第 47 章：心脏中的蛋白激酶：靶向抗癌药物的启示（Protein Kinases in the Heart: Lessons Learned from Targeted Cancer Therapeutics）

引言与背景

本章讨论的是一类以蛋白激酶为主要靶点的"靶向治疗"药物——其设计依据是激酶在多种癌症中过表达或发生突变。第一个成功上市的范例是 imatinib（Gleevec），它抑制 Bcr-Abl 融合蛋白的激酶活性。该融合蛋白源于形成费城染色体的平衡易位：原本功能不清的 Bcr 与广泛表达的非受体酪氨酸激酶 Abl 拼接后，Abl 组分被持续激活，触发下游抗凋亡信号通路，使髓系前体细胞逃避程序性死亡。imatinib 革命性地改变了慢性髓系白血病（CML）的治疗格局，但它不根除转化细胞，只是阻断其增殖。由于肿瘤细胞基因组高度不稳定，CML 常通过 Abl ATP 结合口袋的自发突变削弱药物亲和力而"逃逸"出 imatinib 的抑制、进入急变期；dasatinib、nilotinib 等后续药物针对这些突变口袋设计，从而延长对 CML 的长期控制。

需要特别强调的是，几乎所有这类激酶抑制剂都"选择性有限"——绝大多数作用于 ATP 结合口袋，而人类激酶组约 501 种激酶之间该口袋结构高度保守，这既使药物设计相对容易，也不可避免地带来脱靶效应。imatinib 是相对高选择性的代表，但除 Bcr-Abl 外仍抑制 PDGFR、c-Kit 等；它还抑制氧化还原酶 NQO2（其作用是限制细胞内的氧化应激）和 ABCG 转运体 BCRP。目前虽能对约 500 种激酶中的 300 余种建立抑制剂谱，但短期内仍无法对非激酶类 ATP 依赖酶做系统筛选。

本章的核心论点在于：研究激酶抑制剂诱发的心脏毒性，意义远超毒性机制本身——抗肿瘤药物在患者与实验模型中诱发的心肌表型，可以揭示那些在正常人心血管生理中功能未知的信号通路。借此"床旁到 bench"的范式，研究者可能识别出维持成人心脏结构与功能的新通路，最终不仅改善癌症患者的心毒性管理，还可能发现非肿瘤性心脏病新的"可成药"分子靶点。本章开篇即以一张描绘心肌关键信号通路的图（Figure 47.1）作总览：促分裂原通过生长因子受体激活细胞周期相关激酶（CDKs、Aurora、PLK）以及 ERK、AKT 通路（后者经激活 Pim1 丝氨酸/苏氨酸激酶并抑制 GSK-3），促进心脏祖细胞乃至心肌细胞的增殖与细胞周期进程；病理性肥厚刺激（血管紧张素 II、高血压等）通过细胞内钙浓度升高激活钙神经磷酸酶（calcineurin），后者使 NFAT 转录因子去磷酸化而入核，激活肥厚相关基因表达，JNK 与 GSK3 家族通过磷酸化 NFAT 使其排除出核起对抗作用，CaMKII 与 PI3Kγ 也是关键促肥厚因子；生理性生长由生长因子受体经 PI3K→AKT 通路抑制 GSK3，最终激活 mTOR 及下游 S6K（同时 PTEN 是该轴的内源抑制剂）；能量应激（ATP 下降）时 AMPK 活化，与 GSK3 共同抑制 mTOR 介导的蛋白合成以节省能量，AMPK 上游受 LKB1 与 CAMKKβ 的调控，AMPK 还启动自噬以回收受损细胞器，能量充足时 mTOR 抑制自噬；生长因子受体（IGF1R、胰岛素受体、PDGFR 等）经 PI3K→AKT 抑制 BAD、Forkhead 等促凋亡因子实现抗凋亡，RAS→RAF→MEK→ERK 通路亦具抗凋亡作用；细胞因子与氧化应激经 JAK→STAT 通路保护细胞死亡；PKA（β 肾上腺素下游"战斗或逃跑"反应）与 CaMKII 直接增强收缩功能但长期激活致不良重塑，PKCα 与 PI3Kγ（后者以支架功能而非激酶活性）介导负性肌力效应——PKCα 抑制在压力过载下可维持收缩功能，但 PI3Kγ 抑制反而加重心衰中的重塑。最后，源文强调 imatinib 治疗 CML 的经验已为该领域奠定方法论基础：尽管 imatinib 仍不能根除转化细胞，但通过 dasatinib、nilotinib 等针对 ATP 口袋突变体设计的后续药物，可延长 CML 的长期控制——这种"小分子迭代+表型筛选"的研发模式，正是后续 Bcr-Abl 之外的多种激酶抑制剂在心血管毒性研究中被反复借鉴的范式。

