种来源获得的菌种，均需要提供来源证明或证书。 1.1.2　菌种的鉴定 发酵工艺的目的主要是为获得所需目标产物（大多是微生物次级代谢产物），而由于一般情况下无法保证不同种属或同一种属不同菌株均能特异地产生目标化合物并且满足工业化生产的要求，因此菌种的鉴定不仅需要明确到种属，通常建议鉴定至菌株水平。提供菌种已知的表型和基因型的详细信息是非常必要的，其中菌种形态特征、培养特征、生理生化特征等研究资料可用于支持确定生产用菌种的种属，同时建议选择适当的具有专属性的分子生物学基因分析方法（如16 SrRNA核酸序列分析、18 S rRNA核酸序列分析、ITS区域核酸序列分析、全基因组核酸序列分析等）在菌株水平对生产用菌种进行鉴定，必要时采用多种方法进行交叉确认。对于核酸序列分析同源性结果的判定，中国药典通则9204 和美国药典<1113>微生物鉴定指导原则均比较明确：一般而言，同源性小于或等于97%被认定为不同的属，同源性小于或等于99%被认定为不同的种［11-12］。另外Chun 等［13］研究了分属22个门的6 787个原核生物基因组的成对比较所产生的平均核苷酸一致性值的总体分布情况，结果表明2 倍交叉验证统计测试结果显示98.65%的16SrRNA基因序列相似度可作为区分2个物种的阈值。标准设定值偏低的，建议提供相关文献充分说明菌种序列同源性判定标准的确定依据。 1.1.3　菌种库的建立和内控标准 发酵生产用菌种应采用菌种库系统管理。菌种库一般包括原始菌种库、主菌种库和工作菌种库，从原始菌种库传代和扩增后保存的为主菌种库，从主菌种库传代和扩增后保存的为工作菌种库，一般情况下采用工作菌种库用于发酵生产，且其生物学特性应与原始菌种库一致。通常需要提供详细的各菌种库制备的工艺描述和传代方法，并尽量减少传代的次数。具体可参照《中国药典》2020 年版三部及2010 版GMP等关于菌种库或细胞库管理方面的相关要求［14-15］。另外，建议结合菌种自身特性及发酵工艺的需要对各菌种库建立合理有效的内控标准，通常包括生长特性、纯度、存活率、生产能力、无污染菌等项目，必要时还包括遗传稳定性分析，并提供分析方法和方法学验证资料及内控标准的确定依据，以确定其适用性。 1.1.4　菌种的稳定性 菌种稳定性包括传代稳定性和保藏稳定性。用于发酵工艺的菌种，无论是经育种或诱变的改良菌种，还是经杂交或基因修饰的工程菌种，都存在回复突变的可能，同时菌种在保藏过程中，由于自发突变的存在，也会出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，因此需提供传代稳定性和保藏稳定性研究资料，以说明多次传代后或长期保存后菌种的生物学特征和产生目标产物的能力未有降低。工作菌株的传代次数通常不超过5 代，以防止过度的传代增加变异的风险［11］。菌种传代稳定性研究建议结合品种实际情况确定菌种自原始菌株至发酵罐培养的可允许传代代数，主要应以菌种基因序列的遗传稳定性为指标，同时结合生物学特征、生理生化特征、对预期产品的生产能力或其他相关的表型或遗传标志等的检测结果予以佐证，必要时可提供生产规模放罐时的末代菌种与原始菌种的比较数据作为支持［14］。菌种的保藏条件也应进行合理论证，以确保在拟定的保藏条件及保藏期限内菌种不会降低活力或死亡且不会发生变异和退化，同时能够防止可能发生的污染。考虑原始菌种库和主菌种库保藏时间一般较长，注册申报时可基于菌种特性和现有考察结果暂定一个相对较短的时限，在后续长期保藏过程中结合质量跟踪检测结果确定最终的保藏时间。 1.1.5　其他生物细胞或组织 除微生物外，其他生物细胞或组织在发酵化学原料药的生产中也有应用，如有文献报道可以从红豆杉植物细胞培养物出发采用发酵工艺生产紫杉醇［16］，该制备工艺在美国药典和欧洲药典紫杉醇各论中也有相应收载。类似于上文对菌种的相关要求，建议关注所选生物细胞或组织的来源和鉴定、细胞库的建立和保藏方法、内控标准和稳定性研究等的充分性和完整性，并结合生物质的特点评估研究方法的合理性，比如真核细胞的鉴定方法可能有别于原核生物，植物愈伤组织的培养方法也可能有别于微生物培养。 1.2　物料管理 微生物或其他生物细胞和组织的生长和繁殖及后续代谢产物的生物合成需要多种营养物质作为培养基，包括碳源、氮源、无机盐、生长因子等。不同微生物对培养基种类的需求可能存在一定差异，如有报道采用山梨醇作为发酵工艺的补料物料相比葡萄糖能使麦考酚酸发酵后总浓度从2.72 g · L−1 提高至3.26 g·L−1［17］，建议结合所用菌种的生理生化特征说明培养基配方设计的合理性。