《Pharmacological Reports》：Targeting epigenetic and DNA topology mechanisms: histone deacetylases and topoisomerase inhibitors in combination and dual inhibition approaches
癌症是一种复杂且多因素的疾病，其特征常表现为关键细胞过程的失调，例如基因表达和DNA拓扑学。组蛋白去乙酰化酶（HDACs）和拓扑异构酶（Topos）是两类重要的癌症治疗分子靶点，因其在维持DNA拓扑结构和促进癌症发展中的关键作用。HDACs修饰染色质的可及性，而Topos在复制过程中解决DNA的超螺旋问题。单独靶向这些通路已显示出治疗潜力；然而，近期的研究进展强调，联合疗法和双重抑制剂作为增强抗癌疗效的有前景的策略。涉及HDAC和Topo抑制剂的联合疗法利用其互补的作用机制产生协同效应，从而改善肿瘤抑制。同样，双重抑制剂将HDAC和Topo抑制剂的功能整合到一个分子中，具有简化治疗方案、克服耐药性以及最小化不良反应的潜力。本综述全面概述了HDAC-Topo联合疗法和双重抑制剂的治疗潜力，重点阐述了其机制协同性、药理学益处以及相关的临床挑战。它强调了需要持续研究以解决局限性，并提高其在肿瘤学中更广泛应用的有效性和安全性。
癌症仍然是一种治疗极具挑战性的疾病，主要归因于其复杂的分子异质性、治疗逃逸能力以及高突变率。尽管癌症研究取得了显著进展，但化疗等传统疗法仍面临局限性，包括耐药性、脱靶毒性和严重的副作用。虽然化疗在提高生存率方面发挥了重要作用，但其治疗转移性和耐药性肿瘤的效果常受到损害。因此，全球范围内正在进行广泛的研究，以开发更有效的抗癌策略，克服这些挑战并提供靶向性更强、毒性更低的选项。
癌症的进展由涉及多个信号通路、表观遗传修饰和失调酶活性的复杂分子机制驱动。表观遗传学涵盖DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA调控，在控制基因表达中起着根本性作用。在表观遗传调控因子中，组蛋白去乙酰化酶（HDACs）对染色质重塑和转录抑制至关重要。HDAC活性的异常通常导致肿瘤抑制基因的沉默，从而促进肿瘤发生。同样，DNA拓扑异构酶（Topos）是维持复制和转录过程中DNA拓扑结构所必需的，其在癌细胞中常发生失调。这些酶功能失调会导致基因组不稳定、不受控制的增殖和治疗耐药性。鉴于癌症生物学的复杂性，靶向单一分子因素通常不足以实现持续的治疗效果。癌细胞可以通过获得突变、激活替代通路和重塑表观遗传景观来逃逸单药治疗。因此，同时靶向多个通路的联合疗法为传统的单靶点方法提供了一种有前景的替代方案。然而，传统的联合治疗方案常面临患者依从性差、不可预测的药物相互作用以及多变的药代动力学等挑战。
为了解决这些问题，双重和多靶点策略已成为创新的解决方案。这些方法涉及开发整合了不同药物类别药效团的杂交分子，能够同时抑制多个关键靶点。具体而言，HDACs和Topos的共同抑制代表了一种引人注目的治疗策略，因为它们在染色质动态、DNA损伤反应和转录调控中具有互补作用。设计用于同时抑制HDAC和Topos活性的杂交分子可以通过增强DNA损伤、调节表观遗传景观和促进凋亡，同时最大限度地减少耐药性来诱导协同的抗癌效应。本综述探讨了HDAC和Topo在多种癌症中的共同抑制，强调了由于它们在肿瘤发展中频繁失调而具有的潜在临床相关性。它总结了关于同时靶向这些酶的小分子和杂交化合物的研究，为其在联合和双靶点治疗中的药理学意义提供了见解。
组蛋白去乙酰化酶（HDACs）
