楊波 張艷君 彭海生 鄭沛育

摘 要 目的:為結腸癌靶向治療藥物的研發提供參考。方法:以“結腸癌”“靶分子”“分型”“靶向機制”“修飾遞送藥物”“Colon cancer”“Target molecule”“Typing”“Targeting mechanism”“Modified delivery drug”等為關鍵詞,在中國知網、萬方數據、PubMed等數據庫中組合檢索2001年7月-2018年6月發表的相關文獻,篩選出能夠準確靶向至結腸癌細胞的靶分子,并針對不同類型的結腸癌患者的靶向藥物及其靶向特征的研究進展進行綜述。結果與結論:共檢索到相關文獻255篇,其中有效文獻54篇。目前,國內外學者研究和應用較多的結腸癌靶分子包括透明質酸、葉酸、小麥胚芽凝集素、核酸適配體、Affibody分子、單克隆抗體、多肽、microRNA等。為了能夠更加精準地對結腸癌進行靶向,可以運用逆轉錄定量聚合酶鏈反應或者免疫組化法分析候選的生物標志物,將結腸癌分為杯狀型、腸上皮細胞型、干細胞型、炎癥型以及過渡擴增型CS-TA、CR-TA等6種類型,在研究結腸癌靶向藥物時根據結腸癌不同分型選擇其靶點及靶分子進行研發。目前,臨床上已出現的靶向藥物仍然因為對不同的結腸癌患者缺乏選擇性使其應用受到限制。雖然可將結腸癌患者分型并據此給予不同的靶向藥能夠達到事半功倍的效果,但是目前這個分型方法還沒有應用到臨床上,并且此分型方法也由于樣本量的限制,還不夠完善。因此,關于結腸癌的分型以及針對不同分型的靶向藥物還有必要繼續深入研究。
關鍵詞 結腸癌;靶分子;分型;靶向機制;靶向特征;結腸癌
結腸癌在全球女性中的發病率高居第2位,在男性中居于第3位。結腸癌在西方國家中的發病率更高,在我國的發病率也在逐年提高[1]。有證據表明,結腸癌是由于飲食問題引起了腸道菌群紊亂,進而導致致癌基因和抑癌基因的改變,并最終導致結腸黏膜上皮發生惡性病變[2]。結腸癌按Dukes’分期可分為A、B、C、D期,一般因初期癥狀不明顯,確診時患者通常已經到了中晚期。盡管結腸癌患者可以進行局部結腸切除手術,但仍有25%~40%的B~C期患者會復發,因此結腸癌患者常需在術后進行輔助化療[3]。然而采用常規化療藥物時,常因藥物對于結腸癌部位的選擇性不足而導致一系列的不良反應(ADR),如中性粒細胞減少、貧血、腹瀉、胃腸道毒性、黏膜炎、惡心嘔吐、血液系統疾病和肝臟毒性等,從而降低患者的治療依從性,嚴重影響其生存質量和生存期[4]。
近年來,國內外學者為了避免抗腫瘤藥物靶向性不佳導致的正常細胞損傷,提高藥物靶向至腫瘤部位的準確度,對結腸癌靶向藥物進行了大量的研究。結果發現,一些靶分子不僅能幫助藥物準確靶向至結腸癌部位,還能用于結腸癌診療過程中的成像示蹤等[5];而為了能夠更加精準地對結腸癌進行靶向,可將結腸癌分為不同類型從而有針對性地進行精準靶向[6]。筆者以“結腸癌”“靶分子”“分型”“靶向機制”“修飾遞送藥物”“Colon cancer”“Target molecule”“Typing”“Targeting mechanism”“Modified delivery drug”等為關鍵詞,在中國知網、萬方數據、PubMed等數據庫中組合檢索2001年7月-2018年6月發表的相關文獻。結果,共檢索到相關文獻255篇,其中有效文獻54篇。本研究以此篩選出能夠準確靶向至結腸癌腫瘤部位的靶分子,并針對用于不同類型的結腸癌患者的靶向藥物及其靶向特征的研究進展進行綜述,旨在為結腸癌靶向治療藥物的研發提供參考。
