IGF-1R/β-catenin信號通路在腫瘤耐藥中的研究進展

姜鈞耀，葛曉軍，閔 迅

(遵義醫科大學附屬醫院檢驗科，貴州 遵義 563000)

從生物學角度來講，腫瘤是表現為細胞異常增殖，可向其他部位轉移的一種惡性疾病[1]。導致腫瘤發生的原因較多，如接觸化學制品、感染、物理因素、飲食和運動、遺傳和自身免疫病等，但就其本質而言，腫瘤是基因突變不斷累積而導致的一類疾病。90%～95%的腫瘤是由環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、細胞周期調節基因和DNA修復基因缺陷等[1-2]。

癌癥的治療包括手術治療、放療、常規化療、靶向治療以及免疫治療等。部分患者在確診時已進展到晚期，失去了手術治療的機會，此時放療和化療是主要的治療手段[3]。基因突變引起的癌癥表型和信號通路的異常表達是耐藥現象產生的主要原因，進而導致治療失敗[4-5]。胰島素樣生長因子1受體(insulin-like growth factor 1 receptor,IGF-1R)/β聯蛋白(β-catenin)信號通路是目前研究的熱點，相關基因突變導致該信號通路異常活化與多種腫瘤的發生、發展及耐藥密切相關。現就IGF-1R/β-catenin 信號通路及其在腫瘤耐藥中的作用進行綜述。

1 IGF-1R/β-catenin信號通路及其信號轉導

1.1IGF-1R的結構及其信號轉導 IGF-1R是一種跨膜酪氨酸激酶受體，作為一種跨膜蛋白，其受體區由胞外區、跨膜區以及酪氨酸蛋白激酶區3部分組成。IGF-1R是由兩個胞外α鏈和兩個跨膜β鏈構成的α2β2四聚體，其中，α和β亞基均由單個信使RNA前體合成，經糖基化、蛋白水解切割后，通過與半胱氨酸鍵交聯形成功能性跨膜α-β復合鏈。IGF-1R胞外配體結合區域由α亞基構成，其跨膜區和胞內結構是由626個氨基酸組成的β亞基構成，其酪氨酸激酶位于IGF-1R的胞內結構，負責配體刺激后的細胞內信號轉導[6]。IGF-1R具有ATP結合位點，提供自磷酸化所需的磷酸鹽，當與配體結合時，α鏈誘導β鏈的酪氨酸自磷酸化，使其酪氨酸殘基Y1165和Y1166的自磷酸化復合物在IGF-1R激酶結構域產生。IGF-1R主要通過其α亞基的胞外配體結合區與IGF-1或IGF-2結合，進一步使β亞基內的酪氨酸激酶激活，導致自身磷酸化，觸發細胞內級聯信號的轉導[7]。IGF-1R的異常激活與多種癌癥的發生和發展有關，包括上皮惡性腫瘤(乳腺癌、肺癌、結直腸癌、前列腺癌和卵巢癌)、間充質腫瘤(骨肉瘤和橫紋肌肉瘤)以及血液系統惡性腫瘤[8-12]。IGF-1R可通過磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)通路抑制細胞的凋亡，當IGF-1R的SH2結構域與配體結合后，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，導致Akt磷酸化，進而引起凋亡通路中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 的表達水平，加快細胞的生長速度[14]。Rieunier等[15]研究發現，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胞的同時抑制骨轉移。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]。總之，IGF-1R在腫瘤細胞的存活、增殖、轉移以及耐藥中發揮重要作用[6,17]。

