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为解决 T - ALL 治疗中对奈拉滨作用机制理解不足的问题，卡罗林斯卡医学院的研究人员开展其细胞内代谢及分子机制研究。结果发现诸多关键机制和待探索方向。这对精准用药意义重大，推荐科研读者阅读，以深入了解该领域进展。
奈拉滨治疗 T 细胞急性淋巴细胞白血病：细胞内代谢及分子作用机制
Femke M. Hormann、Sean G. Rudd（瑞典卡罗林斯卡医学院肿瘤病理学系生命科学实验室（SciLifeLab））
? 作者 2025 年
T 细胞急性淋巴细胞白血病（T - ALL）患者的 5 年无事件生存率往往较低。目前临床实践中唯一用于治疗 T - ALL 的特异性药物是奈拉滨（nelarabine）。奈拉滨是脱氧鸟苷类似物阿糖鸟苷（ara - G）的前药，是一种经过合理设计、用于治疗 T 细胞恶性肿瘤的药物。最初，它被批准用于治疗复发 / 难治性 T - ALL，如今在 T - ALL 治疗中的应用越来越广泛，目前正在进行一线治疗的评估。虽然奈拉滨的临床应用已在多篇综述文章中有所讨论，但对其抗白血病活性分子基础的临床前数据缺乏全面综述，而这对于基于作用机制的临床用药至关重要。因此，卡罗林斯卡医学院肿瘤病理学系生命科学实验室（SciLifeLab）的研究人员进行了一项半系统的文献回顾，对奈拉滨分子药理学的临床前研究进行了批判性评估。早期研究表明，阿糖鸟苷三磷酸（ara - GTP）是主要的活性代谢产物，核 DNA 合成是关键靶点，但仍有许多基本问题有待解答，这些问题将为该疗法的未来应用提供参考。这些问题包括奈拉滨诱导的 DNA 损伤的性质及其修复机制，以及阿糖鸟苷代谢产物的其他细胞靶点，及其在疗效和毒性方面的作用。目前急需开展的一项关键研究是探索奈拉滨联合疗法，包括与现有 T - ALL 化疗方案以及新兴抗白血病药物的联合应用，卡罗林斯卡医学院肿瘤病理学系生命科学实验室（SciLifeLab）的研究人员也指出了一些值得探索的方向。总之，研究人员探讨了从整体临床前文献中获得的启示，并对未来 T - ALL 中奈拉滨治疗的研究方向提出了展望。
引言
T 细胞急性淋巴细胞白血病（T - ALL）是一种 T 细胞恶性肿瘤，占（儿童）急性淋巴细胞白血病诊断病例的 15%。与更为常见的 B 细胞急性淋巴细胞白血病相比，T - ALL 患者通常年龄更大，男性居多，且白细胞计数更高。T - ALL 的预后比 B - ALL 更差，其 5 年无事件生存率约为 80%，而 B - ALL 为 90%。成人 T - ALL 的 5 年无事件生存率更差，仅为 65%，相比之下，1 - 9 岁儿童 T - ALL 患者为 82%，10 - 17 岁儿童患者为 76%。T - ALL 包含多种不同亚型，最近一项研究鉴定出了 15 种亚型，但在 B - ALL 中，亚型有助于指导风险分层，而在 T - ALL 中，只有早期 T 前体 ALL 与高风险相关，并在部分治疗方案中用于风险分层。T - ALL 患者存在许多突变或改变，针对这些突变的靶向药物，如 JAK 抑制剂、CDK4/6 抑制剂或 BCL2 抑制剂可能有益，但目前这些药物均未被批准用于 T - ALL 的治疗。目前唯一被批准用于 T - ALL 治疗的特异性药物是核苷类似物奈拉滨，它被批准用于治疗复发 / 难治性 T - ALL。
为了在临床中基于药物作用机制做出合理决策，深入了解任何化疗药物的代谢和作用方式至关重要。核苷类似物通常具有复杂的多药理学作用机制，目前人们越来越清楚地认识到，在理解这些疗法如何发挥抗癌特性方面仍存在许多空白。因此，卡罗林斯卡医学院肿瘤病理学系生命科学实验室（SciLifeLab）的研究人员对关于奈拉滨的文献进行了半系统回顾，并在本文中汇总了目前对该疗法代谢和分子作用机制的认识，旨在突出研究中的关键空白，并为未来研究指明方向。
发展历程