1 結腸癌靶分子
將靶分子通過制劑或者化學合成的方式連接在治療結腸癌的藥物上,可實現將化療藥物靶向至結腸癌細胞的效果。因此,目前對于結腸癌靶向藥物的研究主要集中在可以與結腸癌細胞上的受體特異性結合的靶分子上。研發過程中選擇能夠準確靶向至細胞的靶分子是至關重要的,目前應用較多的靶分子包括透明質酸(HA)、葉酸(FA)、小麥胚芽凝集素(WGA)、核酸適配體、親和體(Affibody)分子、單克隆抗體、多肽、微RNA(microRNA)等。
1.1 HA
HA是細胞外基質的主要成分,為非硫酸化、無支鏈的糖胺聚糖,由重復的二糖單元D-葡萄糖醛酸和N-乙?;?D-葡糖胺組成[7]。HA能特異性地識別結腸癌細胞上過表達的CD44受體(CD44是一種多結構、多功能的細胞表面分子,多存在于結腸癌細胞上,在結腸癌的發展和轉移中發揮重要作用[8]),而CD44在結腸癌細胞外結構域上有HA結合位點,因此可作為HA的主要細胞表面受體[9]。目前,有很多研究人員將HA修飾在納米粒上,從而靶向至結腸癌中過表達的CD44受體,進一步靶向性治療結腸癌。例如,Zhu C等[10]運用HA與生育酚琥珀酸(TOS)通過二硫鍵連接制成智能納米膠束,可以準確地將紫杉醇靶向至CD44受體,抑制原位結腸癌及轉移的腫瘤細胞的生長;Liu K等[11]制備了負載有5-氟尿嘧啶(5-FU)綴合HA的二氧化硅納米粒以靶向至結腸癌細胞,通過CD44介導的內吞作用使5-FU的吸收增多,使得抗腫瘤效力顯著增強。HA除了具有CD44受體介導的結腸靶向特性之外,還可以特異性地識別透明質酸酶(HAase)。Zhang M等[12]使用了負載鹽酸多柔比星的介孔二氧化硅納米粒(MSN)來靶向至HAase,在將脫硫生物素植入MSN表面后,制成了鏈霉抗生素蛋白復合物,其中脫硫生物素可以和腫瘤組織中的標志物唾液酸特異性結合,而HA的修飾可使納米粒在表達HAase的癌細胞中定位釋放藥物。
1.2 FA
FA由蝶啶、對氨基苯甲酸和L-谷氨酸組成,是B族維生素的一種,其可通過載體蛋白或在葉酸受體(FR)介導的內吞作用下進入細胞[13]。FR有兩種膜結合亞型,分別為α型和β型,其中FR-α與腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲密切相關[14]。近年來,FR-α已成為潛在的癌癥治療靶點。白細胞介素12(IL-12)具有很強的抗腫瘤活性,但是由于具有嚴重的全身毒性,其臨床使用受到了限制。Luo M等[15]制備了經FA修飾的包裹IL-12的脂質體,通過對該脂質體的體內外考察發現,該脂質體能夠顯著抑制腫瘤的生長,且原位結腸癌模型小鼠主要臟器的形態和功能仍完好,說明經過FA修飾,能夠將IL-12靶向至結腸癌腫瘤區域,發揮其特異性抑制腫瘤生長的作用。
1.3 WGA
WGA是由兩個相同亞基組成的蛋白質,分子量為36 kDa,其每個亞基都包含4個同源結構域[16]。WGA可以特異性地快速識別和結合結腸癌細胞上過表達的N-乙酰葡糖胺,通過受體介導的內吞作用導致細胞內化。Wang C等[17]將負載紫杉醇的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)納米粒與WGA結合,結果,結合WGA的納米粒具有更強的抗結腸癌細胞增殖活性,表明WGA可將藥物靶向至結腸癌的腫瘤細胞。
