小分子IGF-1R抑制劑在非小細胞肺癌靶向治療中的研究進展

黃佳秀 孫瑩瑩 孫夕林

肺癌的發(fā)生率極高、病死率上升極快，對人類的健康產生了致命的威脅。其中，非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)約占肺癌總體的4/5，多數確診時已為局部晚期或轉移期,且5年生存率并不高。盡管傳統(tǒng)的化療方案或手術切除治療等可使患者的病情得到改善，但總體生存期并不理想，其作用效果也趨于平穩(wěn)。這種劣勢產生的原因可能是對于NSCLC發(fā)病機制、致癌機制的不甚了解，以及缺乏能夠進行早期診斷的精準生物學標志物和治療靶點。為克服其局限性，一種全新的抗腫瘤治療途徑——靶向小分子抑制劑問世了。該類抑制劑在臨床實踐中卓有成效，揭示了分子靶向治療理論的正確性及可行性。以1型胰島素樣生長因子受體(insulin-like growth factor 1 receptor，IGF-1R)為NSCLC靶向的小分子抑制劑作為一種行之有效的靶向藥物，可對特定的高敏感人群進行個體化治療，并因其侵襲性小、毒性低等優(yōu)勢成為了當下NSCLC治療藥物研究發(fā)展的熱點。

一、IGF-1R結構及功能

IGF-1R是20世紀80年代初在人類細胞表面發(fā)現的一種跨膜受體，由α和β兩個亞基構成，為一種四聚體結構跨膜酪氨酸激酶蛋白，與胰島素具有相當高的同源性。當 IGF-1R被其同源配體胰島素樣生長因子-1/2(insulin-like growth factors 1/2，IGF-1/2)或胰島素激活時，受體自身磷酸化，進而啟動絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節(jié)激酶(MAPK/ERK)和磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信號通路。這兩種信號通路可以通過調控細胞的周期、細胞的凋亡及改變周圍環(huán)境的相互作用從而影響腫瘤細胞的增殖、分化和轉移[1]。

二、IGF-1R參與NSCLC的發(fā)生、發(fā)展

流行病學研究表明IGF-1對于遏制細胞凋亡及維持腫瘤細胞的惡性表型起著至關重要的作用，高循環(huán)水平的IGF-1可導致某些癌癥類型的危險性增加，如膀胱癌、直腸癌、乳腺癌、肺癌和前列腺癌等[2]。與此同時，其受體IGF-1R在腫瘤細胞中的過表達同樣促進腫瘤細胞的生長、參與介導有絲分裂及細胞集落的形成、促進細胞轉化及防御凋亡損傷，且其表達程度與腫瘤體積、淋巴結轉移狀態(tài)及臨床分期的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，是NSCLC極為重要的腫瘤標志物[3]。IGF-1R信號途徑除了直接影響腫瘤發(fā)展及抗細胞凋亡以外，還涉及化學治療及靶向癌癥治療的抗性機制。以往的研究證實，在NSCLC中，IGF-1R對調節(jié)表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)通路起著關鍵作用[4]。小分子IGF-1R抑制劑和表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors, EGFR-TKIs)的組合可以克服EGFR-TKIs的耐藥性，其比單個靶向受體抗腫瘤效果更顯著，可為NSCLC提供更加有效的治療方案，故二者的聯合用藥為應對癌癥療法抗性的發(fā)展注入了一股新的力量。

三、小分子IGF-1R抑制劑在NSCLC中的靶向治療

小分子抑制劑靶向治療是利用驅動基因將 NSCLC分為不同的分子亞型從而選取相應藥物的治療。小分子抑制劑尺寸較小，成像時腫瘤積聚程度低，血液清除速度快，且多可制成口服制劑，服用方便。作為非細胞毒性的新型靶向藥物的一種，鑒于其擁有準確、具體的分子靶標作為療效預測因素，對特定分子表達及腫瘤分型的患者療效顯著，具有高選擇性和低免疫原性不良反應等特點而被廣泛應用[5]。

