抗ErbB2抗體曲妥珠單抗的耐藥機(jī)制與展望

沈國棟，劉 兢，宋禮華，魏 偉

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院，安徽合肥 230001;2.安徽醫(yī)科大學(xué)臨床藥理研究所，抗炎免疫藥理學(xué)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽合肥 230032;3.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽合肥 230027)

ErbB2(又名 HER2，p185her2/neu)是由 c-erbB2(her2/neu)基因編碼的具有受體酪氨酸激酶(RTK)活性的跨膜糖蛋白，屬于表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)家族，該家族還包括 EGFR(ErbB1/HER1)、ErbB3和ErbB4。其中ErbB2在整個(gè)家族受體的活化中起了核心作用，其高表達(dá)與放化療及內(nèi)分泌治療抵抗高度相關(guān)［1］。

1998年美國FDA批準(zhǔn)第一個(gè)抗ErbB2的人源化單克隆抗體藥物曲妥珠單抗(trastuzumab，商品名Herceptin)用來治療ErbB2高表達(dá)的轉(zhuǎn)移性乳腺癌患者，十余年來的臨床應(yīng)用證實(shí)了其獨(dú)特的功效;然而，曲妥珠單抗治療存在客觀有效率低(12%～34%)，且大部分初始接受曲妥珠單抗治療有效的病人常在1年內(nèi)產(chǎn)生耐藥的現(xiàn)象［2］。現(xiàn)將近年來對其耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展綜述如下，期望為進(jìn)一步探討曲妥珠單抗的作用與耐藥機(jī)制、完善ErbB2靶向治療策略以及提高腫瘤治療效果提供參考。

1 曲妥珠單抗的作用機(jī)制

目前研究發(fā)現(xiàn)的曲妥珠單抗的作用機(jī)制主要包括以下幾方面:(1)抑制ErbB2二聚化:與ErbB2受體胞外段特異結(jié)合，阻斷其形成同源二聚體，并抑制與其它ErbB受體形成異源二聚體;(2)抑制PI3K-AKT信號通路:阻止AKT活化，并上調(diào)細(xì)胞膜上PTEN蛋白表達(dá);(3)抑制血管生成:抑制腫瘤血管表皮生長因子(VEGF)生成，誘導(dǎo)凝血酶敏感蛋白-1(TSP-1)表達(dá)，下調(diào)微血管密度;(4)誘導(dǎo)宿主免疫應(yīng)答:激活NK細(xì)胞，誘導(dǎo)抗體依賴的細(xì)胞毒性效應(yīng)(ADCC)等;(5)抑制ErbB2胞外段被切割:阻止與細(xì)胞膜相連的受體剩余結(jié)構(gòu)域p95的組成性激活;(6)下調(diào)ErbB2表達(dá):誘導(dǎo)膜表面ErbB2的內(nèi)吞及其在溶酶體中的降解;(7)抑制DNA損傷修復(fù):阻止由放療等因素造成的腫瘤細(xì)胞非程序性DNA合成;(8)阻滯細(xì)胞于G1期:誘導(dǎo)細(xì)胞周期抑制蛋白諸如p27kip1、pRb2/p130的積累和活化，抑制細(xì)胞周期蛋白依賴激酶2(CDK2)的活性;(9)增加化療藥物的細(xì)胞毒性作用:通過抑制 p21kip1形成與上調(diào) p34Cdc2活性等途徑［2］。

2 曲妥珠單抗的耐藥機(jī)制

與其他抗腫瘤藥物相似，曲妥珠單抗治療中也存在原發(fā)性耐藥與繼發(fā)性耐藥兩種情況，機(jī)制可以歸納為以下兩個(gè)方面:

