胰島素樣生長因子及其受體在惡性腫瘤中的研究進展

張序朋，申興斌

(承德醫學院附屬醫院，河北承德 067000)

惡性腫瘤發病率、死亡率在我國均很高，加強腫瘤病因、診斷及治療已成為臨床工作的重點，胰島素樣生長因子(IGF)系統的研究有望為腫瘤早期診斷、分子靶向治療提供有力幫助。

1 IGF家族概況

IGF系統是由Daughudy于1957年首先發現的，目前人們認識到IGF系統同腫瘤的關系比其它已知各種腫瘤高危因子更為密切。IGF系統是由IGF(IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、IGF受體(IGF-ⅠR、IGF-ⅡR、IGF/Ins雜 合 受 體)、IGF結合蛋白(IGFBP1-10)及多種蛋白酶組成的系統軸[1]。IGF系統在腫瘤發生、發展中的作用取決于循環中IGFs、IGFBPs和局部合成的IGFs、IGFBPs和IGFBP蛋白酶的綜合作用。

1.1 IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ 人類IGF-Ⅰ是由70個氨基酸組成的小分子單鏈多肽，編碼基因位于12q22-24，是體內重要的促有絲分裂因子，可促進細胞增殖，抑制細胞的凋亡[2]。也有研究表明，IGF-Ⅰ對腫瘤細胞發揮雙向作用，可以通過暫時的叉頭Ⅰ的失活，介導有絲分裂，抑制腫瘤細胞的生長和分化。IGF-Ⅰ主要在出生后的生長發育中起重要作用。IGF-Ⅱ的編碼基因位于染色體短臂1lpl5.5，為有絲分裂原，主要作用于胚胎和胎兒期,出生后開始下降[3]。人體血液循環中IGF-Ⅱ濃度是IGF-Ⅰ的3倍，且相對穩定，對年齡和生長激素的依賴性均較IGF-Ⅰ小[4]。細胞在增生期表達高水平的IGF-Ⅱ，一旦停止增殖和分化，IGF-Ⅱ的水平即降低到10%以下。IGF-Ⅱ在肢端肥大癥患者中大量存在，這一人群中5%患有結腸癌，25%患有結直腸腺瘤，且腺瘤與息肉數目與血清IGF-Ⅱ水平呈正相關，乳癌的發生率、死亡率也明顯升高。最新研究表明，IGF介導的有絲分裂主要經由Ras/Raf/MAP通路完成，其抗凋亡作用通過PI3激酶通路實現[5]。IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ還可通過uPAR轉錄后的修飾促進單鏈uPA與細胞膜uPAR結合，增加惡性腫瘤細胞的侵襲力[6]。局部組織表達的IGF與IGF受體可能通過旁分泌或自分泌的方式促進細胞的增值和活化[3]。大部分循環中的IGFs是由肝臟產生的，這可能是結直腸癌最常轉移到肝臟的原因。

1.2 IGF受體 IGFs的作用主要是由IGF受體介導的。IGF-ⅠR是一種酪氨酸激酶(receptortyrosine kinase，RTK)受體，在細胞轉化和致瘤性方面發揮著極其重要的作用，同時與腫瘤的侵襲性有關，IGF-IR高表達的癌細胞總呈現出強烈的轉移趨勢[7]。IGF與IGF-IR胞外區結合后，具有受體酪氨酸激酶活性的胞內區酪氨酸自身磷酸化，激活胞漿內的磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)，通過表達IRS-1-Grb2-sos-Ras-RafoMAP-胞內蛋白磷酸化-入核調節基因，發揮其生物學作用。IGF-ⅡR為單鏈跨膜糖蛋白，無RTK活性，對腫瘤有抑制作用[8]。但也有研究表明，其對腫瘤生長有促進作用,其對IGF-Ⅱ親和力很高，而對IGF-Ⅰ親和力只有1%，對胰島素無親和力。IGF-Ⅱ與IGF-ⅡR結合并激活G蛋白，活化腺苷環化酶產生細胞內信使分子，激活蛋白激酶，再通過磷酸化反應發揮其生物學效應。IGF-ⅡR基因缺失、突變會引起血清和組織中的IGF-Ⅱ水平大大升高，激活IGF-ⅡR引起組織過度生長。因此，IGF-ⅡR被認為是IGF-Ⅱ的清除型受體，清除和破壞循環中的IGF-Ⅱ，加速其降解，以使較少的IGF-Ⅱ發揮作用[9]。IGF/Ins雜合受體，能與胰島素和IGF-Ⅰ結合，對IGF-Ⅰ的親和力類似IGF-ⅠR，但對胰島素的親和力要低15-50倍，在體內具體有何作用仍不清楚。有研究顯示，人乳腺癌MDA-MB157細胞中IGFs信號的主要調控者就是IR/IGF-Ⅰ雜合受體。