1.4 核酸適配體
核酸適配體是一種能夠特異性識別靶分子的短鏈或單鏈DNA[18],具有體積小、非免疫原性和毒性較小等優勢[19]。目前針對結腸癌已開發出許多不同的核酸適配體。結腸癌細胞上皮黏附分子(EpCAM)是一種跨膜糖蛋白,可在多種癌癥甚至癌癥干細胞中過度表達,并與多種癌細胞增殖、遷移和侵襲有關[20]。Xie X 等[21]開發出了一種特異性識別EpCAM的核酸適配體,并將其修飾在MSN上,用于負載阿霉素以治療結腸癌。這種納米??梢赃x擇性地靶向至EpCAM,從而使藥物集中在腫瘤部位。不同的核酸適配體可以靶向至結腸癌腫瘤的不同位置。5TR1適配體能夠準確地靶向至黏蛋白(MUC)1糖型,并被癌細胞攝取[22-23];而MUC1是一種細胞表面相關糖蛋白,能夠通過O-糖基化對其進行大量修飾,在多種上皮癌細胞(如乳腺癌、結腸癌等)中均存在異常表達的情況?;诖?,用5TR1適配體偶聯的超順磁氧化鐵納米??赏ㄟ^準確地識別MUC1,從而靶向至結腸癌細胞,進而進行成像示蹤[5]。
1.5 Affibody分子
Affibody分子是一類新的親和配體,是由58個氨基酸殘基組成,其相對分子量小,結構穩定性高,可以耐受化學修飾,不僅能特異性地結合細胞表面的Fc受體,而且具有很強的親和力[24]。ZEGFR:1907是一個新開發的靶向至表皮生長因子受體(EGFR)的Affibody分子。EGFR是一種跨膜受體,具有細胞外配體結合位點和內部酪氨酸激酶結構域,通常在結腸癌細胞中呈過表達,且約60%~80%的結腸癌患者都存在EGFR表達或上調[25-26]。腫瘤中EGFR的表達與藥物治療和放療的副作用有關,可能預示著預后不良[27]。有研究顯示,ZEGFR:1907聯合外部輻射可將藥物靶向至結腸癌細胞,顯著降低腫瘤細胞的存活率[28]。
1.6 單克隆抗體
單克隆抗體是由單一B細胞克隆產生的高度均一、僅針對某一特定抗原表位的抗體,因其可以靶向至特定抗原而受到廣泛的應用。如小鼠單克隆抗體17.1A可以特異性地識別結腸癌上皮細胞抗原EpCAM。有研究運用17.1A與光敏劑二氫卟吩e6制備光敏免疫偶聯物,該偶聯物可以識別結腸癌細胞上的特異性靶點,準確發揮光敏劑對腫瘤細胞的殺傷作用[29]。利用單克隆抗體還可以制備免疫脂質體(即通過表面連接單克隆抗體而起到靶向作用的脂質體)。Koning GA等[30]將抗癌藥物氟尿脫氧核苷包裹在脂質體中,并在脂質體表面偶聯上與結腸癌細胞CC531特異性結合的單克隆抗體,結果發現這種免疫脂質體對CC531具有很強的抑制作用。Cho YS等[31]合成了二氧化硅涂層和有機染料結合的氧化鐵納米粒(MFSN),通過檢測細胞和組織中的熒光物質,并運用磁共振表征磁性,實現了成像示蹤。為了提高示蹤的準確性,將能夠特異性靶向至結腸癌細胞EGFR的西妥昔單抗(西妥昔單抗是一種嵌合型免疫球蛋白G1單克隆抗體,可靶向至EGFR細胞外結構域,并可高親和力結合EGFR,競爭性抑制EGFR與配體結合,抑制EGFR活化[32])連接在納米粒上,結果顯示,MFSN能夠被多種細胞攝取,且有效地靶向至腫瘤細胞,可通過成像示蹤和定量檢測來反映EGFR陽性腫瘤細胞的生長狀況。
1.7 多肽
