小分子IGF-1R抑制剂在非小细胞肺癌靶向治疗中的研究进展

黄佳秀 孙莹莹 孙夕林

肺癌的发生率极高、病死率上升极快，对人类的健康产生了致命的威胁。其中，非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)约占肺癌总体的4/5，多数确诊时已为局部晚期或转移期,且5年生存率并不高。尽管传统的化疗方案或手术切除治疗等可使患者的病情得到改善，但总体生存期并不理想，其作用效果也趋于平稳。这种劣势产生的原因可能是对于NSCLC发病机制、致癌机制的不甚了解，以及缺乏能够进行早期诊断的精准生物学标志物和治疗靶点。为克服其局限性，一种全新的抗肿瘤治疗途径——靶向小分子抑制剂问世了。该类抑制剂在临床实践中卓有成效，揭示了分子靶向治疗理论的正确性及可行性。以1型胰岛素样生长因子受体(insulin-like growth factor 1 receptor，IGF-1R)为NSCLC靶向的小分子抑制剂作为一种行之有效的靶向药物，可对特定的高敏感人群进行个体化治疗，并因其侵袭性小、毒性低等优势成为了当下NSCLC治疗药物研究发展的热点。

一、IGF-1R结构及功能

IGF-1R是20世纪80年代初在人类细胞表面发现的一种跨膜受体，由α和β两个亚基构成，为一种四聚体结构跨膜酪氨酸激酶蛋白，与胰岛素具有相当高的同源性。当 IGF-1R被其同源配体胰岛素样生长因子-1/2(insulin-like growth factors 1/2，IGF-1/2)或胰岛素激活时，受体自身磷酸化，进而启动丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)和磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信号通路。这两种信号通路可以通过调控细胞的周期、细胞的凋亡及改变周围环境的相互作用从而影响肿瘤细胞的增殖、分化和转移[1]。

二、IGF-1R参与NSCLC的发生、发展

流行病学研究表明IGF-1对于遏制细胞凋亡及维持肿瘤细胞的恶性表型起着至关重要的作用，高循环水平的IGF-1可导致某些癌症类型的危险性增加，如膀胱癌、直肠癌、乳腺癌、肺癌和前列腺癌等[2]。与此同时，其受体IGF-1R在肿瘤细胞中的过表达同样促进肿瘤细胞的生长、参与介导有丝分裂及细胞集落的形成、促进细胞转化及防御凋亡损伤，且其表达程度与肿瘤体积、淋巴结转移状态及临床分期的差异有统计学意义(P<0.05)，是NSCLC极为重要的肿瘤标志物[3]。IGF-1R信号途径除了直接影响肿瘤发展及抗细胞凋亡以外，还涉及化学治疗及靶向癌症治疗的抗性机制。以往的研究证实，在NSCLC中，IGF-1R对调节表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)通路起着关键作用[4]。小分子IGF-1R抑制剂和表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors, EGFR-TKIs)的组合可以克服EGFR-TKIs的耐药性，其比单个靶向受体抗肿瘤效果更显著，可为NSCLC提供更加有效的治疗方案，故二者的联合用药为应对癌症疗法抗性的发展注入了一股新的力量。

三、小分子IGF-1R抑制剂在NSCLC中的靶向治疗

小分子抑制剂靶向治疗是利用驱动基因将 NSCLC分为不同的分子亚型从而选取相应药物的治疗。小分子抑制剂尺寸较小，成像时肿瘤积聚程度低，血液清除速度快，且多可制成口服制剂，服用方便。作为非细胞毒性的新型靶向药物的一种，鉴于其拥有准确、具体的分子靶标作为疗效预测因素，对特定分子表达及肿瘤分型的患者疗效显著，具有高选择性和低免疫原性不良反应等特点而被广泛应用[5]。