ErbB2/Her2 信号与曲妥珠单抗的心脏毒性

ErbB2/Her2 是表皮生长因子受体家族（EGFR、ErbB2、ErbB3、ErbB4）成员之一，约 30% 的乳腺癌表现出 ErbB2 表达上调 10–100 倍且与不良预后相关。针对 ErbB2 的单抗 trastuzumab 于 1998 年获批用于 ErbB2 阳性乳腺癌，显著改善了无病生存与总生存率。然而心脏毒性成为该药重要的临床问题：单药治疗时约 10% 的患者出现新发左室功能障碍，与蒽环类联合时该比例升至 27%。trastuzumab 的心脏毒性与累计剂量无明确关联，心肌中也未观察到空泡化、肌原纤维紊乱或线粒体异常等蒽环类典型的超微结构改变。尽管心衰发生率不低，trastuzumab 所致心衰的发病率与死亡率显著低于蒽环类，且具有可逆性——一项 38 例蒽环类治疗后出现心功能障碍的乳腺癌研究（治前平均 LVEF 61%，治后 45%），停用 trastuzumab 并积极使用 ACEI 与 β 阻滞剂后，绝大多数患者心功能可恢复至接近基线，其中 25 例在标准抗心衰治疗下重新使用 trastuzumab 未再出现心功能下降。

trastuzumab 心脏毒性的发现本身揭示了 ErbB2 在成人心脏的未知角色。由于 ErbB2 表达在成人心脏曾被认为过低，最初观察到该毒性令人意外；但其配体 neuregulin 与 ErbB2 在胚胎心脏发育中不可或缺。条件性心肌特异性 ErbB2 敲除小鼠出现进行性扩张型心肌病表型，对蒽环类更敏感；在压力过载（主动脉弓缩窄 TAC）下，这些小鼠比野生型更早出现死亡，且在扩张型心肌病出现之前即表现出对压力过载的死亡易感性，提示 ErbB2 在心肌细胞中对压力应激起代偿性保护作用。相应地，大鼠心脏在压力过载诱发肥厚向心肌病演变的过程中，ErbB2 信号水平下降，进一步支持该通路的保护角色。

在分子层面，ErbB2 在心肌细胞中介导保护作用的下游效应尚未完全阐明。一些体内外研究提示 ErbB2 充当多种 GPCR 介导信号级联的共受体——血管紧张素 II、isoproterenol、尿皮质素 2 等 GPCR 配体激活的 ERK1/2 信号在 ErbB2 缺失的心肌细胞中消失；共免疫沉淀实验进一步显示 ErbB2 与 β2 肾上腺素受体等 GPCR 之间存在配体依赖性复合物，使心肌细胞 GPCR 信号偏向 ERK1/2 依赖的心肌保护。较新的功能研究表明，体内 neuregulin/ErbB2 信号受损并不一致地引起细胞凋亡，而更可能与神经体液调节系统相互作用。血管内皮细胞合成 neuregulin 受到肾上腺素、血管紧张素、内皮素与机械应力的调节。

