胰島素生長因子-1受體信號通路與肺癌的研究進(jìn)展

劉喆 綜述 岳文濤 李琦 審校

自1986年首次克隆了胰島素生長因子-1受體（insulin-like growth factor-1 receptor, IGF-IR）以后，人們圍繞通過IGF-IR介導(dǎo)的經(jīng)典的磷酸化激活的信號通路做了很多工作。在這條通路中，IGF-IR調(diào)節(jié)了細(xì)胞的增殖、運動、凋亡和死亡，使得我們又重新審視了生長激素（growth hormone, GH）-胰島素樣生長因子（insulinlike growth factor, IGF）-胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白（insulin-like growth factor binding protein, IGFBP）軸在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用。早在20多年前，人們就設(shè)想將胰島素生長因子-1受體（IGF-IR）作為腫瘤治療的靶點；隨著近來對這一領(lǐng)域的進(jìn)一步了解和相關(guān)臨床試驗的進(jìn)行，有關(guān)GH-IGF-IGFBP軸在腫瘤中的作用得到了進(jìn)一步明確。

1 IGF信號通路系統(tǒng)

IGF家族相對復(fù)雜，包括2個配體（IGF-I和IGFII）、2個受體（IGF-IR和IGF-IIR）、6個與IGF高親和力的結(jié)合蛋白（IGFBP1-6）和其它與IGF低親和力的IGF結(jié)合蛋白的相關(guān)蛋白（IGFBPrPs）[1]。在人類中，IGF-IRs和胰島素受體在正常組織中廣泛存在，每種受體都是四聚體的結(jié)構(gòu)，具有兩個“半受體”的特征，依次由主要在胞外與配體結(jié)合的α鏈和主要在胞內(nèi)包括酪氨酸激酶區(qū)的β鏈組成。IGF-IIR并不轉(zhuǎn)導(dǎo)信號傳遞，而是通過使IGF-II遠(yuǎn)離IGF-IR而降低IGF-II的活性，因而IGF-II具有抑癌基因的特性。

IGF-I和IGF-II對于IGF-IR有幾乎相同的親和力，但I(xiàn)GF-I和IGF-II對胰島素受體有相對較低的親和力[2]。IGFIR和胰島素受體（InsR）共享近60%的同源氨基酸序列，特別是其激酶部分在氨基酸水平有近84%相同；IGF-IR可以與和它結(jié)構(gòu)相似的胰島素受體（InsR）形成混合體的形式存在，雖然他們可以同時接受IGF-I和胰島素，但更優(yōu)先接受IGF-I信號。IGF-IR在人類腫瘤細(xì)胞系中普遍表達(dá)，生理狀態(tài)下的IGFs可以促使許多腫瘤細(xì)胞系產(chǎn)生有絲分裂[3]。IGF-IIR是單鏈的多肽，只與IGF-II結(jié)合，與IGF-IR不同，IGF-IIR無酪氨酸激酶的活性，而且它在IGF信號通路中的具體作用仍然不十分清楚。IGFBP通過調(diào)節(jié)IGF配體的生理活性和生物利用度來調(diào)控IGF的行為，這六種IGFBP可以通過分泌蛋白質(zhì)來增強或抑制IGF的活性。

