胰島素樣生長因子及其受體在惡性腫瘤中的研究進展

張序朋，申興斌

(承德醫(yī)學院附屬醫(yī)院，河北承德 067000)

惡性腫瘤發(fā)病率、死亡率在我國均很高，加強腫瘤病因、診斷及治療已成為臨床工作的重點，胰島素樣生長因子(IGF)系統(tǒng)的研究有望為腫瘤早期診斷、分子靶向治療提供有力幫助。

1 IGF家族概況

IGF系統(tǒng)是由Daughudy于1957年首先發(fā)現(xiàn)的，目前人們認識到IGF系統(tǒng)同腫瘤的關(guān)系比其它已知各種腫瘤高危因子更為密切。IGF系統(tǒng)是由IGF(IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、IGF受體(IGF-ⅠR、IGF-ⅡR、IGF/Ins雜 合 受 體)、IGF結(jié)合蛋白(IGFBP1-10)及多種蛋白酶組成的系統(tǒng)軸[1]。IGF系統(tǒng)在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用取決于循環(huán)中IGFs、IGFBPs和局部合成的IGFs、IGFBPs和IGFBP蛋白酶的綜合作用。

1.1 IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ 人類IGF-Ⅰ是由70個氨基酸組成的小分子單鏈多肽，編碼基因位于12q22-24，是體內(nèi)重要的促有絲分裂因子，可促進細胞增殖，抑制細胞的凋亡[2]。也有研究表明，IGF-Ⅰ對腫瘤細胞發(fā)揮雙向作用，可以通過暫時的叉頭Ⅰ的失活，介導有絲分裂，抑制腫瘤細胞的生長和分化。IGF-Ⅰ主要在出生后的生長發(fā)育中起重要作用。IGF-Ⅱ的編碼基因位于染色體短臂1lpl5.5，為有絲分裂原，主要作用于胚胎和胎兒期,出生后開始下降[3]。人體血液循環(huán)中IGF-Ⅱ濃度是IGF-Ⅰ的3倍，且相對穩(wěn)定，對年齡和生長激素的依賴性均較IGF-Ⅰ小[4]。細胞在增生期表達高水平的IGF-Ⅱ，一旦停止增殖和分化，IGF-Ⅱ的水平即降低到10%以下。IGF-Ⅱ在肢端肥大癥患者中大量存在，這一人群中5%患有結(jié)腸癌，25%患有結(jié)直腸腺瘤，且腺瘤與息肉數(shù)目與血清IGF-Ⅱ水平呈正相關(guān)，乳癌的發(fā)生率、死亡率也明顯升高。最新研究表明，IGF介導的有絲分裂主要經(jīng)由Ras/Raf/MAP通路完成，其抗凋亡作用通過PI3激酶通路實現(xiàn)[5]。IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ還可通過uPAR轉(zhuǎn)錄后的修飾促進單鏈uPA與細胞膜uPAR結(jié)合，增加惡性腫瘤細胞的侵襲力[6]。局部組織表達的IGF與IGF受體可能通過旁分泌或自分泌的方式促進細胞的增值和活化[3]。大部分循環(huán)中的IGFs是由肝臟產(chǎn)生的，這可能是結(jié)直腸癌最常轉(zhuǎn)移到肝臟的原因。

