酪氨酸激酶抑制剂调控宿主抗结核作用的研究进展

段淑娟 王伟 逄宇 李凌

结核病是由结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)感染引起的慢性传染病,已经成为全球公共卫生面临的重要挑战。据世界卫生组织估计,2022年全球新发结核病患者约1060万例,且耐药菌株的出现和HIV的合并感染也加剧了结核病的负担。因此,对于全球公共卫生而言,有效控制结核病仍是一大挑战[1]。宿主导向治疗(host-directed therapy,HDT)是一种新型有效的结核病辅助治疗方法,具有增强对病原体的保护性免疫反应,减少炎症加剧,并平衡病理部位的免疫反应等特点,其对结核病的治疗具有重要意义[2-4]。巨噬细胞在宿主防御MTB感染中发挥着关键作用,因此,调节巨噬细胞功能的HDT策略是目前治疗结核病研究的重点[5]。研究表明,自噬是机体中巨噬细胞抗MTB感染的重要机制,诱导自噬可促进巨噬细胞胞内杀菌,而抑制自噬则会促进MTB在胞内的存活[6]。因此,针对巨噬细胞功能的HDT候选药物,尤其是参与有效控制胞内MTB生长的药物,如活性氧的产生和自噬,对药物敏感和耐药MTB都显示出良好的抑制效果[7]。酪氨酸激酶(protein tyrosine kinase,PTK)主要参与激活细胞信号转导,从而调节细胞生长、增殖、死亡等一系列生理生化过程[8]。目前,大部分癌症相关的抑制剂或药物开发都以PTK为作用靶点,酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitor,TKI)是一种新型抗癌药物,在多种恶性肿瘤中可靶向过表达细胞通路,也可通过诱导自噬发挥抗肿瘤活性,具有巨大的治疗潜力,有望成为HDT治疗结核病的候选药物[9-12]。本综述将总结PTK的信号转导及其抑制剂在MTB感染中发挥生物学功能的研究,为靶向宿主的结核病治疗方法提供新的作用靶点。

PTK的研究进展

一、PTK的基本情况

PTK是激活并调节细胞信号转导过程中的主要蛋白酶,可催化三磷酸腺苷-γ-磷酸转移到底物蛋白质的酪氨酸残基使其磷酸化,从而调节细胞生长、增殖、死亡等一系列生理生化过程。虽然酪氨酸磷酸化在细胞变化中的比例较小,但它却发生在整个磷酸化过程的初始阶段,对细胞的信号转导起到了至关重要的作用[13-14]。PTK可分为受体型酪氨酸激酶(receptor protein tyrosine kinase,RTK)及非受体型酪氨酸激酶(non-receptor protein tyrosine kinase,NRTK)两大类。RTK的结构具有相似性,其结构域包括细胞外配体结合区、一段螺旋跨膜区及细胞质结构域。其中,细胞质结构域具有PTK活性的细胞质区及柔性的C末端尾区(图1)。不同的RTK拥有独特的胞外结构,因此发挥着各自不同的生物学作用。NRTK则通常没有细胞外结构,其主要通过与细胞膜的结合或存在于细胞质中发挥作用,包括Abl激酶、Src 家族激酶等[13,15-16]。NRTK主要通过细胞因子受体和其他信号通路进行信号转导[15]。