20 世纪 70 年代中期，有报道称一名红细胞中缺乏嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）活性的儿童患有严重的 T 细胞免疫缺陷，而 B 细胞免疫功能正常。PNP 可催化（脱氧）肌苷和（脱氧）鸟苷分别水解为次黄嘌呤和鸟嘌呤。在这四种底物中，只有脱氧鸟苷（dGuo）在低浓度下对 PNP 缺陷细胞具有选择性毒性，这表明它可能是导致 T 细胞缺陷的原因。这种选择性细胞毒性，以及 T 细胞具有从外源性 dGuo 积累脱氧鸟苷三磷酸（dGTP）的独特能力，使得人们提出假设：一种对 PNP 水解具有抗性的 dGuo 类似物可能对治疗 T 细胞肿瘤有益。此前，在 20 世纪 60 年代早期，Elmer J. Reist 和 Leon Goodman 完成了一系列常见核苷的阿拉伯糖基衍生物的化学合成，其中包括鸟苷类似物 9 - β - D - 阿拉伯呋喃糖基鸟嘌呤（ara - G） 。ara - G 被选用于研究 T 细胞肿瘤的治疗，随后被证明不会被 PNP 水解，且对 T - ALL 细胞具有选择性毒性。随后的代谢研究表明，T - ALL 细胞比其他白血病细胞能够更高程度地积累和保留 ara - G 的三磷酸代谢产物 ara - GTP，人们认为 ara - GTP 是其活性代谢产物。尽管这些研究前景良好，但一些障碍限制了 ara - G 的临床应用。首先，传统的 ara - G 合成方法困难，限制了研究人员获取该药物的途径，不过这一问题可通过酶法或细菌合成来解决。此外，ara - G 的水溶性较差，阻碍了体内研究。为克服这一问题，人们开发了水溶性前药奈拉滨（O - 甲基 ara - G），它可被腺苷脱氨酶（ADA）迅速转化为 ara - G。生产工艺的改进和溶解性的提高使得 1994 年首次开展了临床试验。值得强调的是，开发 PNP 抑制剂（如嘌呤类似物福达替尼（forodesine））是另一种利用（恶性）T 细胞对 dGTP 敏感性的方法，但这并非本文的重点。
临床批准与使用概述
1994 年开始的奈拉滨首次临床试验表明，奈拉滨在体内可迅速转化为 ara - G，且 ara - G 的峰值浓度与给药剂量相关。与先前的体外研究一致，T - ALL 患者体内积累的 ara - GTP 浓度高于 T 细胞慢性淋巴细胞白血病（CLL）、非 T 细胞白血病患者或淋巴瘤患者的外周血单个核细胞（PBMCs）。在这项 I 期临床试验中，较高的 ara - GTP 浓度与完全或部分缓解相关，这与体外研究表明三磷酸代谢产物是主要活性代谢产物的结果一致。两项 II 期试验（一项针对儿童患者，一项针对成人患者）的成功，使得奈拉滨于 2005 年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于治疗复发或难治性 T - ALL 或 T 细胞淋巴瘤（T - LBL）。尽管取得了成功，但有报道称，18% 的儿童病例和 5% 的成人病例出现了≥3 级的神经系统不良事件。同样，在一项更大规模的成人 II 期临床试验中，只有 7% 的患者报告出现了≥3 级的神经系统不良事件。
在奈拉滨作为挽救疗法单药治疗取得成功后，研究人员对其在新诊断 T - ALL 患者中的治疗效果进行了评估。对于对泼尼松早期反应缓慢（这是预后不良的预测指标）的儿童患者，在 BFM - 86 治疗方案中加入奈拉滨后，其 5 年无事件生存率（EFS）与对泼尼松早期反应迅速且未接受奈拉滨治疗的患者相似，同时神经毒性仍在可接受范围内。进一步研究表明，奈拉滨可安全地添加到成人的 Hyper - CVAD 治疗方案中，以及在随机分组的儿童和年轻成人患者的 COG 增强 BFM 方案中。一项针对儿童和年轻成人患者、基于 COG 增强 BFM 方案的随机对照 III 期研究表明，奈拉滨显著将 5 年无病生存率从 82.1% 提高到 88.2%，且与患者年龄无关，同时未增加毒性。目前，奈拉滨正在多项临床试验中进行评估，其中包括在欧洲 ALLTogether 临床研究方案（NCT04307576）中，用于一线治疗 1 - 45 岁的高危 T - ALL 儿童和年轻成人患者。虽然奈拉滨在 T - ALL 治疗中似乎取得了成功，但在一项针对儿童和年轻成人 T - LBL 患者的随机试验中，未观察到无病生存率的差异，且接受奈拉滨治疗的患者神经系统毒性增加。在一项纳入三名 T 细胞慢性淋巴细胞白血病患者的研究中，未观察到患者对奈拉滨有反应。在一项 I 期试验中，奈拉滨在惰性白血病（B 细胞慢性淋巴细胞白血病和 T 细胞幼淋巴细胞白血病）治疗中似乎取得了成功。有关奈拉滨在 T - ALL 治疗中临床数据的最新综述，可参考 Shimony 等人和 Miller 等人的研究。