组蛋白是核心核蛋白，通过将DNA凝聚和组织成核小体来形成染色质，这对于控制基因可及性和维持基因组稳定性是必要的。为了激活或抑制基因表达，转录因子（TFs）必须能够接触到特定的DNA序列。这个过程受到组蛋白翻译后修饰（HPTMs）的调控，HPTMs改变蛋白质相互作用并改变染色质结构。某些变化，如H4K16ac，会促进转录并阻止染色质压缩。总的来说，HPTMs动态调控染色质的可及性，从而允许基因表达对细胞刺激进行精确调控。HDACs是一种表观遗传酶，通过去除组蛋白上ε-N-乙酰赖氨酸残基的乙酰基，导致转录抑制和染色质凝聚。1969年，研究人员发现HDAC活性在小牛胸腺提取物中对赖氨酸ε-氨基乙酰基具有特异性。尽管1970年代的早期纯化尝试遇到了困难，但1996年HDAC1的分离和克隆代表了我们对染色质控制理解的重大突破。根据组织分布、亚细胞定位以及与酵母HDACs的序列相似性，迄今已发现的18种人类HDAC亚型被分为四类（I类-IV类）。I类HDACs在各种组织中广泛表达，并与酵母RPD3（钾依赖性-3）有进化关系，包括HDAC1、HDAC2、HDAC3和HDAC8。这些核酶通过促进染色质凝聚和基因抑制来控制转录。HDAC1和HDAC2之间存在强烈的结构相似性，它们与凋亡、细胞周期进程和细胞增殖密切相关。HDAC3参与DNA损伤反应和细胞周期调控，而HDAC8则与平滑肌生长和分化有关。II类HDACs与酵母Hda1同源，包括HDAC4、HDAC5、HDAC6、HDAC7、HDAC9和HDAC10，进一步细分为IIa类（HDAC4、HDAC5、HDAC7、HDAC9）和IIb类（HDAC6、HDAC10）。IIa类酶具有单个催化结构域，而IIb类成员包含两个催化结构域。HDAC4和HDAC5在脑、心脏和骨骼肌中丰富；HDAC7在心脏、肺、胰腺、胎盘、胸腺和肌肉中表达；HDAC9在脑和肌肉中富集。HDAC6主要存在于脑、心脏和骨骼肌中，而HDAC10在肝脏、脾脏和肾脏中表达。III类HDACs，或称沉默信息调节因子（SIR2）相关酶（Sirtuins）（SIRT1–SIRT7），与酵母Sir2同源，分为四个亚类：I（SIRT1–3）、II（SIRT4）、III（SIRT5）和IV（SIRT6–7）。SIRT1是研究最广泛的，表现出强大的去乙酰化酶活性。SIRT1、SIRT6和SIRT7位于细胞核，SIRT2位于细胞质，SIRT3–SIRT5位于线粒体。IV类仅包括HDAC11，在脑、心脏、肾脏、睾丸和骨骼肌中表达，主要位于细胞核。HDAC11显示出强大的脂肪酸去乙酰化酶活性，并具有I类和II类酶的结构特征。锌离子（Zn
2+）依赖性HDACs（I类、II类和IV类）需要一个催化锌离子，该离子促进组蛋白和非组蛋白上赖氨酸残基乙酰基的水解。此反应导致去乙酰化，促进染色质凝聚和转录抑制。这些HDACs调控快速的转录控制、细胞周期进程和信号依赖性基因表达，使其成为经典HDAC抑制剂在癌症治疗中的主要靶点。相比之下，III类HDACs需要烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD
+）作为辅助底物；在催化过程中，NAD