图1 不同家族RTK的分子结构

二、PTK激活与信号转导

RTK独特的配体结合特性是由细胞外结构域的特征所决定的,当RTK结合其特定配体后,会发生构象的变化,进而导致二聚体的形成及自身磷酸化。大部分RTK酪氨酸磷酸化位点位于受体分子的非催化区域,其酪氨酸残基将被催化结构域磷酸化,从而激活下游信号。下游的效应蛋白可以募集在受体的非催化区域并被磷酸化,从而启动下游的级联反应[17-20]。淋巴细胞受体和免疫球蛋白受体等可以募集NRTK,酪氨酸磷酸化后形成信号转导复合物,进而激活下游信号通路[17]。GRB2是一种衔接蛋白,其C端有一个SH2结构域。当PTK被激活时,GRB2直接与PTK结合,并招募一种鸟嘌呤核苷酸交换因子GEF,其被称为SOS,后者将Ras中的三磷酸鸟苷(guanosine triphosphate,GTP)转化为二磷酸鸟苷(guanosine diphosphate,GDP),从而完成Ras的激活。Ras水解GTP后,可激活Rac-PAK通路,也可通过激活Raf激酶触发MAPK途径(图2)。GRB2也与另一种衔接蛋白Gab1结合,并通过Ras触发PI3K-Akt途径(图2)。而JAK-STAT通路则直接通过PTK激活,并介导下游生物学效应,除此之外,PLC γ-PKC通路也由PTK直接激活,进而激活MAPK途径(图2)[10, 17-18, 21-22]。TKI具有抗感染疗效[23-25],深入理解其介导的信号转导过程可进一步为TKI的作用机制研究提供指导方向,以下将总结PTK及TKI在癌症和MTB感染中的研究,从而推动针对抗MTB更具有治疗价值的药物研发。

图2 PTK结构域激活过程及信号转导通路

RTK及其抑制剂的研究进展

一、表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)

EGFR是调节上皮细胞和上皮细胞来源的肿瘤存活和凋亡的重要细胞表面受体[26],可通过调节自噬,影响溶酶体降解途径,维护细胞稳态,并治疗多种疾病[27]。EGFR抑制剂可调节细胞信号通路,降低肿瘤细胞内EGFR水平,进而影响下游磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)、蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)[28],从而诱导自噬[29]。

EGFR功能丧失可恢复肺组织的脉管系统,增强脂肪吞噬,抑制脂滴积累,保护肺组织免受严重病理反应[30]。研究发现,EGFR抑制剂吉非替尼可影响巨噬细胞感染MTB后释放细胞因子并抑制MTB复制。除此之外,吉非替尼可抑制信号转导及转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)的活化,降低白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)的水平,促进溶酶体降解途径[31],并且对磷酸酪氨酸信号传导产生重大影响,通过靶向宿主调控免疫应答增强对MTB感染的内在控制[31]。综上所述,吉非替尼可以成为宿主导向疗法的候选药物,在未来的研究中,可以评估EGFR抑制剂与当前一线药物联合使用的疗效,这也是EGFR抑制剂作为新型疗法潜在药物的关键研究。

二、胰岛素样生长因子1受体(insulin-like growth factor 1 receptor,IGF1R)和胰岛素受体(insulin receptor,IR)

IGF1R和IR都是癌细胞表达的RTK,通过结合并激活信号通路来促进肿瘤细胞的生长和增殖[32]。肿瘤细胞中IGF1R和IR的活性是决定肿瘤增殖和存活的关键因素,被认为是极具潜力的肿瘤治疗靶点[33]。

针对实体瘤的分子靶向药物中,IGF1R和IR的抑制剂已经开发出来。这些TKI能够特异性地阻断IGF1R和IR的激酶活性,从而达到抑制肿瘤细胞增殖和促进其死亡的目的[32]。目前,已经证实这些抑制剂在临床试验中可表现出较好的抗肿瘤治疗效果,可以通过抑制PI3K/AKT/mTOR和MAPK信号传导,抑制急性淋巴细胞白血病细胞的增殖[34],而当其与mTOR抑制剂联合治疗时,可进一步增强其抗肿瘤增殖作用[33]。此外,IGF1R抑制剂林西替尼具有抗MTB感染的作用,可在体外抑制MTB感染,并促进MTB感染后的自噬,从而增强对MTB的吞噬能力[35]。抑制IGF1R的活化可能成为治疗结核病的潜在策略,但IGF1R抑制能否用于治疗结核病,仍需进一步的研究和探索。