1.2 IGF受體 IGFs的作用主要是由IGF受體介導的。IGF-ⅠR是一種酪氨酸激酶(receptortyrosine kinase，RTK)受體，在細胞轉(zhuǎn)化和致瘤性方面發(fā)揮著極其重要的作用，同時與腫瘤的侵襲性有關(guān)，IGF-IR高表達的癌細胞總呈現(xiàn)出強烈的轉(zhuǎn)移趨勢[7]。IGF與IGF-IR胞外區(qū)結(jié)合后，具有受體酪氨酸激酶活性的胞內(nèi)區(qū)酪氨酸自身磷酸化，激活胞漿內(nèi)的磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)，通過表達IRS-1-Grb2-sos-Ras-RafoMAP-胞內(nèi)蛋白磷酸化-入核調(diào)節(jié)基因，發(fā)揮其生物學作用。IGF-ⅡR為單鏈跨膜糖蛋白，無RTK活性，對腫瘤有抑制作用[8]。但也有研究表明，其對腫瘤生長有促進作用,其對IGF-Ⅱ親和力很高，而對IGF-Ⅰ親和力只有1%，對胰島素無親和力。IGF-Ⅱ與IGF-ⅡR結(jié)合并激活G蛋白，活化腺苷環(huán)化酶產(chǎn)生細胞內(nèi)信使分子，激活蛋白激酶，再通過磷酸化反應發(fā)揮其生物學效應。IGF-ⅡR基因缺失、突變會引起血清和組織中的IGF-Ⅱ水平大大升高，激活IGF-ⅡR引起組織過度生長。因此，IGF-ⅡR被認為是IGF-Ⅱ的清除型受體，清除和破壞循環(huán)中的IGF-Ⅱ，加速其降解，以使較少的IGF-Ⅱ發(fā)揮作用[9]。IGF/Ins雜合受體，能與胰島素和IGF-Ⅰ結(jié)合，對IGF-Ⅰ的親和力類似IGF-ⅠR，但對胰島素的親和力要低15-50倍，在體內(nèi)具體有何作用仍不清楚。有研究顯示，人乳腺癌MDA-MB157細胞中IGFs信號的主要調(diào)控者就是IR/IGF-Ⅰ雜合受體。

1.3 IGFBPs與IGF蛋白酶 IGFs的作用至少受到10種不同的IGFBP的調(diào)節(jié)，其中IGFBP1-6與IGFs有高度的親和力，其余四種與IGFs親和力較低，被稱為IGFBP相關(guān)蛋白(IGFBP-rp1-4)。IGFBPs對IGFs的親和力是IGF-ⅠR的2-50倍，就是依靠這種特性來調(diào)控IGFs的分布。IGFBPS也可以不依賴IGF發(fā)揮作用。循環(huán)中90%以上的IGFs是和IGFBP-3結(jié)合在一起的，僅有1%的IGFs呈游離態(tài)。IGFBP-2是唯一的促腫瘤生長因子，通過依賴其蛋白水解酶降解增強IGF的作用，參與腫瘤細胞抗凋亡和腫瘤血管形成，參與腫瘤形成和播散[10]。IGFBP-6是一種促細胞凋亡的生長因子，是IGFBP家族中發(fā)現(xiàn)最晚、研究較少的蛋白，IGFBP-6對IGF-Ⅱ的親和力是對IGF-Ⅰ的20-100倍，因此,對IGF-Ⅱ活性有特異的抑制作用[11]。IGFBPs能被多種蛋白酶水解成片斷，從而使游離IGF濃度增加。在特定的生理和病理條件條件下，如懷孕，術(shù)后或腫瘤期，這種水解作用會增強。相反，IGF和IGFBPs又可調(diào)節(jié)組織局部蛋白酶分泌，構(gòu)成IGF系統(tǒng)調(diào)節(jié)環(huán)路[12]。

2 IGF在惡性腫瘤中的研究

研究表明，IGF參與了人體多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤和轉(zhuǎn)移。許多前瞻性研究提示:IGF水平在上四分位點的人群患肺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌、乳癌、肝癌及多數(shù)惡性腫瘤的風險明顯高于位于下四分位點人群的2-3倍[13]。

2.1 肺癌 非小細胞肺癌細胞株均能分泌IGF-I和表達IGF-ⅠR，外源性加入IGF-Ⅰ后細胞增殖代謝明顯增加。而IGFBP-3作為 IGF-ⅠR信號抑制劑，可導致生長停滯和細胞死亡。Bmdt等[14]用kwis肺癌細胞研究發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅰ是促進肝轉(zhuǎn)移灶處細胞分裂、增殖的主要因子，并用此動物模型證實IGF-ⅠR的羧基末端區(qū)域與酪氨酸激酶區(qū)域信號和腫瘤肝轉(zhuǎn)移有關(guān)。

2.2 肝癌 當肝臟發(fā)生疾病或腫瘤時，肝細胞受損，釋放大量的IGF-Ⅱ，致使血中IGF-Ⅱ水平升高3-4倍，因此認為IGF-Ⅱ為腫瘤發(fā)生初始階段所必須。Price等[15]研究發(fā)現(xiàn)，人肝硬化、肝癌患者及人類肝細胞癌細胞株中，IGF-Ⅱ基因的表達是正常人的40-100倍左右。IGF基因與HBv基因表達密切相關(guān)，在伴有HBv感染的肝細胞癌變過程中起一定作用。肝癌細胞也可通過鄰接的分泌機制促進相鄰肝癌細胞增殖，逃避凋亡，加速腫瘤的生長，這種鄰接分泌機制最近倍受關(guān)注?，F(xiàn)有資料表明，肝臟作為IGF旁分泌的一個重要場所，是腫瘤細胞非常合適的生長部位，因此，也是絕大多數(shù)惡性腫瘤形成遠處轉(zhuǎn)移的地方。