+被裂解产生烟酰胺和O-乙酰-ADP-核糖，将sirtuin活性与细胞代谢、氧化还原状态和衰老相关通路联系起来。人类HDACs根据结构特征、催化辅助因子、细胞定位和生物学功能分为四个主要家族。HDACs不仅调控组蛋白的乙酰化状态，还调控多种对细胞骨架动力学、肿瘤抑制、细胞周期调控和致癌信号至关重要的非组蛋白蛋白。HDACs研究最充分的非组蛋白底物之一是肿瘤抑制因子p53，它调节细胞周期阻滞、凋亡、衰老和DNA损伤修复以应对压力。p53在Lys373和Lys382位点的乙酰化通过阻止MDM2介导的泛素化和降解来增强其DNA结合能力、转录活性和稳定性。HDAC1/2介导的去乙酰化会降低p53活性和靶基因（CDKN1A、BAX、PUMA、NOXA）的表达，而HDAC抑制则恢复乙酰化并促进凋亡。E2F转录因子对G1/S期转换至关重要，其调控方式与p53类似。乙酰化增强E2F的转录活性，而通过视网膜母细胞瘤（Rb）蛋白招募HDACs则在早期G1期抑制E2F响应基因。Rb-HDAC轴的破坏导致E2F持续激活和不受控制的增殖。
HDAC的作用模式
组蛋白去乙酰化酶（HDACs）通过催化去除组蛋白赖氨酸残基上的乙酰基来改变组蛋白蛋白，从而控制染色质形状和基因表达。这导致组蛋白蛋白携带更多的正电荷，这种额外的正电荷增强了带正电荷的组蛋白蛋白与带负电荷的DNA之间的相互作用，导致形成更紧密、封闭的染色质结构。因此，基因表达受到抑制，因为DNA对转录因子和其他调控蛋白的可及性降低。相反，组蛋白乙酰化刺激基因表达并松开染色质结构。HDACs不仅从组蛋白上去除乙酰基，还靶向多种非组蛋白蛋白，从而影响关键的细胞过程，如信号转导、蛋白质稳定性和蛋白质-蛋白质相互作用。异常的HDAC活性可能导致肿瘤抑制基因和其他重要调控基因被不适当地沉默，这与多种疾病相关，尤其是癌症。因此，HDACs是重要的治疗干预靶点，旨在恢复正常的基因表达和细胞稳态。
虽然组蛋白去乙酰化酶（HDACs）传统上被视为促肿瘤酶，而组蛋白乙酰转移酶（HATs）被视为肿瘤抑制因子，但这种分类过于简单化且高度依赖于具体情况。选择性p300/ CBP抑制剂的发现支持了HAT活性在特定情况下的致癌潜力，因为一些HATs，特别是p300/CBP，在某些癌症环境中可以作为致癌的共激活因子发挥作用。然而，大多数HAT抑制剂仍处于临床前研究阶段，尚未有获得FDA批准用于癌症治疗。
通过转录沉默、染色质凝聚和组蛋白去乙酰化下调肿瘤抑制基因，多种HDAC亚型有助于癌症的发展。例如，HDAC1在缺氧条件下稳定低氧诱导因子-1α（HIF-1α），增强血管内皮生长因子（VEGF）表达，抑制p53和von Hippel-Lindau（VHL），并促进血管生成；这些效应可通过药理学HDAC抑制来逆转。在结直肠癌中，HDAC1和HDAC2与DNA甲基转移酶（DNMTs）在核小体重塑和去乙酰化（NuRD）复合物中协同作用，抑制金属蛋白酶组织抑制剂3（TIMP3）、分泌型卷曲相关蛋白2（SFRP2）、分泌型卷曲相关蛋白4（SFRP4）和白细胞来源趋化因子-2（Lect2）。与单药靶向相比，双重HDAC/DNMT抑制更有效地恢复基因表达并增加肿瘤细胞死亡。磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）和CDKN2A（p16）同样被含有HDAC的抑制复合物所沉默，而p16的表达则被SIRT7介导的去乙酰化所抑制。另一方面，在衰老过程中，升高的H3K9和H3K18乙酰化激活p16。在实体瘤和血液系统癌症中，I类HDACs如HDAC1、HDAC2和HDAC3通常过表达；其表达增加与侵袭、增殖和不良预后相关。HDAC3通过维持恶性转录程序和抑制肿瘤抑制通路来促进肿瘤发生。研究表明HDAC1具有依赖于环境的肿瘤抑制作用。在NPM: ALK阳性间变性大细胞淋巴瘤中，T细胞特异性HDAC1缺失增加了淋巴瘤发生，但系统性HDAC抑制减少或预防了肿瘤形成。Hdac1缺失损害了T细胞分化，改变了染色质可及性，并激活了如血小板衍生生长因子受体β（PDGFRB）等致癌通路，突显了其谱系特异性的肿瘤抑制作用。在白血病和淋巴瘤模型中，HDAC1的双功能特性已得到证实。