综述：ATM 抑制剂在癌症治疗中的发展

本文综述了 ATM 抑制剂在癌症治疗中的发展，探讨其作用、局限及临床应用前景。

　　### 1. 共济失调毛细血管扩张症（Ataxia Telangiectasia）
共济失调毛细血管扩张症（A-T）是一种常染色体隐性遗传病，1958 年首次被描述。其临床表现多样，常见症状包括共济失调、毛细血管扩张、对化学物质和辐射敏感、免疫缺陷、神经退行性变以及患癌风险增加等。A-T 发病率较低，全球每 4 万至 10 万人中约有 1 人患病，症状通常在儿童早期出现，并随时间加重，患者常因慢性肺部疾病或相关癌症在 20 多岁时死亡。1968 年的一项病例研究首次报道了 A-T 患者对辐射的敏感性，此后研究发现 A-T 患者细胞在细胞周期检查点存在缺陷，这会导致 DNA 损伤的细胞继续分裂，进而增加突变和基因组不稳定性，促使癌症发生。不仅 A-T 患者患癌风险高，A-T 致病基因携带者患某些癌症的风险也会增加。

2. ATM 与 DNA 损伤信号传导（ATM and DNA Damage Signaling）

1995 年，导致 A-T 的单个基因被鉴定出来并命名为共济失调毛细血管扩张突变基因（ATM）。ATM 基因位于 11 号染色体，跨度 150kb，编码产生约 350kDa 的蛋白质。ATM 属于磷脂酰肌醇 3 - 激酶样（PI3K）家族的丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶，能磷酸化 700 多种靶底物的 SQ/TQ 位点。它在 DNA 修复信号传导中起启动作用，同时调节细胞周期检查点，通过磷酸化 p53、Chk1/2、NBS1 和 RPA 等蛋白来阻止细胞周期进程，还在端粒维持和细胞凋亡中发挥关键作用。与 ATM 同属 PI3K 家族的其他成员，如 ATM 和 Rad3 相关蛋白（ATR）启动复制应激反应，DNA 依赖性蛋白激酶（DNA-PK）促进非同源末端连接修复。
正常情况下，ATM 以无活性的二聚体形式存在。当 DNA 双链断裂（DSBs）形成时，暴露的 DNA 末端会被 MRN 复合物（MRE11、RAD50、NBS1）结合，同时乙酰转移酶 Tip60 被激活，使无活性的 ATM 二聚体乙酰化，促进其激活。NBS1 通过与 FxF/Y 序列基序相互作用将 ATM 招募到 DSB 处，引发二聚体构象改变，随后 ATM 在 Ser1981 位点自磷酸化，导致单体化并激活。激活后的 ATM 会启动一系列信号级联反应，涉及 BRCA1、CtIP 和 γH2AX 等蛋白，通过同源重组促进 DSB 修复。
ATM 既存在于细胞核中，也存在于细胞质中。细胞核中的 ATM 主要参与 DNA 损伤修复和细胞周期调控，而细胞质中的 ATM 可调节胰岛素反应中的 AKT 活性。此外，ATM 功能缺失会导致线粒体功能障碍、活性氧生成增加和 T 细胞线粒体自噬缺陷，它还参与 cGAS/STING 通路，是先天免疫系统的重要组成部分，不过其在细胞质中的功能仍在研究中。