同时，还有报道显示某些物料如淀粉可能造成发酵液黏度增加，继而降低发酵过程中的溶氧量，导致他克莫司原料药产量减少，采用蔗糖代替淀粉后可大幅提高发酵产量［9］，因此培养基的选择还需考虑对发酵工艺的潜在影响。除此之外，为了获得目标产物，部分原料药发酵工艺中需要加入一定量的发酵前体，如在西罗莫司发酵过程中加入赖氨酸会显著增加西罗莫司的产生，而苯丙氨酸和蛋氨酸则会减少西罗莫司的形成，其原因在于西罗莫司生物合成过程中的关环反应需要赖氨酸衍生物哌啶醇酸的存在，而苯丙氨酸对西罗莫司前体莽草酸的形成存在负面影响［18］；同时为消除发酵过程中产生的泡沫，大多数情况下也可能会使用消泡剂等。为确保发酵过程的可控性，各主要物料的来源建议固定与工艺验证所用的一致，并结合工艺要求拟定合理的物料内控标准（如主要碳源和氮源的标准建议至少包括鉴别和含量项，前体和消泡剂还建议对可能引入的杂质进行控制等）。另外，植物源性的原材料需要关注农药残留和真菌毒素；动物源性的原材料，除需提供不含外源性物质证明性文件外（如TSE/BSE 声明等），必要时还需采取一定措施降低外源性物质的传播风险（如对可能含有的病毒进行控制）。 1.3　发酵工艺 由于发酵工艺存在较大的变异性，发酵化学原料药的杂质谱相对化学合成原料药更为复杂，不同批次间杂质谱的一致性与生产工艺的稳健性关联度较高。传统发酵工艺一般包括从菌种库出发的多级培养最终放大至商业化发酵规模的过程，因为发酵获得的产品通常为次级代谢产物，发酵工艺一般分为2 个阶段，生产第1 阶段目标为积累菌体（使菌体数量达到发酵罐接种量的要求），第2 阶段目标为积累产品（使发酵产物达到最大收率）。考虑目前尚无有效手段可监控菌种的代谢过程，因此原料药发酵工艺主要通过对工艺参数和过程的控制为菌种的生长繁殖和目标代谢物的生产提供有利和稳定的培养环境。发酵过程中需要对营养条件（如培养基组成和比例、是否需要补料）和环境条件（如设备及各发酵工艺参数）进行合理控制，控制的项目与参数应结合产品本身的性质和所选择培养工艺的特点进行合理设定。一般来说，较为关键的工艺参数包括各级发酵的培养基组成、培养温度、培养时间、发酵液pH值、培养压力、通气流量、转速/溶氧量、培养基浓度、发酵液黏度、接种量及移种标准、传代代数等，以及最终放罐的控制参数，上述工艺参数以及适宜的生长指标（如菌丝形态、菌体浓度、基质浓度、产物浓度等）在工艺过程中应被持续监测，以确保工艺的稳健性。如使用消泡剂，也建议说明其使用方式。同时需结合代表性批次的发酵曲线，以及申报工艺对产品质量特别是杂质谱影响的详细研究结果，说明各关键工艺参数的确定依据。为使菌种的生长繁殖达到所需的目标发酵周期，部分品种生产工艺中涉及补料过程，如在麦考酚酸工艺优化研究中，将原先的分批发酵工艺变更为补料分批发酵工艺，通过补料使麦考酚酸的浓度从3 712 μg·mL−1 提高至5 786 μg·mL−1［17］，在另1 项麦考酚酸发酵模式优化研究中也观察到了类似的现象［19］，补料的浓度、加入流量、加入方式和时间/频率对后续产出结果均有较大影响，需予以明确。 发酵液若被微生物污染会对收率甚至产品质量产生较大的不利影响，应当在生产过程中采取防止微生物污染的措施。除对培养基做必要的灭菌外，设备和环境微生物的合理控制也可以降低产生污染的系统性风险，必要时还应在工艺过程中适当阶段对微生物、内毒素和/或病毒水平进行相应控制，相关要求可参照GMP 相应内容执行［8］，并在注册资料中予以详细说明。若已在发酵过程中观察到发酵液被污染，应评估污染程度对产品质量的影响，明确对污染批次的处理措施。 1.4　提取纯化工艺 发酵液中目标产物的浓度通常很低。提取过程的目的主要是富集产物并进行简单纯化，以初步去除菌体细胞或细胞碎片及大部分培养液，同时保护产品免受污染（尤其是微生物污染）和损耗。常采用的方法有酸碱中和、萃取、浓缩、离心、过滤、吸附及膜分离等，可根据发酵液的物理性状，如黏度、固含量、菌体形态等选择合理的分离方式。建议提供详细的工艺描述说明发酵液收集和预处理的过程，明确该过程中所用的物料和生产设备。考虑大部分发酵产物均存在于胞内或以包涵体形式积聚在胞内，因此还建议明确提取产品所必需的破胞工艺或溶解再饱和工艺等。 发酵液纯化工艺与一般的化学合成原料药纯化工艺类似，通常包括多个单元操作，如离心、过滤、色谱纯化、沉淀、结晶等步骤。