上述细胞与分子研究开启了 ErbB2 激活可能有益于非化疗相关心衰的假设。在啮齿类全 LAD 阻塞模型与犬起搏诱导心衰模型中，neuregulin 治疗延长了生存期。基于这些临床前发现，neuregulin 作为心肌病治疗药物的临床试验正在进行。ErbB2 通路保护作用的发现可推广至其他靶向治疗的心毒性案例，逐步构建更完整的心肌保护信号网络。值得强调的是，trastuzumab 与 neuregulin/ErbB2 故事的逻辑反过来——从临床意外（药物毒性）→机制（敲除小鼠重现表型）→转化（neuregulin 治疗心衰）——正是本章倡导的"床旁到 bench"范式的样板，其结论"心脏毒性研究可揭示未知的心肌保护通路"在该案例中得到充分体现。最后，Crone 2002 Nat Med 与 Ozcelik 2002 PNAS 的心肌特异性 ErbB2 敲除模型分别独立证明，ErbB2 缺失既足以诱发进行性扩张型心肌病，又使心脏对压力过载与蒽环类处理更敏感——这种"遗传学表型"与"药物学表型"的相互印证，使 neuregulin/ErbB2 轴成为"抗癌药毒性→心脏保护机制"这一本章主题最具说服力的实例。

靶向血管生成：VEGF/VEGFR 与 PDGFR 抑制剂

Folkman 早期提出：实体瘤进展必须有新生血管形成。尽管起初争议不断，该假说最终被证实，并催生了抗 VEGF 单抗以及多种针对 VEGFR 的 ATP 竞争性激酶抑制剂，对肾细胞癌、结肠癌等难治性肿瘤显示出活性。这两类药物常为"多靶点"——同时阻断 VEGFR/PDGFR 抗血管生成并抑制驱动肿瘤进展的激酶（如 sorafenib 同时抑制 Raf-1/B-Raf），sunitinib 据报告可作用于 30 余个靶点，是迄今上市药物中选择性最低的。所有 VEGF/VEGFR 抑制剂均伴发高血压，机制将于下文讨论；高血压的出现反而预示更好的抗肿瘤疗效，可能反映对肿瘤血管与正常血管中 VEGF/VEGFR 信号的更完全抑制。

PDGFR 由 α、β 两个结构相关的受体酪氨酸激酶介导下游信号，二者功能既重叠又独立——例如 PDGFR-β 激活在体外诱导趋化，而 PDGFR-α 激活则抑制趋化；下游效应器包括 GRB2/SOS、PI3K、Akt 及 MAPK 家族成员。配体结合后，受体经溶酶体途径内化降解。PDGFR 是多种恶性肿瘤的重要治疗靶点：部分肿瘤中存在导致 PDGFR 组成性激活的基因改变，并依赖 PDGFR 的旁分泌/自分泌刺激；PDGF 及其受体在软组织肉瘤、神经胶质瘤等多种肿瘤中过表达；PDGF 信号在多种实体瘤的血管生成中也起重要作用。抗 PDGFR 药物几乎完全通过阻断 ATP 与激酶口袋的结合发挥作用。

多靶点 TKI sunitinib 主要靶向 VEGFR、PDGFR、c-Kit，用于转移性肾细胞癌与 imatinib 耐药的胃肠道间质瘤；体外研究显示它可显著抑制所测约 20% 的全部激酶，提示其抗肿瘤效应与心血管毒性均可能涉及大量脱靶作用。早期临床试验自 2007 年起即报告了心血管安全问题：左室功能障碍发生率约 10–19%，心衰约 8%。Chu 等的 75 例研究（既往无 LV 功能障碍或心衰）中，19% 出现 ≥15% 的 LVEF 下降，8% 发展为高级别心功能障碍或心衰；Demetri 等的 III 期随机双盲试验报告 grade 3/4 LVEF 下降 1% 对比安慰剂组 0；Motzer 等的 750 例 II 期研究中 10% 出现 LVEF 下降，2% 为显著下降。各研究事件率差异可能源于 LV 功能障碍定义及监测强度的不同。

sorafenib 原本为抑制 Raf-1（ERK 通路中的 MAPKKK）而设计，也作用于 PDGFR-α/β、VEGFR-2、c-Kit，已获批用于转移性肾细胞癌与肝细胞癌，通过抑制血管平滑肌细胞增殖限制血管生成。2008 年一项对肾细胞癌患者使用 sorafenib 或 sunitinib 的观察性研究中，56% 的 sorafenib 患者出现心脏事件（定义宽泛，包括 ECG 异常），显著 LV 功能障碍发生率较低，但相当比例患者出现心肌损伤标志物升高伴局部室壁运动异常，提示 sorafenib 与局部心肌缺血相关；另有散在病例报告支持这一关联，临床前体内外模型也提示其心脏毒性的潜在风险，但 sorafenib 相关心肌缺血或心衰的真实发生率尚不明确。

