50年后，抑制多胺合成治療腫瘤的策略重回“戰場”
·從列文虎克發現多胺距今已有350年。50年前科學家們提出抑制多胺合成治療腫瘤的策略，歷經發現新治療策略的興奮、臨床試驗失敗的沮喪、在寄生蟲疾病上的突破、在逐利目標下險些被放棄、在美容市場上重現、直到如今在一類罕見腫瘤上終于得到應用。這是一個藥物的傳奇歷史。
1671年，荷蘭代爾夫特市的一名公務員用業余時間造出了當時世界上最好的顯微鏡，其中關鍵的透鏡部分由他自己用玻璃球手工打磨制成，分辨率可達1微米，相當于頭發直徑的1/50。如此高的分辨率直到19世紀才被后人超越。這位掌握著核心科技的科學家叫做列文虎克（Antoine van Leeuwenhoek），他對微觀世界進行了包羅萬象的觀察。
1678年，他在觀察人類精液樣本時發現了一類結晶物質，直到250年后的1924年，科學家們才闡明了這類晶體的分子結構。列文虎克發現的物質是精胺（spermine），是多胺（polyamine）代謝的重要中間產物。
又經過近50年的研究，科學家們了解到，多胺是一類堿性小分子，是含多個氨基的長鏈脂肪族化合物，帶有正電荷，對核酸有較高親和力。多胺由鳥氨酸在鳥氨酸脫羧酶的作用下催化合成腐胺，通過S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶的參與，進一步合成精脒和精胺。這類來自于氨基酸的陽離子有機物廣泛存在于各類生物體中，是重要的代謝物，可以促進細菌和細胞的生長。
列文虎克1678年觀察到的磷酸精胺晶體。圖片來源：【1】
抑制多胺合成以治療腫瘤
1971年，巴爾的摩癌癥研究所的科學家Diane Russell報道了一項令人驚訝的發現，在各類腫瘤患者的尿液中，都發現多胺濃度顯著地增加了。這篇論文發表在《自然》雜志的第一個子刊《自然·新生物學》（后與《自然》重新合并）上【2】。該發現迅速引起了腫瘤醫生的關注，他們開始以尿液多胺水平作為標志物用來檢測腫瘤。更進一步，他們希望能夠阻斷多胺的生物合成，期待這種方法能用于治療腫瘤。
當時，理性的藥物設計是藥物開發的主流方法。在紐約，喬治·希金斯（George Hitchings）與他的實驗室助理格特魯德·埃利昂（Gertrude Elion）將當時試錯式的化學藥物研發改進為針對特定目標設計具有特定結構的新分子，從而實現阻斷。這種設計思路改變了藥學的面貌，因此他們共同獲得1988年諾貝爾生理學或醫學獎。
理性的藥物設計思路強調將基本的生化和生理過程理解為特定的藥物靶點。基于這一理念，希金斯和埃利昂設計出了嘌呤的類似物，后續被用于抗腫瘤藥和免疫抑制劑。按照類似的理念，當了解到多胺合成源于鳥氨酸經鳥氨酸脫羧酶催化，那么鳥氨酸的類似物就可能結合在重要的代謝酶上，從而不可逆地阻斷酶的活性。
二氟甲基鳥氨酸（DFMO），就在這個時期被法國斯特拉斯堡Merrell研究所制造出來，用于阻斷哺乳動物細胞中的多胺合成【3】。很快，法國和美國的科學家就發現了DFMO具有體外和體內的抗腫瘤作用，它可以在動物模型上抑制皮膚癌、結腸癌等腫瘤。
受這些結果鼓舞，1980年代學術界開展了一系列DFMO治療晚期腫瘤的臨床試驗。然而，從安全性和有效性的角度來看，均告失敗。DFMO治療腫瘤的療效非常有限，且副作用如腹瀉、嘔吐、脫發、聽覺毒性等紛紛顯現?？瓷先?，該藥物似乎無法作為抗腫瘤藥。
從抗腫瘤藥變為“復活藥”
1974年，美國佩斯大學（Pace University）的賽勒斯·巴奇（Cyrus Bacchi）致力于研究可以導致錐蟲病的非洲錐蟲。錐蟲病是一種通過采采蠅傳播的寄生蟲病，流行于非洲地區，可侵犯中樞神經系統，俗稱“昏睡癥”。在研究錐蟲的酶活性時，巴奇發現一種陽離子化合物可以取代鎂等金屬離子，提升酶的活性。這種天然存在的含氮陽離子化合物正是多胺。在那時，錐蟲的多胺代謝尚無人了解。
在導師Seymour H. Hutner的鼓勵下，巴奇開始研究錐蟲中的多胺合成及其功能。1977年，巴奇在會議上得知DFMO已成功合成，他設法聯系到了致力于將DFMO開發為抗腫瘤藥的Merrell制藥公司。經過溝通，Merrell研究所的主任同意給他25克DFMO用于錐蟲實驗。實驗結果令人振奮，攜帶布氏錐蟲的小鼠被治愈了。這項工作引起了寄生蟲學家的極大興趣，為缺乏新療法的錐蟲病提供了一項全新的解決方案。1980年，巴奇在Science（《科學》）雜志發表文章，介紹他們在寄生蟲病治療領域的重要發現【4】。在文章發表之前，DFMO已經發往日內瓦的世界衛生組織（WHO），準備開展進一步的臨床研究。