多肽是α-氨基酸以肽鍵連接在一起而形成的化合物,是蛋白質水解的中間產物,一般由10~100個氨基酸分子脫水縮合而成。目前已發現多種多肽結合可導致細胞周期阻滯或誘導細胞凋亡。多肽可靶向至腫瘤細胞的特定靶點,因此常被設計作為靶分子以抑制腫瘤細胞的增殖[33]?,F已有專利研制出靶向至結腸癌細胞過表達MUC2的多肽,可特異性地與MUC2進行結合,從而誘導細胞凋亡[34]。
1.8 microRNA
microRNA是一類非編碼RNA內源性小分子,其能夠通過結合靶向至mRNA的30個非翻譯區中的互補序列來沉默蛋白質編碼基因,從而抑制細胞生長[35-36]。能夠靶向至結腸癌細胞的microRNA有很多。例如,有研究表明,microRNA-320a能直接靶向至結腸癌細胞中過表達的β-連環蛋白,從而抑制結腸癌細胞的無限增殖[37]。Nie J 等[38]研究發現,microRNA-365可通過靶向G1/S特異性周期蛋白D1(Cyclin D1)和Bcl-2抑制結腸癌細胞的生長并促進其凋亡。
2 不同類型結腸癌的靶向特征
為了能夠更加精準地對結腸癌進行靶向,可以運用逆轉錄定量聚合酶鏈反應(qRT-PCR)或者免疫組化法(IHC)分析候選的生物標志物,將結腸癌腫瘤分類。目前已有研究把不同的結腸癌患者分為6型[6](表1),在研究結腸癌靶向藥物時可根據結腸癌的不同分型選擇其靶點及靶分子進行研發(表2),從而進行分類靶向,以提高靶向的準確性。
2.1 杯狀型與腸上皮細胞型
杯狀型結腸癌患者無病生存期長,臨床化療一般優先使用伊立替康等藥物。在基礎研究中可使用HT29和LS1747等細胞系模擬杯狀型結腸癌模型,這種類型具有杯狀特異性MUC2和TFF3 mRNA高表達的特點[39]。MUC2和TFF3主要存在于腸上皮的黏液層,并與杯狀細胞一起分布于大腸和小腸[39]。MUC2是一種糖基化黏蛋白,由串連而不規則的重復序列組成,富含作為寡糖鏈潛在附著位點的絲氨酸和蘇氨酸。目前已有專利研發出靶向MUC2蛋白的多肽[33]。TFF3是一種三葉因子,在腸黏膜的創面修復和愈合中起著重要的作用,已有研究證實microRNA-7-5p能夠靶向至TFF3并調節結腸癌細胞的增殖[40]。但目前還沒有專門靶向至MUC2和TFF3的制劑形式,可考慮利用多肽或microRNA-7-5p與伊立替康等結合制備成口服吸收的納米粒,以靶向至杯狀型結腸癌組織。
而腸上皮細胞型結腸癌特點為MUC2特異性基因的高表達,較少表達TFF3。因此,腸上皮細胞型結腸癌患者應服用針對MUC2基因高表達制備的靶向藥物,從而使藥物精準靶向至MUC2,減小對正常組織的傷害。
2.2 干細胞型
干細胞型結腸癌患者無病生存期短,伊立替康為該型患者的一線化療藥物?,F有研究表明,可運用SW48、HCT8、SW620、HCT116、COLO320等細胞系模擬干細胞型結腸癌模型進行體外試驗[6]。干細胞型結腸癌不僅具有高表達細胞外因子(Wnt)信號傳導與干細胞、肌上皮基因、間充質基因的特點,還存在著低表達分化標志物的情況。CD44受體在結腸癌干細胞中也具有高表達[41]。與正常干細胞類似,結腸癌干細胞具有對稱的細胞分裂無限自我更新的能力,并通過不對稱分裂產生子代細胞[42-43]。因為結腸癌干細胞不進行終末分化,所以會產生無限增殖的后代,這個過程直接促進了實體瘤的形成[44]。Wnt信號通路是細胞增殖分化、胚胎和器官發育的關鍵調控環節和信號轉導途徑之一[45],在多種惡性腫瘤的生長過程中Wnt途徑都被異常激活,證明了其與癌癥的相關性。Wnt信號通路包括Wnt/β-連環蛋白、Wnt/Ca2+、Wnt/細胞極性通路等,其中Wnt/β-連環蛋白的生物信號就是卷曲受體[46]。Gurney A等[47]運用單克隆抗體OMP-18R5通過識別卷曲蛋白7與卷曲受體結合,并阻斷Wnt信號傳導,結果表明,該抗體能夠選擇性地抑制一系列Wnt/β-連環蛋白信號通路高表達腫瘤的生長。若將該單克隆抗體或者靶向CD44受體的靶分子HA與伊立替康等化療藥物結合,可能對干細胞型結腸癌有較好的治療效果。
