IGF-1R/β-catenin信號通路在腫瘤耐藥中的研究進(jìn)展

姜鈞耀，葛曉軍，閔 迅

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，貴州 遵義 563000)

從生物學(xué)角度來講，腫瘤是表現(xiàn)為細(xì)胞異常增殖，可向其他部位轉(zhuǎn)移的一種惡性疾病[1]。導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的原因較多，如接觸化學(xué)制品、感染、物理因素、飲食和運(yùn)動(dòng)、遺傳和自身免疫病等，但就其本質(zhì)而言，腫瘤是基因突變不斷累積而導(dǎo)致的一類疾病。90%～95%的腫瘤是由環(huán)境因素和遺傳致癌因素引起的基因突變，包括原癌基因激活、抑癌基因失活、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因和DNA修復(fù)基因缺陷等[1-2]。

癌癥的治療包括手術(shù)治療、放療、常規(guī)化療、靶向治療以及免疫治療等。部分患者在確診時(shí)已進(jìn)展到晚期，失去了手術(shù)治療的機(jī)會(huì)，此時(shí)放療和化療是主要的治療手段[3]?；蛲蛔円鸬陌┌Y表型和信號通路的異常表達(dá)是耐藥現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因，進(jìn)而導(dǎo)致治療失敗[4-5]。胰島素樣生長因子1受體(insulin-like growth factor 1 receptor,IGF-1R)/β聯(lián)蛋白(β-catenin)信號通路是目前研究的熱點(diǎn)，相關(guān)基因突變導(dǎo)致該信號通路異常活化與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及耐藥密切相關(guān)。現(xiàn)就IGF-1R/β-catenin 信號通路及其在腫瘤耐藥中的作用進(jìn)行綜述。

1 IGF-1R/β-catenin信號通路及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

1.1IGF-1R的結(jié)構(gòu)及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo) IGF-1R是一種跨膜酪氨酸激酶受體，作為一種跨膜蛋白，其受體區(qū)由胞外區(qū)、跨膜區(qū)以及酪氨酸蛋白激酶區(qū)3部分組成。IGF-1R是由兩個(gè)胞外α鏈和兩個(gè)跨膜β鏈構(gòu)成的α2β2四聚體，其中，α和β亞基均由單個(gè)信使RNA前體合成，經(jīng)糖基化、蛋白水解切割后，通過與半胱氨酸鍵交聯(lián)形成功能性跨膜α-β復(fù)合鏈。IGF-1R胞外配體結(jié)合區(qū)域由α亞基構(gòu)成，其跨膜區(qū)和胞內(nèi)結(jié)構(gòu)是由626個(gè)氨基酸組成的β亞基構(gòu)成，其酪氨酸激酶位于IGF-1R的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，負(fù)責(zé)配體刺激后的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[6]。IGF-1R具有ATP結(jié)合位點(diǎn)，提供自磷酸化所需的磷酸鹽，當(dāng)與配體結(jié)合時(shí)，α鏈誘導(dǎo)β鏈的酪氨酸自磷酸化，使其酪氨酸殘基Y1165和Y1166的自磷酸化復(fù)合物在IGF-1R激酶結(jié)構(gòu)域產(chǎn)生。IGF-1R主要通過其α亞基的胞外配體結(jié)合區(qū)與IGF-1或IGF-2結(jié)合，進(jìn)一步使β亞基內(nèi)的酪氨酸激酶激活，導(dǎo)致自身磷酸化，觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)級聯(lián)信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)[7]。IGF-1R的異常激活與多種癌癥的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，包括上皮惡性腫瘤(乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌、前列腺癌和卵巢癌)、間充質(zhì)腫瘤(骨肉瘤和橫紋肌肉瘤)以及血液系統(tǒng)惡性腫瘤[8-12]。IGF-1R可通過磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)通路抑制細(xì)胞的凋亡，當(dāng)IGF-1R的SH2結(jié)構(gòu)域與配體結(jié)合后，PI3K被激活，通過引起下游磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸增加，激活磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸連接蛋白蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)和3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶-1，3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶-1可使 Akt蛋白的蘇氨酸殘基磷酸化，導(dǎo)致Akt磷酸化，進(jìn)而引起凋亡通路中Bcl-2家族的Bad磷酸化，解除Bcl-2的抗凋亡作用[13]。此外，Akt還能通過增加Bcl抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-x 的表達(dá)水平，加快細(xì)胞的生長速度[14]。Rieunier等[15]研究發(fā)現(xiàn)，使用IGF-1R酪氨酸激酶抑制劑治療前列腺癌和乳腺癌可以在殺死腫瘤細(xì)胞的同時(shí)抑制骨轉(zhuǎn)移。IGF-1R通過與人表皮生長因子受體-2相互作用引起乳腺癌細(xì)胞對人表皮生長因子受體-2單克隆抗體曲妥珠單抗的耐藥[16]?？傊?，IGF-1R在腫瘤細(xì)胞的存活、增殖、轉(zhuǎn)移以及耐藥中發(fā)揮重要作用[6,17]。