sunitinib 与 sorafenib 的心脏毒性提示 PDGFR 信号在心肌细胞中具有功能性意义。PDGFR 在心脏中的作用尚未完全阐明，但新近证据显示心肌细胞、内皮细胞与周细胞之间存在显著串话，PDGFR 可能是该串话中的关键节点。与 VEGF 类似，PDGF 在缺血损伤中具有心脏保护作用：PDGF 促进血管生成、缩小梗死面积、保留心功能；干细胞过表达 VEGF 与 PDGF 在小鼠心梗模型中改善心功能。Chintalgattu 等的研究表明心肌细胞 PDGFR-β 是心脏应对负荷应激的关键组分——TAC 诱导压力过载可显著上调 PDGFR-β 表达与激活；心肌细胞特异性诱导型 PDGFR-β 敲除小鼠在压力过载下出现显著心功能障碍与心衰，冠脉血流储备下降，微血管密度（每心肌细胞血管数）显著降低，并出现心内膜下纤维化与缺氧。PDGFR 在压力过载中的具体激活机制尚不清楚：血管紧张素 II 能以不同于 PDGF-BB 处理的方式激活心肌细胞 PDGFR（依赖 AT1R 串话），机械牵张也能激活肺动脉与平滑肌细胞中的 PDGFR-β；心肌特异性 PDGFR 敲除小鼠在外源血管紧张素 II 给药后出现舒张功能障碍、血管生成受损与心衰（Khakoo 未发表数据）。综上，PDGFR 抑制所致心毒性可能源于心脏在压力过载下无法稳定新血管形成。

靶向 PI3K 通路及其心脏毒性顾虑

PI3K 通路是癌症药物开发的主要靶点之一，其主要组分在多种癌症中均发生突变或扩增。Yuan 与 Cantley 指出，PI3K 通路组分的多重突变/扩增与其他非重叠通路的协同激活，使除少数"单一激酶成瘾"型肿瘤外，大多数癌症需要联合治疗策略。然而鉴于 PI3K 通路在压力下心肌细胞存活、胰岛素敏感性以及（由 p110α 介导的）生理性生长中的核心地位，对其激进的抑制存在合理顾虑。McMullen 等曾报告 p110α 在诱导生理性（而非病理性）心肌肥厚中具有关键作用。

癌症中失调的 RTK 包括 IGFR、EGFR、HER2、Kit、PDGFRs、Met 等；p110α 在乳腺癌及其他实体瘤中常发生突变，3 种错义突变导致激酶组成性激活。PTEN 是 PI-3,4,5-P3 第 30 位残基的去磷酸化磷酸酶，与 p110α 功能对立，是仅次于 p53 的第二大肿瘤抑制基因突变靶点，尤其在实体瘤中。在心脏中 PTEN 缺失可减轻 TAC 后的病理性肥厚、间质纤维化与凋亡（Oudit 2004）；抗癌策略若要重新激活 PTEN，会进一步加重潜在心毒性。

PI3K 通路药物开发起步于经典抑制剂 wortmannin（与激酶关键残基形成共价键的不可逆抑制剂）与 LY294002（典型 ATP 竞争性小分子）的支架改造。新一代药物通常抑制全部 4 个 Class I PI3K 亚型——p110α（癌症中的关键靶点）、β、γ（病理性肥厚的调节子）、δ，并常同时抑制 PI3K 家族的 DNA-PK（电离辐射后 DNA 双链断裂修复关键调节子）与 mTOR。鉴于显性负性 p110α 小鼠在心肌梗死后出现 LV 功能障碍，这类药物在压力下尤其令人担忧。Akt 已成为药物开发的主要靶点，但 Akt 在压力下心肌细胞存活中的关键角色同样限制了其在心血管病患者中的安全应用。