2.1 空間結(jié)構(gòu)相關(guān)的耐藥機(jī)制ErbB2胞外區(qū)與其他家族成員類似，包括Ⅰ～Ⅳ4個(gè)亞區(qū);通過研究曲妥珠單抗與ErbB2胞外區(qū)復(fù)合物結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，曲妥珠單抗的表位在ErbB2胞外區(qū)Ⅳ區(qū)靠近C末端部分，有三段Loop區(qū)直接參與了與抗體的結(jié)合。曲妥珠單抗抗體的兩個(gè)抗原結(jié)合區(qū)使抗體相當(dāng)于一個(gè)二價(jià)的配基，可誘導(dǎo)人工非活化的ErbB2二聚體形成，且不導(dǎo)致受體磷酸化和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而抑制細(xì)胞增殖;這從空間結(jié)構(gòu)上解釋了曲妥珠單抗的腫瘤抑制活性依賴于抗體二價(jià)性(即曲妥珠單抗Fab片段沒有生長抑制能力)以及曲妥珠單抗不能抑制由配基誘導(dǎo)的受體二聚化現(xiàn)象［3］。

2.1.1 受體與抗體的有效結(jié)合受阻 作為ErbB2的單克隆抗體，曲妥珠單抗要發(fā)揮作用必須與ErbB2有效結(jié)合。但研究發(fā)現(xiàn)，一些細(xì)胞表面粘蛋白如MUC4(membrane-associated glycoprotein mucin-4)一方面其表達(dá)會(huì)形成空間位阻來阻止曲妥珠單抗與ErbB2的特異性結(jié)合，另一方面可以與ErbB2直接發(fā)生相互作用，使其酪氨酸激酶磷酸化，從而激活下游信號通路;另外MUC4可以通過抑制腫瘤細(xì)胞凋亡及機(jī)體對其免疫識(shí)別能力促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。因此，研究發(fā)現(xiàn)對曲妥珠單抗耐藥的乳腺癌細(xì)胞株JIMT-1中MUC4的表達(dá)水平較敏感株高;而抑制MUC4的表達(dá)后，曲妥珠單抗與ErbB2的結(jié)合能力升高，從而逆轉(zhuǎn)了曲妥珠單抗耐藥的現(xiàn)象［4］。

另外，抗體分子太大難以通過毛細(xì)血管內(nèi)皮層和細(xì)胞外間隙到達(dá)實(shí)體瘤深部也可能是造成曲妥珠單抗治療后腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的重要原因。

2.1.2 c-erbB2基因可能存在突變，導(dǎo)致受體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變蛋白酪氨酸激酶是人類腫瘤中最常發(fā)生基因突變的一個(gè)家族，例如EGFR基因突變常見于人類肺癌組織，研究表明這種突變可能是腫瘤對吉非替尼(EGFR酪氨酸激酶抑制劑)耐藥產(chǎn)生的重要原因［5］;因此，若c-erbB2基因發(fā)生突變，曲妥珠單抗與ErbB2突變體的結(jié)合能力則會(huì)發(fā)生變化。盡管編碼ErbB2胞外區(qū)的基因突變尚未見報(bào)道，但在部分肺癌、胃癌、結(jié)腸癌甚至侵襲性乳腺導(dǎo)管癌病人組織中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了編碼ErbB2蛋白酪氨酸激酶區(qū)的基因發(fā)生了突變［6－7］。然而，突變型與野生型對曲妥珠單抗的應(yīng)答及預(yù)后的差異尚未見報(bào)道。

此外有研究認(rèn)為，高表達(dá)ErbB2的乳腺癌病人對曲妥珠單抗的敏感性下降可能與治療過程中ErbB2的表達(dá)下調(diào)有關(guān)，但研究發(fā)現(xiàn)［8］曲妥珠單抗下調(diào)ErbB2表達(dá)的能力有限，而且臨床治療失敗的乳腺癌組織的ErbB2表達(dá)水平也沒有明顯改變［9］。腫瘤細(xì)胞在遷移過程中ErbB2的活性是否受到影響還不清楚。

2.2 信號通路相關(guān)的耐藥機(jī)制EGFR家族中的成員通常在腫瘤細(xì)胞中共表達(dá)，通過配基誘導(dǎo)形成的同源二聚體和異源二聚體，引發(fā)復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)主要由輸入層(配基或者生長因子)、細(xì)胞內(nèi)信息加工層(受體、SH2結(jié)構(gòu)域蛋白、激酶、轉(zhuǎn)錄因子)和輸出層(細(xì)胞生長、分化、調(diào)亡、遷移、黏附等)組成［10］。

