The Korean Society For Biotechnology And Bioengineering

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Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal - Vol. 36 , No. 2

[ Review Paper ]
Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal - Vol. 36, No. 2, pp.99-117
Abbreviation: KSBB J
ISSN: 1225-7117 (Print) 2288-8268 (Online)
Print publication date 30 Jun 2021
Received 02 Feb 2021 Revised 29 Mar 2021 Accepted 29 Apr 2021
DOI: https://doi.org/10.7841/ksbbj.2021.36.2.99

항암제 개발: 토포아이소머라제, HSP90, mTOR 및 티로신키나제 억제제
최경철2 ; 이성호2 ; 권미지2 ; 홍세영2 ; 박희호1, 2 ; 임광석1, 2, *
1강원대학교 문화예술공과대학 생물공학과
2강원대학교 문화예술공과대학 바이오헬스기기 융합기술 협동과정

Development of Anticancer Chemotherapy: Inhibitors of Topoisomerase, HSP90, mTOR and Tyrosine Kinase
Kyoungcheol Choi2 ; Seongho Lee2 ; Miji Kwon2 ; Seyoung Hong2 ; Hee Ho Park1, 2 ; Kwang Suk Lim1, 2, *
1Department of Biotechnology and Bioengineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
2Interdisciplinary Program in Biohealth-machinery convergence engineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea
Correspondence to : Department of Biotechnology and Bioengineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea Tel: +82-33-250-6279, Fax: +82-33-243-6350 E-mail: kslim@kangwon.ac.kr


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Abstract

Chemical anticancer drugs that have been used for a long time for the treatment of cancer have high anticancer effects and many side effects. The side effects of anticancer drugs have also affected normal cells because they induce the death of cancer cells by inhibiting or blocking essential mechanisms for cell survival. Recently, inhibitory drugs that inhibit specific mechanisms of cancer cells are receiving a lot of attention as anticancer drugs. Inhibitory drugs have less effect on normal cells by inhibiting the activity of target proteins that are overexpressed in cancer cells. Representative anticancer inhibitors among many inhibitory drugs are mTOR inhibitors, topoisomerase inhibitors, heat shock protein 90 (HSP90) inhibitors and tyrosine kinase inhibitors. For each of these inhibitor family, new candidate inhibitor drugs are continuously being developed and clinical trials are underway. In this review, we will examine the drug mechanism of each inhibitor drug, and describe the approved drugs and drugs in clinical trials.


Keywords: inhibitors, heat shock protein 90, mTOR, topoisomerase, tyrosine kinase

1. INTRODUCTION

많은 OECD(Organization for Economic Cooperation and Development) 국가에서 고령화가 증가하면서 암, 심근경색 및 뇌출혈 같은 3대 질환에 노출되는 인구의 비중이 높아지고 있다. 암 발병이 증가하고 있지만 암 환자의 생존율 역시 높아지고 있는데, 이는 암 치료법이 다양해지고 정밀해지면서 나타난 결과이다 [1]. 암 치료는 외과적 수술 (surgery), 화학요법 치료법 (chemotherapy), 및 방사선 치료법 (radiation therapy)을 대표적으로 이용하여 진행되고 있으며, 각각의 기술들의 발전에 따라 치료 효과 역시 향상되고 있다. 또한, 면역 반응에 대한 이해가 높아지면서 면역관문억제제와 면역항암세포치료제 등이 도입되면서 암 환자의 생존율이 크게 높아지고 있다. 화학요법 치료제는 오랜 시간 동안 항암치료제 활용되었으며 최근에도 다양한 항암제들이 보고되고 있다. 특히 많은 항암제들이 표적전달체의 적용 및 면역항암제와의 병용 요법에 활용되면서 효과는 높아지고 부작용은 개선되어 암을 치료하는 일차 의약품으로 더 높은 관심을 받고 있다 [2].

화학요법 치료제로 이용되는 항암제는 대표적으로 80여 종이 되며 암세포의 생명 활동에 중요한 대사과정을 저해하여 암세포의 성장을 억제하고 사멸을 유도한다 [3]. 암세포 성장을 억제하는 항암제의 기전은 대표적으로 다음의 4가지로 구분할 수 있다. 1) Akylating agents; 2) Antimetabolites; 3) ntimicrotubule agents; 4) Topoisomerase inhibitor. 대표적인 4가지 기전은 세포의 중심원리 (central dogma)를 억제하여 세포의 성장을 억제하게 되며 이는 정상세포 및 암세포에서 동일하게 나타나는 기전이다. 이에 항암제를 암세포에 정확하게 전달하지 못하면 정상세포의 사멸로 인해 부작용이 나타나게 된다. 따라서 이 부작용을 해결하기 위해 항암제의 표적 전달체 개발이 많이 진행되고 있으며, 암세포에만 특이적으로 발현하는 표적 단백질에 선택적으로 작용하는 억제제 약물에 대한 개발이 증가하고 있다.

억제제 (또는 저해제) 약물들은 세포 내의 필수 단백질에 결합하여 단백질의 기전을 방해하게 되고 이를 통해 정상적인 세포의 활동을 억제하고 나아가 사멸로 유도하게 된다. 특히 억제제 약물들은 암세포에서 특이적으로 과발현되는 단백질을 표적으로 하여 정상세포에 미치는 영향을 낮춰 부작용을 개선하고 있다. 이처럼 암세포에 선택적으로 작용하기 때문에 다양한 억제제 약물들이 개발되고 있으며 기존 억제제 약물들의 단점을 개선한 신규 억제제 약물 후보물질들이 지속적으로 보고되고 있다. 또한 최근 항체-약물 접합체 중 Enhertu® (Trastuzumab+Deruxtecan)가 성공적으로 시장에 진입하여 억제제 약물의 활용이 확대되고 있어 억제제 약물에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다 [4]. 암세포에 특이적으로 작용하는 억제제 약물로 다음의 4가지 억제제 약물 계열을 선별하였다. 1) topoisomerase (Top) inhibitor; 2) heat shock protein 90 (HSP90) inhibitor; 3) mammalian target of rapamycin (mTOR) inhibitor; 4) tyrosine kinase inhibitor (TKI). 선별된 4가지 억제제 약물들의 기전은 세포의 생존에 중요한 역할을 하는 단백질들을 표적으로 하여 약효를 나타내게 된다 (Fig. 1). 각각의 억제제 약물들은 승인을 받은 약물, 임상 시험 중인 약물, 및 새로운 후보 물질 개발 단계로 다양하게 연구 중이다. 본 총설에서는 대표적인 4가지 억제제 약물에 대한 기전을 살펴보고 개발된 항암제 및 개발 중인 신규 항암제들에 대해 논의하여, 향후 억제제 약물들의 개발 및 신규 항암제 개발 방향을 알아보고자 한다.


Fig. 1. 
Mechanism of topoisomerase, HSP90, mTOR and tyrosine kinase.


2. TOPOISOMERASE INHIBITOR

Topoisomerase (Top)는 DNA 전사 및 복제 과정에서 DNA 가닥의 꼬임 현상을 이완시키는 역할을 한다. DNA는 supercoil 형태로 이중 가닥이 풀리면서 전사 및 복제가 진행되는데 나선 간의 공유 결합으로 인한 DNA 가닥의 꼬임 현상이 나타나면 정상적인 전사 및 복제가 어렵게 된다. 이때 꼬임 현상을 해결에 중요한 역할을 하는 topoisomerase는 세포의 생존에 중요한 역할을 하는 효소이다. 진핵생물, 고세균 및 진균에 존재하며, 인간 세포는 6개의 유전자가 암호화되어 있고 박테리아는 4개의 유전자가 암호화되어 있다. Topoisomerase는 DNA gyrase가 발견되면서 coumarin(coumarin-3-carboxylic acid)와 quinolone의 표적으로 밝혀졌다 [5,6]. 그 이후로 topoisomerase는 많은 항암 및 항균 약물의 표적으로 활용되고 있다 [7-9].

2.1. Function of topoisomerase

Topoisomerase (Top)의 유형은 크게 type 1과 type 2 (Topoisomerase 1, Topoisomerase 2)로 구분되며 DNA-단백질 결합의 극성, 작용 기전, 및 구조에 따라 세부적으로 Top1A, Top1B, Top2A로 분류된다 [10,11]. Top1A는 DNA에 결합하기 위해 단일 가닥이 필요하여 이중 가닥 중 한 가닥을 절단하고 활성화된 티로신 잔기를 5′-phosphoryl group에 공유 결합으로 부착한 후에 반대쪽 가닥을 통과시키고 절단한 가닥을 재조립하여 DNA topology를 변화시킨다. 반대로 Top1B는 이중 가닥 중 한 가닥을 절단하고 활성화된 티로신 잔기를 3′-phosphoryl group에 부착시킨 후에 DNA를 회전시켜 DNA supercoils을 풀어준다. Top2A는 이중 가닥의 두 가닥 (gate segment)을 절단하고 또 다른 이중 가닥 (transfer segment)을 통과시킨 후에 봉합시킨다. 이때 2개의 활성화된 티로신 잔기와 한 쌍의 5′-phosphoryl group을 phosphotyrosyl bonds로 결합시킨다. 이와 같이 topoisomerase A는 절단한 가닥을 온전한 가닥이 통과하는 방법을 가지며, topoisomerase B는 절단한 가닥이 온전한 가닥을 중심으로 회전하는 방식을 가진다 [11,12].

2.2. Mechanism action of topoisomerase inhibitor (Topi)

Topoisomerase inhibitor (Topi)는 Top1 및 Top2를 표적으로 하여 DNA의 전사 및 복제 과정을 방해하는 억제제이다 [7,12]. Topi는 크게 4가지 기전을 통해 topoisomerase를 억제하여 항암 효과를 나타낸다. 첫 번째는 topoisomerase의 활성 부위에 inhibitor가 결합하여 DNA 기질이 결합하는 것을 방해하는 기질 경쟁 억제 식이지만 아직 주목할 만한 예시가 없다. 두 번째는 ‘Topoisomerase poisons’을 형성하는 것으로 가장 활발하게 연구가 되었다. Topi의 결합에 따라 Ternary protein-DNA-drug complex로 구성되며 DNA의 재결합을 방지하고 효소를 절단 부위에 고정해 효소의 전환을 막아 DNA 복제 억제, 이중 가닥 절단 및 후속 세포 사멸 등의 독성을 주게 된다. 세 번째는 촉매 억제제를 통해 효소 활성을 막는 것이다. 이는 Top1B와 Top2A 대상으로 한 촉매 억제제로써 임상 단계에서 큰 주목을 받지 못했다. 하지만 암세포에서 다량의 topoisomerase를 억제할 경우 촉매 억제제는 강력한 항암제가 될 수 있을 것으로 보인다. 마지막으로 ATP 결합 부위를 억제하는 것으로, 이것은 Top2에서 나타나는 ATP 결합 부위에 Topi가 결합하여 Top2를 불활성화시킨다. 다양한 기전에 따라 Topi가 topoisomerase를 억제할 수 있는데 그중 가장 많이 연구되고 있는 Top1B와 Top2A와 관련된 Topi를 살펴보고자 한다.

2.2.1. Topoisomerase inhibitor type 1 inhibitors

Human topoisomerase type1 (hTop1) inhibitor로는 quinoline alkaloids, camptothecin (CPT), topotecan (Hycamtin), 및 irinotecan 등이 있다 [13]. 약물들은 Top 1-DNA 공유결합 복합체에 결합하여 Top1을 공유결합 세포독성 부가 단백질로 변환시킨다 [7,14]. 이것은 DNA 말단 사이에 약물 분자가 삽입된 모습을 보이며, DNA 복제 및 생성을 억제하고 이중 가닥 절단을 발생시킨다. hTop1 poisons 형성 항암제로 현재 임상 연구 중인 indolocarbazoles과 indenoisoquinolines가 있다 [15,18]. 이것은 평면 다환식 중심체 형태를 가지며 camptothecin과 유사하게 가닥 절단 부위에 삽입되는 결합 방식을 가지고 있다 [16,17,19,20]. 이들과 같이 대부분의 hTop1 inhibitor는 topoisomerase poisons을 형성하는 기전이 임상적으로 가장 효과적임을 보여주고 있으며, 촉매 억제 기전을 가진 inhibitor는 연구가 더 필요한 상황이다.