2 IGF-IR的生物學(xué)效應(yīng)

胰島素生長因子IGFs可以通過自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌的方式起作用。人類IGF-I和IGF-II的突變可以導(dǎo)致子宮內(nèi)和出生后的發(fā)育不良、小頭畸形和神經(jīng)發(fā)育遲緩等癥[4]。IGF-I除了是生長激素產(chǎn)生效應(yīng)的主要傳導(dǎo)介質(zhì)外，也在細(xì)胞癌變的進(jìn)程中起作用，包括細(xì)胞生長、分化、轉(zhuǎn)化和作為凋亡的強抑制劑。IGF-IR系統(tǒng)還影響腫瘤細(xì)胞的運動、細(xì)胞密度和乏氧反應(yīng)[5]。實際上，將IGF-IR作為研究靶點已經(jīng)有近20年的時間，最初的體外研究顯示了腫瘤細(xì)胞的增殖與IGF-I的濃度間存在劑量依賴的相關(guān)性，許多癌基因的轉(zhuǎn)化活動需要IGF-I的信號傳導(dǎo)系統(tǒng)[6]。IGF-IR在許多腫瘤細(xì)胞系中過表達(dá)，而抑制IGF-IR的表達(dá)不僅可以終止細(xì)胞的轉(zhuǎn)化還可以逆轉(zhuǎn)細(xì)胞的惡變，這不僅是與凋亡誘導(dǎo)下共同作用的結(jié)果，也是免疫系統(tǒng)對惡性細(xì)胞產(chǎn)生的反應(yīng)[7]。IGF-I發(fā)揮其作用主要通過IGF-IR二聚體，也可以與IGF-IR及InsR的混合體結(jié)合進(jìn)一步激活下游的信號，腫瘤細(xì)胞尤為如此。IGFs與IGF-IIR的結(jié)合不產(chǎn)生信號傳導(dǎo)，所以，對IGFs來講，IGF-IIR相當(dāng)于它的洗滌槽[8]。

IGF-IR信號通路與其它生長因子的結(jié)合有利于啟動腫瘤的發(fā)生發(fā)展，通過IGF-IR而激活其下游的PI3K-AKT信號通路，從而在腫瘤細(xì)胞內(nèi)傳遞生存的信號，這可能是IGF軸與抗腫瘤治療的原發(fā)或獲得性耐藥產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的原因。不同腫瘤細(xì)胞系和異種移植物給予IGF-I后會降低化放療引起的細(xì)胞凋亡，而IGF-IR拮抗劑又被認(rèn)為可以提高NSCLC細(xì)胞系對放療的敏感性。

3 IGF-I介導(dǎo)的信號通路傳導(dǎo)

非結(jié)合的IGF-I通過與位于細(xì)胞表面的IGF-IR的結(jié)合對糖類、脂類和蛋白質(zhì)的代謝起主要作用[9]。與受體結(jié)合后，IGF-IR在經(jīng)歷了構(gòu)象和自磷酸化后，通過胰島素受體底物1-4（IRS1-4）和Src觸發(fā)了胞內(nèi)的級聯(lián)反應(yīng)，這些分子激活了IGF-IR下游的兩個重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：細(xì)胞分裂素活化蛋白激酶（MAPK）和磷脂酰激醇3激酶/AKT信號通路（PI3-K/AKT）[10]。MAPK信號通路的激活起始于Shc與IGF-IR近膜區(qū)域結(jié)合后導(dǎo)致的ERK的活化，沿著Ras/Raf/ERK/MAPK的下游區(qū)，活化的ERK1和ERK2引起了在轉(zhuǎn)錄和代謝方面的各種反應(yīng)，從而影響細(xì)胞的生長、生存和分化。

PI3K信號通路的激活起始于胰島素受體底物蛋白（IRS-proteins）和Shc的磷酸化，導(dǎo)致磷脂酰肌醇（3, 4,5）三羥甲基氨基甲烷磷酸鹽的增加，而PTEN可抑制上述反應(yīng)。相應(yīng)的下游的PDK1和AKT被激活后可影響細(xì)胞的生長、代謝、生存和細(xì)胞周期的延續(xù)。然后Ras/Raf和PI3K信號通路會匯聚在哺乳動物雷帕霉素靶點即mTOR上，同樣可以影響細(xì)胞生長。

