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摘要：TOP1是众多抗肿瘤药物作用的有效靶点，本文综述了近年来以TOP1为靶点的抗肿瘤药物的研究进展，阐明了现有抗肿瘤活性DNA拓扑异构酶I抑制剂种类，作用机制以及耐药性，对已批准上市TOP1抑制剂临床使用情况进行了概述。最后，针对如何提高TOP1抑制剂靶向性策略进行了总结，为抗肿瘤药物临床研究提供了理论基础
关键词：抗肿瘤;DNA拓扑异构酶1;靶点
【中图分类号】R97 【文献标识码】A 【文章编号】2107-2306（2021）07-102-01
人类通过编码TOP1， TOP1MT， TOP2a，TOP2b， TOP3a和 TOP3b六种拓扑异构酶，将直径6毫米长2米的DNA折叠近300万倍使其包含在细胞核内。DNA拓扑异构酶I （TOP I）细胞代谢过程中控制DNA拓扑结构的重要核酶。通过亲核攻击DNA磷酸二酯键的酪氨酸活性位点使DNA的一条链发生断裂并与之结合，形成TOP1-DNA共价复合物，DNA TOP I抑制剂则能稳定TOP1-DNA共价复合物，使断裂的DNA单链无法连接，造成DNA损伤。因此，DNA拓扑异构酶I是发现抗肿瘤药物的有效靶点，伊立替康，拓扑替康，10-羟基喜树碱，belotecan，阿霉素（以及其他蒽环类衍生物）和米托蒽酮等DNA拓扑异构酶I抑制剂已被FDA批准使用[1]。
1.具有抗肿瘤活性DNA拓扑异构酶I抑制剂种类
以DNA拓扑异构酶I 为作用靶点，通过构效关系分析，对天然化合物进行结构改造获得的衍生物，是目前新型抗肿瘤topo I抑制剂研发的主要来源。喜树碱是一类以Top1为靶标的强效抗肿瘤药物，但是由于其化学不稳定性、血浆半衰期短、多药耐药ABC转运体等缺陷，需要对其进行结构改造，通过一系列的化学反应，合成了一系列新的先导化合物。除了针对单一靶点的药物研究外，多靶点抗肿瘤药物研究同样是药物开发的热点。LMP517是以吲哚异喹啉为基础，对其进行结构修饰所获得的同时具备topo I和TOP2抑制活性的多靶标抗肿瘤先导化合物。该化合物对H82（小细胞肺癌）细胞的抑制能力优于母体化合物[2]。
2.DNA拓扑异构酶I抑制剂作用机制及其耐药性产生
敲除topo I或者过表达topo I后，喜树碱对细胞的杀伤能力均会减弱，更进一步，发生topo I基因突变的细胞对喜树碱的能产生明显的抗性，因此，topo I是喜树碱发挥抗肿瘤活性的重要靶点。相较于TOP1-DNA共价复合物的形成，复制叉被阻断才是导致细胞死亡的根本原因。另外，在DNA复制过程中，DNA拓扑异构酶I抑制剂通过形成稳定的TOP1-DNA共价复合物来阻止复制叉的进程，从而导致DNA断裂，引发细胞毒性。
TOP1-DNA共价复合物被DNA拓扑异构酶I抑制剂捕获后，被迅速地磺酰化、泛素化然后被蛋白酶体降解。DNA修复和DNA磷酸酶可以通过水解TOP1和DNA之间的DNA -蛋白交叉连接键来降低topo I的活性。PARP1 和 ATR是细胞对DNA拓扑异构酶I抑制剂产生耐药性的两个关键蛋白。PARP1通过以下方式产生耐药性：首先，可以使DNA磷酸酶在细胞内聚集，从而提高细胞对TOP1-DNA共价复合物的修复能力。然后，通过调节topo I在细胞核的分布情况来减少TOP1-DNA共价复合物的产生。最后，逆转复制叉，减小DNA损失。ATR及其下游激酶CHEK1可以短暂的停止复制叉来阻止TOP1-DNA共价复合物形成，并能对损失的复制叉进行修复，这两种機制是细胞对DNA拓扑异构酶I抑制剂产生耐压性的根本原因[3]。
3.批准上市TOP1抑制剂及其局限性
19世纪70年代，喜树碱作为DNA拓扑异构酶I抑制剂首次进入临床使用，由于种种客观原因，最终未能批准临床使用，随后，人们不断的对其进行了结构改造，最终，其衍生物伊立替康和拓扑替康被批准临床使用。伊立替康是一种先导药物，在细胞内，羧酸酯酶通过水解将其转化为活性代谢产物SN-38，通过调节胞内ph值使两者在活性内酯与非活性羧酸酯间相互转换，从而发挥药理活性。在药物注射初期，SN-38在患者体内浓度最高，平均半衰期约为大约为10-20小时，最后通过葡萄糖醛酸酸化和胆汁排泄等方式将其排除体外。
4.TOP1抑制剂靶向性研究