2.2.2. Topoisomerase inhibitor type 2 inhibitors

Human topoisomerase type 2 (hTop2) inhibitor의 대표적인 기전으로 topoisomerase poisons 형성과 hTop2 촉매적 억제가 있다. Topoisomerase poisons 형성은 human Topoisomerase 1 inhibitor와 유사하게 끊어진 DNA 가닥에 결합하여 DNA의 복원을 방해한다 [21]. 그 예시로는 anthracyclines과 epipodophyllotoxins가 있으며 고형 종양 및 혈액학적 악성 종양의 치료제로 사용 중이다. 그러나 이들은 심장 독성과 백혈병 유발이라는 두 가지 심각한 부작용을 가지고 있다 [22, 23]. 심장 독성은 anthracyclines의 reactive oxygen species (ROS)의 증가와 지질의 과산화로 인한 것이다. 그리고 백혈병 유발은 치료 관련 급성 골수성 백혈병 (t-AML)과 치료 관련 급성 프로밀로세포 백혈병 (t-APL)가 대표적이며, t-AML은 mixed lineage leukemia (MLL) 유전자의 재배치에 의한 것이고, t-APL은 promyelocytic leukemia (PML) 유전자의 전좌로 인해서 발생한다. 현재는 부작용을 예방하기 위해 누적 투여량을 제한하고 있지만, 그럼에도 가장 널리 사용 중인 항암제 중 하나이다 [7].

2.3. Topoisomerase inhibitors family

현재 임상적으로 판매된 topoisomerase type 1 inhibitors로는 대표적으로 camptothecin 유도체가 있다 (Table 1, Fig. 2). Camptothecin은 중국의 camptotheca acuminata의 껍질과 줄기에서 분리되어 항암제로 사용되었다. 이것은 주로 topoisomerase type 1B 대상으로 독을 형성시켜서 DNA의 복제를 막고 종양 세포를 사멸시킨다. 그러나 낮은 용해도와 심한 부작용으로 인해 사용이 중지되었다. 그렇기에 이에 파생된 topotecan (Hycamtin), irinotecan, belotecan (Camtobell inj.)가 개발되었다. Topotecan은 최초로 구두 투여를 위해 승인된 hTop1 inhibitor로 난소암, 소세포 폐암 치료제로 사용되고, irinotecan은 결장암과 소세포 폐암을 치료하는 데 사용된다 [24,25]. Belotecan은 이 중 가장 새로운 camptothecin 유도체로 2003년에 한국에서 승인되어 판매되고 있으며, 독성이 감소한 효능을 가지고 있다. 그렇지만 E-ring으로 인한 화학적 불안정하며 골수 억제로 인한 부작용들 때문에 복용량에 제한을 두고 있다 [26-28].

Table 1. 
Summary of approved topoisomerase type 1 inhibitor family
Drug Target Target diseases Approval date Company
Topotecan Type IB poison Ovarian cancer 1996 GlaxoSmithKline
Irinotecan Type IB poison Colon cancer 1996 Pfizer
Belotecan Type IB poison Small cell lung cancer, Ovarian cancer 2003 Chong Kun Dang


Fig. 2. 
Structure of topoisomerase type 1 inhibitors [8].

Topoisomerase type 2 inhibitors는 대부분 hTop IIA poison을 이용한 제제이다 (Table 2, Fig. 3). 대표적으로 anthracycline 제제와 epipodophyllotoxin 제제가 있다. 임상적으로 판매된 anthracycline 제제로는 doxorubicin, epirubicin, valrubicin, daunorubicin이 있다. Doxorubicin은 유방암, 백혈병, 림프종, 육종, 암종 등의 기타 종양의 치료에 사용이 되고 있다. 하지만 이들은 anthracycline가 세미퀴논 라디칼을 형성시키고, 이것이 활성산소종 (ROS)로 인한 산화 스트레스를 발생시킨다. 그렇기 때문에 심장 독성을 발생시키는 부작용을 가지고 있다 [29-31]. Epipodophyllotoxin은 미국의 mayapple plant (Podophyllum peltatum)에서 유래된 천연 물질이다 [32]. Epipodophyllotoxin 제제도 topoisomerase poison 기전을 이용한 항암제이다. 판매된 약품으로는 etoposide와 teniposide가 있다. 이것들은 소세포 폐암, 림프종 백혈병, 고환암, 방광암, 융모성 질환 등을 치료하는 데 사용된다. 또한 기존 ATP와의 결합에 의한 약효 감소를 피하기 위해 새롭게 보고 된 신규 화합물이 보고되고 있다 [33].

Table 2. 
Summary of approved topoisomerase type 2 inhibitor family
Drug Target Target diseases Approval date Company
Doxorubicin Top IIA Acute Lymphoblastic Leukaemias, Acute Myeloblastic Leukemia 1974 Carlo Erba Farmitalia Spa
Daunorubicin Top IIA Acute Lymphocytic Leukemia, Acute Myeloid Meukemia 1979 Sanofi-Aventis
Etoposide Top IIA Kaposi’s sarcoma, Ewing's sarcoma, Lung cancer 1983 Novartis
Amsacrine Top IIA Leukemia, Refractory Leukemia 1983 Erfa Canada
Eptoposide Top IIA Testicular cancer, Lung cancer, Lymphoma 1983 E.R. Squibb & Sons, L.L.C.
Mitoxantrone Top IIA Acute Myeloid Meukemia 1987 Emd Serono
Idarubicin Top IIA Acute Lymphoblastic Leukemia, Chronic Myelogenous Leukemia 1990 Pharmacia and Upjohn
Company LLC
Teniposide Top IIA Acute Lymphocytic Leukemia, Hodgkin's Lymphoma 1992 E.R. Squibb & Sons, L.L.C.
Valrubicin Top IIA Bladder cancer 1998 Endo
Moxifloxacin Top IIA Acute Exacerbation of Chronic Bronchitis (AECB), Bacterial
Conjunctivitis, Skin Infections
1999 Stat Rx
Epirubicin Top IIA Non-Small Cell Lung Carcinoma (NSCLC) 1999 Pharmacia and Upjohn
Company L.L.C.
Dexrazoxane Top IIA Cardiomyopathy 2007 TopoTarget
Pixantrone Top IIA Non-Hodgkin's Lymphoma, Refractory Non-Hodgkin's lymphoma 2012 Cti Life Sciences Limited


Fig. 3. 
Structure of topoisomerase type 2 inhibitors [8].

2.4. Development of topoisomerase inhibitors

FDA 승인을 받은 억제제들의 부작용 개선 및 효능 향상을 위한 새로운 topoisomerase inhibitor들이 보고되고 있으며 임상시험을 진행하고 있다 (Table 3). 임상 1상(Phase 1)을 완료한 물질 중 indenoisoquinolines는 National Cancer Institute (NCI)에서 진행한 연구로 camptothecins에 비해 합성 및 화학적으로 안정적이다. 그리고 ATP-binding cassette transporters (ABC transporters), ATP-binding cassette super family G member 2 (ABCG2)와 P-glycoprotein (MDR1)를 발현하는 세포에서 주로 작용하며 장점이 있다. 현재 임상 2단계를 진행 중인 물질로 AR-67(7-t-butyldimethylsilyl-10-hydroxycamptothecin)가 있으며, 친유성이고 지질 이중 층으로 분할되어 있어서 가수분해로부터 안정적이다. 약물이 가진 10-hydroxy의 기능으로 카복실레이트 약물의 높은 친화적 상호작용을 약화시켰으며 AR-67은 임상 1단계에서 85% 이상의 락톤 안정성을 보여주었다.

Table 3. 
Topoisomerase inhibitor family in clinical trial
Drug Phase NCT# Target diseases Current state Sponsor
Dibenzonaphthyridinones I 00942799 Solid Tumors Completed Genzyme, a Sanofi Company
Namitecan I 01748019 Solid Tumors Completed sigma-tau i.f.r. S.p.A.
Indenoisoquinolines I 01051635 Neoplasms, Lymphoma Completed National Cancer Institute
(NCI)
AR-67 I 01202370 Solid Malignancies Completed Arno Therapeutics
Vosaroxin II 02658487 Acute Myeloid Leukemia, Acute Myeloid
Leukemia Arising From Previous
Myelodysplastic Syndrome, ETC
Active, not
recruiting
Vanderbilt-Ingram Cancer
Center
CRLX101 II 01380769 Non-Small Cell Lung Cancer Completed NewLink Genetics
Corporation
Pixantrone + Rituximab,
Gemcitabine + Rituximab
III 01321541 Diffuse Large B-cell Lymphoma, de Novo
DLBCL, DLBCL Transformed From Indolent
Lymphoma, Follicular Grade 3 Lymphoma
Completed CTI BioPharma
Aldoxorubicin III 02049905 Metastatic, Locally Advanced or Unresectable
Soft Tissue Sarcoma
Completed CytRx

마지막으로 임상 3단계 연구 중인 제제로는 pixantrone와 aldoxorubicin이 있다. 먼저 pixantrone은 CTI BioPharma에서 연구 중이며 이것은 효능을 저하시키지 않으면서 심장 독성을 최소화하도록 만들어진 새로운 anthracenedione이다 [34]. 단독 요법으로 European Medicines Agency에서 승인을 받았으며 rituximab이 처방된 환자에서의 pixantrone의 역할을 확인하기 위해 진행한다. 그리고 CytRx에서 개발 중인 aldoxorubicin은 종양 표적 doxorubicin으로써 연조직 육종을 대상으로 하는 제제로 EMCH(N-ε-maleimidocaproic acid hydrazide) 링커를 통해서 내인성 순환 알부민에 결합하여 종양에 우선으로 축적된다. 이후 종양 환경에서 링커가 분열되며 doxorubicin이 방출되는 기전을 가지고 있기 때문에 전신 독성을 감소시키고 치료 효능을 증가시킨다.


3. HEAT SHOCK PROTEIN 90(HSP90) INHIBITOR

HSP90(heat shock protein 90)은 진핵 세포 내에 풍부한 분자 샤페론 (molecular chaperones) 중 하나로, 대부분의 조직에서 전체 단백질의 약 1~2%를 구성한다 [35,36]. HSP90은 다양한 클라이언트 단백질들 (client proteins)의 안정성과 활성을 유지하기 위해 필요하며, 클라이언트 단백질들은 세포 내에서 신호 전달, 증식, 및 생존에 중요한 역할을 한다. 지난 몇 년 동안 300여 개 이상의 단백질이 HSP90의 클라이언트 단백질로 밝혀졌으며, 막전위 타이로신 키나아제 (transmembrane tyrosine kinases; HER2, EGFR), metastable signaling proteins (Akt, Raf-1 and IKK), 돌연변이 된 신호 전달 단백질 (mutated signaling proteins; p53, v-Src), 키메릭 신호 전달 단백질 (chimeric signaling proteins; Bcr-Abl), 세포 주기 조절기 (cell cycle regulators; Cdk4, Cdk6), 및 스테로이드 수용체 (androgen, estrogen, progesterone receptors) 등이 포함된다 [36]. 이러한 클라이언트 단백질의 대부분이 암에서 변이되거나 과발현 되는 것으로 알려져 있다.