1984年，肯尼亞內羅畢。在肯雅塔中心的禮堂后面，巴奇見到了在蘇丹南部開展錐蟲病治療的臨床醫生西蒙·范·尼文霍夫（Simon Van Nieuwenhove），尼文霍夫從日內瓦帶著DFMO來到蘇丹，開展了該藥物第一次對錐蟲病患者的臨床試驗。在1983年的典型案例中，一名55歲的婦女因錐蟲感染導致昏睡。使用DFMO僅1天，她血液中的錐蟲就消失了，3天后她就從昏睡中醒來，7天后完全清醒。DFMO因此被非洲人民譽為“復活藥”【5】。1990年，FDA（美國食品藥品監督管理局）授予DFMO上市許可和孤兒藥資格，成為40多年來第一個用于治療錐蟲病（布氏岡比亞錐蟲）的新藥。
賽勒斯·巴奇，1977-2006年任Haskins實驗室主任，美國紐約佩斯大學。圖片來源：【6】
“復活藥”的復活
1990年代，隨著大批制藥公司開始整合，一些新的藥企巨無霸誕生了。陶氏化學下屬的Merrell Dow與美國Marion Laboratories合并。新成立的Marion Merrell Dow又在1995年與Hoechst Marion-Rousseau進行合并，建立了Aventis，后歸入法國跨國藥企賽諾菲旗下。
從盈利的角度考慮，DFMO作為治療錐蟲病的商品是不成功的。這種含氟的化合物的合成需要大量資源，制作過程還具有腐蝕性，藥物的制作成本高昂。而受錐蟲病影響的國家每年人均衛生支出可能僅有10美元不到。所以在FDA批準DFMO治療錐蟲病后，Marion Merrell Dow提出過渡性方案，將以成本價給WHO供藥，直到該藥物在非洲國家獲批。在這段時間，希望能找到第三方接手生產該藥。然而，沒有其他生產商愿意接手生產DFMO。1995年公司再次合并后，決定停產DFMO以降本增效。最后的藥物庫存轉讓給了無國界醫生組織，專利權被轉讓給了WHO，而這兩個組織盡最大努力也無法找到接手的生產商。到2000年底，世界上的DFMO預計還有6個月將耗盡。非洲的錐蟲病患者將再次陷入無藥可用的境地。
無論是研究腫瘤多胺的Russell，還是研究錐蟲多胺的巴奇，都想不到多胺合成抑制劑的斷供問題竟然是被脫毛膏解決的。
據調查，超過4100萬美國女性希望去除過多的面部毛發，這創造了一個潛力巨大的市場。而DFMO的重要副作用之一就是脫發。研究提示，局部外用DFMO可以抑制細胞功能，抑制毛發生長。百時美施貴寶（Bristol-Myers Squibb）據此開發了新的脫毛膏產品。2000年，FDA批準其用于抑制毛發過度生長，是該適應證的第一款處方藥。百時美施貴寶對該藥物進行了大規模廣告宣傳，30克的面霜售價為54美元。
大型藥企過度關注高收益的治療“生活方式”的藥物，而忽視了無法盈利的發展中國家的疾病治療。這引起了社會的關注和關于企業責任感的討論。
2001年2月，《紐約時報》著名科學新聞記者Donald G. McNeil Jr.在頭版對當前DFMO生產現狀及百時美施貴寶與WHO的接洽狀況進行了報道【7】。2天后，美國電視史上最長壽、最成功的調查類新聞節目《60分鐘》采訪了在肯尼亞首都內羅畢的國際醫療隊醫療協調員Mickey Richer博士，講述了醫生們在那里延續著尼文霍夫的工作以及所面臨的困境。非洲錐蟲病患者無藥可用，而發達國家正在用同樣的成分追求美麗。
《紐約時報》與《60分鐘》將發展中國家迫切的醫療訴求與發達國家的美容市場用一種多胺合成抑制劑聯系起來。新聞媒體的良知促進了企業對社會責任的追求，百時美施貴寶與WHO達成協議，同意向無國界醫生和WHO免費捐贈藥物。Aventis也同意繼續供應DFMO和其他抗錐蟲病藥物，并向WHO進行捐助。在新聞媒體的監督之下，私營公司、非政府組織、與政府機構開展了合作，聯手解決急迫的公共衛生問題【6】【8】。
《60分鐘》報道引起了社會關注。圖片來源：alexanderstreet.com
治療神經母細胞瘤
如今，多胺合成抑制劑似乎已經找到了它們的適應證，DFMO在藥物列表中的位置也好像早已被固定。但有意思的是，2023年底，DFMO在一種罕見腫瘤的治療中找到了它的位置。五十多年后，Russell和腫瘤學家們提出的靶向多胺合成治療腫瘤的心愿得到了回應。