1.鬼臼苦素：鬼臼苦素(picropodophyllin，PPP，AXL1717)作為一種非ATP依賴性IGF-1R小分子抑制劑，可特異性阻斷IGF-1R激酶活化環(huán)中殘基Tyr1136的磷酸化，并誘導磷酸化蛋白激酶B和磷酸化細胞外信號調節(jié)激酶1/2降低。是強效抗有絲分裂活性的非細胞毒性劑，現處于臨床Ⅱ期階段。Ekman團隊選取4例服用PPP作為單藥治療的NSCLC患者進行研究，通過18F-FDG-PET觀察到腫瘤出現壞死，疾病無進展[6]。同時，在Tarnowski的異種移植研究中，PPP亦被證明可顯著降低腫瘤體積而無毒性不良反應，且在體外或體內條件下不會對胰島素受體(insulin receptor,IR)產生影響[7]。此外，相關研究顯示PPP可誘導NSCLC A549 細胞G2/M周期阻滯，因而致使細胞極具減少[8]。以上的研究結果均具有臨床意義，PPP的準確使用有望使更多NSCLC患者受益。

2.Selinexor：Selinexor (KPT-330)是一種小分子選擇性核輸出抑制劑，通過上調胰島素樣生長因子結合蛋白5抑制IGF-1R 及蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)途徑的激活，現處于NSCLC 臨床Ⅱ期階段。Sun等[9]發(fā)現KPT-330在NSCLC對酪氨酸激酶抑制劑(TKIs)反應能力喪失的情況下，可抑制其細胞生長，并驗證了KPT-330對11種NSCLC細胞系均表現出顯著優(yōu)異的體內外抗腫瘤活性。此外，當NSCLC細胞系中有K/N-RAS突變，磷酸酶和張力蛋白同源物的丟失或PIK3CA基因突變時，KPT-330的抗增殖作用依舊顯著[10]。對于臨床上不能采取手術治療的NSCLC患者，有研究者提出放射-化療的聯合不失為一種更好的治療方向，Rashal等[11]假設KPT-330與放射療法(radiation therapy，RT)的雙重治療可以協同增強抗腫瘤活性，對輻射敏感度高的NSCLC細胞系H1299和輻射不敏感的A549進行雙療法處理后出現G1/G2細胞周期停滯，說明KPT-330與RT的組合可誘導腫瘤細胞凋亡，這項發(fā)現為KPT-330臨床治療方案的優(yōu)化提供了更多的可能性。

3.XL228：XL228為2,4-二取代嘧啶衍生物，是一種多激酶小分子抑制劑，可靶向作用于IGF-1R 、Src家族激酶，絲氨酸/蘇氨酸激酶和Bcr-Abl(包括T315I突變體)。臨床試驗中已發(fā)現XL228對個別分型的白血病治療效果顯著，且在部分NSCLC患者的臨床Ⅰ期研究中證實癌癥病灶可有部分緩解[12]。Matsumoto等[13]研究發(fā)現，IC50值為50nmol/L或100nmol/L的XL228可消除NSCLC細胞系H460，A549形成菌落的能力，當其IC50值為10nmol/L時可增加上述兩種細胞系對放射的敏感度，但作者并未將此應用于NSCLC患者體內研究，故以IGF-1R為靶向的XL228能否為NSCLC的臨床治療提供更加有力的方案，仍需進一步探索。

4.GSK1838705A：GSK1838705A可以濃度依賴性方式抑制配體誘導IGF-1R磷酸化，是一種新型IGF-1R 小分子抑制劑，具有良好的藥代動力學和優(yōu)異的口服生物利用度。GSK1838705A可延遲IGF-1R依賴性腫瘤的生長，在肝細胞癌及膠質細胞瘤中已經得到廣泛的應用[14, 15]。在某些NSCLC亞型中，GSK1838705A已被證明可抑制腫瘤細胞的增殖，Sabbatini等[16]研究發(fā)現GSK1838705A可抑制表達具有EML4-ALK融合基因的NSCLC細胞系H2228。雖GSK1838705A在NSCLC治療中的應用不多，但隨著該抑制劑研究的不斷深入，相信其會成為抗NSCLC的有效藥物，而后根據患者腫瘤基因型的不同進行個性化的治療選擇。