1.2β-catenin的結(jié)構(gòu) β-catenin是一種參與細(xì)胞間黏附和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的雙功能蛋白[18]。β-catenin 的核心由幾個(gè)非常有特征的重復(fù)序列組成，每個(gè)重復(fù)大約40個(gè)氨基酸，這些重復(fù)序列被稱為犰狳重復(fù)，所有這些肽鏈折疊成一個(gè)單一的細(xì)長形狀的剛性蛋白質(zhì)領(lǐng)域，即犰狳結(jié)構(gòu)域。每個(gè)犰狳重復(fù)由3個(gè)α螺旋組成，其形成的具有多個(gè)扭曲的外凸內(nèi)凹的犰狳結(jié)構(gòu)域表面是各種配體的結(jié)合位點(diǎn)。因具有犰狳結(jié)構(gòu)域這一特殊結(jié)構(gòu)，可使 β-catenin 經(jīng)常發(fā)生高度磷酸化。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)β-catenin的水平升高時(shí)，可使細(xì)胞質(zhì)中所有結(jié)合位點(diǎn)飽和，自身也將轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中。核內(nèi)產(chǎn)生磷酸化，與轉(zhuǎn)錄因子淋巴增強(qiáng)子結(jié)合因子1(lymphoid enhancer-binding factor-1，LEF1)、T細(xì)胞因子(T cell factor，TCF)1、TCF2或TCF3結(jié)合后，β-catenin 結(jié)合轉(zhuǎn)錄激活因子，使基因大量表達(dá)，參與細(xì)胞的存活和增殖[19-20]。β-catenin的突變、過表達(dá)和磷酸化與許多癌癥有關(guān)，包括肺癌、肝細(xì)胞癌、結(jié)直腸癌、惡性乳腺腫瘤、卵巢癌以及子宮內(nèi)膜癌[21-23]。β-catenin還作為原癌基因，其基因突變或異常激活可導(dǎo)致β-catenin易位入細(xì)胞核，與LEF-1/ TCF4等一些共調(diào)因子結(jié)合，驅(qū)動(dòng)靶基因轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致細(xì)胞異常增殖[24-27]。Moon等[28]對PIK3CA突變型結(jié)腸癌細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，β-catenin很可能是促分裂原活化的蛋白激酶抑制劑耐藥的潛在預(yù)測標(biāo)志物。綜上所述，β-catenin在腫瘤的發(fā)生、增殖以及耐藥中扮演重要角色。