1.鬼臼苦素：鬼臼苦素(picropodophyllin，PPP，AXL1717)作为一种非ATP依赖性IGF-1R小分子抑制剂，可特异性阻断IGF-1R激酶活化环中残基Tyr1136的磷酸化，并诱导磷酸化蛋白激酶B和磷酸化细胞外信号调节激酶1/2降低。是强效抗有丝分裂活性的非细胞毒性剂，现处于临床Ⅱ期阶段。Ekman团队选取4例服用PPP作为单药治疗的NSCLC患者进行研究，通过18F-FDG-PET观察到肿瘤出现坏死，疾病无进展[6]。同时，在Tarnowski的异种移植研究中，PPP亦被证明可显著降低肿瘤体积而无毒性不良反应，且在体外或体内条件下不会对胰岛素受体(insulin receptor,IR)产生影响[7]。此外，相关研究显示PPP可诱导NSCLC A549 细胞G2/M周期阻滞，因而致使细胞极具减少[8]。以上的研究结果均具有临床意义，PPP的准确使用有望使更多NSCLC患者受益。

2.Selinexor：Selinexor (KPT-330)是一种小分子选择性核输出抑制剂，通过上调胰岛素样生长因子结合蛋白5抑制IGF-1R 及蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)途径的激活，现处于NSCLC 临床Ⅱ期阶段。Sun等[9]发现KPT-330在NSCLC对酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)反应能力丧失的情况下，可抑制其细胞生长，并验证了KPT-330对11种NSCLC细胞系均表现出显著优异的体内外抗肿瘤活性。此外，当NSCLC细胞系中有K/N-RAS突变，磷酸酶和张力蛋白同源物的丢失或PIK3CA基因突变时，KPT-330的抗增殖作用依旧显著[10]。对于临床上不能采取手术治疗的NSCLC患者，有研究者提出放射-化疗的联合不失为一种更好的治疗方向，Rashal等[11]假设KPT-330与放射疗法(radiation therapy，RT)的双重治疗可以协同增强抗肿瘤活性，对辐射敏感度高的NSCLC细胞系H1299和辐射不敏感的A549进行双疗法处理后出现G1/G2细胞周期停滞，说明KPT-330与RT的组合可诱导肿瘤细胞凋亡，这项发现为KPT-330临床治疗方案的优化提供了更多的可能性。

3.XL228：XL228为2,4-二取代嘧啶衍生物，是一种多激酶小分子抑制剂，可靶向作用于IGF-1R 、Src家族激酶，丝氨酸/苏氨酸激酶和Bcr-Abl(包括T315I突变体)。临床试验中已发现XL228对个别分型的白血病治疗效果显著，且在部分NSCLC患者的临床Ⅰ期研究中证实癌症病灶可有部分缓解[12]。Matsumoto等[13]研究发现，IC50值为50nmol/L或100nmol/L的XL228可消除NSCLC细胞系H460，A549形成菌落的能力，当其IC50值为10nmol/L时可增加上述两种细胞系对放射的敏感度，但作者并未将此应用于NSCLC患者体内研究，故以IGF-1R为靶向的XL228能否为NSCLC的临床治疗提供更加有力的方案，仍需进一步探索。

4.GSK1838705A：GSK1838705A可以浓度依赖性方式抑制配体诱导IGF-1R磷酸化，是一种新型IGF-1R 小分子抑制剂，具有良好的药代动力学和优异的口服生物利用度。GSK1838705A可延迟IGF-1R依赖性肿瘤的生长，在肝细胞癌及胶质细胞瘤中已经得到广泛的应用[14, 15]。在某些NSCLC亚型中，GSK1838705A已被证明可抑制肿瘤细胞的增殖，Sabbatini等[16]研究发现GSK1838705A可抑制表达具有EML4-ALK融合基因的NSCLC细胞系H2228。虽GSK1838705A在NSCLC治疗中的应用不多，但随着该抑制剂研究的不断深入，相信其会成为抗NSCLC的有效药物，而后根据患者肿瘤基因型的不同进行个性化的治疗选择。