NRTK及其抑制剂的研究进展

一、Abl激酶

Abl激酶属于NRTK,主要定位于细胞质、细胞膜和肌动蛋白细胞骨架上,参与肌动蛋白重塑、细胞黏附和运动、DNA损伤反应和微生物病原体反应。Abl激酶可被细胞内外的刺激激活,调节糖苷酶、组织蛋白酶和溶酶体的活性,从而调节自噬,以及溶酶体的定向运动,影响细胞的吞噬、消化和降解功能[36]。伊马替尼是Abl激酶的抑制剂,能促进溶酶体蛋白及人巨噬细胞中的组织蛋白酶基因表达[37]。研究显示,伊马替尼的药理学抑制和Abl激酶的基因敲减能通过增加质子泵酶空泡型H+-三磷酸腺苷酶的转录和表达来降低人巨噬细胞中溶酶体的pH值[38],提示Abl激酶可能通过调节溶酶体的酸化影响细胞的自噬。此外,靶向宿主细胞激酶的抑制剂已被证明可抑制MTB和鼠伤寒沙门菌的生长[39]。尼洛替尼可通过抑制Abl激酶介导的PI3k/Akt/mTOR通路来诱导细胞内MTB的自噬降解[40],从而显著降低MTB的载量。总的来说,Abl激酶与结核病的关系密切,在MTB的致病过程中发挥关键作用,这为治疗结核病提供了新的思路和方法。

二、布鲁顿酪氨酸激酶(Bruton’ s tyrosine kinase,BTK)

BTK是一种由659个氨基酸组成的蛋白质, 是Tec家族的NRTK,在B细胞免疫应答过程中激活B细胞受体和免疫球蛋白Ig受体的信号转导,调节B细胞分化和免疫反应[6]。研究表明,BTK对于B淋巴细胞发育、分化和信号转导至关重要,通过抑制性信号来调节B细胞的增殖和分化,并参与了B细胞的趋化和黏附,以及B细胞的聚集和迁移[41]。

依鲁替尼是BTK抑制剂,能抑制B细胞的活化、增殖和分化,并诱导凋亡,被批准治疗慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocytic leukemia,CLL)等B细胞恶性肿瘤和自身免疫性疾病。临床研究发现,依鲁替尼能够显著提高CLL患者的生存率[6,42],也能诱导皮肤癌细胞和胶质母细胞瘤细胞自噬[43-44],增强细胞毒性作用和免疫调节作用,增加药物疗效。研究发现,依鲁替尼可以显著降低MTB感染巨噬细胞中p62的表达并增加LC3B蛋白的表达,促进自噬溶酶体融合,有助于机体消除MTB,提高结核病的治疗效果[6]。依鲁替尼还可抑制BTK/Akt/mTOR通路诱导自噬,抑制人巨噬细胞内MTB的生长,降低MTB感染小鼠纵隔淋巴结和脾脏中的MTB载量[6]。综上,BTK抑制剂在结核病治疗中有很大的应用前景,但仍需进行更多的研究和验证。

总结和展望

目前,研究人员在开发预防及治疗结核病的药物领域已取得显著进展。虽然如此,目前的结核病治疗仍面临着许多挑战,例如药物毒性和MTB耐药性等问题,迫切需要寻找更加有效和安全的结核病治疗方法,其中HDT治疗方法虽然尚未走入临床应用,但是其潜力已经得到了广泛的认可。宿主和病原体之间的相互作用是HDT治疗方法的关键,因此,需要继续努力破译这些相互作用,以进一步推动HDT治疗方法的发展和应用。

TKI在肿瘤治疗领域展现出显著的疗效,近期研究发现,其在MTB感染过程中同样具有生物学功能。相比传统抗生素,TKI可能可以减少耐药MTB菌株的出现,因此是潜在结核病HDT的候选药物。但该疗法仍面临挑战和限制,包括可能对身体功能产生负面影响,以及PTK在体内的分布和作用机制不完全明确,且需个体化治疗等。未来需探索TKI在结核病中的作用机制,研发新型药物,开展临床试验确定最佳剂量和使用方法。总的来说,TKI在结核病HDT 中具有潜力,随着研究的深入,有望带来更有效的治疗方法,为结核病患者的治疗提供更多的选择。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献段淑娟:分析/解释数据、起草文章;王伟:分析/解释数据;逄宇:对文章的知识性内容作批评性审阅、获取经费、支持性贡献;李凌:对文章的知识性内容作批评性审阅、获取经费、行政/技术或材料支持、支持性贡献