Bortezomib () – organiczny związek chemiczny, dwupeptydowa pochodna kwasu borowego, będąca silnym i odwracalnym inhibitorem proteasomu 26S (kompleksu białkowego odpowiadającego za degradację białek komórkowych).
Bortezomib jest pierwszym i, jak dotąd, jedynym wprowadzonym do leczenia inhibitorem proteasomu. W badaniach klinicznych II fazy stwierdzono istotną odpowiedź na leczenie u ponad 1/3 pacjentów z zaawansowanym szpiczakiem mnogim. Na tej podstawie amerykańska Agencja Żywności i Leków w dniu 13 maja 2003 roku zarejestrowała bortezomib w trybie przyspieszonym ze wskazaniem leczenia szpiczaka mnogiego u chorych, u których po zastosowaniu co najmniej dwóch schematów leczenia nastąpił nawrót choroby. Następnie Agencja Żywności i Leków zatwierdziła również leczenie chłoniaka z komórek płaszcza bortezomibem u pacjentów, którzy otrzymali wcześniej co najmniej jeden cykl leczenia.
Historia Bortezomib został po raz pierwszy zsyntetyzowany w 1995 roku w zespole kierowanym przez J. Adamsa, w firmie Myogenics (następnie ProScript), jako wynik badań nad inhibicją proteasomu. Wybrano do tego celu związki zawierające bor (a konkretnie kwas borowy), gdyż cechowały się one najlepszymi właściwościami i wysoką swoistością. Ze wszystkich zsyntetyzowanych związków, do dalszych badań wybrano właśnie bortezomib. Wyniki badań przedklinicznych były obiecujące, lek wszedł więc w pierwszą fazę badań klinicznych, gdzie oceniano jego skuteczność na małej grupie pacjentów ze szpiczakiem mnogim. Firma ProScript popadła w kłopoty finansowe i w maju 1999 roku została przejęta przez Leukosite. W październiku tego samego roku Leucosite kupiła firma Millenium Pharmaceuticals. Dalsze badania nad bortezomibem (oznaczonym symbolem MG-341, a następnie PS-341) zostały wstrzymane, ze względu na większe zainteresowanie macierzystymi projektami firmy. Sytuacja uległa zmianie, gdy okazało się, że u jednego z pacjentów uczestniczących w badaniach klinicznych I fazy uzyskano całkowitą odpowiedź na leczenie bortezomibem. Późniejsze wyniki innych badań wskazywały na to, że podobne efekty można osiągnąć u 15% pacjentów ze szpiczakiem mnogim leczonym bortezomibem.
Mechanizm działania Funkcjonowanie szlaku ubikwityna-proteasom 26S Za sprawną degradację białek komórkowych odpowiada szlak ubikwityna–proteasomy. Reguluje on istotne procesy w komórce, między innymi transdukcję sygnałów, regulację transkrypcji, odpowiedź na stres, a także kontrolę czynności receptorów. Szlak ten pełni również kontrolę nad aktywacją czynnika transkrypcyjnego NF-κB, degradując inhibitor tego białka – I-κB. Proteasom 26S jest białkiem o masie 1500–2000 kD, składającym się z kompleksu katalitycznego 20S (o masie około 700 kD) i kompleksu pełniącego rolę regulatorową – 19S. Biorąc pod uwagę budowę przestrzenną, proteasom składa się z dwóch zewnętrznych i dwóch wewnętrznych pierścieni, które razem tworzą strukturę cylindryczną mającą trzy przedziały. Obydwa pierścienie zewnętrzne mają po siedem podjednostek α każdy (α1-α7), a pierścienie wewnętrzne – siedem podjednostek β każdy (β1-β7). Kompleks katalityczny ma aktywność: chymotrypsyno-, trypsyno- i kaspazopodobną; aktywne miejsca katalityczne znajdują się po wewnętrznej stronie cylindra. Proces degradacji białek rozpoczyna się od przyłączenia do nich łańcucha poliubikwitynowego (tzw. ubikwitynacja). Tak znakowane białka rozpoznawane są przez kompleks regulatorowy, gdzie usunięty zostaje znacznik ubikwitynowy. Następnie ATP-azy o aktywności chaperonopodobnej rozwijają białka przeznaczone do degradacji i wprowadzają je do wnętrza kompleksu katalitycznego 20S. Otwory te są bardzo małe (około 1,3 nm), dlatego konieczne jest znaczne rozwinięcie degradowanych białek. Dodatkowo otwór wejściowy zablokowany jest „bramką” – N-końcowym fragmentem łańcucha podjednostki α3. Blokada jest jednak zwalniana, gdy podjednostki 20S i 19S są ze sobą związane. Gdy białka przeznaczone do degradacji znajdą się we wnętrzu podjednostki katalitycznej, są hydrolizowane przez sześć miejsc aktywnych (po dwa na podjednostkach β1, β2 i β5). W ten sposób powstają ostateczne produkty hydrolizy – polipeptydy o długości 3–22 aminokwasów.