文献综述
作为深入研究奈拉滨分子作用机制的前奏，卡罗林斯卡医学院肿瘤病理学系生命科学实验室（SciLifeLab）的研究人员进行了一项半系统的文献回顾。部分原因是奈拉滨是 FDA/EMA 批准的抗癌核苷类似物中研究最少的（补充图 1A）。研究人员从 PubMed 收集了所有相关论文，并根据摘要评估其相关性（详细信息见补充图 1B；补充表 1）。分析显示，约三分之一（122 项研究）的现有文献包含临床前研究，下文将详细讨论其中关于奈拉滨代谢和作用机制的研究。在撰写过程中，研究人员认为其他有价值的研究也被纳入其中。
细胞内代谢与分子作用机制
对 T 淋巴母细胞的选择性
奈拉滨和 ara - G 的一个有趣特征是它们对抑制 T 系细胞增殖具有明显的选择性。正如上文所述，这一特性是开发该疗法用于治疗 T 细胞恶性肿瘤的基础，最早在 20 世纪 80 年代的一系列独立研究中被记录，这些研究比较了 dGuo 和 ara - G。通过使用放射性标记的 DNA 前体 3H - 胸腺嘧啶核苷的掺入量作为衡量细胞活力的指标，在一小部分白血病细胞系中，dGuo 和 ara - G 都能够选择性地抑制 3H - 胸腺嘧啶核苷的掺入，从而抑制 DNA 合成，且这种抑制作用在 T 系白血病细胞系中比非 T 系白血病细胞系更为明显。与此一致的是，T 系白血病细胞积累了高水平的三磷酸代谢产物，而 B 系白血病细胞中未观察到这种现象。进一步强调其治疗潜力的是，ara - G 被证明能够抑制三名 T - ALL 患者的白血病细胞在体外对 3H - 胸腺嘧啶核苷的掺入。此后不久，研究人员使用来自同一患者的 B 系和 T 系白血病细胞系，并采用不同的实验方法，独立验证了这些发现。随后，研究人员观察到，尽管在另一对 T 系和 B 系白血病细胞系中，ara - G 的磷酸化（即激活）程度相当，但 B 系白血病细胞系会降解其三磷酸代谢产物，而 T 系白血病细胞系则不会。这表明，恶性 T 细胞中活性代谢产物的缓慢或无分解代谢，可能是其敏感性差异的原因。在对总共 8 种细胞系进行测试时，其他阿拉伯糖核苷类似物（阿糖胞苷（ara - C）、氟阿糖腺苷（F - ara - A）和阿糖腺苷（ara - A））在 B 系白血病细胞中的选择性分解代谢并不明显，这与它们对 T 系和 B 系白血病细胞系的选择性较弱相符。随后一项在体外比较 ara - C 和 ara - G 对不同类型白血病细胞作用的研究表明，ara - G 对 T - ALL 的选择性高于慢性粒细胞白血病（CML）和急性髓系白血病（AML），这与 ara - GTP 的选择性积累一致，说明先前在细胞系中获得的结果也适用于新鲜分离的白血病细胞。此外，一项使用 96 例儿童白血病患者诊断样本的后续研究也观察到了 ara - G 对 T - ALL 的选择性。ara - G 对 T 系细胞的这种选择性，在白血病治疗领域之外也得到了证实，例如，基于 ara - G 的正电子发射断层扫描（PET）探针可用于特异性可视化 T 细胞。
最近的研究揭示了 T - ALL 和 B - ALL 细胞敏感性差异的一个主要原因，即 dNTP 水解酶 SAMHD1 的缺失是关键因素。SAMHD1 是一种 dNTP 三磷酸水解酶，能够使多种抗白血病核苷类似物失活，在 AML 的 ara - C 治疗中对其进行了广泛研究。使用 CRISPR/Cas9 技术敲除 SAMHD1 表达的白血病细胞对奈拉滨高度敏感。随后，对 ALL 中 SAMHD1 表达和 ara - G / 奈拉滨敏感性的全面分析表明，T - ALL 中 SAMHD1 表达的缺失，在很大程度上可以解释其与 B - ALL 相比的敏感性差异。这与早期研究中 T - ALL 细胞缺乏 ara - GTP 分解代谢的结果一致。
随着癌细胞系大规模药物基因组学筛选的开展，奈拉滨对 T - ALL 的选择性更加明显（图 2A）。大多数 T - ALL 细胞系对奈拉滨敏感，许多 B - ALL 细胞系和少数血细胞系也对其敏感，而 AML 细胞系对奈拉滨不敏感。只有极少数非血细胞系表现出敏感性，如肺癌细胞系 NCI - H1417，它也是该数据集中最敏感的细胞系。在所有细胞系或仅在血细胞系中评估时，奈拉滨也是对 T - ALL 选择性最高的药物之一（图 2B，C）。
