癌症疗法新篇章——GLEEVEC的故事

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　　By Coyotejoy

　　GLEEVEC是瑞士诺华 (Novartis) 制药公司研究开发出的治疗慢性脊髓性白血病 (Chronic Myeloid Leukemia，CML) 的一种小分子化学药物。2001年5月10日被美国食品和药物管理局 (Food and Drug Administration，FDA) 批准上市，是当年核准的药物中最重要的一个。这个药物除了它治病救人的善莫大焉的医疗作用，它的出现在药物开发和医疗史上的科学意义十分重大。

　　白血病，又被叫做血癌，其生理表现是骨髓产生大量异常的白血细胞，抑制能保护人体免受感染侵袭的正常白血细胞的生成。正常人的白血细胞数目在每立方毫升四千到一万之间，而白血病病人的白血细胞数目增加，可高达四万到七万。慢性脊髓性白血病(CML) 是白血病的一种。95%的CML患者的异常白血细胞中含有一种异常的被名为“费城” (Philadelphia) 的染色体，它的发现可追溯到本世纪60年代。那时，科学家们正学着怎么分离和研究染色体，宾夕法尼亚大学药学院的彼得·诺维博士(Dr. Peter Nowell) 和癌症研究所的戴维·汉格福特博士 (Dr. David Hungerford) 注意到CML病人常有着别于他人的短了一截的22号染色体，他们以所在城市将之命名为“费城”。1973年，芝加哥大学的简尼特·罗尼博士 (Dr. Janet Rowley) 发现这是因为22号染色体的一段错位到了9号染色体
上 (?hromosome Translocation) ，而9号染色体上的一段错位到了22号染色体上，22号染色体变短，而且其上形成了一个致癌基因BCR-ABL。这是确立某种特定的基因变化与癌症相关的第一个证据。1983年到80年代末，麻省怀特合德生物医药研究所(Whitehead Institute for Biomedical Research)的戴维·巴尔的摩博士(Dr. David Baltimore)和加州大学洛杉矶分校(UCLA)的欧文·维逖博士(Dr. Owen Witte)的研究发现，BCR-ABL致癌基因导致血细胞中形成一种异常的酪氨酸激酶(Tyrosine Kinase)BCR-ABL蛋白，这种激酶(Kinase)一直保持生理活性，使调控细胞复制的信号传导途径(Signal Transduction, signal pathway)一直处於活跃状态，从而源源不断地产生更多的异常白血细胞，骨髓正常控制的
白血细胞的生成被破坏，形成CML病症。这时，关于CML形成的详细的生理机制才完全建构起来，其它癌症之所以形成的分子机理很少有被研究得如此透彻的。激酶是一种通过将信号蛋白磷酰化而催化激活的酶，抑制激酶可以将信号蛋白及它们涉及的信号传导途径关闭。这时，发展一种小分子药物来抑制激酶从而治疗癌症的概念已经形成。

　　很久很久以来，癌症一直等於是死亡的代名词；一纸血癌诊断书更好比是阎罗王的急急索命符。CML病人在诊断后两年内的死亡率为20%到30%，而后每年25%的病人死亡，他们在确诊后的平均存活年数只有三到五年。CML大致可分为三个阶段：慢性期，加速期和暴发期。从初发阶段到暴发期，骨髓内异常细胞数目一直上升，而且扩散至骨髓外。慢性期可潜伏4到5年，在这一阶段，患者症状很轻，往往只在例常的血检时才被检测发现。对大多数患者可使用化疗法(chemotherapy) ，干扰素(interferon)疗法或骨髓移植(bone marrow transplantation)。加速期在6到18个月之间，这时白血球的扩增往往已难用常规疗法控制。而在最后的暴发期，患者只能存活1到6个月。