总之，以上发现均表明IGF-1R信号通路对NSCLC的发病机制具有重要影响，并支持靶向作用于该途径的小分子抑制剂能够优化治疗方案这一观点，值得对其开展深入的研究从而提高NSCLC患者的生存期及生存质量。

四、小分子IGF-1R抑制剂与EGFR-TKIs联合治疗NSCLC

临床治疗中发现，约40%～50%的NSCLC患者中存在EGFR的过度表达，长期治疗后，EGFR-TKIs药物敏感度随之降低并逐步产生耐药性，其原因不可胜举，最为突出的是IGF-1R活化后导致细胞膜定位的EGFR/IGF-1R异二聚体水平的增加进而干扰 EGFR-TKIs的抗肿瘤活性，导致抗细胞凋亡的存活蛋白合成增强，故抑制IGF-1R活化可消除EGFR-TKIs的抗性并诱导细胞凋亡，由此IGF-1R也被称为EGFR的异源二聚体伴侣[17]。

1.AG-1024：非ATP依赖性拮抗剂AG-1024可诱导NSCLC 细胞系H1975、A549和H1299细胞凋亡并抑制增殖，与此同时，AG-1024还可通过抑制IGF-1R活性来克服EGFR-TKIs的原发性抗性。Pan等发现AG-1024与吉非替尼(EGFR-TKIs)共同孵育具有EGFR-TKIs初级抗性的NSCLC H1975细胞时，由于IGF-1R信号转导的主要下游调节因子Akt的磷酸化降低，以及体外细胞死亡调节子蛋白的上调和凋亡潜力的增加，导致H1975的细胞活力剂量-时间依赖性降低，并通过Ki67细胞增殖评估了AG-1024与吉非替尼在H1975细胞中的协同作用，结果表明两者可协同诱导H1975细胞增殖活性降低[18]。Zovko等[19]通过对NSCLC PC9/G细胞进行AG1024及吉非替尼的共处理，得到了更加显著的细胞凋亡特征及不同程度的增殖率抑制，这就再次验证了AG1024可改善吉非替尼对肿瘤细胞抑制的耐受性[20]。

2.Linsitinib：Linsitinib(OSI-906)为IGF-1R/IR的双重小分子抑制剂，可通过抑制IGF-1R自身磷酸化和下游信号蛋白AKT, ERK1/2和S6激酶的激活从而实现对细胞存活和凋亡等信号通路的调控最终完成肿瘤细胞增殖抑制的目的，因其双向抑制作用致使转移性结直肠癌的临床治疗得到进一步推进[21]。在多数晚期肿瘤患者中，IGF-1R和EGFR的双重阻断可改善患者预后，提示EGFR-TKIs出现的耐药性可通过IGF-1R的补偿性信号来降低，由此改善了晚期NSCLC的治疗结果[22]；与此同时，Leighl等[23]提出IGF-1R和EGFR的双重抑制是否会出现临床药物活性下降这一假设，随后在临床实验中发现存在厄洛替尼(EGFR-TKIs)加入linsitinib后反致治疗效果更差的结果，其原因可能与IGF-1R、IR和EGFR途径之间的串扰有关。这一现象揭示了靶向IGF-1R信号转导的复杂性，故如linsitinib 此类的IGF-1R抑制剂在临床开发时需进一步了解可能涉及的信号转导途径从而降低不良事件的发生。

