朱克鹏 综述 杨光伦 涂刚 审校
重庆医科大学附属第一医院普外科,重庆 400016
内分泌治疗是乳腺癌患者综 合治疗的重要组成部分,他莫昔芬(tam oxifen,TAM)属于选择性雌激素受体调节剂(selective estrogen receptor modulator,SE RM)类药物,是目前最基础、有效,且运用历史最悠久的一线内分泌治疗药物,但一旦发生耐药,TAM反而会促进肿瘤的生长。所以长期应用TAM的继发性耐药限制了其临床应用。因此,研究内分泌治疗的耐药机制,同时寻找克服治疗耐药的方法,进而开发相关抗耐药药物有着重要的临床意义。
G蛋白偶联受体-30(G protein-coupled receptor 30,GPR30)是一种新型具有独立作用的膜性结合性雌激素受体(estrogen receptor,ER),介导表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)和ER等重要信号转导通路,参与乳腺癌细胞增殖、侵袭和转移等行为。GPR30的激活可能导致了TAM耐药性的发生。本文从GPR30的作用机制和TAM的耐药性机制联系为出发点,探讨GPR30在TAM耐药性中的作用。
经典理论认为,雌激素通过细胞内两种核受体ERα、ERβ调控转录反应,但二者并不足以完成雌激素的全部作用。GPR30为一类由375个氨基酸残基组成的7 次跨膜的G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCR),1997年Carmeci等[1]在不同细胞中克隆得到GPR30。2005年,Thomas等[2]和Revankar等[3]均证实其可特异性地与雌激素结合,与17β-estradiol(E2)的结合模式与经典的ERα、ERβ均不同,且与二者没有同源性,因此被视为一种具有独立作用的新型ER。
GPR30与雌激素结合导致细胞内钙转移,cAMP增加,在细胞核内合成三磷酸磷脂酰肌醇[phosphatidylinositol(3,4,5)-trisphosphate]。其参与介导了雌激素快速非基因组效应及基因组转录反应,促进细胞增殖和组织生长。GPR30可能参与抑制ERα(+)乳腺癌增殖[4]、SERM的耐药过程[5],并参与一些恶性肿瘤的发生、发展、迁徙及转移等。
GPR30的亚细胞定位存在争议[6]。Thomas等[2]及Filardo等[7]认为GPR30在细胞膜上结合配体发挥相关病理生理作用。近来研究证实GPR30亦可能定位于细胞内,Gβ、Gγ亚单位合成后定向转运至内质网,在内质网内与Gα亚单位结合形成GPR30,在适当的条件下,胞内GPR30可能向细胞表面易位。研究者在共聚焦荧光显微镜下观察到绿色荧光蛋白(GFP)标记的GPR30主要聚集在乳腺癌细胞的内质网中,同时发现,荧光标记的雌二醇(E2-Alexa 546和E2-Alexa 633)同GPR30-GFP共定位于内质网和高尔基体中,细胞膜外未发现结合位点[3,8]。Funakoshi等[9]研究发现,GPR30位于HeLa细胞及海马CA2锥体细胞的细胞膜,但在雌激素的作用下可以“转位”到细胞质。Cheng等[10]发现GPR30聚集于细胞核周围。Madeo等[11]发现GPR30定位于细胞核内,介导E2诱导乳腺癌相关蛋白(CAF)的增殖和转移。因此,目前多数学者认为GPR30是一种膜性结合性ER,然而较难定位GPR30位置及功能,因为其受细胞类型、细胞内外因素影响[6]。