有許多證據(jù)[11]顯示IGF-IR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路通過多種機制介導(dǎo)而涉及了腫瘤的發(fā)生、有絲分裂、轉(zhuǎn)移、血管發(fā)生和抗凋亡等，并涉及了腫瘤化療的耐藥、放療以及針對HER-2和EGFR的靶向治療等方面?；A(chǔ)和臨床試驗也顯示，同正常組織相比，IGF-IR在腫瘤組織中高表達(dá)。也有許多體外試驗的結(jié)果[12]顯示IGF-IR信號通路對其它信號通路有影響，如表皮生長因子（epidermal growth factor receptor, EGFR）和血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothial growth factor, VEGF）信號通路。在與EGFR信號通路的相互作用方面，IGF-IR的活化既可以引起EGFR通路的反式激活，同時也需要EGFR酪氨酸激酶的活性以激活下游的ERK通路，也可以直接的方式即EGFR與IGF-IR形成二聚物而引起ERK的蓄積[13]。目前已經(jīng)明確IGF-IR與HER2/neu信號通路的相互作用。IGF-IR也可以與VEGF信號通路之間相互作用，VEGF的表達(dá)和分泌部分由IGFIR直接調(diào)節(jié)，PI3K/AKT和ERK/MAPK可增加VEGF的分泌，所以也間接地影響VEGF。有些研究[14]還報道了IGFIR與血小板衍生生長因子（platelet-derived growth factor,PDGF）之間的關(guān)系，在人成纖維細(xì)胞中，PDGF可以增加IGF-I的結(jié)合部位（如IGF-IR）。

4 胰島素生長因子的靶向治療對策

我們可以從多個層次上阻斷IGF-IR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。

首先，通過干擾生長激素釋放激素以減少生長激素的產(chǎn)生，或使用生長激素的拮抗劑以減少血清中的IGF-I的水平。最近一種新型的生長激素受體拮抗劑培維索孟（pegvisomant）對IGF-I和IGF-II水平的抑制作用較奧曲肽更強，但仍需進(jìn)一步的臨床試驗以研究其在IGF-I和IGFII依賴的腫瘤如乳腺癌和結(jié)直腸癌中的療效[15]。另外，針對生長激素釋放激素的拮抗劑JV-1-38已經(jīng)完成動物實驗，其對NSCLC細(xì)胞的治療有效[16]。

其次，更多的對策是在研發(fā)IGF-IR和其下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上的一些藥物，如針對IGF-IR的單克隆抗體和酪氨酸激酶抑制劑。表1列舉了近期有關(guān)IGF、IGF-IR信號通路的在研新藥。

5 針對IGF-IR的單克隆抗體

針對IGF-IR的單克隆抗體不僅可以阻斷配體-受體相互作用，還可以下調(diào)受體反應(yīng)。已經(jīng)證實，IGF-IR的全激動藥可以抑制腫瘤的生長，而且受體的下調(diào)作用比阻斷配體-受體相互作用還要重要。目前已經(jīng)開發(fā)出來的針對IGF-IR抗體的體內(nèi)和體外實驗均顯示出廣泛的抗腫瘤活性。

5.1 A12（IMC-A12，cixutumumab，Imclone公司） 這是一種完全人源化的IGF-IR的單克隆抗體，目前不僅可顯著抑制腎癌、乳腺癌、胰腺癌的異種移植物的生長，同時在腫瘤切片的組織學(xué)研究中還發(fā)現(xiàn)，其可使凋亡細(xì)胞顯著增加[17]。在已完成的每周給藥的I期臨床試驗中，觀察到2例疾病穩(wěn)定（stable disease, SD）超過9個月的患者（男性乳腺癌和肝癌）。目前有超過18項的關(guān)于A12的臨床試驗正在進(jìn)行中。

5.2 MK0646（Merck公司） MK0646對乳腺、肺、大腸、頭頸部、卵巢、胰腺、前列腺癌和黑色素瘤、神經(jīng)細(xì)胞瘤、橫紋肌肉瘤、骨肉瘤細(xì)胞系具有抑制作用。人源化的IGF-IR單抗h7C10/MK-0646體外實驗顯示，其對NSCLC細(xì)胞系A(chǔ)549具有明顯的抑制作用，MK0646與化療藥長春瑞濱或EGFR單抗（西妥西單抗）聯(lián)合時，幾乎可完全抑制A549細(xì)胞的生長，而且動物實驗顯示MK-0646可以延長小鼠的生存， EGFR單抗與IGF-IR單抗聯(lián)合組的生存優(yōu)勢更明顯[18]。目前，有關(guān)MK-0646與西妥西單抗和伊立替康聯(lián)合治療曾接受過伊立替康治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的II/III期臨床試驗正在進(jìn)行。