1.3IGF-1R和β-catenin間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) IGF-1R蛋白的磷酸化是導(dǎo)致IGF-1R/β-catenin信號通路激活的重要原因。IGF-1R發(fā)生自身磷酸化時(shí)可激活下游PI3K/Akt信號通路，進(jìn)而發(fā)生下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3，GSK-3)β存在3個(gè)磷酸化位點(diǎn)，包括N端尾部的Ser9、酶結(jié)構(gòu)域內(nèi)的T390以及T環(huán)內(nèi)的Y216位點(diǎn)。不同磷酸化位點(diǎn)的激活會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)：Y216位點(diǎn)參與GSK-3β T環(huán)的形成，去磷酸化時(shí)阻斷GSK-3β 的活性，當(dāng)Y216位點(diǎn)磷酸化時(shí)，T環(huán)構(gòu)象改變，GSK-3β活性增強(qiáng)，β-catenin的泛素化途徑被激活，引起β-catenin降解增加，在細(xì)胞內(nèi)的水平降低；當(dāng)p38促分裂原活化的蛋白激酶、Akt、蛋白激酶C、蛋白激酶A以及p70S激酶等激活GSK-3β N端的磷酸化結(jié)構(gòu)域后，導(dǎo)致GSK-3β的Ser9和T390磷酸化水平升高，升高的磷酸化的GSK-3β可反向抑制GSK-3β的活性，抑制β-catenin降解，β-catenin可因降解減少而升高，β-catenin因穩(wěn)定性增加和水平升高而易位至細(xì)胞核，與細(xì)胞核內(nèi)的TCF結(jié)合，從而影響細(xì)胞DNA的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄，如在參與細(xì)胞增殖的Wnt靶基因c-Myc和細(xì)胞周期蛋白D的轉(zhuǎn)錄輔因子作用下，導(dǎo)致細(xì)胞增殖加快[29]。胰島素可參與GSK-3β的激活，當(dāng)胰島素受體或IGF受體活化時(shí)，導(dǎo)致IGF-1R的Ser473殘基激活，使其下游蛋白PI3K繼續(xù)通過T308殘基激活A(yù)kt，并引起Akt磷酸化信號的級聯(lián)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致Ser9和T390位點(diǎn)的磷酸化，并抑制GSK-3β的活性，增強(qiáng)β-catenin的穩(wěn)定性并抑制其降解，導(dǎo)致 β-catenin 水平升高，促進(jìn)β-catenin發(fā)生初磷酸化，促進(jìn)其向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移，與LEF/TCF結(jié)合后影響細(xì)胞DNA的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄，從而影響細(xì)胞的增殖、凋亡以及耐藥性等[30-32]。

2 IGF-1R/β-catenin信號通路參與腫瘤耐藥

隨著研究的深入，IGF-1R信號通路已成為一個(gè)有吸引力的抗癌靶點(diǎn)，單純抑制其異?；罨妥粤姿峄⒉荒苓_(dá)到殺傷腫瘤細(xì)胞的目的，而IGF-1R抑制劑與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合應(yīng)用可產(chǎn)生很好的抗癌效果。IGF-1R活化后的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑主要包括促分裂原活化的蛋白激酶途徑(主要介導(dǎo)細(xì)胞的增殖)和PI3K/Akt途徑(主要介導(dǎo)細(xì)胞的抗凋亡效應(yīng))。在某些情況下，IGF-1R的抗細(xì)胞凋亡特性聯(lián)合耐藥機(jī)制可使其具有抵抗化療和放療對細(xì)胞損傷的作用。研究表明，IGF-1R通過多種途徑參與腫瘤的耐藥，尤其在非小細(xì)胞肺癌的耐藥中較為突出[33-35]。Ma等[36]研究表明，IGF-1R通過微RNA參與吉非替尼對非小細(xì)胞肺癌的耐藥；在乳腺癌中，IGF-1R 通過參與異二聚體的形成導(dǎo)致了對表皮生長因子酪氨酸激酶抑制劑的抗性[37]；IGF-1R 還可通過誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化參與表皮生長因子酪氨酸激酶抑制劑的耐藥[38-39]；IGF-1R在乳腺癌的治療中也可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對化療藥物的耐藥，導(dǎo)致化療失敗[40-41]。IGF-1R的異常表達(dá)及核轉(zhuǎn)移影響了結(jié)直腸癌的化療和靶向治療[42-43]；在前列腺癌的治療中，IGF-1R通過異常活化激活PI3K/Akt信號通路，使腫瘤細(xì)胞迅速對化療藥物產(chǎn)生耐藥等[44-45]。綜上，IGF-1R是耐藥相關(guān)的重要靶點(diǎn)。