總之，以上發(fā)現均表明IGF-1R信號通路對NSCLC的發(fā)病機制具有重要影響，并支持靶向作用于該途徑的小分子抑制劑能夠優(yōu)化治療方案這一觀點，值得對其開展深入的研究從而提高NSCLC患者的生存期及生存質量。

四、小分子IGF-1R抑制劑與EGFR-TKIs聯合治療NSCLC

臨床治療中發(fā)現，約40%～50%的NSCLC患者中存在EGFR的過度表達，長期治療后，EGFR-TKIs藥物敏感度隨之降低并逐步產生耐藥性，其原因不可勝舉，最為突出的是IGF-1R活化后導致細胞膜定位的EGFR/IGF-1R異二聚體水平的增加進而干擾 EGFR-TKIs的抗腫瘤活性，導致抗細胞凋亡的存活蛋白合成增強，故抑制IGF-1R活化可消除EGFR-TKIs的抗性并誘導細胞凋亡，由此IGF-1R也被稱為EGFR的異源二聚體伴侶[17]。

1.AG-1024：非ATP依賴性拮抗劑AG-1024可誘導NSCLC 細胞系H1975、A549和H1299細胞凋亡并抑制增殖，與此同時，AG-1024還可通過抑制IGF-1R活性來克服EGFR-TKIs的原發(fā)性抗性。Pan等發(fā)現AG-1024與吉非替尼(EGFR-TKIs)共同孵育具有EGFR-TKIs初級抗性的NSCLC H1975細胞時，由于IGF-1R信號轉導的主要下游調節(jié)因子Akt的磷酸化降低，以及體外細胞死亡調節(jié)子蛋白的上調和凋亡潛力的增加，導致H1975的細胞活力劑量-時間依賴性降低，并通過Ki67細胞增殖評估了AG-1024與吉非替尼在H1975細胞中的協同作用，結果表明兩者可協同誘導H1975細胞增殖活性降低[18]。Zovko等[19]通過對NSCLC PC9/G細胞進行AG1024及吉非替尼的共處理，得到了更加顯著的細胞凋亡特征及不同程度的增殖率抑制，這就再次驗證了AG1024可改善吉非替尼對腫瘤細胞抑制的耐受性[20]。

2.Linsitinib：Linsitinib(OSI-906)為IGF-1R/IR的雙重小分子抑制劑，可通過抑制IGF-1R自身磷酸化和下游信號蛋白AKT, ERK1/2和S6激酶的激活從而實現對細胞存活和凋亡等信號通路的調控最終完成腫瘤細胞增殖抑制的目的，因其雙向抑制作用致使轉移性結直腸癌的臨床治療得到進一步推進[21]。在多數晚期腫瘤患者中，IGF-1R和EGFR的雙重阻斷可改善患者預后，提示EGFR-TKIs出現的耐藥性可通過IGF-1R的補償性信號來降低，由此改善了晚期NSCLC的治療結果[22]；與此同時，Leighl等[23]提出IGF-1R和EGFR的雙重抑制是否會出現臨床藥物活性下降這一假設，隨后在臨床實驗中發(fā)現存在厄洛替尼(EGFR-TKIs)加入linsitinib后反致治療效果更差的結果，其原因可能與IGF-1R、IR和EGFR途徑之間的串擾有關。這一現象揭示了靶向IGF-1R信號轉導的復雜性，故如linsitinib 此類的IGF-1R抑制劑在臨床開發(fā)時需進一步了解可能涉及的信號轉導途徑從而降低不良事件的發(fā)生。