2.3 炎癥型
炎癥型結腸癌以趨化因子和干擾素(IFN)相關基因及MUC1的相對高表達為特征[48]。趨化因子是一種小細胞因子樣肽,分子量為7~15 kDa,與其受體共同協調白細胞在穩態和炎癥條件下的遷移。Li Z 等[49]發現,microRNA-126可以通過靶向趨化因子受體4(CXCR4),抑制結腸癌細胞的侵襲和遷移。IFN是反映炎癥狀況的一個指標,與炎癥反應密切相關,根據受體特異性和序列同源性可分為Ⅰ型和Ⅱ型:Ⅰ型IFN由多種IFN-α、IFN-β、IFN-ω和IFN-τ亞型組成,這些亞型結構相似,并可與常見的異二聚體受體結合;Ⅱ型IFN主要是由IFN-γ亞型組成[50]。但是目前尚未見針對IFN及IFN亞型的靶向藥物或靶分子的研究。
2.4 過渡擴增型
過渡擴增型結腸癌分為CS-TA和CR-TA兩類。CS-TA類結腸癌患者無病生存期長,可過表達EGFR配體表皮調節素和雙調蛋白,所以使用靶向EGFR的西妥昔單抗進行治療可以獲得很好的療效。針對CS-TA類結腸癌的體外研究可使用NCL-H508、SW1116等細胞系[6]。而CR-TA類結腸癌患者無病生存時間短,具有FLNA高表達和對細胞間質上皮轉化因子(cMET)抑制劑比較敏感的特點。體外研究CR-TA型結腸癌時可使用LS1034、SW948等細胞系[6]。近期有研究表明,敲除FLNA基因的細胞對抗腫瘤藥物多西紫杉醇更加敏感[51]。癌細胞缺乏FLNA,易出現DNA損傷、G2/M期阻滯以及磷酸化組蛋白H2AX增加,進而促進細胞凋亡[52-53];FLNA還與血管內皮生長因子A共同參與了腫瘤血管生成[54]。但是目前靶向至FLNA受體的靶分子研究較少,尚未尋找到適宜的靶分子與cMET抑制劑結合以制備CR-TA靶向藥物。
3 展望
隨著結腸癌患者人數的逐年上升,病死率居高不下,再加上化療藥物缺乏選擇性,在殺死癌細胞的同時也會殺死正常細胞,對患者的身體造成了極大的損害,因此準確靶向至結腸癌細胞的藥物及靶分子的研發迫在眉睫。結腸癌靶分子在選擇性識別結腸癌細胞受體上起著非常重要的作用。故尋找對結腸癌細胞更加敏感的靶分子從而提高藥物的選擇性,成為了結腸癌治療的關鍵。目前,臨床上已經出現了可以靶向至結腸癌細胞的藥物,但仍然因為其對不同的結腸癌患者缺乏選擇性使其應用受到限制。雖然將結腸癌患者分型并據此給予不同的靶向藥能夠達到事半功倍的效果,但是目前這個分型方法還沒有應用到臨床上,并且此分型方法也由于樣本量的限制,還不夠完善。為此,關于結腸癌的分型以及針對不同分型的靶向藥物還有必要繼續深入研究。近年來,國內外科研工作者將靶向結腸癌細胞的靶分子與化療藥物結合在一起,大大提高了靶向結腸癌藥物的有效性和安全性。相信隨著科研工作的進一步發展,一定會早日研發出準確有效靶向至各型結腸癌的藥物。
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(收稿日期:2019-04-15 修回日期:2019-08-14)
(編輯:孫 冰)