G-四链体（G4）是由富含鸟嘌呤的核酸序列形成的非经典二级结构，通过Hoogsteen氢键连接四个鸟嘌呤碱基形成G-四分体平面，并通过层叠堆积稳定存在。这类结构广泛分布于基因组关键区域，包括端粒、癌基因（如c-MYC、c-KIT、BCL-2、KRAS）的启动子及其他调控元件，参与基因表达调控、DNA复制和基因组稳定性维持。

图1- 四链体DNA-G-四链体--作为药物靶点的潜力- G-quadruplex formation in nucleic-acid strands

G-四链体的研究始于20世纪60年代，但其生物学意义在90年代才逐渐显现——研究者发现其在端粒维持和基因调控中的作用。近二十年来，G-四链体成为癌症治疗的重要靶点，其稳定化可阻断癌基因转录与复制，选择性诱导癌细胞死亡，从而达到治疗癌症的目的。

 一、G-四链体作为治疗靶点的机制与潜力

G-四链体因其稳定性和独特空间结构具备成药性，靶向策略包括：

• 转录抑制：稳定癌基因启动子（如c-MYC）的G-四链体，阻断转录因子结合以沉默致癌信号；

• 端粒破坏：端粒G-四链体稳定化抑制端粒酶活性，限制癌细胞永生性；

• DNA修复通路干扰：抑制同源重组修复（HR），对DNA修复缺陷的癌细胞（如BRCA1/2突变）产生合成致死效应。

图2 - G4配体对癌细胞作用的示意图概述

图2 - G4配体对癌细胞作用的示意图概述。大多数G4配体会导致细胞生长速度减缓，这种生长变化源于生物过程的改变。本图通过BioRender绘制，原文发表于《分子癌症》2021年第20卷第40期。

根据配体类型和细胞种类的不同，G4结构的稳定化可能引发以下效应：

(a) 端粒维持机制的改变；

(b) 致癌基因表达调控；

(c) 基因组不稳定性加剧。

作用机制（MOA）

• G-四链体配体（如CX-5461）嵌入结构并锁定其构象（图2）；

• 阻碍复制叉推进和转录进程，引发DNA损伤（如复制应激、双链断裂）；

• 在HR缺陷型癌症中，未修复的损伤导致合成致死。

二、CX-5461：研发案例研究

CX-5461是首个进入临床的G-四链体稳定剂，通过靶向rDNA和癌基因启动子的G-四链体，诱导核仁应激并激活p53通路。临床前研究显示其对HR缺陷的乳腺癌和卵巢癌有效（Drygin等，《癌症研究》，2011）。

2020年，CX-5461获FDA新药临床试验（IND）批准，早期临床试验在三阴性乳腺癌（TNBC）和高级别浆液性卵巢癌（HGSOC）中展现潜力。其与PARP抑制剂（如奥拉帕利）及铂类化疗的协同效应，凸显了联合治疗前景。

临床进展

• IND状态：2015年获FDA批准；

• I/II期试验：在血液肿瘤和实体瘤中显示耐受性与活性（Hilton等，《柳叶刀·肿瘤学》，2022）；

• 联合潜力：与PARP抑制剂及铂类药物协同增效。

截至2023年，4款G-四链体靶向药物（含CX-5461与quarfloxin）处于IND阶段，反映该领域热度攀升。

三、G-四链体靶向药物研发现状

4款活跃IND的潜在药物：

1.CX-5461（Pidnarulex）：I/II期，靶向G-四链体；

2.Quarfloxin（CX-3543）：II期（曾中止，现重启用于神经内分泌肿瘤，试验编号NCT00955786）；

3.APTO-253：I期，靶向c-KIT G-四链体。

四、应对未满足的临床需求

传统癌症疗法面临耐药性、非特异性和毒副作用等挑战。G-四链体靶向药物通过独特作用机制选择性杀伤癌细胞，并可与现有疗法联用。例如：

• BRCA1/2突变癌：CX-5461与PARP抑制剂联用可增强DNA修复抑制；

• 高复制应激癌：联合ATR/CHK1抑制剂可放大抗肿瘤效应 (ataxia telangiectasia mutated and Rad3 related (ATR) and checkpoint kinase 1 (CHK1) kinases)。

五、未来方向与挑战

潜力：

• 将“可成药基因组”从蛋白质扩展至核酸结构；

• 探索非癌适应症（如神经退行性疾病、病毒感染）；

• 开发RNA G-四链体靶向药物。

挑战：

• 选择性：平衡肿瘤与正常组织的G-四链体稳定化；

• 生物标志物：筛选预测性指标（如G-四链体密度、修复通路状态）；

• RNA G-四链体：拓展靶点（如MYC mRNA）以提升疗效。

总结  

靶向G-四链体DNA为癌症治疗开辟了新路径，CX-5461作为先导临床候选药物，通过创新机制与联合策略展现转化潜力。这一领域融合基础研究、转化医学与药物开发，有望为全球患者提供突破性疗法。

参考文献  

1.Hänsel-Hertsch, R. et al. (2017). Nat Rev Mol Cell Biol. DOI: 10.1038/nrm.2017.73

2.Hilton, J. et al. (2022). Lancet Oncol. DOI: 10.1016/S1470-2045(22)00237-1

3.Drygin, D. et al. (2011). Cancer Res. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-10-1723