IGF-1R/β-catenin信号通路在肿瘤耐药中的研究进展

姜钧耀，葛晓军，闵 迅

(遵义医科大学附属医院检验科，贵州 遵义 563000)

从生物学角度来讲，肿瘤是表现为细胞异常增殖，可向其他部位转移的一种恶性疾病[1]。导致肿瘤发生的原因较多，如接触化学制品、感染、物理因素、饮食和运动、遗传和自身免疫病等，但就其本质而言，肿瘤是基因突变不断累积而导致的一类疾病。90%～95%的肿瘤是由环境因素和遗传致癌因素引起的基因突变，包括原癌基因激活、抑癌基因失活、细胞周期调节基因和DNA修复基因缺陷等[1-2]。

癌症的治疗包括手术治疗、放疗、常规化疗、靶向治疗以及免疫治疗等。部分患者在确诊时已进展到晚期，失去了手术治疗的机会，此时放疗和化疗是主要的治疗手段[3]。基因突变引起的癌症表型和信号通路的异常表达是耐药现象产生的主要原因，进而导致治疗失败[4-5]。胰岛素样生长因子1受体(insulin-like growth factor 1 receptor,IGF-1R)/β联蛋白(β-catenin)信号通路是目前研究的热点，相关基因突变导致该信号通路异常活化与多种肿瘤的发生、发展及耐药密切相关。现就IGF-1R/β-catenin 信号通路及其在肿瘤耐药中的作用进行综述。

1 IGF-1R/β-catenin信号通路及其信号转导

1.1IGF-1R的结构及其信号转导 IGF-1R是一种跨膜酪氨酸激酶受体，作为一种跨膜蛋白，其受体区由胞外区、跨膜区以及酪氨酸蛋白激酶区3部分组成。IGF-1R是由两个胞外α链和两个跨膜β链构成的α2β2四聚体，其中，α和β亚基均由单个信使RNA前体合成，经糖基化、蛋白水解切割后，通过与半胱氨酸键交联形成功能性跨膜α-β复合链。IGF-1R胞外配体结合区域由α亚基构成，其跨膜区和胞内结构是由626个氨基酸组成的β亚基构成，其酪氨酸激酶位于IGF-1R的胞内结构，负责配体刺激后的细胞内信号转导[6]。IGF-1R具有ATP结合位点，提供自磷酸化所需的磷酸盐，当与配体结合时，α链诱导β链的酪氨酸自磷酸化，使其酪氨酸残基Y1165和Y1166的自磷酸化复合物在IGF-1R激酶结构域产生。IGF-1R主要通过其α亚基的胞外配体结合区与IGF-1或IGF-2结合，进一步使β亚基内的酪氨酸激酶激活，导致自身磷酸化，触发细胞内级联信号的转导[7]。IGF-1R的异常激活与多种癌症的发生和发展有关，包括上皮恶性肿瘤(乳腺癌、肺癌、结直肠癌、前列腺癌和卵巢癌)、间充质肿瘤(骨肉瘤和横纹肌肉瘤)以及血液系统恶性肿瘤[8-12]。IGF-1R可通过磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)通路抑制细胞的凋亡，当IGF-1R的SH2结构域与配体结合后，PI3K被激活，通过引起下游磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸增加，激活磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸连接蛋白蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)和3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1，3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1可使 Akt蛋白的苏氨酸残基磷酸化，导致Akt磷酸化，进而引起凋亡通路中Bcl-2家族的Bad磷酸化，解除Bcl-2的抗凋亡作用[13]。此外，Akt还能通过增加Bcl抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-x 的表达水平，加快细胞的生长速度[14]。Rieunier等[15]研究发现，使用IGF-1R酪氨酸激酶抑制剂治疗前列腺癌和乳腺癌可以在杀死肿瘤细胞的同时抑制骨转移。IGF-1R通过与人表皮生长因子受体-2相互作用引起乳腺癌细胞对人表皮生长因子受体-2单克隆抗体曲妥珠单抗的耐药[16]。总之，IGF-1R在肿瘤细胞的存活、增殖、转移以及耐药中发挥重要作用[6,17]。