代谢 - 激活与失活
与所有核苷类似物一样，奈拉滨作为一种无活性的前药给药，需要利用细胞内源性代谢途径转化为其活性形式（图 3）。首先需要进行去甲氧基化反应，将奈拉滨转化为 ara - G，该反应由 ADA 酶催化。给药后，这一过程在患者体内迅速发生，1 小时后 94% 的奈拉滨转化为 ara - G，且 ara - G 的半衰期比奈拉滨更长。随后，ara - G 通过 ENT1 以及另一种可能是 ENT2 的方式被细胞摄取。在体外实验中，这种转运导致细胞溶质和线粒体中的 ara - G 浓度与培养基中的浓度相同。虽然 ara - G 最初被认为是一种对 PNP 具有抗性的 dGuo 类似物，但数据表明 PNP 仍能低效地分解 ara - G。尽管分解效率较低，但这可能具有生物学意义，因为红细胞等一些组织表达高水平的 PNP。
进入细胞后，ara - G 随后被转化为阿糖鸟苷一磷酸（ara - GMP）、二磷酸（ara - GDP）及其活性三磷酸代谢产物 ara - GTP。这一激活过程的限速步骤是向 ara - GMP 的首次磷酸化。在激活过程中，ara - G 利用内源性补救途径的酶，即线粒体中的脱氧鸟苷激酶（DGUOK）和细胞质中的脱氧胞苷激酶（DCK）。这两种酶都可以将 ara - G 转化为 ara - GMP，但效率不同。DGUOK 对 ara - G 的磷酸化效率与其对天然底物 dGuo 的磷酸化效率相似，而 DCK 的效率较低。在 pH >7 的环境中，DGUOK 更倾向于以 ara - G 为底物。由于这些差异，ara - G 在线粒体提取物中的转化效率高于细胞质提取物，但 DCK 能够催化该反应，且在 ara - G 浓度较高时是首选酶。线粒体中 ara - G 磷酸化代谢产物的浓度更高。由于粗细胞提取物中 DCK 和 DGUOK 表达的差异，不到 50% 的 ara - G 由 DGUOK 转化。同样，用 dCyd 阻断 DCK 会降低细胞内 ara - G 磷酸化代谢产物的浓度，并保护细胞免受 ara - G 相关的细胞毒性。然而，同时过表达 DCK 和 DGUOK 会使细胞对 ara - G 诱导的细胞毒性更加敏感，这表明两种补救激酶都有助于 ara - G 的激活。
由于奈拉滨和 ara - G 的激活依赖于内源性代谢酶，这些酶的表达与 ara - G 的毒性相关。例如，负责 ara - G 细胞摄取的转运蛋白 ENT1 和 ENT2，其 mRNA 表达水平在对 ara - G 敏感的原发性患者样本中更高。另一项研究评估了几种代谢酶的表达，发现（ENT1×DCK）/（CDA×RRM1）比值与原发性 T - ALL 样本中 ara - G 的细胞毒性之间存在相关性。同样，有研究报道在培养细胞系中，ENT1 + DCK 的表达与 ara - G 的细胞毒性相关。虽然 ara - G 的激活与细胞毒性有关，但失活酶也会影响疗效。dNTP 水解酶 SAMHD1 通常在 T - ALL 中不表达，其表达与奈拉滨的细胞毒性呈负相关，敲除 SAMHD1 表达可使细胞对奈拉滨敏感。NT5C2 是一种核苷酸酶，可能使 ara - GMP 失活为 ara - G，但据研究人员所知，尚未有关于其酶活性的报道。间接数据表明它可能参与其中，因为在 CRISPR 筛选中，奈拉滨处理后靶向 NT5C2 的引导序列减少。然而，与复发相关的 NT5C2 突变（与对硫嘌呤类抗代谢物的耐药性相关）的表达，并不会改变奈拉滨的细胞毒性。
靶向核基因组
许多抗癌核苷类似物的主要靶点被认为是核 DNA，从 ara - G 处理细胞中收集的一些早期实验数据也支持该类似物的这一作用方式（图 3、4）。早期研究使用 3H - 胸腺嘧啶核苷掺入 DNA 的量作为衡量活细胞的指标，从而证明 ara - G 以剂量依赖的方式抑制白血病细胞的 DNA 合成。随后，研究表明 ara - G 掺入 DNA 是诱导 T 淋巴母细胞系 CCRF - CEM 凋亡的必要步骤。通过使用细胞周期进程的化学阻断剂（双胸腺嘧啶核苷阻断或 DNA 聚合酶抑制剂阿非迪霉素），研究人员发现，虽然 ara - GTP 的积累与细胞周期阶段无关，但 ara - GTP 掺入 DNA 以及随后的凋亡诱导依赖于进入 S 期。在 S 期之外积累细胞毒性水平的 ara - GTP 不会导致凋亡诱导。该