在前白血病环境中，Hdac1敲低通过影响分化和基因组稳定性加速了白血病的发生，这表明肿瘤抑制功能出现在早期阶段。相反，在已形成的急性早幼粒细胞白血病中，Hdac1缺失延长了生存期，这表明它在后期阶段参与了肿瘤维持。HDAC6，一种细胞质IIb类HDAC，是HDAC亚型功能双重性的例证。在乳腺癌中，HDAC6表达增加也与对内分泌治疗的反应和良好的预后相关，并且与肿瘤中较低的肿瘤分级和阳性激素受体相关。相比之下，HDAC6也驱动肿瘤进展。它通过去乙酰化α-微管蛋白使微管不稳定，从而增加细胞迁移和侵袭。HDAC6还调控热休克蛋白90（Hsp90）并稳定致癌客户蛋白，如突变型EGFR、AKT、BCR-ABL和HER2。HDAC抑制剂可激活Hsp90的超乙酰化、其伴侣活性和致癌蛋白降解，从而增加其抗癌活性。
总而言之，证据强调HDAC亚型并非仅作为肿瘤促进因子或抑制因子发挥作用。相反，它们的生物学作用高度依赖于特定的亚型、疾病阶段和细胞环境。因此，HDACs的治疗靶向需要采用依赖环境和精准的方法，以在最大限度提高抗肿瘤疗效的同时限制意外后果。
组蛋白去乙酰化酶抑制剂
组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）是一种新的抗癌药物家族，有望通过表观遗传和非表观遗传过程控制基因表达。HDACi是第一类被授权用于癌症治疗的表观遗传药物；它们已成为创新的抗癌药物。为了阻止乙酰基从组蛋白和非组蛋白蛋白的赖氨酸残基上被去除，HDACi竞争性地结合到HDAC酶的活性位点。这导致超乙酰化，引起更开放的染色质构型，从而促进参与肿瘤抑制、细胞周期调控和凋亡的基因转录。
组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）是一类主要的表观遗传治疗药物，正在被探索用于多种疾病。这些药物可能对特定的HDAC亚类表现出亚型选择性，或作为泛抑制剂靶向多个HDAC亚型。根据化学结构，HDACi大致分为几类。经典HDACs表现出Zn
2+依赖性去乙酰化酶活性。HDACi通过与活性位点的Zn
2+离子结合来干扰酶活性，从而限制去乙酰化。化学结构允许HDACi被分为四个主要类别：环肽、短链脂肪酸、苯甲酰胺和异羟肟酸。特别是对于血液系统恶性肿瘤，FDA已授权四种组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂用于肿瘤学目的。第一种被授权用于治疗皮肤T细胞淋巴瘤（CTCL）患者慢性、进展性或复发性疾病的HDAC抑制剂是伏立诺他（Vorinostat, Zolinza），它在表观遗传驱动的淋巴样肿瘤中显示出早期的临床疗效。罗米地辛（Romidepsin, Istodax）于2009年被批准用于治疗外周T细胞淋巴瘤（PTCL）和CTCL，因其能够以单一药物治疗复发或难治性疾病。贝利司他（Belinostat, Beleodaq）是2014年被批准用于复发或难治性PTCL的另一种靶向治疗选择。帕比司他（Panobinostat, Farydak）于2015年被批准用于复发或难治性多发性骨髓瘤患者，与硼替佐米和地塞米松联合使用。西达本胺（Tucidinostat/Chidamide）是一种选择性I类HDAC抑制剂，在中国和日本被批准用于复发或难治性PTCL，这是HDAC靶向治疗在美国以外地区取得临床成功的例证。尽管强调了需要将这些益处扩展到实体瘤，但这些批准证明了HDAC抑制剂在血液系统恶性肿瘤中的有效性。尽管FDA已批准四种HDAC抑制剂用于血液系统恶性肿瘤。然而，尚无HDAC抑制剂获得FDA批准用于实体瘤。