2.2.1 通過EGFR家族受體活化下游信號通路 曲妥珠單抗雖然具有抑制ErbB2同源或異源二聚體形成的能力從而下調(diào)ErbB2下游信號傳導(dǎo)，但高表達(dá)ErbB2的腫瘤細(xì)胞往往同時(shí)共表達(dá)其他EGFR家族受體。在配基存在的情況下，一方面EGFR與ErbB3等家族成員之間可通過同源/異源二聚化啟動(dòng)PI3K-AKT與MAPK等下游信號通路，另一方面高濃度的配基也能夠誘導(dǎo)EGFR、ErbB3同ErbB2結(jié)合并活化;另外，因ErbB2胞外區(qū)丟失而不能與曲妥珠單抗結(jié)合的受體胞內(nèi)部分p95ErbB2同樣可以同ErbB3等形成異源二聚體［11，12］，從而導(dǎo)致曲妥珠單抗耐藥現(xiàn)象發(fā)生。此外，研究發(fā)現(xiàn)顆粒蛋白前體(progranulin，也稱為PCDGF/GP88)的高表達(dá)也能誘導(dǎo)ErbB2的磷酸化與MAPK信號通路的異常活化，而曲妥珠單抗對此并無抑制活性，提示顆粒蛋白前體的表達(dá)可能也與曲妥珠單抗耐藥有關(guān)［13］。

因此，曲妥珠單抗對ErbB2高表達(dá)的乳腺癌的治療效果在很大程度上受到其他EGFR家族成員是否共表達(dá)以及是否存在活化配基等因素的影響;單獨(dú)ErbB2這一項(xiàng)指標(biāo)并不能準(zhǔn)確預(yù)測曲妥珠單抗的有效性。

2.2.2 通過啟動(dòng)胰島素樣生長因子Ⅰ型受體(IGF-IR)等活化其他受體通路 IGF-IR與配基結(jié)合后能夠活化下游的PI3K與MAPK信號通路。正常的生長激素－胰島素樣生長因子I軸(GH-IGF-I axis)在乳腺細(xì)胞的增殖、分化和凋亡中起重要調(diào)節(jié)作用，而過度活化的IGF-IR信號通路與細(xì)胞惡性增殖、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)［14］高表達(dá) ErbB2與IGF-IR的乳腺癌細(xì)胞株中，只有在IGF-IR信號通路被抑制時(shí)曲妥珠單抗才能抑制腫瘤細(xì)胞生長，而低表達(dá)IGF-IR的細(xì)胞株卻沒有這種現(xiàn)象。而且，曲妥珠單抗耐藥株中IGF-IR一方面可以通過下游銜接蛋白IRS-1、IRS-2(IRSs，insulin receptor substrates)等活化ErbB2受體及其下游PI3K和MAPK信號通路，另一方面可以誘導(dǎo)p27Kip1的降解從而使曲妥珠單抗丟失了對腫瘤細(xì)胞生長的抑制作用［15］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，p27kip1作為ErbB2和IGF-IR等生長因子受體信號通路的下游作用因子，其表達(dá)水平的降低及核表達(dá)缺失可能是這些信號通路發(fā)生異常的一種表現(xiàn)［16］。因此，IGF-IR與p27kip1也可以作為腫瘤對曲妥珠單抗耐藥的一種預(yù)測指標(biāo)及干預(yù)靶標(biāo)。

2.2.3 持續(xù)活化PI3K-AKT及MAPK信號通路 生長因子受體酪氨酸激酶活化后需要通過MAPK信號通路促進(jìn)細(xì)胞增殖和PI3K-AKT信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞存活和遷移等。然而有研究表明曲妥珠單抗耐藥細(xì)胞株中PI3K-AKT及MAPK信號通路持續(xù)活化，導(dǎo)致曲妥珠單抗對細(xì)胞生長抑制并使細(xì)胞凋亡能力缺失［17］。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)PI3K-AKT這種持續(xù)活化可能與PTEN表達(dá)下降或缺失有關(guān)，采用PI3K抑制劑處理后可恢復(fù)耐藥株對曲妥珠單抗的敏感性［18］。因此PTEN蛋白可以作為預(yù)測腫瘤是否對曲妥珠單抗耐藥的指標(biāo)，同時(shí)PI3K抑制劑也有望成為逆轉(zhuǎn)耐藥的藥物。