E2、G-1、4-羟他莫昔芬(4-hydroxtamoxifen,OHT)及环境雌激素等配体与GPR30结合后可转活EGFR、上调cAMP和Ca2+,激活相应信号转导途径,最终在各雌激素敏感器官产生细胞增殖等相关反应。Filardo等[12]通过免疫组织化学法检测321例原发性乳腺癌患者的ER、PR和GPER,发现GPR30与ER共同表达的比例为43%,同时发现GPR30过表达与Her-2过表达、肿瘤大小及远处转移相关,提示其是乳腺癌生物学进展的指标之一。但Kuo等[13]在118例乳腺浸润性导管癌中发现GPR30 mRNA的表达与Her-2并无相关性。且无论在基因或蛋白水平,GPR30的表达与患者的年龄及肿瘤的大小、分级、分期、淋巴结转移及淋巴血管侵袭均无相关性,证实其不是影响患者生存率的一个独立因子。Arias-Pulido等[14]在炎性乳腺癌中发现GPR30的表达率为69%,而GPR30与ER的表达呈负相关,与PR、Her-2及EGFR的表达无相关性。GPR30与患者总生存率(overall survival,OS)或无病生存率(disease free survival,DFS)无关,然而GPR30、ER共表达可提高OS并轻微提高DFS,二者均不表达的患者OS和DFS较差,这与之前的结果相反[15-16]。Pandey等[17]研究发现GPR30结合E2、OHT可以使CTGF表达上调,促进乳腺癌细胞增殖和转移。E2、OHT还可通过GPR30刺激甲状腺、卵巢癌及子宫内膜癌细胞增殖[18-20]。Quinn等[21]证实E2与氟为司琼(ICI182780)均可通过GPR30,在整合蛋白(integrin)、Shc、Src样激酶和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)参与下,增强纤维连接蛋白基质组装形成原纤维,促进细胞黏附、播撒和生存,提示ER拮抗剂可能通过GPR30促进肿瘤生长和浸润。近来发现GPR30参与镉诱导乳腺癌细胞增殖,揭示镉与GPR30的结合位点及信号级联过程中相关事件的研究正在进行中[22]。
GPR30是独立于ERα、ERβ的新型雌激素膜性受体,可通过反式激活EGFR,介导E2增殖效应,参与乳腺癌细胞侵袭、转移行为[23],并且TAM及代谢产物OHT是其激动剂,因此可能在TAM耐药中发挥重要作用。大量研究认为GPR30的生物学效应与EGFR、MAPK/ERK、PI3K/AKT、cAMP等信号传导途径关系密切[6,23-27],有着密切的互动联系(cross-talk)或存在正反馈回路。Prossnitz等[24-25]证实,E2、OHT等配体与GPR30结合,使G蛋白异三聚体解体,Gβ、Gγ通过百日咳毒素敏感途径激活Src磷酸化,后者激活细胞膜表面的MMP,导致肝素结合性表皮生长因子(HB-EGF)的释放,HB-EGF作为EGFR的配体与EGFR结合,激活其下游信号通路,包括促分裂活化因子磷酸化蛋白激酶(MAPK)、细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)、PI3K,增加c-fos等转录调节因子的表达,促进细胞增殖和延长细胞周期进展。Filardo等[26]研究发现在表达GPR30的乳腺癌MCF-7细胞系中雌激素可以级联激活MAPK/ERK途径。而在不表达GPR30的乳腺癌MDA-MB231细胞系则不能激活该途径,但MDA-MB231细胞系经转染GPR30 后可恢复该途径激活,从而证实了GPR30介导MAPK/ERK信号途径的重要性。Albanito等[27]在SKBR3乳腺癌细胞中证实EGF活化EGFR信号上调GPR30的表达,EGF激发了一个GPR30介导参与的正反馈环形通路,介导E2增殖效应,增强了EGFR信号作用。
