胰島素樣生長因子-1 在垂體瘤診斷及治療中的應用

徐兆威 柏瑞 段虎斌 范益民

胰島素樣生長因子-1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）是廣泛存在于人體肝、腎、腦等組織中的一組多肽類物質(zhì)。IGF 家族有IGF-1 和IGF-2 兩種。IGF-1 誘導細胞增殖、分化、代謝和侵襲，同時也有促有絲分裂和抗凋亡等作用，與腫瘤細胞的形成和生長關(guān)系密切，IGF-2 則主要發(fā)揮類胰島素樣作用。研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1 在肺癌、乳腺癌、腎癌、消化系腫瘤等中明顯表達，為疾病的臨床診治提供幫助[1-4]。也有研究發(fā)現(xiàn)，分泌型垂體瘤患者血清IGF-1 水平明顯高于非分泌型垂體瘤患者，認為檢測血清IGF-1 水平對垂體瘤的診斷鑒別與治療具有重要意義[5,6]。本文將從IGF-1 的生物學特性、IGF-1 與腫瘤的發(fā)生發(fā)展機制等方面作一綜述。

一、IGF-1 生物學特性

1959 年Daughaday 等[7]首次報道在垂體腺瘤患者血清中發(fā)現(xiàn)硫酸化因子，因其具有類生長激素（growth hormone，GH）作用，故命名為IGF-1。IGF-1 的基因編碼在染色體12q23-23的長臂上，是一種由70 個氨基酸組成的小肽物質(zhì)，分子量約為7 500 000。IGF-1 主要由肝臟產(chǎn)生，并釋放到血液中到達靶器官發(fā)揮作用。垂體產(chǎn)生的GH 為肝臟IGF-1 的合成及釋放提供了基礎，而垂體中的GH 水平又依賴于血清IGF-1 的水平，呈負反饋調(diào)節(jié)。IGF-1 水平也受年齡和性別的影響，出生后逐漸升高，在青春期前后和成年早期最高，隨著年齡的增長，IGF-1 水平逐漸下降[8]。老年患者的GH 和IGF-1 水平比年輕患者低，而女性則比同齡男性低[9]。

IGF-1 的生物利用度受不同胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白（insulin-like growth factor binding protein，IGFBP）的調(diào)節(jié)，在血液中循環(huán)，IGFBP 能以非常高的親和力結(jié)合IGF-1，保護其免受蛋白水解酶降解并調(diào)節(jié)其對IGF-1 受體（insulinlike growth factor 1 receptor，IGF-1R）的生物利用度，允許IGF-1 轉(zhuǎn)運到靶組織中的特定受體并發(fā)揮細胞生長和抑制凋亡等作用。目前共發(fā)現(xiàn)6 種IGFBP，其中IGFBP-3 對IGF-1具有最強親和力，血液中95%以上的IGF-1 與IGFBP-3 結(jié)合，僅有不足5%的IGF-1 以游離形式存在，只有游離形式的IGF-1 能夠與特異性受體結(jié)合，調(diào)控細胞增殖、分化和凋亡[10,11]。IGF-1 與IGFBP-3 結(jié)合后，形成IGF-1、IGFBP-3 和酸不穩(wěn)定亞基復合物，使IGF-1 的半衰期明顯延長，其生物利用度也顯著增強。

二、IGF-1 參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制

IGF-1 主要由肝臟釋放到血液循環(huán)中，成為GH 釋放激素-GH-IGF-1 軸的一員，IGF-1 通過具有酪氨酸激酶活性的IGF-1R 在腫瘤、心腦血管疾病等疾病中發(fā)揮重要作用。IGF-1與IGF-1R 結(jié)合后可增強IGF-1R 的酪氨酸酶活性，進而激活細胞有絲分裂，促進腫瘤的發(fā)生[12]。另外，通過GH 上調(diào)IGF-1，可提高腫瘤血管內(nèi)皮生長因子 （vascular endothelial growth factor，VEGF）在腫瘤中的表達，增加腫瘤血管密度，促進腫瘤新生血管形成，進而實現(xiàn)抗腫瘤細胞凋亡、促侵襲及促進細胞增殖的作用[13]。IGF-1 還可以增加腫瘤細胞與內(nèi)皮和基底膜的黏附性，促進腫瘤細胞的附著和侵襲，甚至可以促進腫瘤細胞對化學治療藥物產(chǎn)生耐藥性[6]。IGF-1 促使植物凝血素對端粒酶活性的刺激作用增強，使細胞最終演變?yōu)槟[瘤細胞，進而對患者的生活帶來嚴重影響[14]。IGF-1 參與腫瘤細胞的形成、生長及轉(zhuǎn)化，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用。