如何提高具有抗肿瘤活性TOP1抑制剂靶向性一直是近年来研究的热点。各种不同的靶向药物输送策略正在进行临床研究，包括：脂质体技术，纳米颗粒技术和偶联单克隆抗体等。2015年，伊立替康的纳米脂质体 （MM-398， Onivyde）获批用于胰腺癌治疗，脂质体的设计目的是延长药物在体内的作用时间，同时帮助药物靶向作用于肿瘤，与游离的伊立替康相比较，被纳米脂质体包裹的伊立替康释放速度更慢，半衰期更长，血药浓度更低以及更高的药代动力学活性。在临床实验中，在临床前模型中，伊立替康的纳米脂质体比伊立替康低5倍，但是对瘤体的抗肿瘤活性还更强。依据EPR效应，大分子药物包括脂质体不能透过血管进入正常组织，但在肿瘤组织蓄积量增加，停留时间延长，纳米颗粒输送进一步加强了药物向肿瘤组织的递送能力，一般是正常状态下的两倍。但是另一方面，纳米颗粒输送效率受到体内吞噬系统包括肝、脾和其他具有吞噬功能的器官，他们有可能将纳米粒子作为外来营养物质进行吞噬，吸收，从而降低药效，因此，纳米颗粒受体内EPR效应和吞噬协同作用。
5.小结与展望
TOP1是肿瘤治疗的一个重要靶点，目前已有被证实具有TOP1抑制能力的化合物种类很多，但是有效用于临床的比较少，最成功的还是喜树碱类化合物，其它绝大多数的化合物抗肿瘤活性研究大多集中在体外细胞水平，体内药代动力学活性和体内毒副作用是限制这些药物临床研究的最主要的因素。要克服这些缺点，需要我们更进一步的研究，我们要扩大现有的TOP1抑制剂化合物库，通过寻找先的天然产物，或者对现有化合物进行结构修饰得到一系列的衍生物，进一步扩大我们可以筛选的化合物数量。
参考文献：
[1]Thomas A， Pommier Y. Targeting topoisomerase I in the era of precision medicine. Clin Cancer Res 2019; 25：6581–9.
[2]Marzi Laetitia et al. The Indenoisoquinoline LMP517： A Novel Antitumor Agent Targeting both TOP1 and TOP2.[J]. Molecular cancer therapeutics， 2020， 19（8） ： 1589-1597.
作者简介：俞婷，女，汉，浙江临安，1990.4.29，本科，主管药师，临安区中医院，药理学
关键词：抗肿瘤;DNA拓扑异构酶1;靶点
【中图分类号】R97 【文献标识码】A 【文章编号】2107-2306（2021）07-102-01
人类通过编码TOP1， TOP1MT， TOP2a，TOP2b， TOP3a和 TOP3b六种拓扑异构酶，将直径6毫米长2米的DNA折叠近300万倍使其包含在细胞核内。DNA拓扑异构酶I （TOP I）细胞代谢过程中控制DNA拓扑结构的重要核酶。通过亲核攻击DNA磷酸二酯键的酪氨酸活性位点使DNA的一条链发生断裂并与之结合，形成TOP1-DNA共价复合物，DNA TOP I抑制剂则能稳定TOP1-DNA共价复合物，使断裂的DNA单链无法连接，造成DNA损伤。因此，DNA拓扑异构酶I是发现抗肿瘤药物的有效靶点，伊立替康，拓扑替康，10-羟基喜树碱，belotecan，阿霉素（以及其他蒽环类衍生物）和米托蒽酮等DNA拓扑异构酶I抑制剂已被FDA批准使用[1]。
1.具有抗肿瘤活性DNA拓扑异构酶I抑制剂种类
以DNA拓扑异构酶I 为作用靶点，通过构效关系分析，对天然化合物进行结构改造获得的衍生物，是目前新型抗肿瘤topo I抑制剂研发的主要来源。喜树碱是一类以Top1为靶标的强效抗肿瘤药物，但是由于其化学不稳定性、血浆半衰期短、多药耐药ABC转运体等缺陷，需要对其进行结构改造，通过一系列的化学反应，合成了一系列新的先导化合物。除了针对单一靶点的药物研究外，多靶点抗肿瘤药物研究同样是药物开发的热点。LMP517是以吲哚异喹啉为基础，对其进行结构修饰所获得的同时具备topo I和TOP2抑制活性的多靶标抗肿瘤先导化合物。该化合物对H82（小细胞肺癌）细胞的抑制能力优于母体化合物[2]。
2.DNA拓扑异构酶I抑制剂作用机制及其耐药性产生