1.2β-catenin的结构 β-catenin是一种参与细胞间黏附和基因转录调节的双功能蛋白[18]。β-catenin 的核心由几个非常有特征的重复序列组成，每个重复大约40个氨基酸，这些重复序列被称为犰狳重复，所有这些肽链折叠成一个单一的细长形状的刚性蛋白质领域，即犰狳结构域。每个犰狳重复由3个α螺旋组成，其形成的具有多个扭曲的外凸内凹的犰狳结构域表面是各种配体的结合位点。因具有犰狳结构域这一特殊结构，可使 β-catenin 经常发生高度磷酸化。当细胞内β-catenin的水平升高时，可使细胞质中所有结合位点饱和，自身也将转移到细胞核中。核内产生磷酸化，与转录因子淋巴增强子结合因子1(lymphoid enhancer-binding factor-1，LEF1)、T细胞因子(T cell factor，TCF)1、TCF2或TCF3结合后，β-catenin 结合转录激活因子，使基因大量表达，参与细胞的存活和增殖[19-20]。β-catenin的突变、过表达和磷酸化与许多癌症有关，包括肺癌、肝细胞癌、结直肠癌、恶性乳腺肿瘤、卵巢癌以及子宫内膜癌[21-23]。β-catenin还作为原癌基因，其基因突变或异常激活可导致β-catenin易位入细胞核，与LEF-1/ TCF4等一些共调因子结合，驱动靶基因转录，从而导致细胞异常增殖[24-27]。Moon等[28]对PIK3CA突变型结肠癌细胞的研究发现，β-catenin很可能是促分裂原活化的蛋白激酶抑制剂耐药的潜在预测标志物。综上所述，β-catenin在肿瘤的发生、增殖以及耐药中扮演重要角色。

1.3IGF-1R和β-catenin间的信号转导 IGF-1R蛋白的磷酸化是导致IGF-1R/β-catenin信号通路激活的重要原因。IGF-1R发生自身磷酸化时可激活下游PI3K/Akt信号通路，进而发生下游信号转导。糖原合成酶激酶3(glycogen synthase kinase 3，GSK-3)β存在3个磷酸化位点，包括N端尾部的Ser9、酶结构域内的T390以及T环内的Y216位点。不同磷酸化位点的激活会产生不同的效应：Y216位点参与GSK-3β T环的形成，去磷酸化时阻断GSK-3β 的活性，当Y216位点磷酸化时，T环构象改变，GSK-3β活性增强，β-catenin的泛素化途径被激活，引起β-catenin降解增加，在细胞内的水平降低；当p38促分裂原活化的蛋白激酶、Akt、蛋白激酶C、蛋白激酶A以及p70S激酶等激活GSK-3β N端的磷酸化结构域后，导致GSK-3β的Ser9和T390磷酸化水平升高，升高的磷酸化的GSK-3β可反向抑制GSK-3β的活性，抑制β-catenin降解，β-catenin可因降解减少而升高，β-catenin因稳定性增加和水平升高而易位至细胞核，与细胞核内的TCF结合，从而影响细胞DNA的表达和转录，如在参与细胞增殖的Wnt靶基因c-Myc和细胞周期蛋白D的转录辅因子作用下，导致细胞增殖加快[29]。胰岛素可参与GSK-3β的激活，当胰岛素受体或IGF受体活化时，导致IGF-1R的Ser473残基激活，使其下游蛋白PI3K继续通过T308残基激活Akt，并引起Akt磷酸化信号的级联转导，导致Ser9和T390位点的磷酸化，并抑制GSK-3β的活性，增强β-catenin的稳定性并抑制其降解，导致 β-catenin 水平升高，促进β-catenin发生初磷酸化，促进其向细胞核内转移，与LEF/TCF结合后影响细胞DNA的表达和转录，从而影响细胞的增殖、凋亡以及耐药性等[30-32]。