3.BMS-754807：BMS-754807是吡咯并(1,2-f)(1,2,4)三嗪类似物，是一种强效的IGF-1R/IR可逆性小分子酪氨酸激酶抑制剂,无明显的肝毒性或遗传毒性。 BMS-754807因其可阻断IGF-1R及其下游信号AKT的磷酸化，在多数体内外肿瘤类型中均具有抗肿瘤活性[24]。Franks等[25]研究发现，BMS-754807可以浓度依赖性方式诱导NSCLC A549和NCI-H35细胞G2/M期周期停滞，致使肿瘤细胞的增殖受到抑制。IGF-1R/EGFR抑制剂的联合应用可以发挥更具优势的抗肿瘤效果，Carboni等[26]在体外对BMS-754807及靶向肺癌的拉帕替尼(EGFR-TKIs)的抗癌药物组合进行了测试，发现BMS-754807对拉帕替尼显示出协同作用。另有研究发现BMS-754807与吉非替尼(EGFR-TKIs)联合作用于NSCLC H292细胞时，其抗增殖作用明显增强[27]。BMS-754807对IGF-1R和IR具有等效活性(IC50分别为1.8、1.7nmol/L)，Hou等[28]在啮齿动物中评估BMS-754807对体内葡萄糖稳态的影响，结果显示动物体内血糖水平升高，其原因与IGF-1R/IR抑制下游分子AKT时诱导高血糖/高胰岛素血症和葡萄糖耐量受损相关。

4.NVP-AEW541：NVP-AEW541是吡咯并(2,3-d)嘧啶衍生物小分子抑制剂，属于ATP拮抗剂类型，相对于IR，其对IGF-1R的靶向选择性高近30倍。NVP-AEW541可通过降低AKT的磷酸化水平影响PI3K信号通路, 进而起到癌细胞存活率降低的效力。小分子IGF-1R抑制剂因在EGFR-TKIs抗性中的作用而被大量用于EGFR突变的NSCLC中，Suda等发现，通过长期暴露于药物而获得厄洛替尼(EGFR-TKIs)抗性的NSCLC H358细胞出现了IGF-1R的磷酸化增加，由此将IGF-1R的激活作为EGFR-TKIs获得性抗性的原因，并进一步验证了H358细胞对厄洛替尼(EGFR-TKIs)及NVP-AEW541联合治疗的耐受性及反应性良好[29]。以往调查显示NVP-AEW541对IR轴同样有影响，可能导致体内糖代谢失衡，但鉴于IR信号通路同样参与肿瘤发生，该双向小分子抑制剂仍是具有明显优势的[30]。

以上研究结果均表明IGF-1R的活化是NSCLC中EGFR-TKIs原发性抗性产生的原因，并支持联合小分子IGF-1R抑制剂及EGFR-TKIs的NSCLC治疗具有科学依据，由此可知小分子IGF-1R抑制剂的开发及应用对临床有着极高的价值。但是，IGF-1R/IR双抑制的小分子抑制剂可能会导致体内出现糖尿病反应，加入胰岛素后并不能有效解决这种不良反应，所以就IGF-1R与IR是否会产生交叉反应这一点，小分子抑制剂的妥善选择便显得尤为重要。

五、展 望

从最初20世纪70年代放、化疗的不断进步，到20世纪90年代开始采取外科治疗，肺癌的治疗方式在逐步发展，如今，已然迎来了个体化的医学时代，可通过确定生物学标志物来明确最佳治疗方案。本文就几种以IGF-1R为癌症靶点的小分子抑制剂在NSCLC治疗中的研究进展展开分析，最终发现该小分子抑制剂可以弥补传统化疗药物的毒性强、血液清除速率缓慢等欠缺；但由于IGF-1R与IR的同源性比例高于80%, 部分小分子IGF-1R抑制剂又是IGF-1R/IR双向抑制剂，临床应用中会出现高血糖、恶心、呕吐等不良反应，所以两者交叉反应所引发的潜在毒性及不良反应给IGF-1R小分子抑制剂的设计带来了巨大的挑战。因此，为了提高IGF-1R靶向小分子抑制剂的特异性，需要对两者编码激酶活性位点的序列之间的差异进行更深入的研究，且未来应更深刻了解各种抑制剂潜在功效的差异性和不同类别的IGF-1R小分子抑制剂之间的耐受性，从而为开发下一代抑制剂提供策略上的帮助。