HDAC抑制剂（HDACi）在血液系统恶性肿瘤（包括多发性骨髓瘤、CTCL和PTCL）中显示出最大的单药治疗活性。这反映了这些恶性肿瘤对HDAC抑制的生物学易感性以及其有利的药理学特性。血液系统恶性肿瘤尤其容易受到HDACi的干扰，因为它们经常依赖于失调的转录网络和异常的表观遗传过程。此外，与实体瘤相比，这些癌症更直接地暴露于循环药物和免疫介导的过程中，这改善了治疗反应性并减少了诸如药物输送限制和微环境耐药等问题。另一方面，HDACi在实体瘤中的单药作用通常较低。当仅将HDACi添加到常规方案中时，几项III期或更大规模的试验未显示任何可察觉的生存改善。在实体瘤中获得临床益处通常需要与化疗、靶向药物或免疫检查点调节剂相结合的方法。在实体瘤中的局限性包括剂量限制性全身毒性、多样的表观遗传依赖性、肿瘤微环境介导的耐药性、低肿瘤内穿透性以及药代动力学/药效学不相容性。此外，不良的肿瘤内药物穿透性、剂量限制性毒性和缺乏亚型特异性引起的脱靶效应影响安全性和有效性。另外，一项为期10年的药物警戒研究显示，HDAC抑制剂经常引起心脏、肝脏、肺、肾脏和胃肠道毒性。单药活性还受到耐药机制的限制，例如促生存通路（Bcl-2、MAPK、PI3K和STAT3）的激活、NFκB信号传导、表观遗传变化和药物外排增加。
临床数据表明，联合疗法似乎增强了HDAC抑制剂的疗效。例如，一项针对665名复发或难治性外周T细胞淋巴瘤（PTCL）患者的16项研究的荟萃分析显示，HDAC抑制剂单药治疗产生了中等的总体缓解率（ORR）37%和完全缓解（CR）14%。当与其他药物联合使用时，这些比率分别上升到45% ORR和23% CR。III期PANORAMA 1试验显示，三联治疗将中位无进展生存期改善了7.8个月，这导致帕比司他（一种泛HDAC抑制剂）与硼替佐米和地塞米松联合用于复发或难治性多发性骨髓瘤的获批。帕博利珠单抗联合伏立诺他在复发性或转移性头颈部鳞状细胞癌和唾液腺癌中的II期试验显示了将表观遗传调节与免疫检查点抑制相结合的前景。在32%的HNSCC和16%的SGC病例中观察到部分缓解，尽管毒性高于PD-1抑制剂单药治疗。这些发现共同表明，由于内在的肿瘤和药理学限制，HDACi单药治疗通常不足，需要靶向协同通路的联合策略来增强临床疗效。
拓扑异构酶I和II
拓扑异构酶根据产生瞬时单链断裂还是双链断裂，大致分为I型和II型酶，它们具有不同的催化机制和细胞功能。拓扑异构酶是普遍存在的酶，可以使DNA螺旋过度盘绕或盘绕不足。它们在转录、重组、复制、DNA修复和染色质重组中是必需的。它们在复制和转录过程中通过制造单链或双链切口来缓解超螺旋DNA分子中的应力。在DNA复制过程中，DNA双螺旋一条链的切割及其穿过另一条链减少了DNA的扭转应力。与DNA促旋酶类似，拓扑异构酶II（Topo II）通过暂时产生双链断裂来解开双螺旋中的结和缠结。它切割形成DNA链骨架的磷酸二酯键。在生理条件下，切割-重新连接平衡显著有利于重新连接，从而防止DNA断裂积累并维持基因组稳定性。药理学抑制剂通过稳定切割复合物，将瞬时中间体转变为持续的DNA损伤来破坏这种平衡。拓扑异构酶通常相对快速地处理切割和连接过程，使得重新连接反应比切割过程更快发生，因此拓扑异构酶-DNA复合物被视为瞬时的。在复制和转录过程中，双链DNA的解旋产生扭转应力，导致正超螺旋和负超螺旋的形成。如果没有拓扑异构酶来缓解这种超螺旋，过度的张力和DNA缠结会积累，最终阻碍转录和复制过程。
拓扑异构酶I和II的作用模式