1.3 IGFBPs與IGF蛋白酶 IGFs的作用至少受到10種不同的IGFBP的調節，其中IGFBP1-6與IGFs有高度的親和力，其余四種與IGFs親和力較低，被稱為IGFBP相關蛋白(IGFBP-rp1-4)。IGFBPs對IGFs的親和力是IGF-ⅠR的2-50倍，就是依靠這種特性來調控IGFs的分布。IGFBPS也可以不依賴IGF發揮作用。循環中90%以上的IGFs是和IGFBP-3結合在一起的，僅有1%的IGFs呈游離態。IGFBP-2是唯一的促腫瘤生長因子，通過依賴其蛋白水解酶降解增強IGF的作用，參與腫瘤細胞抗凋亡和腫瘤血管形成，參與腫瘤形成和播散[10]。IGFBP-6是一種促細胞凋亡的生長因子，是IGFBP家族中發現最晚、研究較少的蛋白，IGFBP-6對IGF-Ⅱ的親和力是對IGF-Ⅰ的20-100倍，因此,對IGF-Ⅱ活性有特異的抑制作用[11]。IGFBPs能被多種蛋白酶水解成片斷，從而使游離IGF濃度增加。在特定的生理和病理條件條件下，如懷孕，術后或腫瘤期，這種水解作用會增強。相反，IGF和IGFBPs又可調節組織局部蛋白酶分泌，構成IGF系統調節環路[12]。

2 IGF在惡性腫瘤中的研究

研究表明，IGF參與了人體多種腫瘤的發生、發展、浸潤和轉移。許多前瞻性研究提示:IGF水平在上四分位點的人群患肺癌、結直腸癌、前列腺癌、乳癌、肝癌及多數惡性腫瘤的風險明顯高于位于下四分位點人群的2-3倍[13]。

2.1 肺癌 非小細胞肺癌細胞株均能分泌IGF-I和表達IGF-ⅠR，外源性加入IGF-Ⅰ后細胞增殖代謝明顯增加。而IGFBP-3作為 IGF-ⅠR信號抑制劑，可導致生長停滯和細胞死亡。Bmdt等[14]用kwis肺癌細胞研究發現，IGF-Ⅰ是促進肝轉移灶處細胞分裂、增殖的主要因子，并用此動物模型證實IGF-ⅠR的羧基末端區域與酪氨酸激酶區域信號和腫瘤肝轉移有關。

2.2 肝癌 當肝臟發生疾病或腫瘤時，肝細胞受損，釋放大量的IGF-Ⅱ，致使血中IGF-Ⅱ水平升高3-4倍，因此認為IGF-Ⅱ為腫瘤發生初始階段所必須。Price等[15]研究發現，人肝硬化、肝癌患者及人類肝細胞癌細胞株中，IGF-Ⅱ基因的表達是正常人的40-100倍左右。IGF基因與HBv基因表達密切相關，在伴有HBv感染的肝細胞癌變過程中起一定作用。肝癌細胞也可通過鄰接的分泌機制促進相鄰肝癌細胞增殖，逃避凋亡，加速腫瘤的生長，這種鄰接分泌機制最近倍受關注。現有資料表明，肝臟作為IGF旁分泌的一個重要場所，是腫瘤細胞非常合適的生長部位，因此，也是絕大多數惡性腫瘤形成遠處轉移的地方。