β-catenin也是參與腫瘤耐藥的重要靶點(diǎn)，其耐藥機(jī)制主要是β-catenin的過表達(dá)促進(jìn)P-糖蛋白、Bcl-2、多藥耐藥蛋白以及多藥耐藥相關(guān)蛋白-1等耐藥蛋白的表達(dá)。Dzobo等[46]研究表明，β-catenin在慢性粒細(xì)胞性白血病中參與化療藥物的耐藥。在慢性粒細(xì)胞性白血病中，β-catenin的異常活化導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞對伊馬替尼的耐藥[47]；β-catenin的過表達(dá)可增加口腔鱗狀細(xì)胞癌對順鉑的耐藥性[48]。IGF-1R 經(jīng)下游蛋白的級聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)后引起β-catenin的表達(dá)增高，從而參與多種藥物的耐藥。由此可見，IGF-1R/β-catenin 信號通路是導(dǎo)致腫瘤耐藥的主要原因之一。

3 通過抑制IGF-1R/β-catenin信號通路逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥

IGF-1R/β-catenin參與多種抗腫瘤藥物的耐藥，通過抑制IGF-1R/β-catenin信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)和表達(dá)可逆轉(zhuǎn)腫瘤對藥物的耐藥。Pan等[49]研究表明，吉非替尼與IGF-1R阻斷劑聯(lián)合使用可逆轉(zhuǎn)非小細(xì)胞肺癌對吉非替尼的耐藥；Gong等[50]通過miR-34a 抑制β-catenin蛋白的表達(dá)，從而逆轉(zhuǎn)乳腺癌對化療藥物的耐藥。還有文獻(xiàn)報(bào)道，可通過抑制β-catenin的表達(dá)抑制DNA的損傷修復(fù)，從而逆轉(zhuǎn)結(jié)直腸癌細(xì)胞對順鉑的耐藥性[51]。因此，使用IGF-1R/β-catenin信號通路的蛋白阻斷劑可以逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞對抗腫瘤藥物的耐藥性。

3.1IGF-1R的抑制劑 目前針對IGF-1R已經(jīng)開發(fā)了許多藥物：①IGF-1R單克隆抗體(IGF-1R mAb)，主要通過與細(xì)胞膜表面位點(diǎn)特異性結(jié)合而阻斷其活化，如figitumumab、dalotuzumab和ridaforo-limus 等。figitumumab研究的最為廣泛，其是一種針對IGF-1R的完全人源化單克隆抗體，可與腫瘤細(xì)胞表面的IGF-1R特異性結(jié)合，下調(diào)IGF-1R活性，從而抑制IGF-1配體與下游受體信號的結(jié)合[52]。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗(yàn)中，figitumumab聯(lián)合傳統(tǒng)治療方案如化療、單克隆抗體治療、表皮生長因子酪氨酸激酶抑制劑等治療惡性腫瘤，可明顯增加傳統(tǒng)治療方案的療效，延長患者的生存期和無進(jìn)展生存期[53-56]。②IGF-1R/胰島素受體前體酪氨酸激酶抑制劑，是針對IGF-1R的靶向藥物，通過競爭性結(jié)合的方式與IGF-1R酪氨酸激酶受體結(jié)合，干擾與配體的結(jié)合，阻斷其異?；罨?，如Linsitinib(OSI-906)。Linsitinib通過抑制IGF-1R配體依賴性自磷酸化及其下游信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2、Akt和p70S6K的磷酸化。Linsitinib對多種腫瘤細(xì)胞具有抗增殖作用，目前主要用于腫瘤轉(zhuǎn)移后的Ⅱ期臨床研究，其聯(lián)合依維莫司、厄洛替尼和雷帕霉素等治療結(jié)腸癌、肺癌和前列腺癌等實(shí)體瘤的療效較好[57-58]。③IGF-1和IGF-2的特異性單克隆抗體(IGF-1/IGF-2 mAb)。該單克隆抗體通過與IGF-1R配體IGF-1和IGF-2特異性結(jié)合，使IGF-1R無法與配體接觸，從而抑制其活化，如 MEDI-573和BI 836845。目前臨床研究表明，MEDI-573能夠通過IGF-1R和胰島素受體前體-A抑制IGF信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而不影響腫瘤細(xì)胞系中胰島素受體前體-B介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，在晚期和嚴(yán)重預(yù)后不良的實(shí)體瘤患者中發(fā)揮重要作用[59]。MEDI-573聯(lián)合激素治療Ⅰ期和Ⅱ期乳腺癌患者具有增強(qiáng)激素穩(wěn)定性和延長患者生存期的作用[60]。