PDK1 是该通路中另一个潜在靶点，颇具吸引力：从肿瘤学角度它位于 Akt（T308 磷酸化）、S6K、SGK、PKC、RSK 等多个促生长激酶上游，且只有一种亚型并呈组成性激活。PDK1 敲除小鼠因心衰过早死亡，表现为心室壁变薄、心肌细胞小、LV 功能障碍；其低表达模型（10% 正常水平）心脏体积为野生型一半，心肌细胞无法充分肥厚；心脏条件性 PDK1 缺失导致严重心衰、心肌细胞存活减少、β 肾上腺素刺激反应受损，对缺氧的敏感性增加。mTOR 是所有细胞（包括心肌细胞）生长的中心调节子，整合来自 PI3K、激活 mTOR 的 Ras-Raf-Mek-ERK 通路，以及抗生长通路 AMPK、GSK-3 与缺氧/缺血应激的信号；TSC1-TSC2 复合物是 mTOR 的关键分子开关板，PTEN 失活（进而 Akt 与 mTOR 激活）的肿瘤细胞对雷帕霉素介导的 mTORC1 抑制诱导的细胞死亡敏感，提示 PTEN 突变型肿瘤细胞存活依赖 mTOR；mTOR 还调节自噬（详见第 30 章）。McMullen 2004 Circulation 进一步表明，雷帕霉素抑制 mTOR 信号可使压力过载诱导的已建立的心肌肥厚发生显著退化，凸显 mTOR 在心肌肥厚维持中的关键角色。PI3K/PDK1/Akt/mTOR/S6K 系统集中体现了癌症信号与心肌肥厚/存活信号之间的相似性。Figure 47.2 进一步展示了该通路在 RTK 下游、PI3K→PDK1→Akt→mTOR 轴以及 mTORC1 调控血管生成与蛋白翻译、同时抑制自噬的整体图景——Akt 需在两个关键位点被磷酸化激活：T308 由组成性活性的 PDK1 磷酸化，S475 由 mTORC2 复合物磷酸化；激活的 Akt 通过抑制 TSC1/2 解除对 mTORC1 的内源抑制，mTORC1 经 S6K 与 4E-BP 驱动翻译与细胞生长，并通过与 HIF1 相互作用并调控其转录活性，从而促进血管生成——与癌症细胞相比，心肌细胞中的 PI3K 通路在激活幅度与持续时间上较弱，提示为何"为癌症设计的强效 PI3K 抑制剂"在心脏中可能引发意想不到的毒性后果。值得指出，源文将这种"促生长（与抗凋亡）效应在两个系统中均被保留"作为该节的核心论点。

激酶抑制剂治疗心脏病：硬币的另一面

对激酶抑制剂心脏效应的关注绝大多数集中于其心脏毒性，但激酶生物学家日益认识到激酶抑制剂亦有望用于治疗心脏病。临床前乃至部分临床研究已探索 p38-MAPK 抑制剂在动脉粥样硬化与急性冠脉综合征中的应用、imatinib 在 1 型自身免疫糖尿病中的应用以及 imatinib 在银屑病与类风湿关节炎中的应用。本节聚焦于肌肉相关疾病——肺动脉高压、收缩功能障碍与遗传性心肌病（肥厚型心肌病 HCM 表型模仿）。

肺动脉高压与 imatinib、sorafenib。 肺动脉高压（PAH）可为原发性或继发于 COPD、先天性心脏病、胶原血管病等，治疗选择有限。imatinib 可逆转野百合碱诱导的 PAH，归因于其对 PDGFR 信号的抑制；sorafenib 在此模型中效果更佳，被认为源于其对 Raf/Mek/ERK 通路的额外抑制——sorafenib 不仅减少肺动脉重构，还减轻 PAH 后的右心室肥厚。鉴于 ERK 通路在多种小鼠模型中促进肥厚，这很可能是其治疗效应的部分机制。一项 imatinib 治疗 PAH 的 II 期临床试验已完成，初步提示有效（NCT00477269）。