2.3 結直腸癌 Sulkowski等研究發現，47%的大腸癌患者中IGF-ⅠR過度表達。郭寶文等[16]發現，IGF-Ⅱ、IGF-ⅠR的表達與大腸癌發生、發展和侵襲轉移密切相關。目前認為可能的機制是:大腸癌組織中因為11號染色體短臂的缺失或重排，失去對IGF基因的調節，導致IGFmRNA及IGF蛋白明顯升高。大腸癌細胞被IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ激活后，過度表達的IGF-ⅠR增加癌細胞的增殖活性,其在肝內浸潤和形成克隆的能力也大大提高[17]。有研究表明，在大腸癌CaC02細胞系中加入IGF抗體或IGF-ⅠR抗體，均可顯著抑制癌細胞生長。

2.4 乳腺癌 血清IGF-Ⅰ水平與絕經前女性患乳腺癌的機率呈正相關，而與絕經后女性乳腺癌發生幾率無相關性。將具有IGF-ⅠR活性的融合受體轉染小鼠，轉基因鼠乳腺導管普遍異常增生，并多數在8周齡發展成乳腺癌。Camirand等[18]發現，IGF-ⅠR酪氨酸激酶抑制劑(AGl024)與依瑞沙聯合治療乳腺癌效果明顯比單藥治療好，通過檢測caspase3的磷酸化水平，證明聯合治療時癌細胞凋亡明顯增加。

2.5 神經內分泌腫瘤 Furukawa等檢測發現，神經內分泌腫瘤中IGF-ⅠR mRNA的表達水平明顯增高，為正常水平的2670倍。研究顯示，IGF-Ⅰ在腦膠質瘤的發生、發展中起重要作用，且與腫瘤細胞的惡性增殖和細胞調亡關系密切，因此可作為治療腦膠質瘤的優選靶基因。Trojan等已成功利用反義IGF-Ⅰ技術抑制了神經膠質母細胞瘤在大鼠體內的發生發展，抑瘤效果相當明顯[19]。

2.6 婦科腫瘤 Lloret等[20]隨訪56例宮頸癌患者，發現血清中IGFs濃度高低及組織中IGFs表達程度與子宮內膜癌的發生密切相關，IGF-ⅠR高表達的患者預示著預后不良。IGFs的促腫瘤作用在腫瘤治療前后也存在顯著性差異，故認為檢測IGFs對婦科腫瘤的預測、診斷、治療療效及預后的判斷具有重要意義。IGFs不僅參與宮頸癌、子宮內膜癌和卵巢癌的發生、發展，也是宮頸癌治療的理想靶點[12]。

2.7 前列腺癌 Liao等的研究顯示，前列腺癌患者IGF-Ⅰ與IGF-Ⅱ的表達與臨床分期密切相關，表達水平升高預示著預后不良。前列腺癌最常轉移器官是骨，隨著轉移癌細胞(旁分泌作用)與成骨細胞(自分泌作用)的增長，lGFs的生物活性增加，最終導致前列腺癌的骨轉移。Hellawell等發現，靶向IGF-ⅠR的反義寡核苷酸與化療藥物紫杉醇、米妥蒽醌、順鉑合用，可以增強肉瘤、膀胱癌及前列腺癌等腫瘤細胞對化療藥物的敏感性。

2.8 其它腫瘤 趙雪峰等[21]利用RT-PCR技術檢測68例人類胃癌及區域淋巴結中IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR的表達發現，IGF-Ⅰ/IGF-ⅠR mRNA在胃癌陽性轉移淋巴結中明顯高表達，證實IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR在胃癌淋巴管轉移中起著重要作用。Bergmann等研究發現，胰腺癌組織中IGF-ⅠmRNA水平是周圍正常組織的4.4倍。給予胰腺癌大鼠模型生長激素拮抗劑后，IGF-Ⅱ濃度明顯下降，胰腺癌瘤重降低了55%，體內移植瘤的生長明顯受抑;在Ewing肉瘤中，IGF-ⅠR的表達與Ki-67指數呈正相關;在膀胱癌中，IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR表達分別與PCNA指數密切相關，提示IGF-Ⅰ和IGF-ⅠR以自分泌形式參與膀胱癌發生[22]。Middleton等也在骨巨細胞瘤內發現IGF-ⅠmRNA高表達，而在周圍結締組織內無表達。關于鼻咽癌中IGFs的研究很少，Iwakiri[23]研究顯示，EBV感染能夠誘導鼻咽癌細胞株C666-1的IGF-Ⅰ表達。IGFs還可預測某些腫瘤的預后，Kaplan-Meier等發現，腎癌中IGF-ⅠR陽性的患者比IGF-ⅠR陰性的患者生存率明顯降低。Gicquel等研究發現，IGF-Ⅱ過表達的腎上腺皮質腫瘤容易轉移，且術后復發率高。