2.3 結(jié)直腸癌 Sulkowski等研究發(fā)現(xiàn)，47%的大腸癌患者中IGF-ⅠR過度表達。郭寶文等[16]發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅱ、IGF-ⅠR的表達與大腸癌發(fā)生、發(fā)展和侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。目前認為可能的機制是:大腸癌組織中因為11號染色體短臂的缺失或重排，失去對IGF基因的調(diào)節(jié)，導致IGFmRNA及IGF蛋白明顯升高。大腸癌細胞被IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ激活后，過度表達的IGF-ⅠR增加癌細胞的增殖活性,其在肝內(nèi)浸潤和形成克隆的能力也大大提高[17]。有研究表明，在大腸癌CaC02細胞系中加入IGF抗體或IGF-ⅠR抗體，均可顯著抑制癌細胞生長。

2.4 乳腺癌 血清IGF-Ⅰ水平與絕經(jīng)前女性患乳腺癌的機率呈正相關(guān)，而與絕經(jīng)后女性乳腺癌發(fā)生幾率無相關(guān)性。將具有IGF-ⅠR活性的融合受體轉(zhuǎn)染小鼠，轉(zhuǎn)基因鼠乳腺導管普遍異常增生，并多數(shù)在8周齡發(fā)展成乳腺癌。Camirand等[18]發(fā)現(xiàn)，IGF-ⅠR酪氨酸激酶抑制劑(AGl024)與依瑞沙聯(lián)合治療乳腺癌效果明顯比單藥治療好，通過檢測caspase3的磷酸化水平，證明聯(lián)合治療時癌細胞凋亡明顯增加。

2.5 神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤 Furukawa等檢測發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中IGF-ⅠR mRNA的表達水平明顯增高，為正常水平的2670倍。研究顯示，IGF-Ⅰ在腦膠質(zhì)瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，且與腫瘤細胞的惡性增殖和細胞調(diào)亡關(guān)系密切，因此可作為治療腦膠質(zhì)瘤的優(yōu)選靶基因。Trojan等已成功利用反義IGF-Ⅰ技術(shù)抑制了神經(jīng)膠質(zhì)母細胞瘤在大鼠體內(nèi)的發(fā)生發(fā)展，抑瘤效果相當明顯[19]。

2.6 婦科腫瘤 Lloret等[20]隨訪56例宮頸癌患者，發(fā)現(xiàn)血清中IGFs濃度高低及組織中IGFs表達程度與子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生密切相關(guān)，IGF-ⅠR高表達的患者預示著預后不良。IGFs的促腫瘤作用在腫瘤治療前后也存在顯著性差異，故認為檢測IGFs對婦科腫瘤的預測、診斷、治療療效及預后的判斷具有重要意義。IGFs不僅參與宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌和卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展，也是宮頸癌治療的理想靶點[12]。

2.7 前列腺癌 Liao等的研究顯示，前列腺癌患者IGF-Ⅰ與IGF-Ⅱ的表達與臨床分期密切相關(guān)，表達水平升高預示著預后不良。前列腺癌最常轉(zhuǎn)移器官是骨，隨著轉(zhuǎn)移癌細胞(旁分泌作用)與成骨細胞(自分泌作用)的增長，lGFs的生物活性增加，最終導致前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移。Hellawell等發(fā)現(xiàn)，靶向IGF-ⅠR的反義寡核苷酸與化療藥物紫杉醇、米妥蒽醌、順鉑合用，可以增強肉瘤、膀胱癌及前列腺癌等腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。