拓扑异构酶I（Topo I）在超螺旋DNA中产生单链切口，具体来说，它切割DNA分子的一条链。在产生切口后，它在酶内的一个酪氨酸氨基酸残基与被切割DNA链的3'末端之间形成共价键。这种键将酶暂时附着在DNA上。它们主要作用于缓解复制叉或转录机器前方产生的负超螺旋。暂时断裂DNA螺旋的一条链允许DNA解旋并缓解扭转应力，从而促进这些关键细胞过程的顺利进行。哺乳动物细胞中存在两种形式的拓扑异构酶II（Topo II），即Topo IIα和Topo IIβ。Topo IIα主要存在于增殖细胞中，对DNA复制和有丝分裂染色体分离至关重要，而Topo IIβ表达更广泛，有助于转录调控。许多抗癌Topo II抑制剂靶向两种亚型，尽管Topo II被认为是在快速分裂细胞中的主要细胞毒靶点。与Topo I不同，Topo II在DNA分子中产生双链断裂。它在不同位点切割DNA的两条链，并暂时在酶与切割DNA的3'末端之间形成共价键。酶首先与DNA的一段区域结合，称为门（G）片段，并使用酪氨酸残基切割两条链，该残基与DNA骨架形成共价键。此作用需要二价金属离子（如Mg
2+）和ATP的水解。切割后，同一DNA分子的第二个片段，称为转运（T）片段，通过G片段中的断裂处。在链转运后，酶重新连接G片段并释放T片段，导致超螺旋的去除或互锁DNA分子（连环体）的解离。然后酶与DNA解离，完成该循环。它在管理高级DNA结构（如结、连环体和染色质凝聚）中起着关键作用。
拓扑异构酶I和II抑制剂
一些拓扑异构酶抑制剂已被证明通过选择性结合其界面来稳定拓扑异构酶-DNA复合物，从而具有抗癌作用。最有效的是喜树碱（CPT）衍生物，它们已在临床上证明有效（在早期试验中显示出临床活性）。CPT衍生物是天然生物碱CPT的化学修饰形式，最初从喜树（Camptotheca acuminate）中分离出来。拓扑异构酶抑制剂是强大的抗癌药物，它们通过阻断连接步骤来抑制拓扑异构酶。这会导致DNA链断裂，从而损伤DNA并杀死癌细胞。美国FDA已批准了诸如伊立替康（Irinotecan, CPT-11）和拓扑替康（Topotecan）等衍生物，这些药物已成功用于治疗多种恶性肿瘤，改善了接受化疗的患者的预后。伊立替康、拓扑替康和CPT是最常见的Topo I抑制剂。它们都导致杀死细胞的DNA链断裂，同时抑制DNA重新连接并保持Topo I和DNA切割复合物稳定。伊立替康是一种喜树碱衍生的Topo I抑制剂，它仍然是治疗转移性结直肠癌的亮点，并广泛用于一线和二线治疗中的联合方案，如亚叶酸（leucovorin）、氟尿嘧啶（5-FU）和伊立替康（FOLFIRI）。除了结直肠癌，基于伊立替康的联合方案也显示出对卵巢癌、胃癌、胃肠道癌和胰腺癌的临床疗效。通过优化剂量方案管理了治疗相关毒性。其持续纳入联合方案突显了其在肿瘤学实践中的既定地位。另一方面，拓扑异构酶II抑制剂通过稳定Topo II-DNA切割复合物发挥作用，广泛用于治疗肺癌、淋巴瘤和白血病。依托泊苷（Etoposide）、多柔比星（Doxorubicin）和表柔比星（Epirubicin）是美国FDA批准的Topo II抑制剂。多柔比星是一种细胞毒性蒽环类药物，衍生自链霉菌（Streptomyces peucetius），可用于治疗多种实体瘤和血液系统恶性肿瘤。与多柔比星类似，依托泊苷在不知道其分子靶点是Topo II的情况下被批准并开发用于临床环境。依托泊苷目前与其他抗癌药物联合使用，对小细胞肺癌（SCLC）和生殖细胞癌非常有效。目前有六种拓扑异构酶抑制剂获得美国FDA批准。尽管取得了临床成功，但拓扑异构酶抑制剂受到剂量依赖性毒性、治疗相关继发性恶性肿瘤（特别是Topo II抑制剂）以及耐药机制出现的限制，这突显了对联合策略和改进靶向方法的需求。
组蛋白去乙酰化酶和拓扑异构酶抑制剂的临床转化：挑战与策略