　　传统的化疗法是用毒性较强的药物如Busulfan, Hydroxyurea, Cytosine Arabinoside(Ara-C) 或Dacabazine(DTIC) 等来杀死癌细胞。由於这种方法对癌细胞和正常细胞没有选择性，在治疗癌症的同时，正常的组织也受到损伤，因而带来严重的副作用比如呕吐、腹泻、受感染、缺乏食欲、容易疲倦、记忆迟钝、精神抑郁等。这些副作用给病人带来了痛苦，大大影响他们的生活质量。通过这些疗法，有的病人被治愈，然而很多病人因这副作用先于癌症被治好就死亡。化疗法实际上对降低含“费城”染色体的细胞数目没有效果，只能延长病人寿命大约4年。80年代初出现的干扰素是一种生物技术药物，它对15%到20%的处於慢性期的CML病人可除去大部分的癌细胞，从而降低病人的白血球数目到一定的可容忍的程度。但干扰素对CML病人也不是完全治愈，因为癌细胞仍然残存在病人的骨髓中。干扰素疗法可延长病人寿命大约6年。干扰素需要每天注射，对病人很不方便。干扰素带来的副作用能导致病人体重减轻、能量降低、疲倦、精神压抑等，很多使用干扰素疗法的病人因为这些副作用的影响根本不再可能工作，正常的生活也受到很大影响。骨髓移植法是唯一可能的治愈法，但是这个手术风险相当高，动过这个手术的70%的病人在手术后不到一年就死亡。另外，手术花费高昂。而且，由於需要有合适的骨髓捐赠人，比如子嗣，所以这种手术不是对每个病人都可能的。

　　科学家们发现了CML在分子水平上的形成机制后，开始积极探索寻求某种专一地抑制异常蛋白酪氨酸激酶BCR-ABL蛋白的方法。因为这种蛋白将癌细胞和正常细胞区分开来，如果能有选择性地专门地“干掉”这个致癌蛋白，那么正常的细胞以至组织就不会受到伤害，病人在治病的同时不必忍受严重的副作用带来的巨大痛苦。这种建立在基因组研究成果上定靶(Target) 来设计药物的概念和方法比传统的研发药物方式更理性化，致力于治“里”胜于传统的治“表”，是20世纪80年代后的现代制药业研发药物方式的趋势和走向。

　　治疗CML的靶标(Target)是异常蛋白酪氨酸激酶BCR-ABL蛋白，一种激酶。激酶家族庞大，在90年代初发现的各种激酶已经有180多个，到2003年分离鉴定出的成员共518个。而且这些家族成员的“关键保留部位”，同时也是小分子化合物最可能“袭击” 的地方，都有很大的相似性。这“关键保留部位”证明了它们家族进化源头的同宗。激酶家族成员的各种功能复杂，而且对调控细胞的新陈代谢、生长与凋亡至关重要。所以要找到一个专一地有选择性地只干掉“坏”的激酶，不打扰“好”的激酶的方法在当时是一件很困难很困难甚至被很多人认为是不可能的事情。学术界和工业界都在积极地研究激酶的各种生化性质。随着研究的进展，分离出纯的单一的激酶并在体外稳定培养的技术越来越完善，使在体外研究小分子化合物与激酶的相互作用成为可能并给化学家合成优化更有生理活性的化合物提供了很多的信息。从20世纪80年代末起，瑞士诺华公司癌症研究部门的阿利克斯·梅塔博士 (Dr. Alex Matter) 就一直致力于酪氨酸激酶 (Tyrosine Kinase) 的研究。1993年，他领导的科学家们发现一个小分子化合物能够抑制激酶家族中的蛋白激酶C (Protein Kinase C) 。药物化学部门的以赫格·兹梅门(Dr. Jürg Zimmerman) 为首的化学家们合成了一系列的相关化合物来提高它们的活性、选择性和成为药物所需的各种性质。生物学家尼克·林顿(Nick Lyndon)和伊丽莎白·布奇丹格(Dr. Elisabeth Buchdunger) 领导的小组
则负责测试分析这些化合物的生理活性。一系列的化学结构修饰和优化以及生物活性的测试后，他们发现其中一个小分子化合物STI571在体外有选择性地杀死90%的CML癌细胞而留下正常细胞。STI571也即后来的GLEEVEC，STI571是GLEEVEC上市前研发过程中所用的代号。STI是信号传导抑制 (Signal Transduction Inhibition) 的英文缩写, 而571大概指这是他们合成的这一系列化合物中的第571个吧。万分之一的小分子化合物才有可能成为药物，因为许多化合物都有各种各样的难以成为药物的“毛病”：比如在肠胃中不能被吸收，在胃中不稳定，在肝中被分解掉，排出体外太快，在血液中与其它的蛋白结合，毒性太强等等等等(ADMET)。其它的9999个化合物只好作无材补天之叹！而科学家们在他们的一生中除了勤奋地运用他们的聪明才智来解决各种问题，也往往需要运气的惠顾来成就一个药物。后来，计算机模拟的STI571与靶标BCR-ABL蛋白的结合作用，以及X-光结晶技术提供的实验结果都显示STI571能够“袭击”BCR-ABL蛋白的“关键部位”，从而抑制这个蛋白的磷酰化催化作用。