HSP90은 종양 형성과 악성으로의 진행에 중요한 클라이언트 단백질의 성숙과 안정화에 관여하기 때문에 암세포는 특히 HSP90의 기능에 의존하게 된다. 또한 종양에서의 저산소증, 낮은 pH, 및 낮은 영양공급과 같은 스트레스 환경 조건은 단백질을 불안정하게 하므로 암세포는 HSP90의 발현이 높게 나타난다. 이러한 HSP90에 대한 종양 세포의 비정상적인 의존도는 정상세포와 대조적으로 총 단백질의 약 4~6%를 구성한다.

3.1. Function of HSP90

HSP90은 세포 형질전환과 종양 진행을 유발하는 영양소, 산소 결핍 및 독성물질에 대한 노출 같은 종양 미세환경의 변화에 반응하여 당분해 대사와 산화적 인산화 사이의 평형을 조절하는 필수적인 역할을 한다 (Fig. 4) [35,36]. HSP90 샤페론은 복잡한 대사 경로에 관여하는 단백질의 발현을 제어하는 HSP90 의존성 신호 전달 경로를 변경함으로써 간접적으로 대사 변화를 조절할 수 있다. 또한 일부 대사 효소의 안정성과 형태, 기능적 활성을 제어함으로써 직접적으로 대사를 조절할 수 있다.


Fig. 4. 
Overview of HSP90 function in the cancer cells and normal cell (a) and HSP90-interacting co-chaperones and HSP90-dependent client proteins (b) [32,35].

이러한 HSP90은 암세포에서 대사 핵심 규제에 관련된 여러 세포 신호 경로를 상호작용하고 변형시킨다 [37]. HSP90은 글루코오즈 트랜스포터 (Glucose transporter, GLUTs) 글루타민 트랜스포터 (SLC2A5), 젖산염 탈수소효소 (lactate dehydrogenase, LDHA), 및 피루베이트 키나아제 근육 이소자임2 (Pyruvate kinase muscle isozyme, PKM2)의 발현을 조절하는 c-MYC의 접힘, 안정성, 및 활성을 조절한다 [38]. 이는 생합성 경로에 사용되는 당분해 중간체의 과잉 생산으로 인해 당분해 속도 증가를 유발한다. 저산소 상태에서 HSP90은 PFK1 (phosphofructokinase 1), GAPDH (glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase), LDHA(lactate dehydrogenase A), 및 HK II (hexokinase II)와 같은 GLUTs와 해당효소를 암호화하는 유전자의 발현을 유도하는 HIFα (hydroxia-inducible factor 1 alpha)를 안정화시킨다. 또한 HSP90의 억제는 HSP90 클라이언트 단백질 복합체를 변화 시켜 활성 감소를 일으키며, 그 후 클라이언트 단백질의 유비퀴틴 매개 단백질 분해와 동시에 oncoprotein의 고갈, 악성 표현형의 종양 형성 신호 전달 경로를 통해 신호를 하향 조절한다 [36].

3.2. Mechanism action of HSP90 inhibitor

대부분의 HSP90 억제제는 N-말단의 ATP 결합 포켓 (ATP binding pocket)을 차단하고 co-chaperone과 client protein 로딩에 필수적으로 필요한 구조적 변화를 억제한다 (Fig. 5(a)) [39-41]. Geldanamycin (GA)는 HSP90의 N-말단 ATP 결합 포켓에 결합하여 HSP90의 구조 변화를 방해하여 기능을 저해시킨다 [42]. GA는 ATP와 비교하여 ATP 결합 부위에 대해 ~100배 더 높은 친화성을 갖는다. GA는 HSP90에서 Leu48, Asn51, Gly97, Thr184, 및 Gly137에 수소결합을 형성하고, Asn55, Ile96, Met98, Asp102, Asn106, Leu107, Phe138, 및 Val150에 소수성 결합을 형성한다 (Fig. 5(b)) [43]. GA와 그 유사체들은 HSP90을 ‘닫힌(Closed)’ 형태로 유지하고 ATP 주기의 촉진을 방지한다. HSP90에 의해 통제받지 못한 client protein은 proteasomic machinery에 의해 분해 된다. HSP90의 또 다른 억제제인 Radicicol은 p60 v-src 단백질 키나아제의 고갈과 Kras 활성 신호 전달 경로의 억제를 통해 in vitro와 in vivo에서 암세포 증식 및 혈관 신생을 억제할 수 있다. 또한 HSP90의 N` 말단 도메인에 경쟁적으로 결합하여 HSP90 복합체 형성을 방해한다 [44].


Fig. 5. 
The HSP90 chaperone cycle (a) and HSP90 biding site with HSP90 inhibitors (b) [32,36]

3.3. HSP90 inhibitors
3.3.1. Geldanamycin (GA) derivatives

Geldanamycin (GA)는 1970년 Streptomyces hygroscopicus의 발효 배양액에서 처음 분리된 벤조퀴아닌 안사마이신 (benzoquinone ansamycin)이다 (Fig. 6) [45,46]. GA는 처음 src 키나아제의 직접적인 억제제로 구분되었지만, HSP90에 직접적으로 결합하여 HSP90-v-src 이종 복합체의 형성을 방해하는 것으로 나타났다. 또한 GA는 N-말단 도메인의 뉴클레오타이드 결합 부분에 결합하기 위해 ATP와 경쟁함으로써 HSP90의 ATPase 활성을 억제하여 클라이언트 단백질의 유비퀴틴 매개 프로테아좀 분해를 일으킨다 [47,48]. GA는 in vivo 실험에서 강력한 항암효과가 나타났지만, 용해도와 생체 내 안정성이 제한적이며 동물 모델에서 간독성이 높게 관찰되었기에 임상적 이용가능성이 없는 것으로 판명되었다. 이에 GA과 유사한 항암 효과를 가지지만 독성이 낮은 GA derivatives에 대한 연구가 진행되었으며 대표적인 GA derivatives에는 17-AAG(17-Allyl-17-Demethoxygeldanamycin), 17-DMAG(17-desmethoxy-17-N, N-dimethylaminoethylaminogel danamycin), IPI-504 등이 있다 [49,50].


Fig. 6. 
Structure of heat shock protein 90 (HSP90) inhibitors [38].

17-AAG는 GA와 유사하지만, 독성 프로필이 개선된 화합물이다. 또한 17-AAG는 전임상 모델에서 높은 항암 활성과 생물학적 활성이 예측되었지만, in vitro에서 세포성색전(cytostasis)을 일으키거나 세포자멸사를 유발할 수 있다. 17-DMAG는 GA의 C-17 메톡시 그룹을 N, N-dimethylethylamine로 대체하여 만들어졌다. 17-DMAG는 이온화 가능한 아미노 그룹이 존재하기 때문에 17-AAG에 비해 수용성이 증가하였으며, 경구 생체 이용률과 더 큰 항종양 효과를 나타냈다 [50].

IPI-504 (17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin hydroquinone hydrochloride)는 17-AAG의 또 다른 수용성 하이드로퀴논 하이드로클로라이드 유사체이다. IPI-504는 디티온산나트륨 (sodium dithionite)으로 17-AAG를 환원시킨 다음, 17-AAG의 염산염으로 전환하여 제조할 수 있다. IPI-504와 17-AAG는 실제로 산화환원효소의 작용을 통해 하이드로퀴논 (IPI-504와 유사)과 퀴논 (17-AAG와 유사)의 형태 사이에 in vivo에서 산화환원 평형으로 존재한다. 하이드로퀴논 형태인 IPI-504는 HSP90의 강력한 억제제이다.

3.3.2. Purine Derivatives

HSP90은 다른 ATP/ADP 결합 단백질에 대한 저분자에 의한 선택적 억제를 가능하게 하는 결합 뉴클레오타이드 (bound nucleotide)에 의해 채택된 독특한 형태를 가지는 대부분의 다른 ATPas들 사이에서 독특한 접힘을 가진다 [51]. 이러한 독특한 접힘의 이점을 이용하고 구조 기반 접근 방식을 사용하여, 최초로 합성 HSP90 억제제로 만들어진 것이 퓨린-스캐폴드를 기반으로 만들어진 PU3이다. PU3는 퓨린-스캐폴드 클래스의 프로토타입으로서, 의약품 특성이 개선된 강력한 선택적 억제제를 토출하기 위한 다양한 전략을 통해 최적화되었다. 임상시험이 진행된 대상에는 퓨린 CNF2024/BIIB021, MPC-3100, PU-H71뿐만 아니라 퓨린과 유사한 Debio 0932 (CUDC-305)가 포함된다 (Fig. 6).

3.3.3. Resorcinol Derivatives (RD)

레조르시놀 유사체 (Resorcinol Derivatives, RD)는 1953년에 처음으로 곰팡이 Monosporium bonorden으로부터 분리된 마이크로사이클릭 락톤 (macrocyclic lactone) 항생제다 [52]. RD는 혈청에서 안정하지 않고 in vivo 활성이 낮지만, STA-9090뿐만 아니라 NVP-AUY922, KW-2478, AT13387 등이 임상시험 진행 중이다 (Fig. 6). 이러한 분자들은 RD의 직접적인 변형을 통해 발견되진 않았지만, 레조르시놀 코어를 결합의 중요 요소로 유지함으로써 유사하다.

3.4. Development of HSP90 inhibitor
3.4.1. Geldanamycin derivative

HSP90 억제제에 대한 임상 진행은 geldanaymycin derivatives, purine derivatives, resorcinol derivatives 계열 약물들 모두 활발히 진행되고 있다 (Table 4). Tanespimycin(17-AAG)은 HSP90 inhibitor 중 가장 처음으로 임상시험에 들어간 약물이다 [50]. Phase I 임상 단계에서 설사, 메스꺼움, 구토, transaminase elevation과 피로를 포함한 독성이 나타났다. 또한 전이성 흑색종 (metastatic melanoma) 환자를 대상으로 한 후속 phase II 임상 시험에서 MARK 경로의 지속적인 억제는 치료 후 생체검사에서 관찰되지 않았다. 17-AAG는 계란 인지질과 4% DMSO를 포함하는 희석제를 필요로 하므로 추가적인 독성을 유발하게 된다. 따라서 실제로 이 화합물에 대한 소아 phase I 임상 단계에서 DMSO의 부피는 용량증대 (dose escalation)의 제한 요소가 되었다. 유방암과 다발성 골수종에서 작용제를 통합한 결합요법의 유망한 활성과 제형의 개선에도 불구하고, 17-AAG의 개발은 소유주인 Bristol-Myers Squibb에 의해 중단되었다. 17-DMAG는 17-AAG과 대비하여 수용성이 개선되었으며, 여러 용량, 투여 일정, 및 투여 방법으로 테스트되었다 [49]. 이러한 17-DMAG는 전립선암과 흑색종에서 2lj항암 효과가 관찰되었지만 폐렴, transaminitis, 및 시력 변화를 포함한 독성에 의해 개발이 제한되었으며, 17-DMAG의 개발은 용량, 투여 빈도, 표적 억제 기간 및 독성을 조절하는 어려움으로 제한적으로 진행되고 있다.

