CXCR4：G蛋白耦聯(lián)受體（GPCR）家族，再出腫瘤免疫治療新藥！
日期：2022-02-28 10:17:51
2022年1月18日，趨化因子受體CXCR4拮抗劑Motixafortide，進行了新藥上市申請前（pre-NDA）會議，藥物開發(fā)公司BioLineRx表示，計劃今年上半年遞交NDA。目前，CXCR4拮抗劑已有多款在研，按研究進度，Motixafortide有望率先獲批，成為繼普樂沙福（Plerixafor）之后獲批的第二款CXCR4拮抗劑，用于乳腺癌治療。
人體中，不同趨化因子受體-配體軸的相互作用構(gòu)成了復(fù)雜的趨化因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對自身免疫和癌癥等疾病方面有著重要影響。近年來，隨著對趨化因子受體結(jié)構(gòu)和機制的深入理解，更多趨化因子受體相關(guān)抗體類藥物也步入臨床。CXCR4作為具有代表性的G蛋白耦聯(lián)受體（GPCR）一員，在介導(dǎo)腫瘤定向遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著重要的作用，多項CXCR4開發(fā)藥物在臨床治療中表現(xiàn)出巨大的潛力，這些藥物將為腫瘤免疫治療開辟一條新的途徑。
什么是CXCR4？
趨化因子受體（C X C chemokine receptor 4，CXCR4）是一個具有7次跨膜結(jié)構(gòu)的G蛋白耦聯(lián)受體（G Protein-Coupled Receptor，GPCR），由352個氨基酸組成，其編碼基因位于染色體2q21 [1-2]。CXCR4作為GPCR家族中的一員，GPCR的超家族群已經(jīng)被證明是許多藥物的藥理作用靶點（點擊查看GPCR抗體藥物研究進展大盤點）。CXCR4在體內(nèi)大部分組織和器官上都有表達，包括骨髓、臍血和動員的外周血來源的細(xì)胞表面，以及多種非造血干細(xì)胞表面表達。近年來研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移到特定器官是不同器官通過趨化作用吸引特定類型腫瘤細(xì)胞歸巢的結(jié)果。在眾多的趨化因子受體中，CXCR4在許多腫瘤中都存在表達增強。目前的研究表明，與趨化因子受體CXCR4相關(guān)的癌癥超過23種，它還能促進血管生成，細(xì)胞的轉(zhuǎn)移、生長或生存 [3]。此外，還參與HIV病毒感染 [4]。這些生物學(xué)功能決定了CXCR4靶向藥可用于腫瘤、造血干細(xì)胞動員、HIV等疾病的治療。
CXCR4的配體
趨化因子CXCL12（又稱SDF-1，基質(zhì)細(xì)胞衍生因子1）是CXCR4的唯一配體，屬于CXC趨化因子家族成員，分子量約為8 kD。CXCL12包含α和β兩個異構(gòu)體，由骨髓基質(zhì)細(xì)胞及其他相關(guān)的間皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞分泌 [5]。CXCR4作為CXCL12行使功能的唯一跨膜受體，組成的CXCR4/CXCL12軸參與諸多生物學(xué)過程，包括①腫瘤的轉(zhuǎn)移、增殖、黏附以及血管新生多種機制；②介導(dǎo)造血干細(xì)胞的動員與歸巢，與趨化干細(xì)胞靶向受損組織、擴大旁分泌和促進血管新生有關(guān)；③調(diào)節(jié)成熟B細(xì)胞、漿細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的運動，與機體的免疫功能有著密切的關(guān)系 [3, 6]。因此，CXCR4通過結(jié)合CXCL12，在介導(dǎo)免疫及炎癥反應(yīng)、調(diào)控造血、誘導(dǎo)血管生成、腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移等多種生理和病理過程中發(fā)揮重要作用。
CXCR4的調(diào)節(jié)機制
CXCR4與其配體CXCL12特異性結(jié)合，可激活下游一系列細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和效應(yīng)分子，進而調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、增殖、遷移和粘附等生物學(xué)行為。如圖1，在腫瘤中，CXCR4-CXCL12參與激活多種促癌調(diào)節(jié)機制，從而促進腫瘤增殖、抑制癌細(xì)胞凋亡、促進轉(zhuǎn)移，包括RAS-MAPK-MEK1/2 [7]、ERK1/2 [8]、PI3K-AKT [9]和NF-kB [10]等信號通路。