　　好的实验结果已经出来，科学家为他们的结果而高兴，但是诺华公司的管理层却喜忧参半，因为这个好的结果使他们面临一个重大的商业决策：是否将这个药物进到临床实验阶段。这个化合物很有潜力成为治疗CML的药物，但是作为一种特殊的商品，这个商品将来可能有的“消费”市场是很小的。CML是一种罕见的导致生命危险的癌症，在美国每年罹患CML的病人在4千到8千之间，现在共有大约4万CML患者。世界范围内，患CML的比率每年大概为10万分之1.3 。前列腺癌或乳癌患者群的数目是CML的30到40倍。根据塔夫慈中心(Tufts Center) 2002年的调查分析结果，开发一个药物的大致投资为8.97亿美元；加上做市场，广告和推销等的费用越来越贵，贝恩咨询公司(Bain & Co.)估计现在发展一个药物上市总的投资花费大约为17亿美元。制药公司作为一种企业，和通用电气，微软这样的公司一样，仍然需要以盈利来目标来保证企业的生存和发展。如果市场盈利太小，就很难将在药物开发和制造过程中的投资和人力资源花费收回。而在药物开发漫长的过程中，最昂贵的在于后期临床实验阶段(Clinical Trials)，而如今一个备选药物经历系统严格的临床实验后成为药物被批准上市的可能性只有千分之一。

　　这时，一直与诺华合作，也参与了激酶抑制剂研究的俄勒冈健康和科学大学(The Oregon Health and Science University，OHSU)的布来恩·加克尔博士(Dr. Brian Druker) 知道了诺华管理层的犹豫和忧郁，他对管理层上书说，“要么把这个化合物进到临床实验阶段，要么把这个化合物特许给我。”根据他的科学经验和洞察力，发展STI571能证明定靶设计药物治疗癌症这个概念的成功 (proof of concept) 。梅塔博士也强烈支持这一观点。但生意决策需要基於市场统计分析结果来决定，常常有很多的风险，固然风险之中也可能蕴藏着机会。诺华的总裁丹尼尔·瓦赛拉 (Dr. Daniel Vasella) 慎重考虑后，决定仍然由公司来将此化合物推进到下一个研究阶段。瓦赛拉行医出生，他认为，制药公司虽然以盈利为目标以保证公司和股民受利；同时，药物是一种特殊的商品，提供药品来救死扶伤，减痛延寿以及提高病人的生活质量是制药公司的使命和职责。科学家们提供的数据和结果显示出了他们的实验和理论的逻辑严密、连贯、正确，也很现实和可靠，也反映出了他们的研究热情和坚韧不拔的精神，这些让瓦赛拉能信服他领导的科学家们的判断，再加上瓦赛拉自己的商业直觉，他做了决定！

　　於是，1994年起，布来恩·加克尔博士(Dr. Brian Druker) 开始了设计和准备临床实验。1995年STI571在动物体上的实验显示了它的无毒和有效，从这儿的实验结果也知道了大致的可以在人体上使用的剂量。然而1996年11月STI571在狗上的实验显示对肝有毒性，这结果让所有的人都备受打击，整个项目差点就此死掉！拖延到1997年，发现合适的剂量在猴子上对肝并没有毒性。同年，加克尔博士、林顿博士和彼得·格拉夫(Peter Graf)博士研究出了STI571的口服剂配方，取代静脉注射法，并在狗上做了测试证明可行。1998年6月，加克尔博士和UCLA的研究CML的专家查尔斯·索耶斯(Charles Sawyers)等人执导的第一期临床实验正式开始，共招募了149个经干扰素疗法治疗失败后的病人。实验结果非常令人兴奋：对90%的病人，每日服用GLEEVEC 300毫克，一个月后就可见到白血细胞数目下降回归到正常值。在细胞水平的反应则是含费城染色体的细胞数目下降，5
个月后甚至完全消失。这样好的结果促使诺华加快了他们的研究速度，仅在一年之后，他们即开始了第二期的临床实验。而CML患者还有他们的家属和朋友从各种渠道知道了GLEEVEC和它的疗效，他们在网上形成互助团，互通声气，要求加入临床实验，甚至收集签名向诺华请愿，督促他们快速生产提供成药，赶快并广泛地将药分发给病人群。第二期临床实验在欧洲和美国的十几个点进行，共7千人参加，结果证明了GLEEVEC的安全和有效。这时诺华即开始准备申请FDA的审核批准。第三期临床实验共有17个国家的177个医院参与，1106个病人随机分配，一半使用GLEEVEC治疗，一半使用干扰素治疗，结果发现GLEEVEC对新诊断的CML病人在细胞水平上的疗效反应比干扰素有效三到四倍，而且舒缓了病人病情发展到加速期的时间。所以，CML病人越早使用GLEEVEC，反应会越好。大规模的临床实验结果发现GLEEVEC可能有的副作用包括恶心、呕吐、浮肿、肌肉抽缩、皮肤
过敏，以及头痛或腹泻等，好在这些副作用病人尚可容忍或克服，病人在服药的同时，仍然可以正常地工作和生活。GLEEVEC把以前“索命”的CML变成了一种象关节炎一样的可以日常应付的慢性疾病。