5.3 AMG-479（Amgen, Thousand Oaks公司） I期臨床試驗表明，AMG-479在1例尤文氏肉瘤和1例神經(jīng)源性腫瘤中顯示了療效，在隨后進(jìn)行的Ib期臨床試驗中，AMG-479與帕尼單抗（panitumumab）或吉西他濱聯(lián)合治療實體瘤，AMG-479劑量為6 mg/kg-12 mg/kg，每2周給藥；副作用包括高血糖、口腔炎及低鎂血癥等。1例部分緩解（partial relief, PR）患者是西妥西單抗治療失敗的K-RAS野生型的結(jié)腸癌患者，11例可評價的患者中9例為SD，帕尼單抗或吉西他濱并未影響AMG-479的藥代動力學(xué)。

5.4 AVE-1642（sanofi-aventis公司） 該抗體的血漿半衰期約為9天，I期臨床試驗探討了第1周期3 mg/kg-18 mg/kg，每3周給藥，第2周期始與多西紫杉醇75 mg/m2聯(lián)合使用的療效。結(jié)果顯示，1例乳腺癌患者達(dá)到了PR，進(jìn)一步的II期臨床試驗正在進(jìn)行中。

表 1 有關(guān)IGF、IGF-IR信號通路的在研新藥物Tab 1 New drugs related to IGF and IGF-IR signal pathway

5.5 CP-751 871（figitumumab，Pfizer公司） CP-751 871為另一種重要的人源化的IgG2抗體，其不僅具有良好的抗腫瘤活性同時也具有良好的藥代動力學(xué)分布[19]。這些抗體與傳統(tǒng)化療藥物如吉西他濱、長春瑞濱、阿霉素等聯(lián)合時還顯示出療效的疊加作用。特別是2009年ASCO會議報道的CP-751 871與紫杉醇化療方案聯(lián)合治療晚期轉(zhuǎn)移性NSCLC的II期臨床試驗的結(jié)果提示該藥與傳統(tǒng)化療藥物聯(lián)合應(yīng)用的前景。CP-751 871是完全人源化的免疫球蛋白單克隆抗體，半衰期為3周左右，I期臨床試驗與標(biāo)準(zhǔn)劑量的紫杉醇和卡鉑聯(lián)用（PCI方案）治療實體瘤時，未發(fā)生劑量限制性毒性反應(yīng)，并表現(xiàn)出良好的耐受性[20,21]。II期臨床試驗按2:1的比例共入組患者156例，分別接受紫杉醇200 mg/m2、卡鉑AUC6的靜脈化療，治療組還接受CP-751 871 10 mg/kg或20 mg/kg（PCI10, PCI20）的IGF-IR單克隆抗體的治療。在患者的人口學(xué)資料中，病理組織類型以腺癌為主，治療組和對照組腺癌分別占48%和38%，其余為鱗癌和大細(xì)胞癌等；多數(shù)患者為吸煙患者，吸煙患者在兩組分別占72%和66%。在無疾病進(jìn)展的情況下，患者最多可接受6個周期的化療，治療組患者在化療同時還會接受CP-751 871的治療；對照組患者出現(xiàn)病情進(jìn)展時也可接受CP-751 871的治療。結(jié)果顯示在肺鱗癌和腺癌患者中，兩個劑量的治療組PCI10、PCI20和對照組PC的有效率分別為33%、43%和62%；鱗癌患者接受PCI20治療組的總體有效率[完全緩解（complete response, CR）+PR]為78%。值得注意的是CP-751 871的單藥治療對2例鱗癌患者同樣有效。1例患者是對照組實施PC方案6周期化療后出現(xiàn)疾病進(jìn)展而后加用CP-751 871 10 mg/kg治療；另1例患者是PCI20組在停用化療后應(yīng)用CP-751 871 20 mg/kg單藥治療，腫瘤繼續(xù)縮小28%。與對照組的單純PC方案化療比較，PCI20組在無進(jìn)展生存時間（progression-free survival, PFS）方面具有優(yōu)勢；有意思的是，與PC組相比， PCI20組中的非吸煙患者在PFS方面具有優(yōu)勢（7.27個月 vs 3.08個月，因例數(shù)較少，統(tǒng)計學(xué)無差異）。在安全性方面，與CP-751 871相關(guān)的3、4級高血糖癥在PCI組和PC組分別為15%和8%，PCI組中的3例患者因為高血糖癥而終止治療，采用胰島素和口服降糖藥物對癥治療。其它3、4級毒副反應(yīng)，如中性粒細(xì)胞減少等血液學(xué)毒性和消化道反應(yīng)等的發(fā)生率，兩組類似。總之，IGF-IR單克隆抗體CP-751 871的II期臨床研究的結(jié)果證實其對局部晚期和轉(zhuǎn)移性NSCLC患者的一線治療的安全性和有效性，IGF-IR單克隆抗體可能會對NSCLC特別是肺鱗癌的治療提供一個新的治療選擇，因為對現(xiàn)有的幾種靶向治療新藥來講，肺鱗癌患者并不是優(yōu)勢對象[22]。目前，前瞻性的III期臨床試驗正在進(jìn)行中，以驗證上述的結(jié)果[23]。