但与传统化学合成工艺不同的是，发酵工艺的杂质种类繁多，可能涉及培养基成分、宿主细胞蛋白及核酸、其他物料可能带入的工艺杂质（如生长因子、消泡剂、填料相关杂质、组胺等）、有关物质（即副产物）、可能存在的外源性污染物（如微生物、内毒素、病毒等）、降解产物（与原料药稳定性相关）等。在审评中发现，很多申报资料中均未将提取纯化过程的中间产品作为中间体进行控制，对杂质的过程控制也相对不足。考虑发酵工艺杂质谱的复杂性，同时基于“质量源于设计”的理念，有必要提供详细的研究资料说明各纯化步骤对不同种类工艺杂质的去除能力，建议提供多批代表性批次杂质追踪试验数据，以证明纯化工艺的合理性和可控性，并对各步骤存在的主要杂质及清除效果较差的“顽固性”杂质进行合理控制，必要时增加中间体的控制。针对稳定性较差的原料药，建议进行破坏试验，从而确定保证中间产品或原料药质量稳定的关键性因素，并在工艺设计中加以考虑。若在发酵过程中使用了动物来源的原材料，则需参照相关指南评估申报工艺对病毒的去除和灭活能力，提供相应的研究和验证资料。各中间体或中间物料若在进一步加工前需暂存，还需明确储存条件和时限并提供确定依据。 需要强调的是，来源于发酵菌株或培养基的大分子蛋白和核酸，以及鱼源物料中引入的组胺会引起较为严重的免疫原性反应，而现阶段申报品种往往对上述杂质的重视程度不足，需提供研究资料以充分说明申报工艺对上述杂质的去除能力和控制策略的合理性，从而证明产品的安全性。通常建议选择合适的分析方法，经全面验证方法的可行性后，在适当的中间产品和成品中检测上述杂质的残留量，提供多批代表性批次的检测结果。杂质的研究限度可参考相关指导原则的要求，例如，美国药典<1130>规定核酸残留限度不得过10 ng·剂−1，美国药典<1132>规定蛋白残留限度不得过1.0×10−4，欧盟评估报告EMEA/H/A-5（3）/1468 规定组胺残留限度不得过8×10−6等［12， 20］。 另外，许多品种工艺中涉及对母液或不符合标准的纯化液进行回收或再加工，或对柱色谱用填料（如硅胶、树脂等）和流动相进行回收套用，应参照相关技术指南或GMP 相关要求进行合理的验证［21-22］，以支持拟定的回收或再加工工艺。 2 发酵化学原料药生产工艺变更的申报 发酵工艺的变更对成品杂质谱存在较大的影响。我国已发布的《已上市化学药品药学变更研究技术指导原则（试行）》并未涉及对发酵化学原料药的生产工艺变更的技术要求［23］，但在欧洲药典发酵产品通则中简述了发酵工艺变更后需要进行的研究工作［2］：如果用于生产的菌种发生了重大变更（如改用改良的或全新的菌种），导致产品的杂质谱发生显著变化，则应对整个生产工艺进行重新验证，特别是发酵步骤；如果生产工艺的变更导致产品的杂质水平发生显著变化，则应重新验证与杂质水平变化相关的步骤，特别是提取纯化步骤。重新验证的目的在于能够充分证明变更产生的新杂质或所引起杂质谱的变化已得到了充分合理的控制。另外如果主细胞库发生变更，也需要对工艺进行重新验证，以证明未对产品的质量和安全性造成不利影响。如果发酵所用的培养基或工艺参数发生变化，并有可能导致菌种产生突变，则应提供资料重新证明在整个工艺过程中菌种的遗传稳定性。在进行工艺变更时可参照以上基本要求，结合变更实际在风险评估的基础上进行全面的研究。 3 结语 总的来说，发酵化学原料药的研究应符合原料药研究的一般要求，同时要考虑其技术上的特殊性。发酵工艺复杂且可控性低，需要参照ICH Q11从源头开始全程控制原料药质量的理念进行全面的风险评估，在充分把握产品关键质量属性的基础上，结合工艺开发和验证最终确定商业化生产工艺。目前发酵化学原料药申报数量与日俱增，但申报资料的质量与审评预期仍存在较大差距。本文结合国内外相关法规和指导原则及笔者在审评中积累的经验，简单介绍了与发酵化学原料药生产工艺部分申报资料的基本要求，但并未面面俱到，且受限于认知范围可能还有尚需深入探讨之处。实际注册申报过程中，申请人应当承担起主体责任，基于对申报品种的全面理解和丰富的知识储备，基于风险评估合理拟定研究方案并提交充分的数据以支持产品上市或变更。希望能通过本文提高发酵化学原料药生产工艺研发与申报的系统性和规范性，促进更多更好的发酵化学原料药上市，惠及广大患者。 利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突 参考文献 [1] ICH. 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