以PI3K-AKT為例子，有研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌細(xì)胞中，CXCL12-CXCR4生物軸激活PI3K/Akt途徑得以促進腫瘤細(xì)胞的生長、浸潤及轉(zhuǎn)移，其機制具體如下：高表達的CXCL12-CXCR4軸可使PI3Kγ活化，通過與磷脂酰肌醇3-激酶γ（phos-photidylionsitol 3-kinasseγ，PI3Kγ）的調(diào)節(jié)亞基相結(jié)合，進而激活 PI3Kγ的下游的信號分子，如核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）、蛋白激酶 B（protein kinase B，PKB），細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2（extracellular regulated protein kinase1/2，ERK1/2）和有絲分裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPK）等的表達 [11, 12]。
圖1. CXCR4/CXCL12在腫瘤細(xì)胞中的信號通路
CXCR4在腫瘤等疾病中的作用
CXCR4作為腫瘤細(xì)胞表達最為普遍的趨化因子受體，與多種腫瘤的發(fā)展和轉(zhuǎn)移有關(guān)，包括乳腺癌 [13]、卵巢癌 [14]、肺癌 [15]、結(jié)腸直腸癌 [16]、原發(fā)性腦腫瘤（如膠質(zhì)瘤）[17]、胰腺癌 [18]、前列腺癌 [19]、多發(fā)性骨髓瘤（MM） [20]、急性髓系白血病（AML） [21]、慢性淋巴細(xì)胞白血病（CLL） [22]、非霍奇金淋巴瘤（NHL） [23]等等。
在血液腫瘤方面，CXCR4與多種血液腫瘤疾病具有無可爭議的臨床相關(guān)性。首個CXCR4拮抗劑普樂沙福（Plerixafor）于2008年在歐美獲批，2018年引進國內(nèi)。目前，Plerixafor可聯(lián)合G-CSF用于接受自體造血干細(xì)胞移植（ASCT）的NHL和MM患者造血干細(xì)胞動員。多項CXCR4靶向抑制劑也正在展開研究，一種抗CXCR4抗體ulocuplumab（BMS-936564）的Ib/II期試驗（NCT01359657）證實，阻斷CXCR4-CXCL12與來那度胺和地塞米松聯(lián)合治療復(fù)發(fā)性或難治性骨髓瘤患者，具有較高的應(yīng)答率。此外，人源化CXCR4抗體PF-06747143在包括NHL、AML和MM在內(nèi)的多種血液腫瘤模型中顯示出強烈的抗腫瘤作用。
在實體瘤方面，CXCR4抑制劑也被證明具有重要的抗癌潛力。有幾項臨床試驗正在評估CXCR4抑制劑對膠質(zhì)瘤患者的臨床益處。另外，一項I/II期試驗（NCT01977677）研究表明，普樂沙福Plerixafor抑制CXCL4介導(dǎo)的血管生成，增強了放射治療的效果；一種CXCR4肽拮抗劑（LY2510924）在各種實體瘤和轉(zhuǎn)移性乳腺癌臨床前模型中顯示出抗腫瘤活性。
CXCR4不僅在腫瘤中扮演關(guān)鍵角色，還與一些免疫疾?。ū热?，系統(tǒng)性紅斑狼瘡 [24]、風(fēng)濕性相關(guān)疾病 [25]等等），遺傳性疾病WHIM綜合征 [26]，以及病毒疾病HIV [27]有密切關(guān)系。另有報道指出，CXCR4在胚胎發(fā)育過程中，介導(dǎo)受損視神經(jīng)的軸突再生，或為視覺治療提供新策略 [28]。因此，靶向CXCR4將為多種疾病的藥物開發(fā)帶來新辦法，尤其在血液腫瘤以及實體瘤的免疫治療方面。
CXCR4的臨床應(yīng)用前景
目前，以CXCR4為靶向的研究正在進行中或已經(jīng)相當(dāng)成熟。除了FDA批準(zhǔn)的CXCR4抑制劑Plerixafor，普樂沙福，用于血液惡性腫瘤。近年來，伴隨著對CXCR4功能機制的進一步認(rèn)識，已經(jīng)探索出了多種CXCR4靶向抑制劑（如下表），例如，國內(nèi)已獲批臨床的Motixafortide，目前處于臨床III期，用于治療局部晚期或轉(zhuǎn)移性三陰性乳腺癌；同樣處于臨床III期階段的Mavorixafor，作用造血干細(xì)胞動員用于多發(fā)性骨髓瘤患者自體骨髓移植，計劃于今年上半年遞交NDA，有望成為全球第二款CXCR4靶向藥。相信很快，針對CXCR4受體的治療方法，將為癌癥等多種疾病的療法提供新的突破。
| 藥物名稱 | 最高研發(fā)狀態(tài) | 公司 | 作用機制 | 治療領(lǐng)域/適應(yīng)癥 |
|---|---|---|---|---|
| Plerixafor(普樂沙福) | 2008年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)上市 2018年，NMPA批準(zhǔn)上市 |
美國健贊公司；Genzyme Europe Bv;Magenta Therapeutics Inc;賽諾菲 | CXCR4拮抗劑 | 多發(fā)性骨髓瘤；非霍奇金淋巴瘤；造血干細(xì)胞移植；淋巴瘤；骨髓增生異常綜合征急性淋巴細(xì)胞白血病急性髓細(xì)胞樣白血病；霍奇金病慢性淋巴細(xì)胞白血??；慢性髓細(xì)胞白血??；腦停；神經(jīng)母細(xì)胞瘤；尤因肉瘤：器官移植排斥；胃臟疾病 |