Mechanizm działania bortezomibu thumb|Struktura VCAM-1 (ang. vascular cell adhesion molecule 1) – jedno z białek adhezyjnych thumb|Struktura „receptora śmierci” Fas (na ilustracji przedstawiono domenę wiążącą) thumb|Białko antyapoptotyczne Bcl-2 (izoforma 1) thumb|APAF-1 – jedno z „białek śmierci” (na ilustracji związane z ATP) thumb|Bak – jedno z białek proapoptotycznych Głównym działaniem bortezomibu jest blokowanie aktywności chymotrypsynopodobnej proteasomu. Zaobserwowano, że komórki nowotworowe inaczej reagują na jego inhibicję – najczęściej apoptozą – podczas gdy u zdrowych komórek następuje jedynie zahamowanie cyklu komórkowego. Zmiany, jakie zachodzą w funkcjonowaniu komórek z zablokowanym proteasomem, można podzielić na trzy główne grupy: zmiany związane z inhibicją NF-κB zmiany powiązane ze zwiększeniem aktywności szlaków proapoptotycznych zmiany w mikrośrodowisku nowotworu NF-κB jest jednym z najważniejszych czynników transkrypcyjnych. Reguluje on wzrost komórek, ewentualną ich apoptozę, a także czuwa nad ekspresją różnych cytokin, cząsteczek adhezyjnych i ich receptorów. NF-κB znajduje się w cytoplazmie w stanie nieaktywnym – jest związany z inhibitorem I-κB. Pobudzenie komórek powoduje aktywację kaskad białkowych, które prowadzą do uczynnienia kinazy I-κB. Kinaza ta fosforyluje dwie reszty serynowe w N-końcowej domenie regulatorowej I-κB, dzięki czemu inhibitor NF-κB jest rozpoznawany przez ligazę ubikwityny E3 typu SCF i ulega ubikwitynacji, a to z kolei kieruje I-κB na drogę degradacji przez proteasomy. Uwolniony NF-κB wędruje do jądra komórkowego, łączy się z regionami promotorowymi niektórych genów i aktywuje syntezę wielu cytokin i chemokin, cząsteczek adhezyjnych i cykliny D, gwarantujących komórce wzrost i przeżycie. Inhibicja proteasomów prowadzi do zahamowania aktywności NF-κB wskutek zablokowania degradacji I-κB. Dochodzi do wzrostu stężenia białek proapoptotycznych, m.in. białka Bcl-2, co stymuluje uwalnianie cytochromu C, aktywuje kaskadę kaspaz i prowadzi do apoptozy. Aktywowany NF-κB gra także dużą rolę w ekspresji komórkowych cząsteczek adhezyjnych, takich jak VCAM-1, przez które komórki szpiczaka mnogiego mogą wiązać się ze zrębem. Powoduje to zwiększenie wydzielania interleukiny-6 przez komórki zrębu, co hamuje apoptozę i odpowiada za oporność na chemioterapię. Bortezomib, częściowo przez swój hamujący wpływ na NF-κB, zapobiega zwiększonej produkcji IL-6 i przyleganiu komórek szpiczaka do zrębu. Zahamowanie wydzielania interleukiny-6 ma również znaczenie w blokowaniu unaczyniania nowotworu i jego wzrostu – wiadomo bowiem, że IL-6 należy do czynników wzrostu.
Nie do końca wiadomo, dlaczego komórki nowotworowe reagują apoptozą na zablokowanie czynności proteasomów. Wydaje się, że sama inhibicja NF-κB nie dość wyczerpująco opisuje skutki działania bortezomibu. Badania nad specyficznym inhibitorem kinazy I-κB – substancją o nazwie kodowej PS-1145 – wykazały jedynie 20–50% zahamowanie proliferacji komórek szpiczaka mnogiego przy stężeniu <12,5 μmol/l. Bortezomib zaś, przy stężeniu ≤0,1 μmol/l, hamował ją całkowicie. W odróżnieniu od PS-1145 bortezomib indukuje również apoptozę komórek szpiczaka mnogiego.
Badania molekularne, wykorzystujące technologię mikromacierzy, wskazują na to, że bortezomib powoduje zwiększoną ekspresję genów białek szoku termicznego i białek proapoptotycznych, przy czym geny białek antyapoptotycznych i geny wzrostu ulegają znacznej supresji. Bortezomib aktywuje kinazę JNK (kinazę N-końca białka c-jun), co prowadzi do ekspresji receptora śmierci dla cytokin – Fas (prawdopodobnie w wyniku zwiększenia ekspresji genu białka c-myc) i aktywuje kaspazę-8 i kaspazę-3. Kaspaza-8 odpowiedzialna jest za mediowanie szlaku apoptozy niezależnie od apoptozy „kierowanej” przez kaspazę-9 (która ma związek z opisaną wcześniej inhibicją NF-κB). Wydaje się, że to właśnie aktywacja kinazy JNK jest ważnym szlakiem dla wywoływanej przez bortezomib apoptozy komórek szpiczaka mnogiego. Uczynnienie kaspazy-3 prowadzi do fosforylacji białka p53 (seryna w pozycji 15), zwiększając przez to aktywność jego dzikiej formy, co prowadzi do apoptozy w wyniku wzrostu stężenia białka Bax i p21.