　　因为是治疗癌症的新型药物， GLEEVEC的疗效又优于已有的治疗CML的化疗法、干扰素法和骨髓移植法，而且它是一种口服的胶囊，对患者而言，口服药比每天注射方便舒服很多，诺华于2001年2月27日递交了新药的优先申请。由於CML的“索命性” ，而GLEEVEC“克” 这“索命符”，FDA也加快速度来审核诺华的申请材料和成药生产线，2001年5月10日批准通过它上市，总共审批时间2个半月，这个审批速度在审核癌症药和高度复杂的新药史上破了记录。FDA同时要求诺华做更多的研究来证明此药长期的安全性和有效性。到2002年秋季，几乎所有国家都批准通过了GLEEVEC。GLEEVEC从1998年6月临床实验开始到2001年上市，仅历时32个月。对一般的新药而言，这个过程平均需要5到7年。

　　总结而言，GLEEVEC是一种新型的治疗CML的小分子化学药物，直接定靶于导致CML的异常酪氨酸激酶BCR-ABL，通过抑制这个酶的活性从而抑制更多的癌细胞的产生，同时它能诱导已生成的癌细胞的凋亡。这种定靶的专一性使它的治疗效率提高和副作用大大减小，95%的病人在服药一到三个月之后就可见到药效，癌细胞减少，血细胞数目可回到正常值。作为一种新型的理性设计的分子定靶药物，GLEEVEC提供了癌症疗法的新途径，对治疗其它的有更大患者群的癌症具有启示作用。它是第一个基於人类基因组研究来定靶激酶(Kinase)，调控信号传导的药物，它的药效的确定证明了通过调控细胞信号传导系统来治疗疾病(尤其癌症)这个概念的实现，是科学研究史上的一个重大突破。

　　GLEEVEC除了抑制BCR-ABL活性外，也能抑制另外两种激酶PDGF-R (platelet-derived growth factor receptor) 和C-Kit。C-Kit涉及到一种很少见的肠胃基质肿瘤 (Gastrointestinal Stromal Tumors，GIST) 的形成，其病理与CML的相似。在美国，每年大约有2千人左右罹患此病，总患者群大约为5千。2002年FDA也批准通过了GLEEVEC对GIST的治疗作用。C-Kit还涉及到小细胞肺癌(Small Cell Lung Cancer) 的形成。PDGF-R则涉及到一系列其它的癌症。所以诺华现在还在积极研究用GLEEVEC或GLEEVEC与其它药物的综合疗法对肺癌等癌症的治疗作用。

　　随着时间的推移，对病人服药后的观察时间更长，发现对处於CML暴发期的病人，GLEEVEC先有作用，而后疾病可能复发。研究发现其原因可能一是因为BCR-ABL蛋白发生变异，构象变化，GLEEVEC不再能与变异的蛋白结合来抑制其活性；其二可能是因为BCR-ABL基因放大使白血细胞增长速度超过了药物控制的能力。科学家们在积极地研究各种可能的解决方案，比如开发新的能同时抑制原型和变异的BCR-ABL蛋白的小分子药物，研究GLEEVEC与其它药物综合的治疗法等等。