神經母細胞瘤（Neuroblastoma，NB）是一種罕見的兒童神經內分泌腫瘤。在白人群體，發病率為每百萬人9.7例。NB發病年齡很早，絕大多數都發生在兒童時期，確診時的年齡中位數僅為18個月。神經母細胞瘤受很多遺傳因素影響，常見的有轉錄因子MYCN的擴增、ALK激酶的突變、以及一些染色體改變。腫瘤可以被分為不同的風險類別，許多低危的NB無需治療即可自行消退，但高危的NB轉移率高，預后很差。
在胚胎發育過程中，神經管關閉后形成神經嵴，神經嵴細胞可以分化并遷移。大部分神經嵴細胞會遷移到背部，并分化為交感神經-腎上腺前體細胞，再進一步形成外周神經系統。NB起源于神經嵴分化異常，因此腫瘤可發生于交感神經系統的任何部位，大多發生在腎上腺髓質和交感神經節。高級別的腫瘤常常發生浸潤和轉移。由于發病位置比較隱蔽，患者年齡又太小，NB常常由于腹部過大或高血壓而偶然發現，這可能導致治療延誤。
神經母細胞瘤的臨床表現。圖片來源：【9】
目前NB的診斷有一套基于影像學、病理、年齡、分化程度、基因組分析的成熟的風險分級系統。分級后再開展進一步治療。對于高風險NB，當前的治療方式有化療（包括清髓性化療）、自體干細胞移植、分化治療、以及免疫治療等等。這些方案已將NB的5年生存率從不到20%提高到50%。
這里的免疫治療與常被報道的免疫檢查點抑制劑不同，是NB特異性的。由于在幾乎所有NB細胞表面都鑒定出二唾液神經節苷脂 GD2 的高表達，而在正常組織中表達水平很低，科學家利用抗 GD2 單克隆抗體開展對NB的靶向治療，療效十分顯著，將無事件生存率提高了20%【10】。2021年，中國抗GD2單抗也獲批上市，目前已有兩款抗GD2單抗藥物可供使用。
盡管生存率得到了顯著提高，仍有許多NB患者會進展為復發和/或難治性NB。這些患者的治療極度困難，長期治愈非常罕見，目前僅有一些化療方案。因此，科學家們致力于通過將各類靶向治療與這些化療相結合，希望能夠進一步延長這些患者的壽命。
在這些嘗試中，DFMO再次現身了。接近一半的高危神母患者伴有原癌基因MYCN的高表達，引發NB腫瘤代謝模式的改變，導致這種類型的NB在一定程度上依賴于多胺合成【11】。在臨床前試驗中，DFMO被證明能夠聯合多種臨床用藥物協同殺傷NB【12】。因此，科學家們提出在常規治療后，用DFMO聯合化療方案，可能進一步延長這些復發和/或難治性NB患者的壽命。2023年10月，《臨床腫瘤學雜志》發表了一項研究，在抗GD2單抗免疫治療后持續口服DFMO顯著降低了高危神經母細胞瘤患者的復發風險，改善了患者的無事件生存期【13】。由于高危神經母細胞瘤是一種罕見的難治性疾病，DFMO的申請獲得了FDA的優先評審、突破性療法認定和孤兒藥認定。
2023年12月13日，基于這項研究，FDA批準DFMO用于降低成人和兒童高危神經母細胞瘤患者的復發風險【14】。在50多年后，DFMO重回腫瘤治療的戰場。從列文虎克發現多胺距今已有350年。50年前科學家們提出抑制多胺合成治療腫瘤的策略，歷經發現新治療策略的興奮、臨床試驗失敗的沮喪、在寄生蟲疾病上的突破、在逐利目標下險些被放棄、在美容市場上重現、直到如今在一類罕見腫瘤上終于得到應用。這是一個藥物的傳奇歷史，也是一代代科學家和臨床醫師們不懈努力的結果。DFMO是一個有趣的例子，在神經母細胞瘤這個罕見腫瘤的治療上，還有很多前沿療法在不斷探索中。
（作者楊云龍，系復旦大學基礎醫學院細胞與遺傳醫學系教授、副主任，在中國細胞生物學會醫學細胞生物學分會、中國優生科學協會基因診斷與精準醫學分會兼職；作者陶靈，系復旦大學公共衛生學院研究員。疾病不斷地改變著每個人的人生軌跡，但除了醫生與醫學研究者，人們很少有機會了解各式各樣的疾病?！白R病尋源”專欄將以一文一病的形式，介紹對疾病的認識進程，疾病的病因及其治療。跟隨醫學科學的進步，理解現代醫學。）
參考文獻：
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2. Russell, D.H., Increased polyamine concentrations in the urine of human cancer patients. Nat New Biol, 1971. 233(39): p. 144-5.