在多种癌组织、胰腺、骨、睾丸及血管内皮等组织细胞中,GPR30和ER有协同作用[28]。Albanito等[20]在ERα(+)BG-1卵巢癌细胞研究中发现,E2或G-1诱导c-fos表达,激发GPR30、ERα表达,活化ERK。抑制EGFR转导途径可抑制上述通路,提示GPR30/EGFR信号依赖ERα表达程度。认为GPR30和ERα运用同一条EGFR信号途径,参与E2、G-1共同刺激卵巢癌细胞增殖生长。Huang等[29]用免疫组化证实在子宫癌肉瘤中,GPR30和ERβ协同过表达,在进展期疾病中二者表达水平增高。GPR30和ERβ表达与ERα及PR无相关性。Sirianni等[30]证实在鼠GC-1精原细胞中,E2、G-1均可激活ERK,上调c-fos的表达,促进细胞增殖,而ERα拮抗剂ICI、EGFR抑制剂、ERK抑制剂以及GPR30基因沉默都可消除相关效应,说明ERα、GPR30之间存在“交谈”,通过EGFR/ERK/c-fos途径介导上述反应。Gao等[31]发现GPR30抑制ERK1/2和ERα磷酸化信号,拮抗雌激素依赖性子宫的发育。
TAM为非甾体类抗雌激素药物,结构与雌激素相似,存在Z型和E型两个异构体。TAM进入细胞内,与ER竞争性结合,形成受体复合物,引起ER构象改变,阻止雌激素活性的发挥,从而抑制乳腺癌细胞的增殖。
然而,对TAM敏感的ER阳性患者在用药过程中仍有1/3发生TAM耐药。研究发现ER与Her-2信号通路之间的“交谈”是TAM耐药的一个重要原因[32],但这并不能完全解释TAM的耐药性机制,近年来发现GPR30可能是引起TAM耐药的另一始动因素。GPR30在TAM耐药中的作用是当前研究热点之一。
对于不同的基因和细胞环境,TAM起着部分激动剂/拮抗剂或完全激动剂作用。TAM治疗的乳腺癌细胞产生耐药,实际是促进癌细胞的增殖。目前乳腺癌细胞在TAM治疗过程中发生耐药的生物学机制并不完全清楚,Riggins等[33]认为TAM的先天和获得性耐药与多种机制相关,主要包括:⑴与ERα的表达、下调,ERα突变,ER磷酸化有关;⑵与EGFR/ Her-2、ERK1/2、PI3K/AKT、IGF-1R等信号通路的活化有关;⑶与Cas、c-Scr、BCAR3等分子过表达有关。
相关研究证实,EGFR和(或)Her-2过表达,活化MAPK通路参与促进TAM耐药性的产生[37]。ER与各生长因子信号通路之间的“交谈”是TAM产生耐药的另一个重要原因[35]。多种机制可下调ER途径的各种成分,调节细胞周期,促进肿瘤增殖、分化,其中最重要的是EGFR/Her-2途径[36]。Her-2在乳腺癌中的耐药是通过激活显性负抑制酪氨酸激酶(Akt)或MAPK完成的,这些激酶可以使ER磷酸化,Her-2与ER间的这种相互作用,可能导致乳腺癌细胞对TAM产生耐药。Leary等[37]研究证实在内分泌治疗获得耐药的细胞模型中Her-2表达上调,而Her-2抑制剂拉帕替尼(lapatinib)可恢复内分泌系统的敏感性,在经TAM处理的ERα活性降低的细胞模型中,拉帕替尼可恢复ERα的基因活性功能,提高TAM疗效,这种效应取决于ERα/Her-2的“交谈”特点,提示ERα/Her-2可能在乳腺癌患者TAM耐药中起重要作用。Creighton等[38]通过建立乳腺癌(MCF-7)体内模型,揭示在TAM耐药乳腺癌中,通过ER突变或生长因子信号途径,一定程度上再活化雌激素信号途径产生耐药。上述细胞系活化EGFR及Her-2信号途径产生耐药。当运用Her-2抑制剂吉非替尼(gefitinib)和氟为司琼时,发生TAM耐药时间明显推迟。TAM和吉非替尼可阻止Her-2途径,恢复TAM的抗肿瘤效应。这提示EGFR/Her-2和ER信号通路在ER阳性乳腺癌患者TAM耐药中起重要作用。