2 IGF-1R/β-catenin信号通路参与肿瘤耐药

随着研究的深入，IGF-1R信号通路已成为一个有吸引力的抗癌靶点，单纯抑制其异常活化和自磷酸化并不能达到杀伤肿瘤细胞的目的，而IGF-1R抑制剂与其他抗肿瘤药物联合应用可产生很好的抗癌效果。IGF-1R活化后的信号转导途径主要包括促分裂原活化的蛋白激酶途径(主要介导细胞的增殖)和PI3K/Akt途径(主要介导细胞的抗凋亡效应)。在某些情况下，IGF-1R的抗细胞凋亡特性联合耐药机制可使其具有抵抗化疗和放疗对细胞损伤的作用。研究表明，IGF-1R通过多种途径参与肿瘤的耐药，尤其在非小细胞肺癌的耐药中较为突出[33-35]。Ma等[36]研究表明，IGF-1R通过微RNA参与吉非替尼对非小细胞肺癌的耐药；在乳腺癌中，IGF-1R 通过参与异二聚体的形成导致了对表皮生长因子酪氨酸激酶抑制剂的抗性[37]；IGF-1R 还可通过诱导上皮-间充质转化参与表皮生长因子酪氨酸激酶抑制剂的耐药[38-39]；IGF-1R在乳腺癌的治疗中也可导致肿瘤细胞对化疗药物的耐药，导致化疗失败[40-41]。IGF-1R的异常表达及核转移影响了结直肠癌的化疗和靶向治疗[42-43]；在前列腺癌的治疗中，IGF-1R通过异常活化激活PI3K/Akt信号通路，使肿瘤细胞迅速对化疗药物产生耐药等[44-45]。综上，IGF-1R是耐药相关的重要靶点。

β-catenin也是参与肿瘤耐药的重要靶点，其耐药机制主要是β-catenin的过表达促进P-糖蛋白、Bcl-2、多药耐药蛋白以及多药耐药相关蛋白-1等耐药蛋白的表达。Dzobo等[46]研究表明，β-catenin在慢性粒细胞性白血病中参与化疗药物的耐药。在慢性粒细胞性白血病中，β-catenin的异常活化导致肿瘤细胞对伊马替尼的耐药[47]；β-catenin的过表达可增加口腔鳞状细胞癌对顺铂的耐药性[48]。IGF-1R 经下游蛋白的级联信号转导后引起β-catenin的表达增高，从而参与多种药物的耐药。由此可见，IGF-1R/β-catenin 信号通路是导致肿瘤耐药的主要原因之一。

3 通过抑制IGF-1R/β-catenin信号通路逆转肿瘤耐药

IGF-1R/β-catenin参与多种抗肿瘤药物的耐药，通过抑制IGF-1R/β-catenin信号通路的转导和表达可逆转肿瘤对药物的耐药。Pan等[49]研究表明，吉非替尼与IGF-1R阻断剂联合使用可逆转非小细胞肺癌对吉非替尼的耐药；Gong等[50]通过miR-34a 抑制β-catenin蛋白的表达，从而逆转乳腺癌对化疗药物的耐药。还有文献报道，可通过抑制β-catenin的表达抑制DNA的损伤修复，从而逆转结直肠癌细胞对顺铂的耐药性[51]。因此，使用IGF-1R/β-catenin信号通路的蛋白阻断剂可以逆转肿瘤细胞对抗肿瘤药物的耐药性。