3. ATM 改变与癌症（ATM Alterations and Cancer）

遗传性纯合或致病性复合杂合 ATM 突变的患者会患上 A-T，约 25% 的 A-T 患者会患癌症，常见的为血液系统癌症，如急性白血病、非霍奇金淋巴瘤、霍奇金淋巴瘤和 T 细胞淋巴母细胞白血病等，且患癌风险随年龄增长而显著增加。携带致病性 ATM 突变等位基因的个体虽不会患 A-T，但患乳腺癌、胰腺癌、胃癌和前列腺癌等多种癌症的风险会增加，例如女性携带单个致病性 ATM 突变，患乳腺癌的风险比普通人群高 5 至 8 倍，估计 8.8% 的乳腺癌患者是 A-T 杂合子。在癌症发展过程中，ATM 突变被认为会促进肿瘤发生，不过 ATM 突变生殖系携带者的肿瘤发生分子机制仍有待研究。
在 ClinVar 数据库中，由于大规模测序扩展和临床使用多基因检测，ATM 基因的遗传改变报告在过去 5 年增加了一倍多。该数据库包含超过 17,000 条 ATM 生殖系和体细胞改变的报告，其中致病性变异超过 4000 条，意义不明的变异（VUS）接近 8000 条。大多数致病性 ATM 变异是移码突变和无义突变，分别占 51.7% 和 27.9%，会导致蛋白质截断或完全缺乏 ATM 表达；97% 的 VUS 是错义突变。
癌症基因组图谱（TCGA）泛癌图谱研究显示，6% 的样本存在体细胞 ATM 改变，在子宫癌（18.6%）、膀胱癌（14.11%）和结直肠癌（12.5%）中改变最为频繁。这些突变在 ATM 基因上分布较为均匀，但癌症热点数据库列出了多个反复出现突变的位点，如 N 端的 R250 和 R337、钳状结构域的 R1466 以及激酶结构域的 R2832、N2875、I2888、L2890 和 R3008 等，了解这些热点的起源和生物学影响对未来研究具有重要意义。

4. ATM 作为抗癌靶点（ATM as an Anticancer Target）

ATM 作为 DNA 修复和细胞周期进程的关键调节因子，是极具吸引力的抗癌靶点。由于其在 DSB 修复途径中的激活作用，抑制 ATM 可以增强诱导 DSB 的化疗药物的疗效，因此 ATM 抑制剂被广泛探索用于多种联合治疗。ATM 敲低实验显示出有前景的抗癌活性，在胶质瘤干细胞中，敲低 ATM 会增加细胞凋亡、减少细胞增殖，并使细胞在照射后更多地停滞在 G2 期，同时增加 DNA 损伤。
ATM 抑制剂与电离辐射（IR）、拓扑异构酶抑制剂以及顺铂等其他化疗药物联合使用，都取得了令人鼓舞的结果。研究还尝试同时抑制 ATM 和其他关键修复途径，以提高放疗敏感性并防止耐药性产生。聚（ADP - 核糖）聚合酶（PARP）是 DNA 单链断裂的早期响应蛋白，其抑制剂已被批准用于临床，且有更多正在临床试验中研究。同时抑制 ATR 和 ATM 也成为研究热点，抑制 ATR 会导致复制应激反应失效，引发严重的基因组不稳定性，进而产生 DSB。大量 ATR 抑制剂已进入临床试验，用于单药治疗或作为放疗 / 化疗增敏剂。
ATM 在激活对 DSB 的反应中发挥作用，这使其成为 cGAS - STING 通路的重要组成部分。抑制 ATM 会导致线粒体 DNA 泄漏到细胞质中，引发 “免疫炎症” 肿瘤，这种肿瘤更易通过免疫检查点疗法治疗。研究发现，抑制 ATM 的激酶活性比完全缺失 ATM 表达的影响更严重，会导致染色体断裂增加和基因组不稳定，不过在可变 - 多样性 - 连接（V (D) J）重组和类别转换重组方面，激酶失活的 ATM 与 ATM 缺失的淋巴细胞之间没有差异，表明这些缺陷与 ATM 在 DNA 修复中的作用相关。

5. ATM 抑制剂（ATM Inhibitors）

随着个性化抗癌治疗的发展，开发有效的 ATM 抑制剂成为研究热点。自 2004 年首个 ATM 抑制剂问世以来，至少又开发了 12 种重要化合物，其中 8 种进入临床试验。截至目前，已有 14 项临床试验获批使用 ATM 抑制剂，4 项已完成，10 项仍在进行中。