3.BMS-754807：BMS-754807是吡咯并(1,2-f)(1,2,4)三嗪類似物，是一種強效的IGF-1R/IR可逆性小分子酪氨酸激酶抑制劑,無明顯的肝毒性或遺傳毒性。 BMS-754807因其可阻斷IGF-1R及其下游信號AKT的磷酸化，在多數體內外腫瘤類型中均具有抗腫瘤活性[24]。Franks等[25]研究發(fā)現，BMS-754807可以濃度依賴性方式誘導NSCLC A549和NCI-H35細胞G2/M期周期停滯，致使腫瘤細胞的增殖受到抑制。IGF-1R/EGFR抑制劑的聯合應用可以發(fā)揮更具優(yōu)勢的抗腫瘤效果，Carboni等[26]在體外對BMS-754807及靶向肺癌的拉帕替尼(EGFR-TKIs)的抗癌藥物組合進行了測試，發(fā)現BMS-754807對拉帕替尼顯示出協同作用。另有研究發(fā)現BMS-754807與吉非替尼(EGFR-TKIs)聯合作用于NSCLC H292細胞時，其抗增殖作用明顯增強[27]。BMS-754807對IGF-1R和IR具有等效活性(IC50分別為1.8、1.7nmol/L)，Hou等[28]在嚙齒動物中評估BMS-754807對體內葡萄糖穩(wěn)態(tài)的影響，結果顯示動物體內血糖水平升高，其原因與IGF-1R/IR抑制下游分子AKT時誘導高血糖/高胰島素血癥和葡萄糖耐量受損相關。

4.NVP-AEW541：NVP-AEW541是吡咯并(2,3-d)嘧啶衍生物小分子抑制劑，屬于ATP拮抗劑類型，相對于IR，其對IGF-1R的靶向選擇性高近30倍。NVP-AEW541可通過降低AKT的磷酸化水平影響PI3K信號通路, 進而起到癌細胞存活率降低的效力。小分子IGF-1R抑制劑因在EGFR-TKIs抗性中的作用而被大量用于EGFR突變的NSCLC中，Suda等發(fā)現，通過長期暴露于藥物而獲得厄洛替尼(EGFR-TKIs)抗性的NSCLC H358細胞出現了IGF-1R的磷酸化增加，由此將IGF-1R的激活作為EGFR-TKIs獲得性抗性的原因，并進一步驗證了H358細胞對厄洛替尼(EGFR-TKIs)及NVP-AEW541聯合治療的耐受性及反應性良好[29]。以往調查顯示NVP-AEW541對IR軸同樣有影響，可能導致體內糖代謝失衡，但鑒于IR信號通路同樣參與腫瘤發(fā)生，該雙向小分子抑制劑仍是具有明顯優(yōu)勢的[30]。

以上研究結果均表明IGF-1R的活化是NSCLC中EGFR-TKIs原發(fā)性抗性產生的原因，并支持聯合小分子IGF-1R抑制劑及EGFR-TKIs的NSCLC治療具有科學依據，由此可知小分子IGF-1R抑制劑的開發(fā)及應用對臨床有著極高的價值。但是，IGF-1R/IR雙抑制的小分子抑制劑可能會導致體內出現糖尿病反應，加入胰島素后并不能有效解決這種不良反應，所以就IGF-1R與IR是否會產生交叉反應這一點，小分子抑制劑的妥善選擇便顯得尤為重要。

五、展 望

從最初20世紀70年代放、化療的不斷進步，到20世紀90年代開始采取外科治療，肺癌的治療方式在逐步發(fā)展，如今，已然迎來了個體化的醫(yī)學時代，可通過確定生物學標志物來明確最佳治療方案。本文就幾種以IGF-1R為癌癥靶點的小分子抑制劑在NSCLC治療中的研究進展展開分析，最終發(fā)現該小分子抑制劑可以彌補傳統(tǒng)化療藥物的毒性強、血液清除速率緩慢等欠缺；但由于IGF-1R與IR的同源性比例高于80%, 部分小分子IGF-1R抑制劑又是IGF-1R/IR雙向抑制劑，臨床應用中會出現高血糖、惡心、嘔吐等不良反應，所以兩者交叉反應所引發(fā)的潛在毒性及不良反應給IGF-1R小分子抑制劑的設計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，為了提高IGF-1R靶向小分子抑制劑的特異性，需要對兩者編碼激酶活性位點的序列之間的差異進行更深入的研究，且未來應更深刻了解各種抑制劑潛在功效的差異性和不同類別的IGF-1R小分子抑制劑之間的耐受性，從而為開發(fā)下一代抑制劑提供策略上的幫助。