组蛋白去乙酰化酶（HDAC）和拓扑异构酶（Topo）抑制剂的临床应用已取得部分成功，但受到耐药性、毒性、患者选择和药物输送问题的限制。对于HDAC抑制剂，缺乏亚型特异性会导致脱靶效应和全身毒性，如伏立诺他（Vorinostat）可引起疲劳、胃肠道紊乱、血细胞减少和心脏并发症。耐药性源于HDAC突变、补偿性生存通路（PI3K/AKT、MAPK）、表观遗传变化和药物转运改变，而较差的药代动力学降低了肿瘤药物水平。亚型选择性药物如恩替诺特（Entinostat, MS-275）表现出更好的耐受性，而联合疗法，如帕比司他（Panobinostat）与硼替佐米和地塞米松治疗多发性骨髓瘤，通过克服耐药性来提高疗效。
拓扑异构酶（Topos）对DNA复制、转录和修复至关重要，使其成为重要的抗癌靶点。然而，拓扑异构酶抑制剂面临挑战，包括药物耐药性、剂量限制性毒性和继发性恶性肿瘤的可能性。这些局限性通常通过联合化疗方案来解决，这些方案在增强治疗效果的同时减轻耐药性和毒性。例如，用于霍奇金淋巴瘤的ABVD方案（多柔比星/阿霉素、博来霉素、长春花碱、达卡巴嗪），用于淋巴瘤的CBV方案（环磷酰胺、卡莫司汀[BCNU]、依托泊苷[VP-16]），以及用于小细胞肺癌的CAV方案（环磷酰胺、多柔比星/阿霉素、长春新碱）。
表观遗传药物的使用受到靶点特异性有限、溶解度差、渗透性低和药代动力学差的限制，这些导致了毒性、不理想的结果和脱靶效应。前药和纳米给药等技术增强了细胞摄取、稳定性、生物利用度和肿瘤特异性蓄积。
HDAC抑制剂的纳米制剂（有机（脂质体、聚合物纳米颗粒、胶束）、无机（金、银、基于铁）和杂化系统）改善了循环、溶解度、通过增强渗透性和滞留（EPR）效应实现的肿瘤蓄积，并减少了脱靶毒性。通过F127聚氧乙烯-聚氧丙烯嵌段共聚物纳米胶束递送的伏立诺他（~30 nm）在HeLa和MCF-7细胞中显示出增加的细胞毒性，以及对p21/p53的调节、E-钙粘蛋白的上调和72小时的持续释放。将RG7388和恩替诺特（~226 nm）共同包裹在聚合物纳米颗粒中，维持了协同比例，与单药治疗相比增加了凋亡，并在体内减少了白细胞减少症，证明纳米制剂联合给药可以提高疗效同时降低毒性。
许多经常重叠的过程减少了致命性拓扑异构酶-DNA切割复合物的形成或持续时间，这是拓扑异构酶靶向治疗耐药性的原因。涉及由ATP结合盒亚家族B成员1（ABCB1）和ATP结合盒亚家族B成员2（ABCG2）等外排转运蛋白激活介导的细胞内药物蓄积减少的重要临床机制，与伊立替康和其他拓扑异构酶毒物的反应降低有关。UGT1A1的药物遗传学变异也影响临床结果，具有UGT1A1*28基因型的个体表现出伊立替康代谢改变和治疗相关性腹泻及中性粒细胞减少症发生率更高，这指导了基于基因型的剂量调整技术。
为了提高治疗指数和克服耐药性，已经研究了先进的给药技术。当与5-氟尿嘧啶和亚叶酸联合使用时，脂质体伊立替康（如MM-398/纳米脂质体伊立替康）通过增强肿瘤药物蓄积和减少全身毒性，显示出对转移性胰腺癌的临床益处，展示了药物制剂如何减少药代动力学障碍。除了脂质体包封之外，最近纳米医学文献中综述的先进纳米载体设计，如刺激响应性伊立替康负载系统、聚合物胶束和介孔二氧化硅纳米颗粒，在临床前癌症模型中显示出改善的药物包封、控释和增强的肿瘤摄取。这些设计解决了重要的递送障碍，如有限的肿瘤穿透性和快速的全身清除。
在肿瘤学研究和药物开发中，癌症生物标志物作为关键工具正日益被认可，它们为临床决策提供信息并提高创新抗癌治疗的疗效。除了能够评估治疗效果和可能的副作用外，药物相关生物标志物为预后和治疗后患者生存提供了重要见解，有助于识别最有可能对特定药物产生反应