• KU - 55933（2004）：由 KuDOS Pharmaceuticals 开发，是首个 ATM 特异性抑制剂，在 10μmol/L 时对 ATM 具有选择性。它通过筛选围绕 LY294002 设计的分子而得，是 ATP 竞争性抑制剂。KU - 55933 单独使用时无细胞毒性，但与 IR、喜树碱、依托泊苷或多柔比星联合使用时，可使细胞停滞在 G2/M 期，阻断 p53、H2AX、CHK1、NBS1 和 SMC1 的磷酸化，显著降低细胞存活率。它还具有其他抗癌特性，如与雷帕霉素联合可增加乳腺癌细胞系 MDA - MB - 453 的凋亡，抑制癌细胞中 GLUT1 介导的葡萄糖摄取，从而增加凋亡。此外，在神经母细胞瘤细胞中，KU - 55933 具有神经保护作用。然而，由于其疏水性强和对健康组织毒性高，未能进入临床试验，但目前仍在探索更有效的递送方法。
• CP466722（2008）：通过对 1500 多种潜在化合物进行综合筛选而确定为 ATM 抑制剂，对 ATM 具有较强的特异性，但研究发现它对 ATM 的特异性较低，还可靶向其他 25 种细胞激酶，在体内翻译的潜力有限。不过，它被用于开发多种高通量筛选试验，以鉴定更多的 ATM 抑制剂。
• KU - 60019（2009）：是 KU - 55933 的改良版本，优化了选择性和水溶性。在仅 3μmol/L 的浓度下就能使细胞对 IR 敏感，抑制胶质瘤和成纤维细胞的迁移和侵袭，在多种癌症治疗中展现出潜力，如在 PTEN 缺陷的乳腺癌细胞系和结直肠癌细胞中诱导合成致死。由于其改善的药代动力学特性，已获批进入临床试验，目前正在进行肾癌联合治疗的临床前验证。
• KU - 59403（2013）：基于 KU - 55933 的结构开发，旨在提高溶解性。它比 KU - 55933 更具特异性和效力，在 3μmol/L 时可抑制 ATM。与拓扑异构酶抑制剂联合使用时，可显著增加细胞毒性，药代动力学也有所改善。然而，关于 p53 状态对其疗效的影响存在争议，目前尚未在临床上进一步研究。
• AZ31（2016）：从一系列 3 - 喹啉甲酰胺中筛选得到，在 1μmol/L 时对 ATM 具有选择性，生物利用度适中，溶解性和清除率优于先前的抑制剂。它在体内实验中表现出对胶质瘤的放疗增敏作用，与拓扑异构酶 I 抑制剂伊立替康联合使用，对部分结直肠癌细胞系和患者来源的异种移植物有抑制增殖的作用。但它存在非肿瘤特异性的全身效应，且会抑制 hERG 离子通道，因此未能进入临床应用。
• AZ32（2016）：与 AZ31 同时开发的 3 - 喹啉甲酰胺衍生物，对携带突变 p53 的胶质瘤细胞系有放疗增敏作用，但对 p53 野生型的结肠癌细胞系作用不同。它能有效穿透血脑屏障，与放疗联合使用可显著提高小鼠颅内胶质瘤的治疗效果，但因其对乳腺癌耐药蛋白 BCRP/ABCG2 有抑制作用，具有非特异性效应，未被作为临床 ATM 抑制剂进一步研究。
• AZD0156（2018）：具有极高的 ATM 选择性、高溶解性和生物利用度，在体内与 PARP 抑制剂奥拉帕利和拓扑异构酶 I 抑制剂伊立替康联合使用，显示出强大的抗肿瘤效果。在多种癌细胞系中，它能有效阻断 ATM 磷酸化，增强放疗敏感性，还可用于治疗对标准治疗耐药的肿瘤，如通过阻断替代端粒延长（ALT）途径的 DNA 损伤信号传导，使对替莫唑胺和伊立替康高度耐药的 p53 缺陷细胞重新敏感。此外，它还能增强放疗诱导的抗肿瘤免疫反应，不过其临床试验因血液学毒性而终止。
• AZD1390（2018）：基于 AZD1056 的结构开发，旨在提高血脑屏障通透性。它对 ATM 抑制具有选择性，能有效穿透血脑屏障，在多种癌症的临床前研究中表现出良好的放疗增敏效果，如在脑肿瘤模型中，与 IR 联合使用可显著提高小鼠存活率。它还能激活 cGAS/STING 通路，诱导干扰素刺激基因（ISG）表达，抑制肿瘤生长，目前正在进行多项临床试验。
• M3541（2022）：由 Merck KGaA 开发的 ATP 竞争性 ATM 抑制剂，能在 1μmol/L 的浓度下完全消除辐射诱导的 A549 细胞中 ATM 的激活。与 IR 联合使用，可协同抑制多种癌细胞系的生长，与 IR 和顺铂联合使用，可进一步提高无进展生存期。它还能增加干扰素刺激基因表达和炎症趋化因子 / 细胞因子表达，增强癌细胞对自然杀伤（NK）细胞的敏感性。但在临床试验中，由于患者出现多种不良反应、药物吸收受限且缺乏明显的肿瘤体积减小证据，该研究已终止。
• M4076（2022）：与 M3541 来自同一化学类别，具有更好的溶解性和更强的效力，对 ATM 具有极高的选择性。在临床前研究中，与辐射联合使用可抑制多种癌细胞系的生长，使 FaDu 异种移植模型中的肿瘤完全消退，与 PARP 抑制剂、拓扑异构酶抑制剂以及 ATR 抑制剂联合使用，均显示出协同效应。目前正在进行两项临床试验，一项评估其作为单药治疗的药代动力学和安全性，另一项研究其与 ATR 抑制剂和免疫检查点抑制剂联合治疗实体瘤的效果。
• ZN - B - 2262（~2022）：由苏州赞荣药业开发的新型 ATM 抑制剂，已进入中国临床试验。临床前数据显示，它与伊立替康和放疗分别联合使用，对 SW60 结直肠癌和 FaDu 头颈部鳞状细胞癌有协同抑制肿瘤生长的作用，目前正在进行安全性和耐受性的临床试验。
• SYH2051（~2023）：由 CSPC ZhongQi Pharmaceutical Technology Company 开发，已进入临床试验，正在评估其作为单药治疗和与放疗联合治疗实体头颈部癌症的疗效和药代动力学特性。
• WSD - 0628（2024）：由 Wayshine Biopharmaceuticals 开发，是目前报道的最有效的 ATM 抑制剂，在 30nmol/L 的浓度下就能阻断 U251 胶质母细胞瘤细胞中 ATM 的活性。与辐射联合使用，可使胶质母细胞瘤异种移植小鼠的存活时间增加一倍以上，能有效穿透中枢神经系统，目前正在进行治疗复发性高级别胶质瘤的临床试验。