3 治療前景展望

IGF系統是一個極為復雜的系統，系統自身組成復雜，且還受到諸多其它因子的調節。許多研究方法都是基于IGF系統來進行腫瘤治療的，方法主要有:(1)阻斷IGF的合成與分泌，降低IGF配體活性，使用IGFs拮抗劑促使腫瘤細胞凋亡;(2)阻斷IGF與其受體結合;(3)使用IGF激活靜止期腫瘤細胞，使其重新進入增殖期，以便抗腫瘤藥物發揮作用;(4)使用反義IGFs寡核苷酸增強腫瘤細胞的免疫原性，抑制腫瘤生長，下調和拮抗IGF受體。IGF-ⅠR是原癌基因中最重要的促癌因子，其表達能通過常規技術檢測[24]。

雖然與EGFR和HER2相比，抗IGF-ⅠR治療策略還處于早期研究階段，但是抗IGF-ⅠR治療策略更加豐富[25]。針對IGF-ⅠR及其信號轉導通路，現有以下幾條思路:(1)利用針對IGF-ⅠR的反義寡核苷酸在基因水平上高度選擇性抑制IGF的表達，在轉錄翻譯水平上IGF-ⅠR蛋白的表達，現已成功運用于動物惡性畸胎瘤、肝癌、神經膠質瘤的治療中，通過反義分子下調IGF-ⅠR表達，還可以增加放療及化療的敏感性。(2)以抗IGF-ⅠR單克隆抗體封閉IGF-ⅠR，使其不能接受并轉導相應配體的信號，是目前較有成效的、以IGF-ⅠR為靶向的腫瘤治療。(3)p53可以下調IGF-ⅠR的表達，明顯提高腫瘤細胞的特異性免疫原性，轉染后的腫瘤細胞不僅喪失了致瘤性，還可作為疫苗使受體獲得抗腫瘤免疫。這種研究為今后腫瘤的臨床治療開拓了一條新的路徑。(4)IGF-ⅠR酪氨酸激酶活性區域被苯丙氨酸代替，形成顯性負相IGF-ⅠR基因突變體，可以使IGF-ⅠR失活。(5)RNA干擾siR-NAs，可以使IGF-ⅠR基因沉默，阻斷IGF信號系統，增強放療和化療敏感性。

綜上所述，闡明IGF系統在腫瘤發生、發展中作用的大小、參與IGF系統調節的因子、信號通路及具體調控機制，如何將目前絕大多數體外實驗的研究成果運用于臨床，對腫瘤防治都有重大意義[26]。

[1]孫麗艷,趙詠桔.胰島素樣生長因子系統在腫瘤轉移中的研究進展[J].國際內科學雜志,2008,35(6):329-332.

[2]孫麗華.IGF系統在惡性腫瘤中的研究進展[J].中國醫學創新,2011,8(3):195-197.

[3]段瓊紅,王志剛，朱桂寶，等.血清IGF-1、IGFBP-3 水平和大腸癌關系的Meta分析[J].中華流行病學雜志,2005,26(2):132-134.

[4]馮曉瑩,姜妙娜，季曉鵬，等.老年大腸癌患者血清胰島素樣生長因子Ⅱ的變化及臨床意義[J].中華老年醫學雜志,2007,26(6):436-438.

[5]Dalle S,Imamura T,Rose DW, et a1.Insulin induces heterologous desensitization of G-protein- coupled receptor and insulin-like growth factor I signaling by downregulating beta- arrestin -1[J].Mol Cell Biol,2002,22(17):6272-6285.

[6]Scragg R,Sowers M,Bell C.Serum 25-hydmxyvitamin D,diabetes,and ethnicity in the Third NationaI Health and Nutrition Examination Survey[J].Diabetes Care,2004,27(12):2813-2818.