2.2.4 ErbB受體酪氨酸激酶反饋抑制物功能失調(diào)導(dǎo)致信號通路異常活化 EGFR家族受體信號通路在激活下游PI3K及MAPK信號通路的同時(shí)還能活化編碼RTK反饋抑制物的基因，使之轉(zhuǎn)錄形成反饋抑制物并抑制受體的持續(xù)活化，起到調(diào)節(jié)受體活性的作用。例如，RALT/MIG-6是一種EGFR家族受體酪氨酸激酶的反饋抑制物，在ErbB2高表達(dá)的乳腺癌細(xì)胞中若缺失RALT/MIG-6會(huì)增強(qiáng)ErbB2的致癌潛能并與曲妥珠單抗耐藥有關(guān)［19］。這提示ErbB受體酪氨酸激酶反饋抑制物功能失調(diào)是曲妥珠單抗耐藥的可能機(jī)制之一。

3 解決曲妥珠單抗耐藥的對策

隨著對上述曲妥珠單抗耐藥機(jī)制的研究深入，人們也研制了許多針對性強(qiáng)的干預(yù)藥物，期望能夠提高曲妥珠單抗的治療效果。Tab 1所示為目前已經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)與曲妥珠單抗聯(lián)合使用進(jìn)入臨床試驗(yàn)的候選藥物［20］。

同時(shí)，還有許多有臨床應(yīng)用前景的靶向制劑正在進(jìn)行臨床前研究，本實(shí)驗(yàn)室研制的新型ErbB2抗體chA21就是其中有代表性的一種［21－23］。研究發(fā)現(xiàn)chA21針對的抗原表位不同于曲妥珠單抗等已知治療性抗體，其與紫杉醇或者曲妥珠單抗聯(lián)用均可顯著增強(qiáng)抗ErbB2高表達(dá)腫瘤的作用，有望發(fā)展成為一種獨(dú)具特色的臨床候選藥物。

4 展望

ErbB2高表達(dá)的乳腺癌等腫瘤疾病進(jìn)展快，預(yù)后不良;

針對ErbB2受體的曲妥珠單抗的臨床應(yīng)用開創(chuàng)了個(gè)體化靶向治療的新時(shí)代。然而許多曲妥珠單抗治療初始有效者常在1年內(nèi)產(chǎn)生耐藥，加其費(fèi)用高昂，因而探討曲妥珠單抗的耐藥機(jī)制并尋找耐藥標(biāo)志物及干預(yù)手段對于腫瘤治療意義重大。已有研究表明，ErbB2表達(dá)水平、PTEN表達(dá)水平、IGF-IR的表達(dá)水平、EGFR家族成員是否共表達(dá)以及是否存在EGFR家族配基等均可能成為預(yù)測腫瘤對曲妥珠單抗治療敏感性的指標(biāo)。由此研發(fā)的新一代靶向藥物如Lapatinib、Pertuzumab及Bevacizumab等已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，還有許多作用機(jī)制明確的候選藥物在與曲妥珠單抗聯(lián)合使用的實(shí)驗(yàn)研究中表現(xiàn)出了協(xié)同抗瘤作用以及增強(qiáng)腫瘤對曲妥珠單抗治療敏感性的效果。隨著人們對曲妥珠單抗耐藥機(jī)制研究的深入，將有更靈敏準(zhǔn)確的預(yù)測指標(biāo)被發(fā)現(xiàn)以及效果更好的靶向藥物問世，從而提高腫瘤患者個(gè)體化治療的效果。

Tab 1 Therapeutic candidates combined with trastuzumab in clinical trials

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