6 針對IGF-IR信號通路下游的酪氨酸激酶抑制劑

正如上述所說，由于IGF-IR和胰島素受體（InsR）高度的同源性， IGF-IR信號通路下游的酪氨酸激酶抑制劑與InsR酪氨酸激酶抑制劑間存在交叉抑制作用。很顯然，針對此方面，藥物的研發(fā)應(yīng)集中發(fā)現(xiàn)對IGF-IR有高度選擇性的酪氨酸激酶抑制劑。在體外研究[24]中發(fā)現(xiàn)，NVP-ADW742對一些實體瘤、血液腫瘤和多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞系顯示了抗增殖活性和凋亡前期的反應(yīng)。BMS-536924對乳腺癌MCF-7細(xì)胞系及其小鼠的異種移植物有活性。另外一個TKI——NVP-AEW541顯示出對纖維肉瘤的活性，其藥代動力學(xué)也符合其作為口服制劑的應(yīng)用。

由于小分子IGF-IR抑制劑主要抑制IGF-IR、胰島素受體和一些混合型受體，因此在抗腫瘤方面上較IGF-IR抗體更具活性。而且口服小分子抑制劑與其它藥物聯(lián)合使用時在續(xù)貫給藥或間斷給藥等的最佳給藥方式的選擇上較IGF-IR抗體更加方便。早期結(jié)果揭示IGF-IR拮抗劑的安全性是可接受的，副作用也是可處理的。在使用IGF-IR抗體治療的患者中，約1/4患者會出現(xiàn)輕度的血糖升高，因此推薦在治療中監(jiān)測患者血糖和脫水情況[25]。

由于目前肺癌治療效果不理想，使得大家對肺癌治療的關(guān)注較多，特別是IGF-IR信號通路和現(xiàn)有的EGFR TKIs之間有無關(guān)聯(lián)以及能否克服抗EGFR治療引起的獲得性耐藥等更是關(guān)注的焦點[14]。有研究[26]表明，IGF-IR的表達(dá)降低了針對EGFR的靶向治療效果，對某些肺癌細(xì)胞系來說，AKT的活化被認(rèn)為與EGFR TKIs的耐藥有關(guān)。

部分患者可能是在服用EGFR TKIs的過程中與IGFIR形成EGFR-IGF-IR異源二聚體從而導(dǎo)致其下游信號的激活（如PI3K/Akt、p44/42 MAPK等）以及mTOR介導(dǎo)的蛋白的合成。近期有試驗[13]表明抑制IGF-IR信號通路的酪氨酸激酶抑制劑AG1024聯(lián)合厄洛替尼可以協(xié)同抑制腫瘤的生長。在另一項比較EGFR TKIs吉非替尼及抗EGFR的單克隆抗體西妥西單抗與AG1024聯(lián)用的研究中顯示吉非替尼與AG1024有協(xié)同作用，通過流式細(xì)胞儀檢測的肺癌細(xì)胞系的結(jié)果顯示，高水平的EGFR表達(dá)通常與IGF-IR相關(guān)，而且IGF-IR的表達(dá)水平可能決定了IGF-IR抑制劑的治療效果[27]。然而，這一結(jié)論也有爭議，另一項使用確診時的標(biāo)本進(jìn)行免疫組化染色的回顧性研究[28]發(fā)現(xiàn)，IGF-IR的表達(dá)水平與療效不相關(guān)，IGF-IR并未在吉非替尼原發(fā)耐藥中起作用。

