轉化生長因子α(TGF-α)在腫瘤治療中的應用現狀及展望

韓祺蕾(綜述) 李 凱(審校)

(復旦大學附屬兒科醫院外科 上海 201102)

轉化生長因子α(transforming growth factor alpha,TGF-α)屬表皮生長因子(epithelial growth factor,EGF)家族,是目前被廣泛研究的表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor,EGFR)配體。通過配受體作用,TGF-α能夠調節細胞增殖、分化,在人體生長發育中起重要作用[1],其與腫瘤的發生發展也息息相關。本文就TGF-α與腫瘤的關系及其在腫瘤治療中的應用現狀及進展進行綜述。

TGF-α與腫瘤的關系研究已證明腫瘤細胞能提高自身或周圍細胞TGF-α的表達,并通過自分泌和旁分泌的作用方式,促進腫瘤的發生、轉移及耐藥。TGF-α還可通過旁分泌的作用方式改變腫瘤微環境,如增加血管生成因子的分泌以促進血管生成、下調上皮型鈣黏蛋白(E-cadherin)[2]、提高基質金屬蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMPs)的表達,促進腫瘤細胞的侵襲和轉移等。因此,TGF-α參與多種促腫瘤生長轉移的機制。Lau等[3]發現,卵巢癌中腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、TGF-α和EGFR形成“腫瘤-基質-腫瘤”的循環機制:轉移的卵巢癌細胞通過啟動子DNA低甲基化和染色質重塑的方式過表達TNF-α;TNF-α又通過核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號誘導成纖維細胞表達TGF-α;最后,成纖維細胞產生的TGF-α反過來作用于轉移的卵巢癌細胞,促進其轉移定植。

TGF-α在腫瘤治療中的應用目前TGF-α相關的腫瘤治療方式主要有兩大類:一類是以TGF-α為靶點,直接或間接下調TGF-α表達,抑制腫瘤的增殖、轉移能力;另一類是以TGF-α為導向肽,將其與抗腫瘤藥物相連接,制備成靶向藥物,對EGFR高表達的腫瘤細胞特異性殺傷。因此,TGF-α可作為生物標志物預測療效。

以TGF-α為靶點的治療模式 在轉錄后水平,TGF-α的調控主要受microRNA(miRNA)對TGF-α mRNA的3’UTR作用而實現。Liu等[4]發現,與正常組織和細胞相比,非小細胞肺癌組織和細胞株(A549、SK-MES-1、H129和H520)中均能觀察到miR-137表達的下調。將miR-137在H129細胞中過表達后,細胞的增殖能力顯著減弱;在H129中沉默TGF-α也得到類似結果。進一步研究發現,miR-137有一段與野生型TGF-α mRNA的3’UTR互補的序列;熒光素酶報告基因試驗顯示miR-137能顯著降低野生型TGF-α mRNA的3’UTR的熒光素酶活性,但對突變型TGF-α mRNA的3’UTR不起作用。通過Western blot試驗發現miR-137過表達能抑制TGF-α表達,由此確定TGF-α為miR-137作用的靶基因。在其他多種腫瘤中也有類似發現:通過靶向調控TGF-α表達,miR-374a在體外阻滯肺腺癌細胞(A549和PC-9)的增殖、遷移和侵襲[5];miR-490-3p和miR-505在體外實驗中誘導子宮內膜癌細胞(HEC-1B和Ishikawa)發生G1期阻滯和細胞凋亡,顯著縮小裸鼠體內腫瘤體積和抑制移植瘤生長[6];miR-205[7]和miR-376c[8]抑制骨肉瘤細胞(U2OS)的增殖、遷移和侵襲;miR-152抑制前列腺癌細胞(PC-3和DU145)的遷移和侵襲[9](表1)。

表1 以TGF-α為靶基因的microRNA對腫瘤細胞的影響Tab 1 Effect of microRNA targeting TGF-α on tumor cells

跨模型的TGF-α需要在細胞膜表面通過解整聯蛋白金屬蛋白酶17(A disintegrin and metalloproteinase 17,ADAM17)的切割,脫落后成為分泌型,從而發揮更高效的作用,因此ADAM17/TACE也是TGF-α的調控者之一。研究發現,ADAM17對TGF-α的切割作用在乳腺癌的發病機制中占有重要地位,因此,這種金屬蛋白酶可成為乳腺腫瘤治療的靶點[10-12]。尤其在三陰性乳腺癌(triple-negative breast cancer,TNBC)患者中,ADAM17的表達量顯著高于非TNBC患者。這可能是由于ADAM17的切割作用增加了TGF-α的釋放,從而促進EGFR過度激活,并且成為TNBC細胞株增殖和侵襲的關鍵。實驗結果顯示,加入ADAM17抑制劑TNF-α蛋白酶抑制劑2 (TNF-α protease inhibitor 2,TAPI-2)后,TNBC細胞(T4-2)的遷移能力顯著減弱[12]。因此通過抑制ADAM17從而阻止TGF-α對EGFR的激活,可能成為治療腫瘤的新方法。

以TGF-α為導向肽的治療模式 目前研究最多的使用TGF-α作為導向肽的免疫毒素是TGFα-PE38,即將細胞毒性藥物PE38與TGF-α相連接,通過TGF-α對EGFR的靶向作用將藥物帶到EGFR高表達的腫瘤細胞處。為了解決其肝毒性和半衰期短的問題,大多臨床試驗采用腦內注入的給藥方式來治療腦腫瘤,發現藥物療效較低。有學者認為這是由于藥物輸送的效率低,且這種給藥方式無法保證患者間的一致性,因此Daejin等[13]嘗試使用減毒沙門氏菌作為表達系統,并構建載有免疫毒素TGFα-PE38的質粒,創造了一種新型的藥物輸送方式。通過基因工程化的表達系統,成功提高TGFα-PE38治療小鼠結腸癌和乳腺癌的藥物作用效率,顯著延緩腫瘤生長并提高小鼠生存率。