　　GLEEVEC从2001年上市到现在，虽然市场小，但几年的市场运作下来，GLEEVEC还是盈利的。2002年它的销售额为$6.15亿，比前一年翻了三番。2003年它的年销售额超过了10亿，从而使它跻身于“畅销药” (blockbuster) 之列。这样的盈利有几方面的因素。其一是FDA的扶持。由於患者人数少于20万，市场小，用于治疗这一类疾病的药被称为“孤儿药”(Orphan Drug)。FDA给了一系列优惠政策来鼓励扶持制药公司研发“孤儿药”。这些优惠政策包括七年的市场绝对权，在与产品相关的临床研究方面给予税率优惠，FDA提供在研究设计方面的帮助，以及每年提供最多可达20万美金的资金帮助。其二，GLEEVEC在美国的定价比较昂贵。GLEEVEC成药分400毫克一胶囊或600毫克一胶囊。慢性期病人需要每天服用一片400毫克的胶囊，每年的消费大约为$28，000。对处於CML晚期的病人，需每天服用600毫克到800毫克的胶囊，耗资更巨。但是相比干扰素或骨髓移植的花费，这价格也不是太过分。病人对GLEEVEC的需求仍然不断上升，诺华的成药生产线也日以继夜地运转着。在美国，口服治疗癌症的药由医生开出，MEDICARE医疗保险不给报销。为了使低收入的CML患者也能使用GLEEVEC，诺华在全球所有的制药公司中率先设立了一个帮助项目来提供给他们免费的药物或一定的买药折扣等等。

　　GLEEVEC给诺华带来的荣誉则是不可估量的。2001年5月10日，汤普生部长
(Health and Human Services Secretary, Tommy Thompson) 召开新闻发布会宣布了FDA批准GLEEVEC上市。参议员们在他们的政治辩论中也频频引用GLEEVEC这个典范游说政府加大基础研究尤其癌症治疗研究方面的投资。开发出GLEEVEC令制药业也大受鼓舞：以激酶为靶标的药物开发项目越来越热门，一跃为仅次于GPCR之后的第二大药物开发靶标。GLEEVEC的故事成了现代制药史上的一个经典范例。诺华以前在癌症研究方面处於弱势，开发出GLEEVEC后，它成了癌症药物开发方面的领袖。而且，瓦赛拉当初为病人着想大胆决策以及他设立的帮助低收入CML患者的支持项目，都让病人和其它的股民感动和信任。一个制药公司，既有高新科学技术，又不唯利是图而以关爱病人优先，有什么其它更动人的说法和做法能让饱受病痛折磨的病人放心，让股民紧攥钱袋的手放松呢？2003年诺华是
全球前十大制药公司中增长最快的一个，导致增长的因素当然很多，其中GLEEVEC的贡献功不可没。

　　回顾整个故事，从1983年确定BCR-ABL蛋白可能作为一个药物靶标到2001年GLEEVEC被FDA批准通过整整花了18年的时间，且再加上60年代时的科学家们在染色体研究方面的奠基工作！把GLEEVEC比成一把斩除病魔的利剑的话，这把利剑的铸成凝聚了成百上千的科学家、医生、技术工作者和其它很多的人的智慧和劳动。2年前我听说一个天津的大夫，中医世家出生，用一剂红小豆加花生衣的偏方治好了女儿的白血病。我再追问讲者关于这个传奇的更多内容，他就语焉不详了。我讲的这个发现GLEEVEC的过程庞大，复杂，漫长，曲折，细致又繁琐，虽然GLEEVEC的故事有它的很多的特殊性，但这个过程差不多是现代西方制药业小分子化学药物开发的基本流程，与道听途说的神奇个例比较，我敢肯定我故事中的药物才是期待神奇疗效新药的病人的“救星” 。

　　References:

　　1.        Capdeville, R. et al. “Glivec(STI571, Imatinib), A Rationally
Developed, Targeted Anticancer Drug”Nature Reviews Drug Discovery 1,
493-502(2002)
　　2.        Vasella, D. et al. “Magic Cancer Bullet—How a Tiny Orange
Pill is Rewriting Medical History”Harper Business, 2003
　　3.        www.fad.gov
　　4.        www.businessweek.com (May 5, 2004 & May 26, 2003)
　　5.        Chemical & Engineering News, Vol. 81(50) Today’s Headlines
Dec 15, 2003

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什么时候我们国家的有关部门和人员才能有这样的精神呢?