6. 结论（Conclusions）

• 联合治疗（Combinatorial Treatments）：ATM 抑制剂作为单药治疗癌症的临床疗效有限，其真正的潜力在于联合治疗。ATM 在 DSB 修复中的关键作用使其成为放疗增敏癌细胞的理想靶点，但其疗效受癌症的遗传和突变谱影响较大。多个研究表明，p53 状态对 ATM 抑制剂的治疗效果有重要影响，p53 缺陷的细胞对 ATM 抑制高度敏感，但也有研究显示 p53 状态不影响细胞对 ATM 抑制的敏感性，这种差异可能与 p53 表达改变或未识别的背景突变有关。除 p53 外，抑制或敲低其他多个靶点可增强 ATM 抑制的效果，如 Fanconi 贫血（FA）通路突变与 M3541 联合可诱导合成致死。此外，ATM 抑制剂还可与 PARP、CHK1、APE1 和 ATR 等抑制剂联合使用，以实现合成致死和增加敏感性，目前同时抑制 ATR 和 ATM 的联合治疗正在进行临床试验。
• 临床挑战（Clinical Challenges）：尽管 ATM 抑制在临床前研究中表现出多功能性，在多项临床试验中也取得了有前景的结果，但仍存在一些问题限制其应用。例如，高毒性和各种不良反应，如 KU - 60019 高剂量联合照射会导致神经系统症状，M3541 的临床试验因不良反应而终止，AZD1390 会导致正常脑组织出现轻微病变，M4076 在高剂量时会导致贫血和皮疹，AZD0156 因血液学毒性而停产。此外，对这些药物的脱靶效应和潜在长期后果了解不足，目前也缺乏 ATM 抑制的长期研究。不过，ATM 抑制在使耐药癌症对治疗敏感方面具有潜力，结合肿瘤特征进行联合治疗，对部分癌症患者是可行的选择。一些化合物如 AZD1390 和 WSD - 0628 能有效穿透血脑屏障，适用于治疗耐药性脑癌。ATM 相关的免疫原性功能也为研究提供了新方向，总体而言，ATM 抑制剂为癌症治疗提供了有前景的独特策略，有望在个性化医疗中发挥重要作用。