3.2β-catenin的抑制劑 β-catenin抑制劑包括BC2059、Dickkopf 1和IWR-1-endo等。BC2059、Dickkopf 1通過減弱β-catenin在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中的活性，降低TCF4/LEF復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄活性及其靶基因axin 2的表達(dá)，通過抑制基因的表達(dá)，干擾轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等的合成，達(dá)到逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥和增強(qiáng)藥物敏感性的目的[61]。在多發(fā)性骨髓瘤的治療中，BC2059可增強(qiáng)硼替佐米的療效，延緩腫瘤生長[62]；BC2059與BET蛋白降解物ARV-771共同使用時(shí)，可協(xié)同作用誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并提高繼發(fā)性急性髓系白血病耐藥小鼠的存活率[63]；BC2059通過干擾β-catenin的核表達(dá)，抑制TCF4的轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)原發(fā)性急性髓系白血病祖細(xì)胞凋亡，顯著改善原發(fā)性急性髓系白血病祖細(xì)胞免疫缺陷小鼠的存活率[64]；IWR-1-endo則通過增加β-catenin的二次磷酸化，激活β-catenin的泛素化途徑，降低其在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的水平，抑制其向細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)，但目前尚未在臨床試驗(yàn)中應(yīng)用[65]。由此可見，β-catenin抑制劑在各種腫瘤相關(guān)研究中均發(fā)揮著重要作用，特別是在血液系統(tǒng)疾病的治療中發(fā)揮著逆轉(zhuǎn)耐藥和延緩腫瘤生長的作用。目前對β-catenin抑制劑的報(bào)道較少，但隨著研究的深入，β-catenin抑制劑將會(huì)在腫瘤治療中應(yīng)用的越來越廣泛。

綜上所述，IGF-1R/β-catenin作為耐藥相關(guān)的信號通路，雖然不能通過單獨(dú)作用殺傷腫瘤細(xì)胞，但與其他抗腫瘤藥物聯(lián)合治療具有增強(qiáng)傳統(tǒng)抗腫瘤方案敏感性，延長傳統(tǒng)化療藥物的耐藥時(shí)間，達(dá)到輔助抗腫瘤的效果。

4 小 結(jié)

腫瘤治療中的耐藥現(xiàn)象日益普遍，嚴(yán)重影響了腫瘤患者的治療效果和生存期。腫瘤耐藥的相關(guān)機(jī)制較多，包括多藥耐藥經(jīng)典途徑、DNA損傷修復(fù)機(jī)制以及凋亡調(diào)控機(jī)制異常等，這些機(jī)制的激活方式尚無明確報(bào)道，IGF-1R/β-catenin信號通路可通過級聯(lián)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)干擾基因的表達(dá)引起耐藥。目前，已經(jīng)有大量基礎(chǔ)研究和臨床試驗(yàn)通過應(yīng)用 IGF-1R/β-catenin阻斷劑解決腫瘤的增殖、抗凋亡和耐藥的問題。IGF-1R/β-catenin信號通路是一個(gè)逆轉(zhuǎn)腫瘤耐藥性的重要靶點(diǎn)，通過抑制通路中蛋白的激活，從而達(dá)到增強(qiáng)傳統(tǒng)治療方案敏感性和延長傳統(tǒng)治療方案耐藥周期的作用，最終為抗腫瘤治療提供新的方案。