[7]楊星，萬德林.胰島素樣生長因子系統在結直腸癌中的作用及應用[J].癌癥研究,2005，24(9):1161-1164.

[8]Reinmuth N,Liu W,Fan F,et al.Blockade ofinsulin-like growth factor I receptor function inhibits growth and angiogenesis of colon cancer[J].Clin Cancer Res,2002,8(10):3259-3269.

[9]LeRoith D,Roberts CT Jr.The insulin-like growth factor system and cancer[J].Cancer Letters ,2003,195(2):127-137.

[10]姜東林,陳江，薛敏，等.血清胰島素樣生長因子結合蛋白-2水平與消化道惡性腫瘤的關系[J].南京醫科大學學報(自然科學版),2005,25(12):918-921.

[11]Headey SJ,Leeding KS,Norton RS,et a1.Contributions of the N-and C-terminal domains of IGF binding protein-6 to IGF binding[J].J Mol Endocrinol,2004,33(2):377-386.

[12]張利群,李楷濱,王立巖.胰島素樣生長因子與婦科惡性腫瘤的相關性研究[J].國外醫學-婦產科學分冊,2004,31(6):359-361.

[13]盧圣愛, 陳自平.胰島素樣生長因子-Ⅱ與腫瘤關系的研究進展[J].醫學綜述,2006,12(20):1249-1251.

[14]朱海濤.生長激素-胰島素樣生長因子與腫瘤關系研究進展[J].國外醫學-外科學分冊,2002,29(6):337-338.

[15]Price JA,Kovach SJ,Johnson T,et a1.Insulin-like growth factor I is a comitogen for hepatocyte growth factor in a rat model of hepatocellular carcinoma[J].Hepatology,2002,36(5):1089-1097.

[16]郭寶文,吳敏蘭,楊琳，等.IGF-II和IGF-I R在大腸癌中的表達[J].山東醫藥,2005,48(10):6-8.

[17]Leng SL,Leeding KS,Gibson PR,et al.Insulin-like growth factor-II renders LIM 2405 human colon cancer cells resistant to butyrate-induced apoptosis:a potential mechanism for colon cancer cell survival in vivo[J].Carcinogenesis,2001,22(10):1625-1631.

[18]Cltmirand A,Zakikhani M,Young F,et al.Inhibition ofinsulin-like growth factor-1 receptor signaling enhances growth-inhibitory and proapoptotic effects of gefitinib(Iressa)in human breast cancer cells[J].Breaast Cancer Res,2005,7(4):570-579.

[19]袁俊峰,袁先厚,江普查,等.腦膠質瘤中的表達及與細胞增殖和凋亡的關系[J].山東醫藥,2005,45(3):592-595.

[20]Kang SK,Kim DK,Dammn DS,et a1.Modulation ofintracellular Ca(2+)via Mpha(1B)-adrenoreceptor signaling molecules,Galpha(h)(transglutaminaseII)and phospholipase C-deltal[J].Biochem Biophys Res Commu,2002,293(1):383-390.

[21]趙雪峰,李勇,范立僑，等.胃癌及其區域淋巴結中PTEN、IGF-1/IGF-1R mRNA的表達[J].中國老年學雜志,2007,27(8):736-738.

[22]戴曉曉,陳同鈺.胰島素樣生長因子1及受體與腫瘤的關系[J].醫學綜述,2006,12(23):1450-1452.

[23]Iwakiri D,Sheen TS,Chen JY,et al.Epstein-Barr virus-encoded small RNA induces insulin-like growth factor 1 and supports growth of nasopharyngeal carcinoma-derived cell lines[J].Oncogene,2005,24(10):1767-1773.

[24]Sachdev D,Li SL,Hartell JS,et al.A chimeric humanized singlechain antibody against the type I insulin-like growth factor(IGF)receptor renders breast cancer cells refractory to the mitogenic effects of IGF-I[J].Cancer Res,2003,63(3):627-635.

[25]張平,許成蓉.胰島素樣生長因子Ⅰ受體與抗腫瘤治療[J].現代腫瘤醫學,2006,14(3):360-362.

[26]劉潔.胰島素樣生長因子-I受體與腫瘤[J].國際病理科學與臨床雜志,2006,26(4):295-297.