為探討IGF-IR拮抗劑能否延長EGFR TKIs導(dǎo)致的繼發(fā)耐藥，一項隨機的II期臨床試驗正在進(jìn)行中，該實驗將IMC-A12（cixutumumab，完全人源化的IgG1抗體）與厄洛替尼聯(lián)合使用治療鉑類耐藥的晚期NSCLC患者，相關(guān)性的轉(zhuǎn)譯性研究也會同步進(jìn)行[29]。其他的一些抗體如AMG-479、MK-0656以及小分子酪氨酸激酶抑制劑OSI-906等剛剛進(jìn)入I/II期臨床試驗，幾年后會有一些數(shù)據(jù)公布[22]。

7 今后的發(fā)展方向

在IGF-IR信號通路的轉(zhuǎn)化性研究中，今后我們會更加關(guān)注以下幾方面：

首先，針對IGF-IR的靶向治療策略是否只針對IGFIR受體而與胰島素受體IR間無或只有少部分交叉反應(yīng)。正在研發(fā)的新化合物（如PPP）作為小分子酪氨酸激酶抑制劑，非ATP結(jié)合位點的競爭性抑制物也就自然地避免了與同一IR ATP結(jié)合區(qū)的交叉反應(yīng)；PPP最近被證實下調(diào)IGF-IR而不影響IR，這在以前只在抗體中而不是在酪氨酸激酶抑制劑中觀察到過。NVP-AEW-541就是一種靶點不僅作用在IGF-IR，還有其相關(guān)的酪氨酸激酶抑制劑的新藥。

其次，一個值得關(guān)注的領(lǐng)域就是IGF-IR與其它信號通路間相互作用從而聯(lián)合使用以達(dá)到治療增益的作用，除與EGFR和HER2/neu信號通路拮抗劑合用并初步顯示了治療增益的希望以外，IGF-IR拮抗劑還有潛力與 Ras/Raf/MEK/ERK或PI3K/Akt/mTOR信號通路的小分子拮抗劑聯(lián)合使用，從而減少細(xì)胞增殖和促進(jìn)凋亡。

第三，積極尋找預(yù)測治療反應(yīng)的標(biāo)志物。目前的臨床試驗結(jié)果揭示了上皮來源（大多數(shù)鱗癌）或上皮-間質(zhì)過度來源的腫瘤對IGF-IR拮抗劑治療敏感，間質(zhì)來源（未分化）的腫瘤對這類治療反應(yīng)不理想[25]。這也可以解釋在CP-751 871與紫杉醇化療藥物聯(lián)合治療晚期轉(zhuǎn)移性的NSCLC的II期臨床試驗中鱗癌患者的總體有效率高達(dá)78%的結(jié)果；同時提示了應(yīng)該根據(jù)不同受體和配體水平來選擇不同預(yù)測標(biāo)志物接受IGF-IR拮抗劑治療的必要性和重要性。

總之，現(xiàn)有的臨床數(shù)據(jù)支持短期和中期使用IGFIR拮抗劑的治療，但長期接受IGF-IR拮抗劑的治療是否可行以及現(xiàn)在就得出IGF-IR治療肺癌有效性的結(jié)論還尚早；還需要在這一領(lǐng)域中做更多的工作和臨床試驗，以探討IGF-IR與傳統(tǒng)化療藥物和其他信號通路的阻斷劑的最佳組合和最佳給藥順序以及該類藥物最佳治療人群和藥物安全性。