Table 4. 
Hsp90 inhibitor family in clinical trial
Class Drug Phase NCT# Target diseases Current state Sponsor
Geldanamycin
Derivatives
Tanespimycin
(17-AAG,
KOS-953)
II 00118248 Advanced or metastatic thyroid cancer Completed National Cancer Institute
(NCI)
III 00546780 Multiple myeloma Completed Bristol-Myers Squibb
Alvespimycin
(17-DMAG)
I 00803556 Advanced Solid Tumor Malignancies,
Breast cancer
Completed Bristol-Myers Squibb
Retaspimycin
(IPI-504)
II 01362400 NSCLC (Non Small Cell Lung Cancer) Completed Infinity Pharmaceuticals,
Inc.
Purine
Derivatives
CNF2024/
BIIB021
I 00344786 B-Cell Chronic Lymphocytic Leukemia Terminated Biogen
MPC-3100 I 00920205 Cancer Completed Myrexis Inc.
PU-H71 I 01393509 Metastatic Solid Tumor, Lymphoma,
Myeloproliferative Neoplasms (MPN)
Active,
not recruiting
Memorial Sloan Kettering
Cancer Center
Debio-0932
(CUDC305)
I 01168752 Advanced solid tumors, Lymphoma Completed Debiopharm International
SA
Rasorcinol
Derivatives
Ganetespib
(STA-9090)
II 01273896 Breast cancer Completed Memorial Sloan Kettering
Cancer Center/ Synta
Pharmaceuticals Corp.
01031225
01167114
01200238
01173523
01039519
NSCLC
Esophagogastric cancer
Oclular melanoma
SCLC (Small Cell Lung Cancer)
GIST (Gastrointestinal Stromal Tumor)
Completed Synta Pharmaceuticals
Corp.
NVP-AUY922
(VER52269)
I/II 00526045 Breast cancer, Hematologic neoplasms Completed Novartis Pharmaceuticals
II 01124864 NSCLC Completed
KW-2478 I 00457782 Multiple myeloma, Chronic Lymphocytic
Leukaemia (CLL), B-cell Non-Hodgkin's
Lymphoma
Completed Kyowa Kirin
Pharmaceutical
Development, Inc.
I/II 01063907 Multiple myeloma, Completed
AT13387 I 00878423 Metastatic solid tumors Completed Astex Pharmaceuticals, Inc.
01246102 Solid tumors, Breast cancer Completed National Cancer Institute
(NCI)

IPI-504는 phase II/III 임상시험이 진행되었으나 17-AAG와 17-DMAG와 마찬가지로 주요 용량 제한 독성 (dose-limiting toxicity)은 간 독성이었다 [53]. 위장 기질 종양 (gastrointestinal stromal tumors, GIST) 환자를 대상으로 한 phase III 임상시험 결과에서 4명의 사망자가 발생하여 연구가 조기 종료되었다. 대조적으로 pre-treated 된 NSCLC 환자를 대상으로 동일한 복용량과 투여 일정으로 진행한 phase II 임상 시험에서는 허용 가능한 안전 프로파일이 입증되었는데 IPI-504의 독성 프로파일은 높은 용량과 투여 일정에 따라 나타난다.

3.4.2. Purine Derivatives

BIIB021는 phase I/II 임상시험에서 만성 림프구성 백혈병 환자 1명은 림프절 크기가 39% 감소하였으며, 16명을 대상으로 한 평가 중 11명이 안정 (stable disease, SD)을 나타냈다 [54,55]. 이러한 데이터를 바탕으로 아로마신 (Aromasin)과 결합하여 phase II 임상 시험이 계획되었으나 BIB021가 개발사인 Biogen은 진행하지 않았다. MPC-3100은 phase I 임상시험을 완료하였나, 용해성과 생물학적 이용 가능성이 낮기 때문에 전구약물 (pro-drug)인 MPC-0767 개발 계획 중이다. PU-H71은 진행성 고형암, 림프종, 골수종 장애를 가진 환자를 대상으로 phase I 임상 시험에서 평가되고 있다.

3.4.3. Resorcinol Derivatives

Ganetespib (STA-9090)은 단일 제제 임상 활성이 비소세포폐암 (Non-small-cell lung carcinoma, NSCLC), 유방암, 위암, 흑색종 및 장암에서 확인되었다 [56]. 가장 빈번한 부작용은 일시적인 설사인데, 운동성 감소제로 관리가 가능했다. 단일제제로 유방암에 대한 phase II 임상 시험의 초기 결과로, 진행된 질병에 대해 이전에 최대 3개의 화학요법을 받은 환자에게서 9%의 객관적인 반응률이 나타났다. 삼중 음성 유방암 (triple-negative breast cancer)으로 치료받은 3명 중 1명은 경미한 반응/안정된 질병이 나타났으며, 이러한 결과는 HSP90의 억제 효과가 phospho-STAT3+삼중음성유방암 세포에 대해 매우 효과적인 것으로 밝혀진 전임상 연구와 일치한다.


4. MTOR(MAMMALIAN TARGET OF REPAPMYCIN) INHIBITOR

Rapamycin의 발견은 1965년 이스터 섬의 Rapa Nui에서 자연적으로 발생하여 발견된 Streptomyces hygroscopicus (S.hygroscopicus) 균주에서 분리 배양을 바탕으로 1970년에 S.hygroscopicus의 Secondary metabolite 중 하나로 항진균 치료제로써 연구가 진행되었다 [57]. 또한 rapamycin의 이용은 항진균제로의 응용뿐만 아니라 동물세포 내에서의 성장 및 대사작용에도 영향을 끼쳐 종양에 치료제로서의 가능성과 면역 억제제로서의 작용이 대두되었다 [58,59]. 이러한 Rapamycin은 동물세포 내의 특이적인 단백질들을 목표로 작용하게 되며, 세포의 성장과 대사과정을 억제하게 되는데, 이러한 rapamycin의 기전에 대한 연구자들의 흥미는 rapamycin의 목표 단백질인 mTOR1과 mTOR2 복합체에 대한 발견으로 이루어지게 된다 [60].

mTOR는 세포 내에서 생장과 대사작용을 조절하는 역할을 해주는 중요한 단백질 kinase이다 (Fig. 7). mTOR는 세포 내에서 mTOR complex (mTORC/mTOR 복합체)를 구성하는 촉매 서브 유닛으로 mTORC는 크게 두 가지로 구분된다. mTORC1은 mTOR의 조절 단백질 (Raptor), mLST8/GβL, Deptor 및 프롤린이 풍부한 Akt 기질 40으로 구성된다. mTORC2는 mTOR, Rictor (rapamycin 비민감성 동반자), mLST8/ GβL, Protor, Deptor 및 포유류 스트레스 활성화 단백질 키나아제 상호 작용 단백질 (mSIN1)으로 구성된다 [61]. mTOR1은 영양소, 성장 인자, 에너지 신호 및 세포 스트레스를 포함한 다양한 환경 신호에 의해 조절된다. mTORC2의 기능은 mTORC1에 비해 잘 알려져 있지 않지만 성장 인자에 의해 직접적 또는 간접적으로 자극되는 것으로 알려져 있다 [62]. 이러한 mTORC 작용은 세포사멸, 성장, 자식작용의 영향을 미쳐 세포의 생장을 조절하므로 골다공증, 당뇨병 등과 같은 다양한 만성 질환의 발병에 영향을 끼치며, 대표적으로 암 발병에도 연관이 있음이 시사되었다 [63-65].


Fig. 7. 
mTOR signal pathway in the cell [54].

4.1. Function of mTOR

mTOR는 세포 내의 대사 과정 중 중간 물질로서의 역할이 되는 경우가 많이 존재한다. 다양한 요인들에 의한 mTOR의 활성화는 당, 아미노산, WNT signaling, 성장인자와 같은 외부의 물질이 세포 내의 신호 전달을 전달시키면서 발생하는 물질에 의해 진행되게 된다. mTOR의 활성화는 다양한 세포의 생명활동으로 이어지는 만큼 배아 줄기세포에서도 중요한 역할을 수행하는데, 이는 쥐의 배아줄기세포 (ESC; Embryonic stem cell)에서의 mTOR 유전자 knock out을 통해 mTOR 유전자의 음성 세포를 구축하였고, 이는 배아줄기세포의 생명활동에 치명적임을 시사하였다 [66,67]. 또한, mTOR는 당, 단백질, 및 지방의 이화작용 및 전반적인 세포내 에너지 저장을 관리하여 세포의 생장 및 성장을 조절하는 단백질이다. 이러한 mTOR의 작용은 에너지의 공급이 적어질 때, mTOR의 작용이 정상적으로 저해되어 항상성을 유지하도록 조절된다. 그러나 암세포 내에서는 이러한 mTOR활성화의 조절이 제대로 이루어지지 않아 비정상적으로 mTOR관련 대사과정이 활성화가 이루어지는 것이 관찰되었다 [68].

mTOR 단백질 관련 대사과정의 과활성화는 암세포의 발현을 촉진시키는 것을 확인할 수 있었다. 일반적인 breast epithelial cell에 oncogenic PI3K (H1047R)와 K-Ras (G12V)의 발현은 mTOR 단백질의 대사를 촉진하여, de novo lipogenesis를 촉진하여 유방암세포로의 분화를 유도하였다 [69]. 또한 방광암세포에서 Pyruvate kinase M2 (PKM2) 과발현에 의해 Fatty acid synthase (FASN)의 종결 단계가 활성화되어 방광암 세포 내의 lipogenesis가 과활성화되는 것과 더 나아가 AKT/mTOR signaling pathway를 저해해주는 sterol regulatory element binding protein 1c (SREBP 1c)의 발현이 저해되는 것을 통해 암세포 내의 mTOR의 작용이 과활성화 되는 것을 확인할 수 있었다 [70]. mTOR는 암의 진행 및 전이에도 중요한 역할을 하는데 mTORC1과 mTORC2는 대장암에서 상피-간엽 전이, 운동성 및 전이에 밀접한 것으로 나타났다. mTORC2는 유방암 및 신경 교종과 같은 암에서 전이에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 암세포 내에서 mTOR 단백질의 대사촉진은 암세포의 생장 및 분화에 필요한 영양분공급에 영향을 미쳐 암세포 생장을 활성화시키는 작용한다.

4.2. Mechanism action of mTOR inhibitors

mTOR 복합체가 암세포의 성장 및 증식에 중요한 역할을 하며 이 복합체 구성을 위해서는 mTOR가 촉매 역할을 해야 한다. 복합체 형성 단백질 중 FKBP12 단백질은 mTOR의 FRB 부위에 결합하여 복합체 형성을 관여하는데 rapamycin은 이 단백질에 비가역적으로 결합하여 키나아제 활성을 억제한다 (Fig. 8) [71]. Rapalogos는 rapamaycin과 유사한 작용 메커니즘을 유지하여 1세대 약물인 Termsirolimus와 2세대 everolimus는 각각 FKBP12와 cyclophilin FKBP-1에 결합하여 mTORC1의 활성을 저해한다. 3세대 저해제인 Halitulin analog ICSN3250은 mTOR 단백질내의 FRB domain 상에 존재하는 phospholipids acid와 경쟁적으로 작용하여 억제하는 효과를 나타낸다. 또한 LY3023414약물의 경우 시험관 내 실험에서 PI3K/mTOR/DNA 의존성 protein kinase (DNA-PK) pathway를 저해 시켜 암세포의 성장을 억제하게 된다. mTORC1에 대해서는 직접적으로 작용하는 반면 mTORC2는 일반적으로 rapalogs에 반응이 낮고 간접적인 것으로 알려져 있다. 약물에 대한 장기 노출에 따라 mTORC2의 조립이 억제되고 이후 Akt 신호 전달이 억제되어 효과가 나타나게 되는데 급성 골수성 백혈병 환자에서 termsirolimus와 everolimus의 치료효과를 통해 기전이 입증되었다.


Fig. 8. 
Structure and function of mTOR complex 1 and 2 [64].

4.3. mTOR inhibitors

체내 암세포의 성장을 위해선 영양공급 및 비정상적인 분열 과정이 이루어지므로 대부분의 암세포에서는 mTOR 단백질의 과활성화가 이루어지는 것을 발견했고, 이를 억제하기 위한 억제제 개발이 진행되었다. 1세대 약물인 temsirolimus (Torisel®)와 2세대 약물로는 everolimus (Afinitor®)를 이용하여 신장 및 유방암 치료제로 FDA 승인이 진행되었다 [72,73]. Temsirolimus는 고도 renal cell calcinoma (RCC)치료에 사용되었다. Everolimus는 exemestane (Aromasin®)과의 병용 요법을 통해 sunitinib (Sutent®) 또는 sorafenib (Nexavar®)에 의한 치료가 불가능한 RCC치료제로 적용 중이며, 호르몬 수용체 양성 및 Her2 음성 유방암, pancreatic neuromedicinal tumors (pNET), subependymal giants-cell astrocytoma (SEGA)까지 적용되어 temsirolimus보다 더 다양한 암종 치료에 응용되고 있다.