敲除topo I或者过表达topo I后，喜树碱对细胞的杀伤能力均会减弱，更进一步，发生topo I基因突变的细胞对喜树碱的能产生明显的抗性，因此，topo I是喜树碱发挥抗肿瘤活性的重要靶点。相较于TOP1-DNA共价复合物的形成，复制叉被阻断才是导致细胞死亡的根本原因。另外，在DNA复制过程中，DNA拓扑异构酶I抑制剂通过形成稳定的TOP1-DNA共价复合物来阻止复制叉的进程，从而导致DNA断裂，引发细胞毒性。
TOP1-DNA共价复合物被DNA拓扑异构酶I抑制剂捕获后，被迅速地磺酰化、泛素化然后被蛋白酶体降解。DNA修复和DNA磷酸酶可以通过水解TOP1和DNA之间的DNA -蛋白交叉连接键来降低topo I的活性。PARP1 和 ATR是细胞对DNA拓扑异构酶I抑制剂产生耐药性的两个关键蛋白。PARP1通过以下方式产生耐药性：首先，可以使DNA磷酸酶在细胞内聚集，从而提高细胞对TOP1-DNA共价复合物的修复能力。然后，通过调节topo I在细胞核的分布情况来减少TOP1-DNA共价复合物的产生。最后，逆转复制叉，减小DNA损失。ATR及其下游激酶CHEK1可以短暂的停止复制叉来阻止TOP1-DNA共价复合物形成，并能对损失的复制叉进行修复，这两种機制是细胞对DNA拓扑异构酶I抑制剂产生耐压性的根本原因[3]。
3.批准上市TOP1抑制剂及其局限性
19世纪70年代，喜树碱作为DNA拓扑异构酶I抑制剂首次进入临床使用，由于种种客观原因，最终未能批准临床使用，随后，人们不断的对其进行了结构改造，最终，其衍生物伊立替康和拓扑替康被批准临床使用。伊立替康是一种先导药物，在细胞内，羧酸酯酶通过水解将其转化为活性代谢产物SN-38，通过调节胞内ph值使两者在活性内酯与非活性羧酸酯间相互转换，从而发挥药理活性。在药物注射初期，SN-38在患者体内浓度最高，平均半衰期约为大约为10-20小时，最后通过葡萄糖醛酸酸化和胆汁排泄等方式将其排除体外。
4.TOP1抑制剂靶向性研究
如何提高具有抗肿瘤活性TOP1抑制剂靶向性一直是近年来研究的热点。各种不同的靶向药物输送策略正在进行临床研究，包括：脂质体技术，纳米颗粒技术和偶联单克隆抗体等。2015年，伊立替康的纳米脂质体 （MM-398， Onivyde）获批用于胰腺癌治疗，脂质体的设计目的是延长药物在体内的作用时间，同时帮助药物靶向作用于肿瘤，与游离的伊立替康相比较，被纳米脂质体包裹的伊立替康释放速度更慢，半衰期更长，血药浓度更低以及更高的药代动力学活性。在临床实验中，在临床前模型中，伊立替康的纳米脂质体比伊立替康低5倍，但是对瘤体的抗肿瘤活性还更强。依据EPR效应，大分子药物包括脂质体不能透过血管进入正常组织，但在肿瘤组织蓄积量增加，停留时间延长，纳米颗粒输送进一步加强了药物向肿瘤组织的递送能力，一般是正常状态下的两倍。但是另一方面，纳米颗粒输送效率受到体内吞噬系统包括肝、脾和其他具有吞噬功能的器官，他们有可能将纳米粒子作为外来营养物质进行吞噬，吸收，从而降低药效，因此，纳米颗粒受体内EPR效应和吞噬协同作用。
5.小结与展望
TOP1是肿瘤治疗的一个重要靶点，目前已有被证实具有TOP1抑制能力的化合物种类很多，但是有效用于临床的比较少，最成功的还是喜树碱类化合物，其它绝大多数的化合物抗肿瘤活性研究大多集中在体外细胞水平，体内药代动力学活性和体内毒副作用是限制这些药物临床研究的最主要的因素。要克服这些缺点，需要我们更进一步的研究，我们要扩大现有的TOP1抑制剂化合物库，通过寻找先的天然产物，或者对现有化合物进行结构修饰得到一系列的衍生物，进一步扩大我们可以筛选的化合物数量。
参考文献：
[1]Thomas A， Pommier Y. Targeting topoisomerase I in the era of precision medicine. Clin Cancer Res 2019; 25：6581–9.
[2]Marzi Laetitia et al. The Indenoisoquinoline LMP517： A Novel Antitumor Agent Targeting both TOP1 and TOP2.[J]. Molecular cancer therapeutics， 2020， 19（8） ： 1589-1597.
作者简介：俞婷，女，汉，浙江临安，1990.4.29，本科，主管药师，临安区中医院，药理学