研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1 結(jié)合IGF-1R 刺激磷脂酰肌醇-3 激酶（phosphatidylinositol-3-kinases，PI3K）和絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）中IGF-1的信號轉(zhuǎn)導通路，以此介導腫瘤細胞的分裂、增殖、侵襲與轉(zhuǎn)移等。激活PI3K 和MAPK 通路是IGF-1 在腫瘤中較常見的兩種表達方式。

（1）激活PI3K/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）細胞信號通路。IGF-1 與IGF-1R 結(jié)合后，IGF-1R 的β 鏈磷酸化蛋白胰島素受體底物-1，而銜接蛋白胰島素受體底物-1 又磷酸化磷酸肌醇3-激酶的調(diào)節(jié)亞單位，激活酶將PIP2 轉(zhuǎn)化為PIP3[15]。進一步激活Akt 和PDK1，Akt 直接磷酸化抑制結(jié)核蛋白，通過GTP 結(jié)合蛋白Rheb 導致mTOR 激活，從而激活細胞周期依賴性蛋白激酶-2 和細胞周期依賴性蛋白激酶，使細胞進入S 期，誘導DNA 的合成，磷酸化細胞周期檢測點激酶1 的Ser280 位點使其失活，使細胞進入G2/M 期[16,17]。mTOR作為PI3K/Akt 下游的一種重要的蛋白激酶，激活核糖體激酶，調(diào)節(jié)腫瘤細胞的增殖、存活和侵襲轉(zhuǎn)移[18]。該通路的激活是導致細胞增殖、遷移、侵襲性增加和抗凋亡的重要細胞內(nèi)信號途徑之一，在細胞增殖、細胞凋亡與抗化學治療等方面發(fā)揮重要生物學效應。

（2）MAPK/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signalregulated protein kinase，ERK）信號通路。IGF-1 與IGF-1R 結(jié)合使銜接蛋白Sch 被IGF-1R 的β 鏈磷酸化，從而招募GDP2/SOS 復合物，進而激活啟動MAPK 途徑的小G 蛋白Ras，將細胞外信號轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)信號，通過調(diào)控細胞相關(guān)基因及蛋白的表達，引起細胞的轉(zhuǎn)錄和代謝方面的反應，進而促進腫瘤細胞的有絲分裂，并具有抗凋亡特性[19]。

三、IGF-1 在垂體瘤診治中的應用

垂體瘤是顱內(nèi)常見的腫瘤之一，約占顱內(nèi)腫瘤的10%～20%，大多為良性腫瘤，約有0.12%～0.20%的垂體瘤演變?yōu)榇贵w癌[20,21]。IGF-1 在垂體腺瘤中表達廣泛，與正常垂體相比，垂體腺瘤中檢測到更高含量的IGF-1。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中IGF-1 及其受體水平均升高，以內(nèi)分泌、旁分泌或自分泌的方式發(fā)揮作用。同時在血液系統(tǒng)中IGF-1 水平也會升高[22]。其機制可能為：IGF-1 通透性強，極易穿透血腦屏障到達血液系統(tǒng)[23]。而當惡性腫瘤侵襲致血腦屏障完整性被破壞時，腫瘤高水平的IGF-1 更容易透過破壞的血腦屏障進入血液，從而使血液中IGF-1 進一步明顯升高[24]。有研究報道，惡性腫瘤患者血清中IGF-1 水平明顯增強，是良性腫瘤的10 倍以上[25]。