4.4. Development of mTOR inhibitors

더 나아가 3세대 mTOR 억제제로서의 응용 및 연구가 진행되고 있다 (Table 5). Rapalink-1은 mTOR 단백질에 대한 두 가지 target 유전자에 동시에 작용한다. Rapalink-1은 강력한 항암효과를 가지며, 기존의 1세대 및 2세대 mTOR 억제제의 내성을 가지는 종양의 치료가 가능하다. 이러한 rapalink-1의 제작 방법은 새로운 항암제, 항바이러스제, 항균제 등의 설계를 위한 성공적인 모델로 보여진다 [74]. 또한 1세대 및 2세대 mTOR 억제제가 아닌 새로운 물질을 이용한 3세대 mTOR억제제의 발견이 이루어지고 있다. Halitulin analog ICSN3250는 mTOR 단백질 내에 FRB domain 상에 존재하는 phospholipids acid와 경쟁적으로 작용하여 이를 대체하고, mTOR의 저해를 일으키는 새로운 억제제로 보이고 있다 [75]. 또한 이전에 발견된 LY3023414 약물의 경우 시험관 내 실험에서 PI3K/mTOR/DNA 의존성 protein kinase (DNA-PK) pathway를 저해 시켜 암세포의 생장을 막는 기전이 밝혀졌고, 임상실험에서, phosphoinositide-3-kinase regulatory subunit 1 (PIK3R1) 및 PTEN mutations을 가지는 자궁내막 종양에서의 지속적인 부분적 관해에 결과를 나타내었다 [76].

Table 5. 
mTOR inhibitor family in clinical trial
Drug Phase NCT# Target diseases Current State Sponsor
Temsirolimus I 01050985 Advanced Solid Tumors Completed Georgetown University
01065662 Endometrial Cancer, Ovarian Cancer, Cervical
Cancer, ETC
Completed Susana M. Campos, MD
II 00838955 Hodgkin's Lymphoma Terminated Loyola University
01687673 Hepatocellular Carcinoma Completed University of California, San
Francisco
III 04433572 Alveolar Rhabdomyosarcoma,Botryoid-Type
Embryonal Rhabdomyosarcoma, Embryonal
Rhabdomyosarcoma
Recruiting National Cancer Institute (NCI)
IV 01180049 Non-Hodgkin's Lymphoma Completed Pfizer
Everolimus I 02138929 Esophageal Cancer Completed M.D. Anderson Cancer Center
01430572 Advanced Cancers, Solid Tumors Active,
Not recruiting
M.D. Anderson Cancer Center
II 01661283 Malignant Peripheral Nerve Sheath Tumors,
MPNST, Sarcoma
Completed Sarcoma Alliance for Research
through Collaboration
01263951 Differentiated Thyroid Cancer Completed Abramson Cancer Center of the
University of Pennsylvania
III 01524783 Advanced NET of GI Origin, Advanced NET
of Lung Origin Neuroendocrine Tumors
Completed Novartis Pharmaceuticals
IV 01514448 Metastatic Renal Cell Carcinoma (mRCC) Completed Novartis Pharmaceuticals
03525834 Renal Angiomyolipoma Completed Novartis Pharmaceuticals
Sunitinib I 03900793 Osteosarcoma Completed University of Colorado, Denver
02164240 Gastrointestinal Stromal Tumor Active,
Not recruiting
Dana-Farber Cancer Institute
II 02713763 Pancreatic Neuroendocrine Tumour Metastatic Completed Grupo Espanol de Tumores
Neuroendocrinos
03066427 Clear Cell Renal Carcinoma Completed NCT03066427
III 03673501 Clear Cell Renal Cell Carcinoma, Stage I
Renal Cell Cancer AJCC v6 and v7, Stage II
Renal Cell Cancer AJCC v7, Stage III Renal
Cell Cancer AJCC v7
Completed Deciphera Pharmaceuticals LLC
01164202 Liver Cancer Completed Federation Francophone de
Cancerologie Digestive
IV 01525550 Well-differentiated Pancreatic Neuroendocrine
Tumor
Completed Pfizer
LY3023414 II 02407054 Prostate Cancer Metastatic Completed Eli Lilly and Company
04032080 Triple Negative Breast Cancer Recruiting Baylor Research Institute

이러한 mTOR 억제제의 항암제로서의 다양한 응용은 연구가 지속되고 있으며, 빠른 속도로 진행되고 있다. 또한 다양한 약물들이 임상에서 시도되고 있으며, 더 나아가 새로운 항암제가 개발될 것으로 전망되고 있다.


5. TYROSINE KINASE INHIBITOR

Protein tyrosine kinase (PTK)는 ATP를 이용하여 단백질의 특정 tyrosine residues를 인산화하고 이를 통해 세포의 proliferation, differentiation, migration, metabolism 및 programmed cell death에 관여한다 [77]. PTK는 수용체 PTK (RTK) 및 비수용체 PTK (NRTK)으로 나눌 수 있다. RTK에는 표피 성장인자 수용체 (Epidermal growth factor receptor, EGFR), 혈소판 유도 성장인자 수용체 (Platelet-derived growth factor receptor, PDGFR), 혈관 내피 성장인자 수용체 (Vascular endothelial growth factor receptor, VEGFR), 인슐린 수용체 (Insulin receptor, InsR) 계열 등이 있다 [78]. 그들은 보통 특정 ligand에 결합하는 세포 외 region, transmembrane 영역, 및 substrate에 선택적으로 결합하고 인산화하는 세포 내 kinase domain을 가지고 있다. RTK는 표적 단백질의 ligand 및 인산화 된 tyrosine residues에 결합할 수 있으며 여러 signal pathway를 통해 signal을 전달하여 일련의 생화학적 반응 활성화 및 종합적인 세포 반응 (예: 세포 증식)을 일으킬 수 있다 [79]. 암에 대한 임상 연구는 이러한 수용체와 그 ligand가 많은 종양에서 중요하다는 것을 보여주었고, 많은 암들은 과도한 tyrosine 인산화 signal을 세포로 유발하는 성장인자를 지나치게 많이 가지고 있다. NRTK는 일반적으로 세포 외 region이 없다. 이들은 보통 세포막과 결합되거나 세포질 내에 존재하는데, Abl kinase, Src kinase 계열 등이 포함된다. NRTK는 주로 cytokine 수용체, T세포 수용체 및 기타 signal pathway를 통해 signal 전달을 수행한다 [80]. T 림프구 수용체, B 림프구 수용체, 및 immunoglobulin 수용체 등은 NRTK를 모집한 후 tyrosine 인산화를 통해 signal 전달 복합체를 형성한 후 downstream signal 전달을 활성화하고 세포 증식을 촉진하며 종양 형성을 유도할 수 있다. 따라서 PTK의 작용을 억제하는 tyrosine kinase inhibitor (TKI)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

5.1. Function of tyrosin kinase

수용체 tyrosine kinase의 세포 외 region에 성장인자를 포함하는 신호 전달 단백질 및 호르몬이 결합되면 세포 내 region에 ATP가 결합한다 (Fig. 9) [81-84]. 그 후 수용체는 ATP로부터 인산기를 제거하고 이를 수용체 또는 effector 단백질 상의 tyrosine residues로 옮겨 인산화한다. 인산화된 tyrosine residues은 수용체에 연결된 effector 단백질의 docking site로 작용하고 PI3K/AKT/mTOR signal pathway, RAS/RAF/MEK/ERK signal pathway, JAK/STAT signal pathway를 통해 세포 증식, 세포 생존, 단백질 합성 등에 관여하는 transcription factor (예를 들어 성장인자)를 발현시킨다. NRTK 또한 cytokine 수용체, T 림프구 수용체 등의 신호에 의해 활성화되어 ATP의 인산기를 tyrosine residues로 옮겨 인산화시키고 RAS/RAF/MEK/ERK signal pathway 또는 STAT signal pathway를 통해 세포 증식을 촉진한다. TKI는 이러한 PTK의 pathway에서 RTK와 NRTK에 존재하는 ATP 또는 신호 전달 단백질 및 호르몬 결합 부위에 결합하거나 특정 kinase에 결합하여 표적의 형태적 변화를 유도한다. 이를 이용해 tyrosine residues 인산화를 억제하여 tyrosine kinase의 활성을 저하시킨다 [85].


Fig. 9. 
Summary of signaling mechanism of receptor tyrosine kinase(RTK) [76].

5.2. Mechanism action of tyrosine kinase inhibitors

지금까지 알려진 대부분의 TKI는 ATP와 경쟁적으로 결합하는 것으로 알려져 있다 [84,86]. ATP는 Tyrosine kinase에 adenine ting에서 tyrosine kinase의 ATP 결합 cleft까지 수소 결합이 형성되면서 결합하게 된다 [87]. TKI는 tyrosine kinase의 ATP 결합 부위에 특이적으로 결합하여 ATP의 결합을 방해함으로써 tyrosine kinase의 활성을 저해한다. I 형 TKI는 tyrosine kinase의 활성 형태를 인식한다. I 형 TKI는 ATP에 의해 일반적으로 형성되는 수소 결합을 모방하는 1~3개의 수소 결합으로 ATP 결합 부위에 결합한다. I 형 TKI와 달리, II 형 TKI는 tyrosine kinase의 비활성 형태를 인식한다. II 형 억제제는 ATP 결합 부위에 직접 인접한 소수성 pocket을 점유하여 ATP와 간접적으로 경쟁합니다. 이 소수성 pocket은 activation loop의 DFG-out 형태에 의해 생성됩니다. 이 독특한 DFG-out 형태는 allosteric site라고도하며, II 형 억제제는 allosteric 방식으로 tyrosine kinase 활성을 조절할 수 있습니다. III 형 TKI는 공유 억제제로 알려져 있다. 이러한 억제제는 tyrosine kinase의 특정 부위에서 cysteine에 공유 결합하도록 개발되었다. cysteine 잔기에 존재하는 황 (S)은 전자가 풍부한 원자로, TKI의 친 전자성 그룹과 반응한다. 그 결과, TKI와 cysteine 잔기는 전자를 공유함으로써 비가역적으로 결합한다. 이것은 TKI가 ATP의 tyrosine kinase에 대한 결합을 차단하고 tyrosine kinase의 활성화를 방지한다 [86,88].

5.3. Tyrosine kinase inhibitor family
5.3.1. Imatinib

다양한 tyrosine kinase inhibitor들이 개발되어 승인을 받았으며, 그 중 imatinib은 최초의 FDA 승인 TKI로 ABL, BCR-ABL, PDGFRA 및 c-KIT에 대해 활성을 갖는다 (Table 6, Fig. 9). Tyrosine kinase의 활성 부위는 각각 ATP에 대한 결합 부위를 가지고 있고 tyrosine kinase에 의해 촉매 되는 효소 활성은 ATP에서 기질의 tyrosine residues로 말단 인산염을 전달한다 [89]. Imatinib는 ATP 결합 부위에 가깝게 결합하여 폐쇄되는 방식으로 작동한다. 이 과정은 백혈병 발생을 촉진하는 downstream signal pathway를 “swiching”한다. Imatinib은 비 암세포의 ABL 단백질도 억제하지만, 일반적으로 세포에는 ABL tyrosine kinase가 억제되더라도 계속 기능할 수 있는 추가 중복 tyrosine kinase가 있다. 그러나 일부 종양 세포는 BCR-ABL에 의존한다. Bcr-Abl에 대한 활성 이외에도 돌연변이된 c-KIT 및 PDGFR을 억제하기 때문에, 종양의 90%가 c-KIT 돌연변이를 보유하고 30%~50%가 PDGFR에서 돌연변이를 보유하는 Gastrointestinal Stromal Tumor (GIST)의 치료에 사용된다 [90]. Imatinib은 GIST에서 발생하는 돌연변이 c-KIT에 효과적이지만, acute myeloid leukemia (AML) 및 전신 비만세포증 (Systemic mastocytosis, SM)에서 발생하는 활성 부위 돌연변이에 대해서는 활성이 없다.