Bortezomib wywołuje również zakłócenia w przekazywaniu sygnałów w komórce. Zwiększa się stężenie białek p21, p27 (będących inhibitorami cyklinozależnych kinaz), p15, p16, p18, p19 (inhibitory kinazy 4/6 zależnej od cykliny D), co zatrzymuje cykl komórkowy w fazie G1/S i wywołuje apoptozę. Zwiększone stężenie białka Bax przeważa nad nadmierną ekspresją białka Bcl-2 i również prowadzi do programowanej śmierci komórki. Uszkodzone białka nie mogą zostać rozłożone przez zablokowany proteasom, w komórce pojawiają się więc sygnały proapoptotyczne przy jednoczesnych sygnałach antyapoptotycznych. Ta sprzeczność sygnałów w komórce jest również wynikiem nieuporządkowanych zmian w stężeniach cyklin A, B, C i D, co w połączeniu ze zwiększonym stężeniem inhibitorów kinaz zależnych od cyklin sprzyja apoptozie. Podejrzewa się, że współistnienie w komórce sygnałów pro- i antyapoptotycznych prowadzi komórkę ku apoptozie.
Bortezomib powoduje również zmniejszenie ekspresji insulinopodobnego czynnika wzrostu-1 i odpowiedniego receptora, zahamowanie szlaku Ras/Raf/kinaza białkowa aktywowanego interleukiną-6 i mitogenami oraz zwiększenie ilości białek szoku cieplnego (przede wszystkim hsp90).
Bortezomib jest związkiem wysoce selektywnym. Przy stężeniu 10 μmoli nie hamuje żadnego z wielu przebadanych receptorów i enzymów. Jest jednocześnie około 1500 razy bardziej selektywny w stosunku do proteasomu w porównaniu do następnego preferowanego enzymu. Inhibicja proteasomu przez bortezomib jest odwracalna, a jej okres półtrwania wynosi 20 minut. thumb|center|Miejsce wiązania bortezomibu z proteasomem (kolorem czerwonym oznaczono wiązanie pseudokowalencyjne, a zielonym wiązania wodorowe).
Badania kliniczne W jednym z badań klinicznych I fazy uzyskano całkowitą odpowiedź na leczenie bortezomibem u jednego chorego na szpiczaka mnogiego, co stwierdzono na podstawie ujemnego wyniku immunofiksacji, oraz osiem przypadków znaczącego zmniejszenia stężenie białka monoklonalnego w osoczu i nacieków nowotworowych w szpiku kostnym. Uzyskano również dobre wyniki w przypadku chorego cierpiącego na chłoniaka nieziarniczego. W innym badaniu pierwszej fazy ocenie poddano skuteczność bortezomibu w przypadku chorych z zaawansowaną postacią guzów litych, jak niedrobnokomórkowy rak oskrzela, różne rodzaje raka nosogardła, czerniak i rak nerki. W II fazie badań klinicznych, prowadzonej przez zespół Richardsona, oceniano skuteczność bortezomibu w przypadku chorych z nawrotem szpiczaka mnogiego i ze szpiczakiem mnogim opornym na leczenie. Terapia składała się z 8 cykli, a każdy cykl obejmował podawanie bortezomibu w dawce 1,3 mg/m² powierzchni ciała, dwa razy w tygodniu, z tygodniem bez leczenia. U pacjentów z odpowiedzią suboptymalną podawano deksametazon po dwóch pierwszych cyklach leczenia bortezomibem. Przed rozpoczęciem leczenia chorzy (202 pacjentów biorących udział w badaniu) otrzymywali kortykosterydy (100%), leki alkilujące (92%), antracykliny (81%), talidomid (83%), a 64% pacjentom przeszczepiono komórki macierzyste.
Spośród 193 chorych (9 pacjentów zmarło) u 4% uzyskano całkowitą odpowiedź na leczenie, u 6% – odpowiedź prawie całkowitą, u 18% – odpowiedź częściową, u 7% – odpowiedź minimalną. Całkowity odsetek pacjentów, którzy zareagowali na leczenie, wyniósł 35%. Wykazano również, że u 18% chorych opornych na leczenie deksametazonem uzyskano zwiększenie skuteczności leczenia tym lekiem, co może świadczyć o tym, że bortezomib znosi częściowo tę oporność.