研究發(fā)現(xiàn)患者血清中IGF-1 水平高于277.00 ng/mL 時，可排除100.00%的非垂體瘤患者，其靈敏度為48.62%，特異度為100.00%[26]。D’Ercole 等[27]研究表明，切除垂體后的大鼠術(shù)后血清中IGF-1 水平顯著降低。有資料顯示，生長抑素類似物可使約68%的患者血清IGF-1 水平趨于正常。李毅芳等[6]研究報道，奧曲肽序貫溴隱亭方案能夠下調(diào)血清IGF-1 和GH 水平，抑制垂體腫瘤的生長，使腫瘤體積減小，有助于減少腫瘤占位效應并改善患者的垂體功能，在垂體瘤患者中應用有利于控制腫瘤再生、復發(fā)及轉(zhuǎn)移。IGF-1R 可以單獨或與PI3K-Akt-mTOR 信號級聯(lián)的其他成分聯(lián)合構(gòu)成一個分子靶點，可用于治療侵襲性垂體瘤。因此，血清中IGF-1 及IGF-1R水平的變化對垂體腺瘤的診斷及手術(shù)效果評價具有一定的幫助。

根據(jù)垂體腫瘤是否突破腫瘤包膜侵犯蝶鞍骨質(zhì)、鞍隔、海綿竇等鄰近組織結(jié)構(gòu)，可分為侵襲性垂體瘤和非侵襲性垂體瘤。侵襲性垂體瘤常兼有良性腫瘤和惡性腫瘤的特點，發(fā)病率為35%～50%，根據(jù)垂體瘤Knosp 分級，Knosp3～4 級通常被認為具有嚴重侵襲性[21,28]。但Knosp 分級僅根據(jù)腫瘤影像學表現(xiàn)評估腫瘤侵襲性，當腫瘤體積較小或影像學表現(xiàn)不典型時，往往難以評估腫瘤侵襲性，對于手術(shù)難度及患者預后評估存在不足。另外，侵襲性垂體瘤和垂體癌術(shù)后復發(fā)率高，這會給臨床工作帶來極大的困難，因此眾多學者研究發(fā)現(xiàn)，侵襲性垂體瘤組血清中IGF-1 水平遠高出正常水平，并且與非侵襲性垂體瘤相比，侵襲性垂體瘤患者IGF-1 水平明顯升高，對于鑒別侵襲性垂體瘤可提供參考[2,23,29,30]。研究報道，IGF-1R的表達與垂體瘤的侵襲性呈正相關(guān)，在腫瘤組織內(nèi)IGF-1R表達＞4.61 Cnn（25%）的患者中，腫瘤復發(fā)風險可增加2.3 倍（靈敏度100%，特異度75%），可為垂體瘤的診斷及預后評估提供幫助[31]。

四、IGF-1 抑制劑

IGF-1 和IGF-1R 信號傳導通路已備受關(guān)注，成為腫瘤治療的潛在靶點，抑制IGF-1 和IGF-1R 信號通路可抑制腫瘤細胞增殖并促進腫瘤細胞凋亡[32]。在腫瘤培養(yǎng)基中和IGF-1 抗體可顯著降低垂體腺瘤細胞生長活性，表明IGF-1 參與垂體腺瘤的生長和增殖功能。Gallagher 等[33]對癌細胞和小鼠模型的研究表明，較低的IGF-1 水平明顯降低腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移的風險。Yamashita 等[34]研究報道垂體前葉是IGF-1 的特異性結(jié)合位點，可以通過干預IGF-1 及IGF-1R 的表達及與特異性結(jié)合位點的結(jié)合降低腫瘤細胞的活性，以達到緩解或者治愈腫瘤的目的[32]。Argente 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，妊娠相關(guān)血漿蛋白A（pregnancy-associated plasma protein A，PAPPA）是一種能切割IGF-1 結(jié)合蛋白的蛋白水解酶，特異性激活并釋放IGF-1，增強IGF-1 的作用，從而增加IGF 對IGF-1R 介導的細胞增殖、遷移和存活的可利用性，因此可通過靶向PAPPA 的治療抑制腫瘤中IGF-1 的激活及釋放，進而抑制腫瘤細胞的生長等。MEDI-573 選擇性結(jié)合IGF-1，可抑制IGF-1 介導的信號通路和腫瘤細胞的增殖、分化等，因此，其可通過靶向阻斷IGF 信號通路和細胞的增殖，抑制IGF 系統(tǒng)的異常表達發(fā)揮作用[36]。Lee 等[37]研究表明，山奈酚可通過抑制IGF-1R 磷酸化降低IGF-1 的增殖效應，進而抑制腫瘤細胞的生長，促進腫瘤細胞凋亡，同時山奈酚也可抑制腫瘤血管生長。Nagaraj 等[38]研究報道，抑制硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxininteracting protein，TXNIP）的表達是IGF-1 發(fā)揮抗凋亡作用的潛在途徑，而TXNIP 作為腫瘤抑制因子，通過激活凋亡信號調(diào)節(jié)激酶1 抑制腫瘤細胞增殖，因此，可通過上調(diào)TXNIP 的表達，抑制腫瘤細胞增殖。IGF-1R 的原癌基因活性高度依賴于胰島素受體底物（insulin receptor substrate，IRS），而NT157與IGF-1R 的結(jié)合促進IRS 蛋白的分離，從而促進Shc 募集和ERK1/2 的激活，ERK1/2 最終磷酸化IRS 蛋白并誘導其降解，NT157 還可有效抑制mTOR 下游底物的磷酸化，這些有助于NT157 發(fā)揮抑制腫瘤細胞增殖和存活的作用[39]。