Table 6. 
Summary of approved tyrosine kinase inhibitor family
Drug Target Target diseases Approval date Company
Imatinib Abl, PDGFR, SCFR CML, GIST 2001 Novartis
Gefitinib EGFR NSCLC 2003 AstraZeneca
Nilotinib Bcr-Abl, PDGFR CML 2004 Novartis
Sorafenib Raf, VEGFR, PDGER Advanced RCC 2005 Bayer
Sunitinib PDGFR, VEGFR, GIST, Advanced RCC 2006 Pfizer
Dasatinib Bcr-Abl, SRC, PDGFR CML 2006 Bristol-Myers Squibb
Lapatinib EGFR Breast cancer 2007 GlaxoSmithKline
Pazopanib VEGFR, PDGFR, FGFR Advanced RCC, STS, NSCLC 2009 GlaxoSmithKline
Crizotinib ALK NSCLC 2011 Pfizer
Ruxolitinib JAK1, JAK2 Myelofibrosis 2011 Novartis
Vandetanib VEGFR, EGFR Advanced Thyroid cancer 2011 AstraZeneca
Axitinib VEGFR Advanced RCC 2012 Pfizer
Bosutinib Abl, SRC CML 2012 Wyeth
Afatinib EGFR NSCLC 2013 Boehringer Ingelheim
Erlotinib EGFR NSCLC 2013 Roche
Ceritinib ALK NSCLC 2014 Novartis
Osimertinib EGFR NSCLC 2015 AstraZeneca
Lenvatinib VEGFR DTC 2015 Eisai
Alectinib ALK NSCLC 2015 Roche
Regorafenib VEGFR, EGFR HCC, CRC, GIST 2017 Bayer
Neratinib HER2 Breast cancer 2017 Puma
Brigatinib ALK NSCLC 2017 Ariad
Tucatinib HER2 Breast cancer 2020 Seattle Genetics

5.3.2. Afatinib

Afatinib은 EGFR 및 HER2 표적을 동시에 억제하는 2세대의 대표적인 비가역적 강력한 TKI이다 (Fig. 10). Gefitinib과 같은 1세대 TKI와는 달리, afatinib은 ErbB 수용체 계열 (EGFR / ErbB1, HER2 / ErbB2, ErbB3, ErbB4)의 모든 관련 동종이량체 및 이종이량체로부터의 신호를 비가역적으로 차단하는 ErbB 계열 차단제이다 [91]. ErbB 수용체에 공유 결합하여 인산화를 차단하고 따라서 downstream 세포 signal 전달을 차단한다. 이 약물은 2013년 7월에 전이성 NSCLC에서 EGFR 엑손 19 결실 또는 엑손 21 (L858R) 치환 돌연변이에 대한 1차 치료제로 FDA에 의해 승인되었다. Park과 공동연구자들은 afatinib이 폐의 III기 또는 IV기 선암종 환자에서 무 진행 생존 및 치료 실패 시간을 상당히 개선시켰다고 보고했다 [92]. 추가 연구에 따르면, Afatinib은 trastuzumab으로 치료한 후 진행된 HER2- 양성 유방암 환자에서 유망한 활성을 보였으며 견딜 수 있는 부작용이 있었다 [93]. Afatinib은 gemcitabine과 cisplatin의 조합으로 치료한 그룹과 비교하여 진행된 EGFR 돌연변이 양성 NSCLC의 진행을 상당히 지연시켰다 [94]. 또한, Afatinib는 EGFR TKI- 민감성 및 내성 세포주와 NSCLC의 이종 이식 모델 모두에서 더 강력한 항암 활성을 보여주었다 [95].


Fig. 10. 
Structure of tyrosine kinase inhibitors [Wikipedia].

5.3.3. Sorafenib

Sorafenib은 RAF-1, VGFR-2 및 VGFR-3 및 기타 RTK 활성을 억제할 수 있다 (Fig. 10) [96]. RAF kinase와 VEGFR kinase를 동시에 표적으로 하고 억제하는 최초의 항종양제이다 [97]. 직접적으로 RAF / MEK / ERK에 의해 매개되는 세포 신호 전달 경로를 차단함으로써 암세포의 증식을 억제할 수 있는 종양 세포의 영양 공급 차단과 또한 VEGFR의 작용을 통한 혈관의 형성을 억제한다. 임상 연구에 따르면 Sorafenib은 신장암 환자의 무 진행 생존 (PFS)을 상당히 연장시킬 수 있으며, 주요 부작용은 메스꺼움, 설사, 발진 및 고혈압이다 [98].

5.3.4. Pazopanib

Pazopanib은 VEGFR 매개 신생 혈관 형성의 선택적 억제와 성장 촉진 수용체의 직접적인 차단을 통해 항종양 효과를 가진 경구용 다중 표적 kinase 억제제이다 (Fig. 10) [99]. 혈소판 유래 성장 인자 수용체 (PDGFR), 섬유아세포 성장 인자 수용체 (FGFR)를 포함한 RTK. 전이성 renal cell carcinoma (mRCC) 치료에 대한 판매 허가를 받았다 [100]. Pazopanib은 진행성 soft tissue sarcoma (STS)의 여러 아형 치료를 위한 허가된 최초의 kinase 억제제로 이 승인은 pazopanib을 투여받은 진행성 STS 환자에서 무 진행 생존 (PFS)의 상당한 연장을 입증한 이중 맹검, 위약 대조 무작위 3상 시험의 결과를 기반으로 한다. 그러나 이러한 항종양 효과에도 불구하고, 전체 생존율 (Overall Survival/OS)에서 유의한 차이가 관찰되지 않았다.

5.3.5. Osimertinib

Osimertinib은 EGFR-T790M 양성 NSCLC 치료를 위해 2017년 3월에 승인된 최초의 글로벌 EGFR TKI로 EGFR-T790 돌연변이를 목표로 하는 새로운 3세대 TKI이다 [101]. EGFR의 T790 돌연변이는 1세대와 2세대 EGFR TKI에 대한 내성 저항의 대부분을 담당하며 진행된 NSCLC에서 EGFR-양성 돌연변이의 치료에 중대한 어려움을 나타낸다. 항암 효과 이외에도, osimertinib은 ABC 수송체의 과발현에 의해 유도된 MDR을 역전시키는 chemosensitizing agent로서 작용할 수 있다.

5.4. Development of TKI

현재 많은 TKI 약물들은 임상시험이 진행되고 있다. Bruton Tyrosine Kinase (BTK) 억제제인 zanubrutinib은 생화학적 분석에서 BTK에 대한 전임상 연구에서 유리한 약동학 / 약력학적 특성을 입증했다 (Table 7) [102]. 임상 1상 시험에서 zanubrutinib은 매일 두 번 160mg으로 치료받은 환자의 혈액 및 림프절 생검에서 완전하고 지속적인 지속적인 24시간 BTK 점유를 보였으며 non-Hodgkin lymphoma 환자에서 지속적인 반응을 보인다. Poziotinib (HM781-36B)는 EGFR, HER2 및 ErbB4를 표적으로 하는 비가역적 pan-HER TKI이다 [103]. Poziotinib은 EGFR TKI 내성 폐암 세포를 포함한 다양한 암 세포주가 발현하는 EGFR 또는 HER2에서 우수한 시험관 내 활성을 보여준다. 2 상 임상 시험에서 Poziotinib은 ErbB 계열 kinase를 효과적으로 억제했다. 이와 함께 나노 기술 및 표적 전달을 통해 TKI의 치료 응용을 확대해가고 있으며, 약물의 효능 개선, 부작용 감소, 생체 이용률 향상 및 약물 안정성 증가를 통해 다양한 치료 효과를 얻고 있다 [104].

Table 7. 
Tyrosine kinase inhibitor family in clinical trial
Drug Phase NCT# Target diseases Current State Sponsor
ASP8273 I 02113813 A dose escalation study of ASP8273 in subjects with Non-Small-
Cell Lung Cancer (NSCLC) who have Epidermal Growth Factor
Receptor (EGFR) mutations
Completed Astellas Pharma Global
Development, Inc.
Zanubrutinib I 03465059 Study of the safety and pharmacokinetics of BGB-3111 in subjects
with B-Cell lymphoid malignancies
Completed BeiGene
K0706 I 02629692 Safety, tolerability, pharmacokinetics and activity of K0706 Recruiting Sun Pharma Advanced
Research Company
Limited
Poziotinib II 02544997 Single-Arm trial of poziotinib as salvage treatment in patients with
metastatic breast cancer who has HER2 or EGFR mutation or
activated AR or EGFR pathway
Completed Samsung Medical
Center
Cabozantinib II 03339219 Study of cabozantinib in japanese patients with advanced renal cell
carcinoma
Completed Takeda
Anlotinib II 02586350 Study of anlotinib in patients with medullary thyroid
carcinoma(ALTER01031)
Completed Chia Tai Tianqing
Pharmaceutical Group
Co., Ltd.
Pexidartinib II 01349036 Study of PLX3397 in patients with recurrent glioblastoma Terminated Daiichi Sankyo, Inc.
Asciminib III 03106779 Study of efficacy of CML-CP patients treated with ABL001 versus
bosutinib, previously treated with 2 or more TKIs
Recruiting Novartis
Pharmaceuticals


6. CONCLUSION

많은 화학요법 항암제들이 개발되어 우수한 항암 효과를 보여왔으며 최근 표적전달 시스템 및 면역항암제들과의 병용요법으로 지속적인 관심과 개발이 진행되고 있다. 특히 억제제 약물들은 정상 세포와는 달리 암세포 내에 특이적으로 과발현되는 단백질을 표적으로 하여 표적 단백질에 결합하고 이의 활성을 억제한다. 이를 통해 과발현된 신호전달에 의한 암세포의 증식 및 전이를 차단하여 항암 효과를 나타내게 된다. 억제제 약물의 표적 단백질은 정상 세포에서 발현이 낮기 때문에 기존 화학항암제와 비교하여 정상 세포에 대한 영향이 낮지만, 약물의 독성이 낮은 단점이 있다. 하지만 최근 억제제 약물의 용해도 개선 및 표적 약물 전달 시스템의 적용으로 약효를 높이고 있다. 더욱이 최근 antibody-drug conjugate(ADC)에 억제제 약물이 도입되면서 억제제 약물들의 ADC 개발 관심이 높아지고 있으며, 다양한 억제제의 개발도 진행되고 있다. 이처럼 다양한 억제제 약물들의 신규 후보물질 개발 및 임상 시험 진행은 새로운 화학항암제가 개발될 것으로 보이며 암과 함께 많은 질병 치료제로 적용될 것으로 기대된다.


Acknowledgments

This study was supported by National Research Foundation of Korea (NRF, 2017R1C1B5074521, 2019R1F1A1059737). Figure 1 was designed by Gaeun Choi (Kangwon National University, Korea). We are sincerely grateful for her illustration work.