3.1IGF-1R的抑制剂 目前针对IGF-1R已经开发了许多药物：①IGF-1R单克隆抗体(IGF-1R mAb)，主要通过与细胞膜表面位点特异性结合而阻断其活化，如figitumumab、dalotuzumab和ridaforo-limus 等。figitumumab研究的最为广泛，其是一种针对IGF-1R的完全人源化单克隆抗体，可与肿瘤细胞表面的IGF-1R特异性结合，下调IGF-1R活性，从而抑制IGF-1配体与下游受体信号的结合[52]。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期临床试验中，figitumumab联合传统治疗方案如化疗、单克隆抗体治疗、表皮生长因子酪氨酸激酶抑制剂等治疗恶性肿瘤，可明显增加传统治疗方案的疗效，延长患者的生存期和无进展生存期[53-56]。②IGF-1R/胰岛素受体前体酪氨酸激酶抑制剂，是针对IGF-1R的靶向药物，通过竞争性结合的方式与IGF-1R酪氨酸激酶受体结合，干扰与配体的结合，阻断其异常活化，如Linsitinib(OSI-906)。Linsitinib通过抑制IGF-1R配体依赖性自磷酸化及其下游信号的转导通路，包括胞外信号调节激酶1/2、Akt和p70S6K的磷酸化。Linsitinib对多种肿瘤细胞具有抗增殖作用，目前主要用于肿瘤转移后的Ⅱ期临床研究，其联合依维莫司、厄洛替尼和雷帕霉素等治疗结肠癌、肺癌和前列腺癌等实体瘤的疗效较好[57-58]。③IGF-1和IGF-2的特异性单克隆抗体(IGF-1/IGF-2 mAb)。该单克隆抗体通过与IGF-1R配体IGF-1和IGF-2特异性结合，使IGF-1R无法与配体接触，从而抑制其活化，如 MEDI-573和BI 836845。目前临床研究表明，MEDI-573能够通过IGF-1R和胰岛素受体前体-A抑制IGF信号转导而不影响肿瘤细胞系中胰岛素受体前体-B介导的信号转导，在晚期和严重预后不良的实体瘤患者中发挥重要作用[59]。MEDI-573联合激素治疗Ⅰ期和Ⅱ期乳腺癌患者具有增强激素稳定性和延长患者生存期的作用[60]。

3.2β-catenin的抑制剂 β-catenin抑制剂包括BC2059、Dickkopf 1和IWR-1-endo等。BC2059、Dickkopf 1通过减弱β-catenin在细胞质和细胞核中的活性，降低TCF4/LEF复合物的转录活性及其靶基因axin 2的表达，通过抑制基因的表达，干扰转运蛋白等的合成，达到逆转肿瘤耐药和增强药物敏感性的目的[61]。在多发性骨髓瘤的治疗中，BC2059可增强硼替佐米的疗效，延缓肿瘤生长[62]；BC2059与BET蛋白降解物ARV-771共同使用时，可协同作用诱导细胞凋亡，并提高继发性急性髓系白血病耐药小鼠的存活率[63]；BC2059通过干扰β-catenin的核表达，抑制TCF4的转录活性，促进原发性急性髓系白血病祖细胞凋亡，显著改善原发性急性髓系白血病祖细胞免疫缺陷小鼠的存活率[64]；IWR-1-endo则通过增加β-catenin的二次磷酸化，激活β-catenin的泛素化途径，降低其在细胞质内的水平，抑制其向细胞核转运，但目前尚未在临床试验中应用[65]。由此可见，β-catenin抑制剂在各种肿瘤相关研究中均发挥着重要作用，特别是在血液系统疾病的治疗中发挥着逆转耐药和延缓肿瘤生长的作用。目前对β-catenin抑制剂的报道较少，但随着研究的深入，β-catenin抑制剂将会在肿瘤治疗中应用的越来越广泛。

综上所述，IGF-1R/β-catenin作为耐药相关的信号通路，虽然不能通过单独作用杀伤肿瘤细胞，但与其他抗肿瘤药物联合治疗具有增强传统抗肿瘤方案敏感性，延长传统化疗药物的耐药时间，达到辅助抗肿瘤的效果。

4 小 结

肿瘤治疗中的耐药现象日益普遍，严重影响了肿瘤患者的治疗效果和生存期。肿瘤耐药的相关机制较多，包括多药耐药经典途径、DNA损伤修复机制以及凋亡调控机制异常等，这些机制的激活方式尚无明确报道，IGF-1R/β-catenin信号通路可通过级联信号转导干扰基因的表达引起耐药。目前，已经有大量基础研究和临床试验通过应用 IGF-1R/β-catenin阻断剂解决肿瘤的增殖、抗凋亡和耐药的问题。IGF-1R/β-catenin信号通路是一个逆转肿瘤耐药性的重要靶点，通过抑制通路中蛋白的激活，从而达到增强传统治疗方案敏感性和延长传统治疗方案耐药周期的作用，最终为抗肿瘤治疗提供新的方案。