五、IGF-1 在肢端肥大癥中的應用

IGF-1 對于組織的生長發(fā)育極其重要，但是IGF-1 信號通路的異常激活會促進組織病理性生長，引起肢端肥大癥。肢端肥大癥是一種內(nèi)分泌疾病，其特征是GH 持續(xù)分泌過多，同時伴有IGF-1 水平升高，95%以上的肢端肥大癥患者是由異常分泌GH 的垂體腺瘤所致，GH 異常分泌刺激肝臟中IGF-1 過度產(chǎn)生，IGF-1 作用于靶器官導致患者全身器官體積增大，并出現(xiàn)高血糖、高血壓、阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征等各種并發(fā)癥。

與GH 在血液循環(huán)中濃度的快速變化相比，血清IGF-1的濃度較為穩(wěn)定，盡管異常升高的IGF-1 并不總是代表患有肢端肥大癥，但是當排除青春期和懷孕等因素后，其特異性明顯增強[30]?；顒悠谥朔蚀蟀Y患者血清IGF-1 水平明顯升高，通過監(jiān)測血清中IGF-1 水平可判斷疾病的活動程度，通常IGF-1 的正常化被認為是肢端肥大癥緩解或恢復的一個重要指標。因此，定期檢測血清中IGF-1 水平可作為評估肢端肥大癥患者治療的可靠指標之一。

IGF-1 水平的正常范圍與年齡、性別相關(guān)，肢端肥大癥治療目的之一即為患者血液IGF-1 水平應降至與年齡、性別相匹配的正常值范圍（正常均值±2 個標準差）內(nèi)[40]。對于GH 腺瘤，葡萄糖GH 抑制試驗后血清GH 谷值低于1.0 μg/L，可排除GH 型垂體瘤。血清IGF-1 水平高于與年齡、性別相匹配的正常值范圍時，判斷為異常，其中隨機GH 水平低于1.0 μg/L，IGF-1 水平降至與性別、年齡相匹配正常范圍為內(nèi)分泌學治愈標準。一項基于在手術(shù)后1、2、3、8 和12 周測量血清IGF-1的研究發(fā)現(xiàn)，垂體瘤術(shù)后12 周血清IGF-1 水平趨于穩(wěn)定，因此最終評估治療效果應依據(jù)術(shù)后12 周的檢測結(jié)果[41]。肢端肥大癥患者的血清IGF-1 水平越低，患者生存率越高。

綜上所述，血清中IGF-1 和IGF-1R 的大量存在可能意味著腫瘤的侵襲性和較高的復發(fā)風險。然而，由于IGF-1 生理作用復雜，以及對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展等途徑的研究尚不完善，對血液循環(huán)中的IGF-1、IGF-1R 水平的檢測，只能初步評估腫瘤的侵襲性，為患者的治療及預后提供參考。相關(guān)的研究結(jié)果還有待進一步證實與判斷。