2.8 其它腫瘤 趙雪峰等[21]利用RT-PCR技術(shù)檢測68例人類胃癌及區(qū)域淋巴結(jié)中IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR的表達發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅰ/IGF-ⅠR mRNA在胃癌陽性轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中明顯高表達，證實IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR在胃癌淋巴管轉(zhuǎn)移中起著重要作用。Bergmann等研究發(fā)現(xiàn)，胰腺癌組織中IGF-ⅠmRNA水平是周圍正常組織的4.4倍。給予胰腺癌大鼠模型生長激素拮抗劑后，IGF-Ⅱ濃度明顯下降，胰腺癌瘤重降低了55%，體內(nèi)移植瘤的生長明顯受抑;在Ewing肉瘤中，IGF-ⅠR的表達與Ki-67指數(shù)呈正相關(guān);在膀胱癌中，IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR表達分別與PCNA指數(shù)密切相關(guān)，提示IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR以自分泌形式參與膀胱癌發(fā)生[22]。Middleton等也在骨巨細胞瘤內(nèi)發(fā)現(xiàn)IGF-ⅠmRNA高表達，而在周圍結(jié)締組織內(nèi)無表達。關(guān)于鼻咽癌中IGFs的研究很少，Iwakiri[23]研究顯示，EBV感染能夠誘導鼻咽癌細胞株C666-1的IGF-Ⅰ表達。IGFs還可預測某些腫瘤的預后，Kaplan-Meier等發(fā)現(xiàn)，腎癌中IGF-ⅠR陽性的患者比IGF-ⅠR陰性的患者生存率明顯降低。Gicquel等研究發(fā)現(xiàn)，IGF-Ⅱ過表達的腎上腺皮質(zhì)腫瘤容易轉(zhuǎn)移，且術(shù)后復發(fā)率高。

3 治療前景展望

IGF系統(tǒng)是一個極為復雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)自身組成復雜，且還受到諸多其它因子的調(diào)節(jié)。許多研究方法都是基于IGF系統(tǒng)來進行腫瘤治療的，方法主要有:(1)阻斷IGF的合成與分泌，降低IGF配體活性，使用IGFs拮抗劑促使腫瘤細胞凋亡;(2)阻斷IGF與其受體結(jié)合;(3)使用IGF激活靜止期腫瘤細胞，使其重新進入增殖期，以便抗腫瘤藥物發(fā)揮作用;(4)使用反義IGFs寡核苷酸增強腫瘤細胞的免疫原性，抑制腫瘤生長，下調(diào)和拮抗IGF受體。IGF-ⅠR是原癌基因中最重要的促癌因子，其表達能通過常規(guī)技術(shù)檢測[24]。

雖然與EGFR和HER2相比，抗IGF-ⅠR治療策略還處于早期研究階段，但是抗IGF-ⅠR治療策略更加豐富[25]。針對IGF-ⅠR及其信號轉(zhuǎn)導通路，現(xiàn)有以下幾條思路:(1)利用針對IGF-ⅠR的反義寡核苷酸在基因水平上高度選擇性抑制IGF的表達，在轉(zhuǎn)錄翻譯水平上IGF-ⅠR蛋白的表達，現(xiàn)已成功運用于動物惡性畸胎瘤、肝癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤的治療中，通過反義分子下調(diào)IGF-ⅠR表達，還可以增加放療及化療的敏感性。(2)以抗IGF-ⅠR單克隆抗體封閉IGF-ⅠR，使其不能接受并轉(zhuǎn)導相應配體的信號，是目前較有成效的、以IGF-ⅠR為靶向的腫瘤治療。(3)p53可以下調(diào)IGF-ⅠR的表達，明顯提高腫瘤細胞的特異性免疫原性，轉(zhuǎn)染后的腫瘤細胞不僅喪失了致瘤性，還可作為疫苗使受體獲得抗腫瘤免疫。這種研究為今后腫瘤的臨床治療開拓了一條新的路徑。(4)IGF-ⅠR酪氨酸激酶活性區(qū)域被苯丙氨酸代替，形成顯性負相IGF-ⅠR基因突變體，可以使IGF-ⅠR失活。(5)RNA干擾siR-NAs，可以使IGF-ⅠR基因沉默，阻斷IGF信號系統(tǒng)，增強放療和化療敏感性。

綜上所述，闡明IGF系統(tǒng)在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中作用的大小、參與IGF系統(tǒng)調(diào)節(jié)的因子、信號通路及具體調(diào)控機制，如何將目前絕大多數(shù)體外實驗的研究成果運用于臨床，對腫瘤防治都有重大意義[26]。

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