1.2β-catenin的結構 β-catenin是一種參與細胞間黏附和基因轉錄調節的雙功能蛋白[18]。β-catenin 的核心由幾個非常有特征的重復序列組成，每個重復大約40個氨基酸，這些重復序列被稱為犰狳重復，所有這些肽鏈折疊成一個單一的細長形狀的剛性蛋白質領域，即犰狳結構域。每個犰狳重復由3個α螺旋組成，其形成的具有多個扭曲的外凸內凹的犰狳結構域表面是各種配體的結合位點。因具有犰狳結構域這一特殊結構，可使 β-catenin 經常發生高度磷酸化。當細胞內β-catenin的水平升高時，可使細胞質中所有結合位點飽和，自身也將轉移到細胞核中。核內產生磷酸化，與轉錄因子淋巴增強子結合因子1(lymphoid enhancer-binding factor-1，LEF1)、T細胞因子(T cell factor，TCF)1、TCF2或TCF3結合后，β-catenin 結合轉錄激活因子，使基因大量表達，參與細胞的存活和增殖[19-20]。β-catenin的突變、過表達和磷酸化與許多癌癥有關，包括肺癌、肝細胞癌、結直腸癌、惡性乳腺腫瘤、卵巢癌以及子宮內膜癌[21-23]。β-catenin還作為原癌基因，其基因突變或異常激活可導致β-catenin易位入細胞核，與LEF-1/ TCF4等一些共調因子結合，驅動靶基因轉錄，從而導致細胞異常增殖[24-27]。Moon等[28]對PIK3CA突變型結腸癌細胞的研究發現，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測標志物。綜上所述，β-catenin在腫瘤的發生、增殖以及耐藥中扮演重要角色。

1.3IGF-1R和β-catenin間的信號轉導 IGF-1R蛋白的磷酸化是導致IGF-1R/β-catenin信號通路激活的重要原因。IGF-1R發生自身磷酸化時可激活下游PI3K/Akt信號通路，進而發生下游信號轉導。糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3，GSK-3)β存在3個磷酸化位點，包括N端尾部的Ser9、酶結構域內的T390以及T環內的Y216位點。不同磷酸化位點的激活會產生不同的效應：Y216位點參與GSK-3β T環的形成，去磷酸化時阻斷GSK-3β 的活性，當Y216位點磷酸化時，T環構象改變，GSK-3β活性增強，β-catenin的泛素化途徑被激活，引起β-catenin降解增加，在細胞內的水平降低；當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端的磷酸化結構域后，導致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因穩定性增加和水平升高而易位至細胞核，與細胞核內的TCF結合，從而影響細胞DNA的表達和轉錄，如在參與細胞增殖的Wnt靶基因c-Myc和細胞周期蛋白D的轉錄輔因子作用下，導致細胞增殖加快[29]。胰島素可參與GSK-3β的激活，當胰島素受體或IGF受體活化時，導致IGF-1R的Ser473殘基激活，使其下游蛋白PI3K繼續通過T308殘基激活Akt，并引起Akt磷酸化信號的級聯轉導，導致Ser9和T390位點的磷酸化，并抑制GSK-3β的活性，增強β-catenin的穩定性并抑制其降解，導致 β-catenin 水平升高，促進β-catenin發生初磷酸化，促進其向細胞核內轉移，與LEF/TCF結合后影響細胞DNA的表達和轉錄，從而影響細胞的增殖、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有吸引力的抗癌靶點，單純抑制其異常活化和自磷酸化并不能達到殺傷腫瘤細胞的目的，而IGF-1R抑制劑與其他抗腫瘤藥物聯合應用可產生很好的抗癌效果。IGF-1R活化后的信號轉導途徑主要包括促分裂原活化的蛋白激酶途徑(主要介導細胞的增殖)和PI3K/Akt途徑(主要介導細胞的抗凋亡效應)。在某些情況下，IGF-1R的抗細胞凋亡特性聯合耐藥機制可使其具有抵抗化療和放療對細胞損傷的作用。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 還可通過誘導上皮-間充質轉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致腫瘤細胞對化療藥物的耐藥，導致化療失敗[40-41]。IGF-1R的異常表達及核轉移影響了結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，使腫瘤細胞迅速對化療藥物產生耐藥等[44-45]。綜上，IGF-1R是耐藥相關的重要靶點。