3. Metcalf, B.W., et al., Catalytic irreversible inhibition of mammalian ornithine decarboxylase (E.C.4.1.1.17) by substrate and product analogs. Journal of the American Chemical Society, 1978. 100(8): p. 2551-2553.
4. Bacchi, C.J., et al., Polyamine metabolism: a potential therapeutic target in trypanosomes. Science, 1980. 210(4467): p. 332-4.
5. Ebikeme, C., The death and life of the resurrection drug. PLoS Negl Trop Dis, 2014. 8(7): p. e2910.
6. DFMO Story. Available from: https://www.kidsforworldhealth.org/dfmo-story/.
7. Cosmetic saves a cure for sleeping sickness. Available from: https://www.nytimes.com/2001/02/09/world/cosmetic-saves-a-cure-for-sleeping-sickness.html.
8. Coyne, P.E., Jr., The eflornithine story. J Am Acad Dermatol, 2001. 45(5): p. 784-6.
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10. Yu, A.L., et al., Anti-GD2 antibody with GM-CSF, interleukin-2, and isotretinoin for neuroblastoma. N Engl J Med, 2010. 363(14): p. 1324-34.
11. Hogarty, M.D., et al., ODC1 is a critical determinant of MYCN oncogenesis and a therapeutic target in neuroblastoma. Cancer Res, 2008. 68(23): p. 9735-45.
12. Tao, L., et al., CHAF1A Blocks Neuronal Differentiation and Promotes Neuroblastoma Oncogenesis via Metabolic Reprogramming. Adv Sci (Weinh), 2021. 8(19): p. e2005047.
13. Oesterheld, J., et al., Eflornithine as Postimmunotherapy Maintenance in High-Risk Neuroblastoma: Externally Controlled, Propensity Score-Matched Survival Outcome Comparisons. J Clin Oncol, 2024. 42(1): p. 90-102.
14. FDA approves eflornithine for adult and pediatric patients with high-risk neuroblastoma. Available from: https://www.fda.gov/drugs/resources-information-approved-drugs/fda-approves-eflornithine-adult-and-pediatric-patients-high-risk-neuroblastoma.
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