| Mavorixafor | 臨床三期 | 上海和置生物醫(yī)藥科技有限公:Abbisko Therapeutics CoLtd;Mayne Pharma Inc;X4 Pharmaceuticals | CXCR4拮抗劑 | WHIM綜合征；三陰性乳腺腫瘤：腎細(xì)胞癌；中性粒細(xì)胞減少；華氏巨球蛋白血癥黑色素瘤；HIV感染 |
| Balixafortide | 臨床三期 | Polyphor Ltd | CXCR4拮抗劑 | 乳腺德；多發(fā)性骨髓瘤；骨髓增生性疾??；骨髓增生異常綜合征；急性淋巴細(xì)胞白血病；急性髓細(xì)胞樣白血??；慢性淋巴細(xì)胞白血病；慢性隨細(xì)胞白血病 |
| NRP-2945 | 臨床二期 | Neuren Pharmaceuticals | CXCR4調(diào)節(jié)劑 | 癲癇 |
| [68Ga]Pentixafor | 臨床二期 | PentixaPharm GmbH;The University Of lowa | CXCR4拮抗劑 | 中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤；神經(jīng)內(nèi)分泌瘤：診斷劑 |
| PTX-9908 | 臨床二期 | 北京邁康斯德醫(yī)藥技術(shù)有限公司；Pertinax Therapeutics;泰宗生物科技股份有限公司 | CXCR4調(diào)節(jié)劑 | 肝癌；肝細(xì)胞癌 |
| MSX-122 | 臨床二期 | Altiris Therapeutics:Que Oncology | CXCR4拮抗劑 | 血管舒縮癥；熱潮紅：實體 |
| Ulocuplumab | 臨床二期 | 百時美施貴寶 | CXCR4拮抗劑 | 小細(xì)胞肺癌；胰腺癌；多發(fā)性骨瘤；急性髓細(xì)胞樣白血?。喊籽嶓w瘤；淋巴細(xì)胞白血??；濾泡中心淋巴宿：慢性淋巴細(xì)胞白血病 |
| Motixafortide | 臨床二期 | Biolinerx Ltd;F.Hoffmann-La Roche Ag | CXCR4拮抗劑 | 非小細(xì)胞肺癌；食道癌：胰腺癌；骨隨增生異常綜合征：再生障礙性貧血；急性細(xì)胞樣白血病；多發(fā)性骨隨瘤 |
| JVS-100 | 臨床二期 | Cleveland Clinic;Juventas Therapeutics;Sironrx Therapeutics | 白細(xì)胞刺激劑；CXCR4刺激劑；基因轉(zhuǎn)移；細(xì)胞凋亡抑制劑；血管生成誘導(dǎo)劑 | 缺血；外周動脈疾?。恍呐K衰竭 |
| LY-2510924 | 臨床二期 | 禮來制藥 | CXCR4拮抗劑 | 腎細(xì)胞癌小細(xì)胞肺癌；實體瘤 |
| AD-214 | 臨床一期 | AdaltaLtd;Addpharma Inc | CXCR4拮抗劑 | 間質(zhì)性肺疾??；胃食管反流病 |
| CXCR4 modified anti-BCMA CAR T celltherapy (SichuanUniversity) | 臨床一期 | 四川大學(xué) | Anti-BCMA(抗BCMA) | 多發(fā)性骨髓瘤 |
| Anti-CD4CART-celltherapy (University ofPennsylvania) | 臨床一期 | 賓夕法尼亞大學(xué) | CD4調(diào)節(jié)劑 | HIV感染 |
| GMI-1359 | 臨床一期 | Glycomimetics Inc | CXCR4拮抗劑 | 乳腺癌；轉(zhuǎn)移性乳腺癌 |
| MLB-1707 | 臨床申請 | 主流源生物科技（上海）有限公司 | CXCR4抗劑 | 三陰性乳腺腫瘤 |
| MLB-010 | 臨床前 | 主流源生物科技（上海）有限公司 | CXCR4拮抗劑 | 腫瘤 |
| MLB-014 | 臨床前 | 主流源生物科技（上海）有限公司 | CXCR4拮抗劑 | 白血病 |
| MLB-1807 | 臨床前 | 主流源生物科技（上海）有限公司 | CXCR4拮抗劑 | 腫瘤 |
| X4P-002 | 臨床前 | X4 Pharmaceuticals | CXCR4拮抗劑 | 膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 |
| GP-01CR11 | 臨床前 | GPCR Therapeutics USA Inc | CXCR4拮抗劑 | 腫瘤 |
| GP-01CR21 | 臨床前 | GPCR Therapeutics USA Inc | CXCR4拮抗劑 | 腫瘤 |
數(shù)據(jù)來自：藥渡
為鼎力協(xié)助各藥企針對CXCR4在腫瘤、造血干細(xì)胞動員、HIV、自身免疫性等疾病在臨床中的研究，CUSABIO推出CXCR4活性蛋白產(chǎn)品（Code: CSB-MP006254HU(F1)，助力您在CXCR4機制方面的研究或其潛在臨床價值的探索。
● Recombinant Human C-X-C chemokine receptor type 4 (CXCR4)-VLPs (Active)