β-catenin也是參與腫瘤耐藥的重要靶點，其耐藥機制主要是β-catenin的過表達促進P-糖蛋白、Bcl-2、多藥耐藥蛋白以及多藥耐藥相關蛋白-1等耐藥蛋白的表達。Dzobo等[46]研究表明，β-catenin在慢性粒細胞性白血病中參與化療藥物的耐藥。在慢性粒細胞性白血病中，β-catenin的異常活化導致腫瘤細胞對伊馬替尼的耐藥[47]；β-catenin的過表達可增加口腔鱗狀細胞癌對順鉑的耐藥性[48]。IGF-1R 經下游蛋白的級聯信號轉導后引起β-catenin的表達增高，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信號通路的轉導和表達可逆轉腫瘤對藥物的耐藥。Pan等[49]研究表明，吉非替尼與IGF-1R阻斷劑聯合使用可逆轉非小細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，從而逆轉乳腺癌對化療藥物的耐藥。還有文獻報道，可通過抑制β-catenin的表達抑制DNA的損傷修復，從而逆轉結直腸癌細胞對順鉑的耐藥性[51]。因此，使用IGF-1R/β-catenin信號通路的蛋白阻斷劑可以逆轉腫瘤細胞對抗腫瘤藥物的耐藥性。

3.1IGF-1R的抑制劑 目前針對IGF-1R已經開發了許多藥物：①IGF-1R單克隆抗體(IGF-1R mAb)，主要通過與細胞膜表面位點特異性結合而阻斷其活化，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，可與腫瘤細胞表面的IGF-1R特異性結合，下調IGF-1R活性，從而抑制IGF-1配體與下游受體信號的結合[52]。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗中，figitumumab聯合傳統治療方案如化療、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，可明顯增加傳統治療方案的療效，延長患者的生存期和無進展生存期[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，通過競爭性結合的方式與IGF-1R酪氨酸激酶受體結合，干擾與配體的結合，阻斷其異常活化，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導通路，包括胞外信號調節激酶1/2、Akt和p70S6K的磷酸化。Linsitinib對多種腫瘤細胞具有抗增殖作用，目前主要用于腫瘤轉移后的Ⅱ期臨床研究，其聯合依維莫司、厄洛替尼和雷帕霉素等治療結腸癌、肺癌和前列腺癌等實體瘤的療效較好[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信號轉導而不影響腫瘤細胞系中胰島素受體前體-B介導的信號轉導，在晚期和嚴重預后不良的實體瘤患者中發揮重要作用[59]。MEDI-573聯合激素治療Ⅰ期和Ⅱ期乳腺癌患者具有增強激素穩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在細胞質和細胞核中的活性，降低TCF4/LEF復合物的轉錄活性及其靶基因axin 2的表達，通過抑制基因的表達，干擾轉運蛋白等的合成，達到逆轉腫瘤耐藥和增強藥物敏感性的目的[61]。在多發性骨髓瘤的治療中，BC2059可增強硼替佐米的療效，延緩腫瘤生長[62]；BC2059與BET蛋白降解物ARV-771共同使用時，可協同作用誘導細胞凋亡，并提高繼發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，抑制TCF4的轉錄活性，促進原發性急性髓系白血病祖細胞凋亡，顯著改善原發性急性髓系白血病祖細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，降低其在細胞質內的水平，抑制其向細胞核轉運，但目前尚未在臨床試驗中應用[65]。由此可見，β-catenin抑制劑在各種腫瘤相關研究中均發揮著重要作用，特別是在血液系統疾病的治療中發揮著逆轉耐藥和延緩腫瘤生長的作用。目前對β-catenin抑制劑的報道較少，但隨著研究的深入，β-catenin抑制劑將會在腫瘤治療中應用的越來越廣泛。

綜上所述，IGF-1R/β-catenin作為耐藥相關的信號通路，雖然不能通過單獨作用殺傷腫瘤細胞，但與其他抗腫瘤藥物聯合治療具有增強傳統抗腫瘤方案敏感性，延長傳統化療藥物的耐藥時間，達到輔助抗腫瘤的效果。

4 小 結

腫瘤治療中的耐藥現象日益普遍，嚴重影響了腫瘤患者的治療效果和生存期。腫瘤耐藥的相關機制較多，包括多藥耐藥經典途徑、DNA損傷修復機制以及凋亡調控機制異常等，這些機制的激活方式尚無明確報道，IGF-1R/β-catenin信號通路可通過級聯信號轉導干擾基因的表達引起耐藥。目前，已經有大量基礎研究和臨床試驗通過應用 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信號通路是一個逆轉腫瘤耐藥性的重要靶點，通過抑制通路中蛋白的激活，從而達到增強傳統治療方案敏感性和延長傳統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。