随着对乳腺癌内分泌治疗研究的愈加深入,发现约30%的ER和PR阳性的患者对TAM治疗不敏感或无效,这意味着阻断ER相关信号通路并不能完全抑制癌细胞生长。E2、TAM及代谢产物OHT和ICI182780均能激活GPR30,OHT对ICI182780、ERα是完全或不完全的拮抗剂,而对GPR30则是激动剂,能促进GPR30反式激活EGFR信号途径,从而导致上述药物耐药性的产生。
Ignatov等[39]第一次证实了GPR30在TAM-R乳腺癌细胞中的耐药性机制。用TAM长期处理MCF-7细胞增强其对E2的敏感性,上调GPR30表达,使GPR30从内质网移位至细胞表面,此时TAM被转变成促生长激动剂。GPR30活化c-Src、MMPs,继而激活EGFR信号,下游的MAPK和AKT磷酸化促进包括ER在内的多种基因的转录和细胞增殖。而磷酸化的ER进一步上调GPR30,从而建立一个恶性循环周期,导致TAM耐药性的产生。GPR30上调可增加TAM-R细胞对G-1的敏感性,并促进耐药性的发展。经G-1处理的MCF-7细胞,TAM增强MAPK磷酸化,当敲除GPR30,抑制EGFR信号时,可恢复TAM的生物效应。证实了GPR30 /MAPK信号串联在体外TAM耐药性形成中的重要作用。Mojarrad等[40]通过建立的细胞模型证实,自分泌人类生长激素(human growth hormone,HGH)上调GPR30的表达,增加细胞增殖,降低细胞凋亡,进而导致细胞TAM耐药。Vivacqua等[41]揭示在TAM耐药细胞中,EGF和TGFα活化EGFR/ERK信号通路,反式激活GPR30,上调mRNA、蛋白的表达。诱使c-fos结合活化蛋白1(activating protein 1,AP-1)位点,调节基因转录活性,参与细胞增殖、分化、侵袭和生存。GPR30与EGFR、ERα之间存在着丰富的互动联系,导致TAM耐药性的产生,最重要的是TAM能结合并活化GPR30。Kleuser等[42]认为E2和ICI182780均可通过GPR30抑制转化生长因子(TGF)β信号通路,导致乳腺癌患者内分泌治疗耐药。Ignatov等[43]比较了95例接受TAM或其他辅助治疗的乳腺癌患者子宫内膜组织中GPR30的表达类型发现,在体外TAM通过GPR30刺激MAPK磷酸化和子宫内膜细胞系的细胞增殖,在体内GPR30表达水平与TAM诱导子宫内膜病理相关,而且GPR30可预测疾病的早期发展症状并诱导TAM治疗,从而证实GPR30在TAM诱导子宫内膜癌的发生、发展过程中起重要作用。Albanito等[20]认为GPR30与ERα在内分泌治疗耐药和雌激素敏感性肿瘤的发展过程中,运用同一条EGFR信号通路。国内外一些相关的耐药性机制研究也正在实验当中,相信随着细胞和分子生物学技术的发展会更加全面的揭示GPR30在TAM耐药性中的发生机制,作为新的靶向目标为开发预防和治疗抗肿瘤药物提供机遇[44-45]。
尽管人类GPR30与鼠GPR30约有87%相似性,在功能和病理学上仍存在13%差异,GPR30具体是否是雌激素受体,体内作用如何,能否结合雌二醇及其亚细胞定位均存在争议。
我们认为利用G-1[46]、G-15[47]、E3[48]能进一步揭示体内GPR30机制、细胞和生理及生物学功能等,开启针对 GPR30相关疾病的诊断和治疗。E2、OHT和ICI18278做为GPR30激动剂,对GPR30活化信号通路和诱使TAM产生耐药的机制的深入研究,将为开发拮抗GPR30和经典ER途径的药物提供新的平台。
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