REFERENCES
1. Siegel, R. L., K. D. Miller and A. Jemal (2019) Cancer statistics, 2019. CA Cancer J Clin. 69: 7-34.
2. Weaver, K. E., L. P. Forsythe, B. B. Reeve, C. M. Alfano, J. L. Rodriguez, et al. (2012) Mental and physical health-related quality of life among U.S. cancer survivors: population estimates from the 2010 National Health Interview Survey. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev. 21: 2108-2117.
3. Chabner, B. A. and T. G. Roberts, Jr. (2005) Timeline: Chemotherapy and the war on cancer. Nat Rev Cancer. 5: 65-72.
4. Xu, Z., D. Guo, Z. Jiang, R. Tong, P. Jiang, et al. (2019) Novel HER2-Targeting Antibody-Drug Conjugates of Trastuzumab Beyond T-DM1 in Breast Cancer: Trastuzumab Deruxtecan(DS-8201a) and (Vic-)Trastuzumab Duocarmazine (SYD985). Eur J Med Chem. 183: 111682.
5. Gellert, M., K. Mizuuchi, M. H. O'Dea and H. A. Nash (1976) DNA gyrase: an enzyme that introduces superhelical turns into DNA. Proc Natl Acad Sci U S A. 73: 3872-3876.
6. Jain, C. K., H. K. Majumder and S. Roychoudhury (2017) Natural Compounds as Anticancer Agents Targeting DNA Topoisomerases. Curr Genomics. 18: 75-92.
7. Chen, S. H., N. L. Chan and T. S. Hsieh (2013) New mechanistic and functional insights into DNA topoisomerases. Annu Rev Biochem. 82: 139-170.
8. Deweese, J. E. and N. Osheroff (2009) The DNA cleavage reaction of topoisomerase II: wolf in sheep's clothing. Nucleic Acids Res. 37: 738-748.
9. You, F. and C. Gao (2019) Topoisomerase Inhibitors and Targeted Delivery in Cancer Therapy. Curr Top Med Chem. 19: 713-729.
10. Hevener, K., T. A. Verstak, K. E. Lutat, D. L. Riggsbee and J. W. Mooney (2018) Recent developments in topoisomerase-targeted cancer chemotherapy. Acta Pharm Sin B. 8: 844-861.
11. Kathiravan, M. K., M. M. Khilare, K. Nikoomanesh, A. S. Chothe and K. S. Jain (2013) Topoisomerase as target for antibacterial and anticancer drug discovery. J Enzyme Inhib Med Chem. 28: 419-435.
12. Delgado, J. L., C. M. Hsieh, N. L. Chan and H. Hiasa (2018) Topoisomerases as anticancer targets. Biochem J. 475: 373-398.
13. Wall, M. E. and M. C. Wani (1995) Camptothecin and taxol: discovery to clinic--thirteenth Bruce F. Cain Memorial Award Lecture. Cancer Res. 55: 753-760.
14. Pommier, Y., E. Kiselev and C. Marchand (2015) Interfacial inhibitors. Bioorg Med Chem Lett. 25: 3961-3965.
15. Yoshinari, T., M. Matsumoto, H. Arakawa, H. Okada, K. Noguchi, et al. (1995) Novel antitumor indolocarbazole compound 6-N-formylamino-12,13-dihydro-1,11- dihydroxy-13-(beta-D-glucopyranosyl)-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo[3,4-c]carbazole-5,7(6H)-dione (NB-506): induction of topoisomerase I-mediated DNA cleavage and mechanisms of cell line-selective cytotoxicity. Cancer Res. 55: 1310-1315.
16. Saif, M. W. and R. B. Diasio (2005) Edotecarin: a novel topoisomerase I inhibitor. Clin Colorectal Cancer. 5: 27-36.
17. Strumberg, D., Y. Pommier, K. Paull, M. Jayaraman, P. Nagafuji, et al. (1999) Synthesis of cytotoxic indenoisoquinoline topoisomerase I poisons. J Med Chem. 42: 446-457.
18. Kummar, S., A. Chen, M. Gutierrez, T. D. Pfister, L. Wang, et al. (2016) Clinical and pharmacologic evaluation of two dosing schedules of indotecan (LMP400), a novel indenoisoquinoline, in patients with advanced solid tumors. Cancer Chemother Pharmacol. 78: 73-81.
19. Hsiang, Y. H., M. G. Lihou and L. F. Liu (1989) Arrest of replication forks by drug-stabilized topoisomerase I-DNA cleavable complexes as a mechanism of cell killing by camptothecin. Cancer Res. 49: 5077-5082.
20. Arakawa, H., T. Iguchi, M. Morita, T. Yoshinari, K. Kojiri, et al. (1995) Novel indolocarbazole compound 6-N-formylamino-12, 13-dihydro-1,11-dihydroxy-13-(beta-D-glucopyranosyl)-5H-indolo[2,3-a]pyrrolo-[3,4-c]carbazole-5,7(6H)-dione (NB-506): its potent antitumor activities in mice. Cancer Res. 55: 1316-1320.
21. Marinello, J., M. Delcuratolo and G. Capranico (2018) Anthracyclines as Topoisomerase II Poisons: From Early Studies to New Perspectives. Int J Mol Sci. 19.
22. Ratain, M. J. and J. D. Rowley (1992) Therapy-related acute myeloid leukemia secondary to inhibitors of topoisomerase II: from the bedside to the target genes. Ann Oncol. 3: 107-111.
23. Kudo, K., H. Yoshida, H. Kiyoi, S. Numata, K. Horibe, et al. (1998) Etoposide-related acute promyelocytic leukemia. Leukemia. 12: 1171-1175.
24. McCabe, F. L. and R. K. Johnson (1994) Comparative activity of oral and parenteral topotecan in murine tumor models: efficacy of oral topotecan. Cancer Invest. 12: 308-313.
25. O'Reilly, S. (1999) Topotecan: what dose, what schedule, what route? Clin Cancer Res. 5: 3-5.
26. Negoro, S., M. Fukuoka, N. Masuda, M. Takada, Y. Kusunoki, et al. (1991) Phase I study of weekly intravenous infusions of CPT-11, a new derivative of camptothecin, in the treatment of advanced non-small-cell lung cancer. J Natl Cancer Inst. 83: 1164-1168.
27. Grochow, L. B., E. K. Rowinsky, R. Johnson, S. Ludeman, S. H. Kaufmann, et al. (1992) Pharmacokinetics and pharmacodynamics of topotecan in patients with advanced cancer. Drug Metab Dispos. 20: 706-713.
28. Rivory, L. P. and J. Robert (1995) Identification and kinetics of a beta-glucuronide metabolite of SN-38 in human plasma after administration of the camptothecin derivative irinotecan. Cancer Chemother Pharmacol. 36: 176-179.
29. Bodley, A., L. F. Liu, M. Israel, R. Seshadri, Y. Koseki, et al. (1989) DNA topoisomerase II-mediated interaction of doxorubicin and daunorubicin congeners with DNA. Cancer Res. 49: 5969-5978.
30. Bredehorst, R., M. Panneerselvam and C. W. Vogel (1987) Doxorubicin enhances complement susceptibility of human melanoma cells by extracellular oxygen radical formation. J Biol Chem. 262: 2034-2041.
31. Zhang, S., X. Liu, T. Bawa-Khalfe, L. S. Lu, Y. L. Lyu, et al. (2012) Identification of the molecular basis of doxorubicin-induced cardiotoxicity. Nat Med. 18: 1639-1642.
32. Zhang, X., K. P. Rakesh, C. S. Shantharam, H. M. Manukumar, A. M. Asiri, et al. (2018) Podophyllotoxin derivatives as an excellent anticancer aspirant for future chemotherapy: A key current imminent needs. Bioorg Med Chem. 26: 340-355.
33. Skok, Z., M. Durcik, D. Gramec Skledar, M. Barancokova, L. Peterlin Masic, et al. (2020) Discovery of new ATP-competitive inhibitors of human DNA topoisomerase IIalpha through screening of bacterial topoisomerase inhibitors. Bioorg Chem. 102: 104049.
34. Pettengell, R., M. Dlugosz-Danecka, D. Andorsky, D. Belada, P. Georgiev, et al. (2020) Pixantrone plus rituximab versus gemcitabine plus rituximab in patients with relapsed aggressive B-cell non-Hodgkin lymphoma not eligible for stem cell transplantation: a phase 3, randomized, multicentre trial (PIX306). Br J Haematol. 188: 240-248.
35. Li, J., J. Soroka and J. Buchner (2012) The Hsp90 chaperone machinery: conformational dynamics and regulation by co-chaperones. Biochim Biophys Acta. 1823: 624-635.
36. Trepel, J., M. Mollapour, G. Giaccone and L. Neckers (2010) Targeting the dynamic HSP90 complex in cancer. Nat Rev Cancer. 10: 537-549.
37. Chatterjee, S. and T. F. Burns (2017) Targeting Heat Shock Proteins in Cancer: A Promising Therapeutic Approach. Int J Mol Sci. 18.
38. Condelli, V., F. Crispo, M. Pietrafesa, G. Lettini, D. S. Matassa, et al. (2019) HSP90 Molecular Chaperones, Metabolic Rewiring, and Epigenetics: Impact on Tumor Progression and Perspective for Anticancer Therapy. Cells. 8.
39. Taipale, M., D. F. Jarosz and S. Lindquist (2010) HSP90 at the hub of protein homeostasis: emerging mechanistic insights. Nat Rev Mol Cell Biol. 11: 515-528.
40. Kamal, A., M. F. Boehm and F. J. Burrows (2004) Therapeutic and diagnostic implications of Hsp90 activation. Trends Mol Med. 10: 283-290.
41. Li, L., L. Wang, Q. D. You and X. L. Xu (2020) Heat Shock Protein 90 Inhibitors: An Update on Achievements, Challenges, and Future Directions. J Med Chem. 63: 1798-1822.
42. Dutta Gupta, S., M. K. Bommaka and A. Banerjee (2019) Inhibiting protein-protein interactions of Hsp90 as a novel approach for targeting cancer. Eur J Med Chem. 178: 48-63.
43. Palma, L. C., L. Ferreira, A. Petersen, B. R. S. Dias, J. P. B. Menezes, et al. (2019) A docking-based structural analysis of geldanamycin-derived inhibitor binding to human or Leishmania Hsp90. Sci Rep. 9: 14756.
44. Jego, G., A. Hazoume, R. Seigneuric and C. Garrido (2013) Targeting heat shock proteins in cancer. Cancer Lett. 332: 275-285.
45. Neckers, L. and P. Workman (2012) Hsp90 molecular chaperone inhibitors: are we there yet? Clin Cancer Res. 18: 64-76.
46. Shrestha, L., A. Bolaender, H. J. Patel and T. Taldone (2016) Heat Shock Protein (HSP) Drug Discovery and Development: Targeting Heat Shock Proteins in Disease. Curr Top Med Chem. 16: 2753-2764.
47. Fang, L., R. F. Battisti, H. Cheng, P. Reigan, Y. Xin, et al. (2006) Enzyme specific activation of benzoquinone ansamycin prodrugs using HuCC49DeltaCH2-beta-galactosidase conjugates. J Med Chem. 49: 6290-6297.
48. Kamal, A., L. Thao, J. Sensintaffar, L. Zhang, M. F. Boehm, et al. (2003) A high-affinity conformation of Hsp90 confers tumour selectivity on Hsp90 inhibitors. Nature. 425: 407-410.
49. Jez, J. M., J. C. Chen, G. Rastelli, R. M. Stroud and D. V. Santi (2003) Crystal structure and molecular modeling of 17-DMAG in complex with human Hsp90. Chem Biol. 10: 361-368.
50. Schulte, T. W. and L. M. Neckers (1998) The benzoquinone ansamycin 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin binds to HSP90 and shares important biologic activities with geldanamycin. Cancer Chemother Pharmacol. 42: 273-279.
51. Taldone, T. and G. Chiosis (2009) Purine-scaffold Hsp90 inhibitors. Curr Top Med Chem. 9: 1436-1446.