Yousefi等[14]成功構建了一種新型的靶向腫瘤的超抗原TGFαL3-SEB,并研究此種藥物對小鼠乳腺癌的治療作用。TGFα具有3個二硫鍵形成的環狀結構,其中第3個環狀結構TGFαL3具有與EGFR結合的能力,但并不誘導結合后的配受體內吞入細胞。葡萄球菌腸毒素B(staphylococcal enterotoxin B,SEB)是一種典型的T細胞性超抗原,可激活大量T細胞克隆。將上述兩種物質制成嵌合蛋白質,借由TGF-α將超抗原SEB帶至EGFR高表達的乳腺癌細胞(4T1)表面,以使被超抗原激活的T淋巴細胞發揮靶向殺傷作用。實驗結果顯示,相較于PBS或SEB處理的對照組,TGFαL3-SEB組小鼠體內的腫瘤體積更小,生存時間更長,且無一例發生轉移,同時藥物對小鼠的肝腎功能無損害。

TGF-α對其他藥物治療的影響和療效預測價值 蛋白激酶抑制劑、EGFR單抗等抗腫瘤藥物在臨床治療中越來越常用,但部分患者對其并不敏感。確定預測藥物療效的生物標志物對臨床決策有指導作用。研究發現,患者體內TGF-α水平可能與藥物敏感性存在關聯。

伊馬替尼(Imatinib)是一種酪氨酸激酶抑制劑,是BCR-ABL1融合基因陽性慢性髓系白血病(chronic myelognous leukemia,CML)的常用治療藥物。臨床上早期分子應答(early molecular response,EMR)(即3個月時BCR-ABL1≤10%)的患者往往預后良好,因此EMR是強有力的預后預測指標。然而EMR需要在3個月后測得,常使患者錯過使用替代療法的最佳時機。Nievergall等[15]分析了TIDEL-Ⅱ試驗[16]中186例未經伊馬替尼治療和17例經TKI(伊馬替尼或根據試驗方案轉為尼洛替尼)治療后6個月的慢性期CML(chronic phase CML,CP-CML)患者血漿樣本,并以19例健康樣本作對照。研究發現,TGF-α是最關鍵的EMR預測因子。未達EMR的患者初診時TGF-α水平與EMR患者相比顯著提高(16.6 pg/mLvs. 4.9 pg/mL,P=0.000 2);TGF-α高水平組與低水平組相比,EMR率[15/39 (38%)vs.8/144(6%),P<0.001]、無進展生存率(progression-free survival,PFS)(82.0%vs. 97.4%,P=0.015)、主要分子學緩解率(即BCR-ABL1下降≥3個對數級)(61.5%vs.83.0%,P=0.003)、MR4.5 (即BCR-ABL1≤0.0032%)(8.2%vs.39.6%,P<0.001)顯著降低。當TGF-α與IL-6聯合應用時,其預后預測價值更高。TGF-α和IL-6高水平組患者的PFS(P<0.000 1)、無事件生存率(P=0.028)和無失敗生存率(P=0.000 7)顯著降低。

阿雷替尼(Alectinib)是一種高度選擇性的間變性淋巴瘤激酶(anaplastic lymphoma kinase,ALK)抑制劑,目前已被FDA批準用于治療晚期ALK陽性非小細胞肺癌。Tani等[17]發現TGF-α可通過激活EGFR信號,使非小細胞肺癌細胞獲得對阿雷替尼的抗性,研究建立了具有阿雷替尼耐藥的非小細胞肺癌細胞株H3122-AR,相比H3122細胞,耐藥細胞中EGFR磷酸化水平和TGF-α表達顯著增加,且敲低TGF-α可恢復H3122-AR細胞對阿雷替尼的敏感性;同時發現在小鼠模型上聯合應用靶向ALK和EGFR的藥物(阿雷替尼和阿法替尼)對H3122-AR細胞的生長具有抑制作用。

西妥昔單抗(Cetuximab)的耐藥與患者體內TGF-α水平的相關性研究結果并不一致。在結直腸癌中,有研究認為TGF-α過表達是西妥昔單抗耐藥的原因之一[18-19];也有研究發現轉移結直腸癌患者體內TGF-α水平與耐藥并無關聯[20-22]。一項胃癌臨床試驗發現TGF-α高表達患者對西妥昔單抗聯合順鉑和卡培他濱治療的反應更好[23];但最新研究顯示TGF-α的分泌與西妥昔單抗的敏感性無關[24]。目前研究還不足以說明TGF-α對西妥昔單抗藥物敏感性的影響。

結語TGF-α在腫瘤治療中的應用極為廣泛,其參與的任一調控環節都可能成為腫瘤治療的靶點,因此可嘗試負向調控TGF-α。當腫瘤表面EGFR高表達時,可選擇TGF-α為工具,將其與細胞毒性藥物或超抗原等物質連接,利用TGF-α與EGFR之間的配受體關系提高藥物特異性。除了腫瘤治療,TGF-α的表達水平對其他治療方式也有一定的影響,尤其是各激酶下游信號通路的靶向藥物治療。

TGF-α在腫瘤治療中亟待解決的問題還有:對于免疫毒素,如何通過改造靶向藥物、改變藥物給藥方式等方法提高藥物作用效率及安全性;TGF-α對西妥昔單抗的療效有何影響;是否能將更多的調控因子應用于靶向TGF-α的腫瘤治療中。通過深入研究,TGF-α可能作為預測療效的重要生物標志物,利于今后腫瘤治療的臨床決策。