遗传性肥厚型心肌病的 HCM 表型模仿与 Ras/Raf/Mek/ERK 通路。 家族性 HCM 主要由编码肌节蛋白的基因突变引起，但也存在由蛋白激酶突变引起的"表型模仿"。其中 prkag2 基因编码 AMPK 的一个调节亚基，其突变导致 AMPK 组成性激活，引发糖原贮积性肥厚型心肌病与快速性心律失常（如 Wolff-Parkinson-White 综合征）。该病治疗困难、死亡率较高。鉴于 sunitinib 显著脱靶抑制 AMPK（Kerkela 2009），可开展临床前研究检验 sunitinib 是否能预防、延缓甚至逆转该病表型。另一组 HCM 表型模仿——Noonan、Costello、颅面皮肤综合征——由 Ras/Raf 通路突变及调节该通路的磷酸酶 PTPN11 突变引起，导致通路组成性激活，治疗手段有限，可考虑使用包括 sorafenib 在内的 Raf 通路抑制剂。

PKCα 与 ruboxistaurin 治疗收缩功能障碍。 PKCα（而非 PKCβ 或 PKCγ）缺失可保留压力过载下的收缩功能；Molkentin 团队使用 PKCαβγ 抑制剂 ruboxistaurin（LY333531）得到类似的保护效果。该激酶抑制剂已在多项临床试验中（主要用于糖尿病视网膜病与神经病变）使用；过去 15 年无新的心衰治疗药物问世，ruboxistaurin 的现有数据或可催生心衰新策略的开发。

本章个人批注

本章的双向逻辑——"抗癌药物的心脏毒性揭示心脏生物学"和"心脏毒性药物反过来用于治疗心脏病"——是我读过的章节里最具方法论启发的。它把"药物副作用"重新框定为"在体功能筛选"：当一种选择性本不完美的激酶抑制剂在患者中产生心血管表型，研究者实际上获得了一类"自然诱导的心肌细胞信号通路扰动"，由此可以推断该靶点（或近邻通路）在正常成人心脏中的功能。trastuzumab-ErbB2 故事是范式案例：从临床上意外发现心毒性，到条件性敲除小鼠重现扩张型心肌病，再到 neuregulin 治疗心衰的转化尝试，整条链条读起来极具说服力。

但我在读的时候也保持一些怀疑：(1) 关于 imatinib 抑制 NQO2 与 BCRP 的描述——这些非激酶靶点在心脏毒性中到底扮演多大角色，本章没有给出明确证据，更像是"附带提一下"。(2) sunitinib 抑制约 20% 激酶这一数字来源于 Hasinoff 等的体外研究，但体外激酶谱与体内脱靶效应之间常有差距，20% 究竟是"足以解释所有毒性"还是"只是故事的起点"，我倾向于后者。(3) 在"激酶抑制剂治疗 PAH/HCM/PKCα"这一节，证据强度明显不足——多数为临床前模型或小规模临床试验，ruboxistaurin 已经做了十几年糖尿病临床试验却没做出心衰适应症，本身就提示了"从临床前到临床"的鸿沟。这恰好对应本章"硬币的另一面"隐含的谨慎乐观。

与第 46 章的对照也很有趣：第 46 章讨论的是直接把治疗性基因（SERCA2a、β-ARKct、AC-VI、S100A1 等）送入心脏——那是"心脏特异性治疗范式"；本章则是把"为癌症设计的药"反过来用作心脏病药，是"借鸡生蛋"范式。两条路线背后的科学逻辑其实是相通的：都把信号通路当作可调节的工程对象来对待。

与上下章的衔接（一段话）

在 Hill 主编本书的第二部分（心脏）从基础生理（钙通量、兴奋-收缩耦联、代谢）逐步过渡到疾病机制（心衰、肥厚、心律失常）之后，第 46、47 两章将视角切换到"治疗性干预的设计"——但切入角度恰好互补：第 46 章 Hajjar 单作者综述了基因治疗（病毒/非病毒载体、体内递送、靶基因选择、早期临床数据），第 47 章 Khakoo 与 Force 则聚焦于小分子激酶抑制剂这一截然不同的"精准"工具，并进一步提出一种方法论——抗癌药物的脱靶效应可作为发现心脏保护通路的反向筛选平台。本章向下衔接的几章（细胞治疗、化学遗传学等）很可能延续"治疗策略"主题，因此第 47 章实际上承担了"小分子药理学视角"在这一序列中的位置：与第 46 章的"基因递送视角"形成对偶。