52. Park, S. Y., Y. J. Oh, Y. Lho, J. H. Jeong, K. H. Liu, et al. (2018) Design, synthesis, and biological evaluation of a series of resorcinol-based N-benzyl benzamide derivatives as potent Hsp90 inhibitors. Eur J Med Chem. 143: 390-401.
53. Patterson, J., V. J. Palombella, C. Fritz and E. Normant (2008) IPI-504, a novel and soluble HSP-90 inhibitor, blocks the unfolded protein response in multiple myeloma cells. Cancer Chemother Pharmacol. 61: 923-932.
54. He, W. and H. Hu (2018) BIIB021, an Hsp90 inhibitor: A promising therapeutic strategy for blood malignancies (Review). Oncol Rep. 40: 3-15.
55. Yan, L., W. Zhang, B. Zhang, C. Xuan and D. Wang (2017) BIIB021: A novel inhibitor to heat shock protein 90-addicted oncology. Tumour Biol. 39: 1010428317698355.
56. Shimamura, T., S. A. Perera, K. P. Foley, J. Sang, S. J. Rodig, et al. (2012) Ganetespib (STA-9090), a nongeldanamycin HSP90 inhibitor, has potent antitumor activity in in vitro and in vivo models of non-small cell lung cancer. Clin Cancer Res. 18: 4973-4985.
57. Vezina, C., A. Kudelski and S. N. Sehgal (1975) Rapamycin (AY-22,989), a new antifungal antibiotic. I. Taxonomy of the producing streptomycete and isolation of the active principle. J Antibiot (Tokyo). 28: 721-726.
58. Houchens, D. P., A. A. Ovejera, S. M. Riblet and D. E. Slagel (1983) Human brain tumor xenografts in nude mice as a chemotherapy model. Eur J Cancer Clin Oncol. 19: 799-805.
59. Tarzaali, A., P. Viens and M. Quevillon (1977) Inhibition of the immune response to whooping cough and tetanus vaccines by malaria infection, and the effect of pertussis adjuvant. Am J Trop Med Hyg. 26: 520-524.
60. Heitman, J., N. R. Movva and M. N. Hall (1991) Targets for cell cycle arrest by the immunosuppressant rapamycin in yeast. Science. 253: 905-909.
61. Mossmann, D., S. Park and M. N. Hall (2018) mTOR signalling and cellular metabolism are mutual determinants in cancer. Nat Rev Cancer. 18: 744-757.
62. Dowling, R. J., I. Topisirovic, B. D. Fonseca and N. Sonenberg (2010) Dissecting the role of mTOR: lessons from mTOR inhibitors. Biochim Biophys Acta. 1804: 433-439.
63. Neufeld, T. P. (2010) TOR-dependent control of autophagy: biting the hand that feeds. Curr Opin Cell Biol. 22: 157-168.
64. Saxton, R. A. and D. M. Sabatini (2017) mTOR Signaling in Growth, Metabolism, and Disease. Cell. 169: 361-371.
65. Zoncu, R., A. Efeyan and D. M. Sabatini (2011) mTOR: from growth signal integration to cancer, diabetes and ageing. Nat Rev Mol Cell Biol. 12: 21-35.
66. Gangloff, Y. G., M. Mueller, S. G. Dann, P. Svoboda, M. Sticker, et al. (2004) Disruption of the mouse mTOR gene leads to early postimplantation lethality and prohibits embryonic stem cell development. Mol Cell Biol. 24: 9508-9516.
67. Murakami, M., T. Ichisaka, M. Maeda, N. Oshiro, K. Hara, et al. (2004) mTOR is essential for growth and proliferation in early mouse embryos and embryonic stem cells. Mol Cell Biol. 24: 6710-6718.
68. Liu, J., D. Li, H. Luo and X. Zhu (2019) Circular RNAs: The star molecules in cancer. Mol Aspects Med. 70: 141-152.
69. Ricoult, S. J., J. L. Yecies, I. Ben-Sahra and B. D. Manning (2016) Oncogenic PI3K and K-Ras stimulate de novo lipid synthesis through mTORC1 and SREBP. Oncogene. 35: 1250-1260.
70. Tao, T., Q. Su, S. Xu, J. Deng, S. Zhou, et al. (2019) Down-regulation of PKM2 decreases FASN expression in bladder cancer cells through AKT/mTOR/SREBP-1c axis. J Cell Physiol. 234: 3088-3104.
71. Sabatini, D. M. (2017) Twenty-five years of mTOR: Uncovering the link from nutrients to growth. Proc Natl Acad Sci U S A. 114: 11818-11825.
72. Rini, B. I. (2008) Temsirolimus, an inhibitor of mammalian target of rapamycin. Clin Cancer Res. 14: 1286-1290.
73. Royce, M. E. and D. Osman (2015) Everolimus in the Treatment of Metastatic Breast Cancer. Breast Cancer (Auckl). 9: 73-79.
74. Rodrik-Outmezguine, V. S., M. Okaniwa, Z. Yao, C. J. Novotny, C. McWhirter, et al. (2016) Overcoming mTOR resistance mutations with a new-generation mTOR inhibitor. Nature. 534: 272-276.
75. Nguyen, T. L., M. J. Nokin, M. Egorov, M. Tome, C. Bodineau, et al. (2018) mTOR Inhibition via Displacement of Phosphatidic Acid Induces Enhanced Cytotoxicity Specifically in Cancer Cells. Cancer Res. 78: 5384-5397.
76. Bendell, J. C., A. M. Varghese, D. M. Hyman, T. M. Bauer, S. Pant, et al. (2018) A First-in-Human Phase 1 Study of LY3023414, an Oral PI3K/mTOR Dual Inhibitor, in Patients with Advanced Cancer. Clin Cancer Res. 24: 3253-3262.
77. AlMazmomy, A. M., M. M. Al-Hayani, M. Alomari and A. G. Bazi (2019) The Use of Epidermal Growth Factor Receptor Type 2-Targeting Tyrosine Kinase Inhibitors in the Management of Epidermal Growth Factor Receptor Type 2-Positive Gastric Cancer: A Narrative Review. Cureus. 11: e6295.
78. Arora, A. and E. M. Scholar (2005) Role of tyrosine kinase inhibitors in cancer therapy. J Pharmacol Exp Ther. 315: 971-979.
79. Pottier, C., M. Fresnais, M. Gilon, G. Jerusalem, R. Longuespee, et al. (2020) Tyrosine Kinase Inhibitors in Cancer: Breakthrough and Challenges of Targeted Therapy. Cancers (Basel). 12.
80. Jiao, Q., L. Bi, Y. Ren, S. Song, Q. Wang, et al. (2018) Advances in studies of tyrosine kinase inhibitors and their acquired resistance. Mol Cancer. 17: 36.
81. Wang, Z. and P. A. Cole (2014) Catalytic mechanisms and regulation of protein kinases. Methods Enzymol. 548: 1-21.
82. Gocek, E., A. N. Moulas and G. P. Studzinski (2014) Non-receptor protein tyrosine kinases signaling pathways in normal and cancer cells. Crit Rev Clin Lab Sci. 51: 125-137.
83. Regad, T. (2015) Targeting RTK Signaling Pathways in Cancer. Cancers (Basel). 7: 1758-1784.
84. Castellone, M. D., F. Carlomagno, G. Salvatore and M. Santoro (2008) Receptor tyrosine kinase inhibitors in thyroid cancer. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 22: 1023-1038.
85. Lemmon, M. A. and J. Schlessinger (2010) Cell signaling by receptor tyrosine kinases. Cell. 141: 1117-1134.
86. Gotink, K. J. and H. M. Verheul (2010) Anti-angiogenic tyrosine kinase inhibitors: what is their mechanism of action? Angiogenesis. 13: 1-14.
87. Poliakova, M., D. M. Aebersold, Y. Zimmer and M. Medova (2018) The relevance of tyrosine kinase inhibitors for global metabolic pathways in cancer. Mol Cancer. 17: 27.
88. Li, B. T., T. A. Barnes, D. L. Chan, J. Naidoo, A. Lee, et al. (2016) The addition of anti-angiogenic tyrosine kinase inhibitors to chemotherapy for patients with advanced non-small-cell lung cancers: A meta-analysis of randomized trials. Lung Cancer. 102: 21-27.
89. Klohs, W. D., D. W. Fry and A. J. Kraker (1997) Inhibitors of tyrosine kinase. Curr Opin Oncol. 9: 562-568.
90. Deininger, M. W. and B. J. Druker (2003) Specific targeted therapy of chronic myelogenous leukemia with imatinib. Pharmacol Rev. 55: 401-423.
91. Wind, S., D. Schnell, T. Ebner, M. Freiwald and P. Stopfer (2017) Clinical Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Afatinib. Clin Pharmacokinet. 56: 235-250.
92. Park, K., E. H. Tan, K. O'Byrne, L. Zhang, M. Boyer, et al. (2016) Afatinib versus gefitinib as first-line treatment of patients with EGFR mutation-positive non-small-cell lung cancer (LUX-Lung 7): a phase 2B, open-label, randomised controlled trial. Lancet Oncol. 17: 577-589.
93. Martin, N., N. Isambert, C. Gomez-Roca, R. G. Goeldner, S. Zanetta, et al. (2018) Phase I trial of afatinib and 3-weekly trastuzumab with optimal anti-diarrheal management in patients with HER2-positive metastatic cancer. Cancer Chemother Pharmacol. 82: 979-986.
94. Wu, Y. L., C. Zhou, C. P. Hu, J. Feng, S. Lu, et al. (2014) Afatinib versus cisplatin plus gemcitabine for first-line treatment of Asian patients with advanced non-small-cell lung cancer harbouring EGFR mutations (LUX-Lung 6): an open-label, randomised phase 3 trial. Lancet Oncol. 15: 213-222.
95. Nakao, K., S. Kobuchi, S. Marutani, A. Iwazaki, A. Tamiya, et al. (2019) Population pharmacokinetics of afatinib and exposure-safety relationships in Japanese patients with EGFR mutation-positive non-small cell lung cancer. Sci Rep. 9: 18202.
96. Blair, H. A. and G. L. Plosker (2015) Sorafenib: a review of its use in patients with radioactive iodine-refractory, metastatic differentiated thyroid carcinoma. Target Oncol. 10: 171-178.
97. Nishida, N., M. Kitano, T. Sakurai and M. Kudo (2015) Molecular Mechanism and Prediction of Sorafenib Chemoresistance in Human Hepatocellular Carcinoma. Dig Dis. 33: 771-779.
98. Bolondi, L., A. Craxi, F. Trevisani, B. Daniele, G. G. Di Costanzo, et al. (2015) Refining sorafenib therapy: lessons from clinical practice. Future Oncol. 11: 449-465.
99. Frampton, J. E. (2017) Pazopanib: a Review in Advanced Renal Cell Carcinoma. Target Oncol. 12: 543-554.
100. van der Graaf, W. T., J. Y. Blay, S. P. Chawla, D. W. Kim, B. Bui-Nguyen, et al. (2012) Pazopanib for metastatic soft-tissue sarcoma (PALETTE): a randomised, double-blind, placebo-controlled phase 3 trial. Lancet. 379: 1879-1886.
101. Khozin, S., C. Weinstock, G. M. Blumenthal, J. Cheng, K. He, et al. (2017) Osimertinib for the Treatment of Metastatic EGFR T790M Mutation-Positive Non-Small Cell Lung Cancer. Clin Cancer Res. 23: 2131-2135.
102. Tam, C. S., J. Trotman, S. Opat, J. A. Burger, G. Cull, et al. (2019) Phase 1 study of the selective BTK inhibitor zanubrutinib in B-cell malignancies and safety and efficacy evaluation in CLL. Blood. 134: 851-859.
103. Kim, H. J., H. P. Kim, Y. K. Yoon, M. S. Kim, G. S. Lee, et al. (2012) Antitumor activity of HM781-36B, a pan-HER tyrosine kinase inhibitor, in HER2-amplified breast cancer cells. Anticancer Drugs. 23: 288-297.
104. Smidova, V., P. Michalek, Z. Goliasova, T. Eckschlager, P. Hodek, et al. (2021) Nanomedicine of tyrosine kinase inhibitors. Theranostics. 11: 1546-1567.