CSB-MP006254HU(F1) is detected by Mouse anti-6*His monoclonal antibody.
Immobilized Human CXCR4 at 10 μg/ml can bind Anti-CXCR4 recombinant antibody (CSB-RA006254MA01HU), the EC50 is 101.7-253.6 ng/mL.
參考文獻：
[1] Wescott, Melanie P., et al. "Signal transmission through the CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) transmembrane helices." Proceedings of the National Academy of Sciences 113.35 (2016): 9928-9933.
[2] Van den Bosch, Thierry, et al. "Chemokine receptor CCR7 expression predicts poor outcome in uveal melanoma and relates to liver metastasis whereas expression of CXCR4 is not of clinical relevance." Investigative ophthalmology & visual science 54.12 (2013): 7354-7361.
[3] Chatterjee, Samit, Babak Behnam Azad, and Sridhar Nimmagadda. "The intricate role of CXCR4 in cancer. "Advances in cancer research 124 (2014): 31-82.
[4] Hernandez, Paolo A., et al. "Mutations in the chemokine receptor gene CXCR4 are associated with WHIM syndrome, a combined immunodeficiency disease." Nature genetics 34.1 (2003): 70-74.
[5] De Paepe, Boel, et al. "Localization of the α-chemokine SDF-1 and its receptor CXCR4 in idiopathic inflammatory myopathies. "Neuromuscular disorders 14.4 (2004): 265-273.
[6] Asri, Amir, et al. "Homing in hematopoietic stem cells: focus on regulatory role of CXCR7 on SDF1a/CXCR4 axis." Excli Journal 15 (2016): 134.
[7] Dushyanthen, Sathana, et al. "Agonist immunotherapy restores T cell function following MEK inhibition improving efficacy in breast cancer." nature communications 8.1 (2017): 1-18.
[8] Chetram, Mahandranauth A., Valerie Odero-Marah, and Cimona V. Hinton. "Loss of PTEN permits CXCR4-mediated tumorigenesis through ERK1/2 in prostate cancer cells." Molecular cancer research 9.1 (2011): 90-102.
[9] Zheng, Hao, et al. "Migration of endothelial progenitor cells mediated by stromal cell-derived factor-1α/CXCR4 via PI3K/Akt/eNOS signal transduction pathway." Journal of cardiovascular pharmacology 50.3 (2007): 274-280.
[10] Cheng, Y., et al. (2020). Positive Cross-Talk Between CXC Chemokine Receptor 4 (CXCR4) and Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR) Promotes Gastric Cancer Metastasis via the Medical science monitor: international medical journal of experimental and clinical research, 26, e925019.
[11] Chen, Guang et al. "Inhibition of chemokine (CXC motif) ligand 12/chemokine (CXC motif) receptor 4 axis (CXCL12/CXCR4)-mediated cell migration by targeting mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway in human gastric carcinoma cells." The Journal of biological chemistry vol. 287,15 (2012): 12132-41. doi:10.1074/jbc.M111.302299
[12] Qin, Yan et al. "Cancer-associated fibroblasts in gastric cancer affect malignant progression via the CXCL12-CXCR4 axis." Journal of Cancer vol. 12,10 3011-3023. 19 Mar. 2021, doi:10.7150/jca.49707
[13] Chen, Ivy X et al. "Blocking CXCR4 alleviates desmoplasia, increases T-lymphocyte infiltration, and improves immunotherapy in metastatic breast cancer." Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America vol. 116,10 (2019): 4558-4566. doi:10.1073/pnas.1815515116
[14] Zeng, Yang et al. "Dual blockade of CXCL12-CXCR4 and PD-1-PD-L1 pathways prolongs survival of ovarian tumor-bearing mice by prevention of immunosuppression in the tumor microenvironment." FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology vol. 33,5 (2019): 6596-6608. doi:10.1096/fj.201802067RR
[15] Wald, Ori. "CXCR4 Based Therapeutics for Non-Small Cell Lung Cancer (NSCLC)." Journal of clinical medicine vol. 7,10 303. 25 Sep. 2018, doi:10.3390/jcm7100303
[16] Wang, Dong et al. "Exosome-encapsulated miRNAs contribute to CXCL12/CXCR4-induced liver metastasis of colorectal cancer by enhancing M2 polarization of macrophages." Cancer letters vol. 474 (2020): 36-52. doi:10.1016/j.canlet.2020.01.005
[17] Jiang, Zheng et al. "Contribution of SDF-1α/CXCR4 signaling to brain development and glioma progression." Neuro-Signals vol. 21,3-4 (2013): 240-58. doi:10.1159/000339091
[18] Bockorny, Bruno et al. "BL-8040, a CXCR4 antagonist, in combination with pembrolizumab and chemotherapy for pancreatic cancer: the COMBAT trial." Nature medicine vol. 26,6 (2020): 878-885. doi:10.1038/s41591-020-0880-x
[19] Baci, Denisa et al. "Acetyl-L-Carnitine downregulates invasion (CXCR4/CXCL12, MMP-9) and angiogenesis (VEGF, CXCL8) pathways in prostate cancer cells: rationale for prevention and interception strategies." Journal of experimental & clinical cancer research : CR vol. 38,1 464. 12 Nov. 2019, doi:10.1186/s13046-019-1461-z
[20] Ullah, Tomalika Rahmat. "The role of CXCR4 in multiple myeloma: Cells' journey from bone marrow to beyond. "Journal of bone oncology vol. 17 100253. 16 Jul. 2019, doi:10.1016/j.jbo.2019.100253
[21] Cancilla, Daniel et al. "Targeting CXCR4 in AML and ALL." Frontiers in oncology vol. 10 1672. 4 Sep. 2020, doi:10.3389/ fonc.2020.01672
[22] El-Sherif, Wafaa T et al. "CXCR4 as a prognostic marker in Egyptian chronic lymphocytic leukemia patients." the Egyptian journal of immunology vol. 28,3 (2021): 114-126.
[23] Beider, Katia et al. "Targeting the CD20 and CXCR4 pathways in non-hodgkin lymphoma with rituximab and high-affinity CXCR4 antagonist BKT140." Clinical cancer research : an official journal of the American Association for Cancer Research vol. 19,13 (2013): 3495-507. doi: 10.1158/1078-0432.ccr-12-3015
[24] Ma, Kongyang et al. "TLR4+CXCR4+ plasma cells drive nephritis development in systemic lupus erythematosus." Annals of the rheumatic diseases vol. 77,10 (2018): 1498-1506. doi:10.1136/annrheumdis-2018-213615
[25] Peng, Liping et al. "Expression levels of CXCR4 and CXCL12 in patients with rheumatoid arthritis and its correlation with disease activity ." Experimental and therapeutic medicine vol. 20,3 (2020): 1925-1934. doi:10.3892/etm.2020.8950
[26] Kallikourdis, Marinos et al. "The CXCR4 mutations in WHIM syndrome impair the stability of the T-cell immunologic synapse." Blood vol. 122,5 (2013): 666-73. doi:10.1182/blood-2012-10-461830
[27] Zhang, Chaozai et al. "Discoveries and developments of CXCR4-targeted HIV-1 entry inhibitors." experimental biology and medicine (Maywood, N.J.) vol. 245,5 (2020): 477-485. doi:10.1177/1535370220901498
[28] Zanetti, Giulia et al. "A CXCR4 receptor agonist strongly stimulates axonal regeneration after damage." annals of clinical and translational neurology vol. 6,12 (2019): 2395-2402. doi:10.1002/acn3.50926
