2019, Vol. 46
转化生长因子α(transforming growth factor alpha, TGF-α)属表皮生长因子(epithelial growth factor, EGF)家族, 是目前被广泛研究的表皮生长因子受体(epithelial growth factor receptor, EGFR)配体。通过配受体作用, TGF-α能够调节细胞增殖、分化, 在人体生长发育中起重要作用[1], 其与肿瘤的发生发展也息息相关。本文就TGF-α与肿瘤的关系及其在肿瘤治疗中的应用现状及进展进行综述。
TGF-α与肿瘤的关系 研究已证明肿瘤细胞能提高自身或周围细胞TGF-α的表达, 并通过自分泌和旁分泌的作用方式, 促进肿瘤的发生、转移及耐药。TGF-α还可通过旁分泌的作用方式改变肿瘤微环境, 如增加血管生成因子的分泌以促进血管生成、下调上皮型钙黏蛋白(E-cadherin)[2]、提高基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases, MMPs)的表达, 促进肿瘤细胞的侵袭和转移等。因此, TGF-α参与多种促肿瘤生长转移的机制。Lau等[3]发现, 卵巢癌中肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor alpha, TNF-α)、TGF-α和EGFR形成“肿瘤-基质-肿瘤”的循环机制:转移的卵巢癌细胞通过启动子DNA低甲基化和染色质重塑的方式过表达TNF-α; TNF-α又通过核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)信号诱导成纤维细胞表达TGF-α; 最后, 成纤维细胞产生的TGF-α反过来作用于转移的卵巢癌细胞, 促进其转移定植。
TGF-α在肿瘤治疗中的应用 目前TGF-α相关的肿瘤治疗方式主要有两大类:一类是以TGF-α为靶点, 直接或间接下调TGF-α表达, 抑制肿瘤的增殖、转移能力; 另一类是以TGF-α为导向肽, 将其与抗肿瘤药物相连接, 制备成靶向药物, 对EGFR高表达的肿瘤细胞特异性杀伤。因此, TGF-α可作为生物标志物预测疗效。
以TGF-α为靶点的治疗模式 在转录后水平, TGF-α的调控主要受microRNA(miRNA)对TGF-α mRNA的3’UTR作用而实现。Liu等[4]发现, 与正常组织和细胞相比, 非小细胞肺癌组织和细胞株(A549、SK-MES-1、H129和H520)中均能观察到miR-137表达的下调。将miR-137在H129细胞中过表达后, 细胞的增殖能力显著减弱; 在H129中沉默TGF-α也得到类似结果。进一步研究发现, miR-137有一段与野生型TGF-α mRNA的3’UTR互补的序列; 荧光素酶报告基因试验显示miR-137能显著降低野生型TGF-α mRNA的3’UTR的荧光素酶活性, 但对突变型TGF-α mRNA的3’UTR不起作用。通过Western blot试验发现miR-137过表达能抑制TGF-α表达, 由此确定TGF-α为miR-137作用的靶基因。在其他多种肿瘤中也有类似发现:通过靶向调控TGF-α表达, miR-374a在体外阻滞肺腺癌细胞(A549和PC-9)的增殖、迁移和侵袭[5]; miR-490-3p和miR-505在体外实验中诱导子宫内膜癌细胞(HEC-1B和Ishikawa)发生G1期阻滞和细胞凋亡, 显著缩小裸鼠体内肿瘤体积和抑制移植瘤生长[6]; miR-205[7]和miR-376c[8]抑制骨肉瘤细胞(U2OS)的增殖、迁移和侵袭; miR-152抑制前列腺癌细胞(PC-3和DU145)的迁移和侵袭[9](表 1)。
| microRNA | Tumor | Cell | Effect |
| miR-137[4] | Lung cancer | A549, SK-MES-1, H129, H520 | Inhibiting proliferation |
| miR-374a[5] | Lung cancer | A549, PC-9 | Inhibiting proliferation, migration and invasion |
| miR-490-3p, miR-505[6] | Endometrial carcinoma | HEC-1B, Ishikawa | Inducing G1 arrest and apoptosis |
| miR-205[7], miR-376c[8] | Osteosarcoma | U2OS | Inhibiting proliferation, migration and invasion |
| miR-152[9] | Prostate cancer | PC-3, DU145 | Inhibiting migration and invasion |
跨模型的TGF-α需要在细胞膜表面通过解整联蛋白金属蛋白酶17(A disintegrin and metalloproteinase 17, ADAM17)的切割, 脱落后成为分泌型, 从而发挥更高效的作用, 因此ADAM17/TACE也是TGF-α的调控者之一。研究发现, ADAM17对TGF-α的切割作用在乳腺癌的发病机制中占有重要地位, 因此, 这种金属蛋白酶可成为乳腺肿瘤治疗的靶点[10-12]。尤其在三阴性乳腺癌(triple-negative breast cancer, TNBC)患者中, ADAM17的表达量显著高于非TNBC患者。这可能是由于ADAM17的切割作用增加了TGF-α的释放, 从而促进EGFR过度激活, 并且成为TNBC细胞株增殖和侵袭的关键。实验结果显示, 加入ADAM17抑制剂TNF-α蛋白酶抑制剂2 (TNF-α protease inhibitor 2, TAPI-2)后, TNBC细胞(T4-2)的迁移能力显著减弱[12]。因此通过抑制ADAM17从而阻止TGF-α对EGFR的激活, 可能成为治疗肿瘤的新方法。
以TGF-α为导向肽的治疗模式 目前研究最多的使用TGF-α作为导向肽的免疫毒素是TGFα-PE38, 即将细胞毒性药物PE38与TGF-α相连接, 通过TGF-α对EGFR的靶向作用将药物带到EGFR高表达的肿瘤细胞处。为了解决其肝毒性和半衰期短的问题, 大多临床试验采用脑内注入的给药方式来治疗脑肿瘤, 发现药物疗效较低。有学者认为这是由于药物输送的效率低, 且这种给药方式无法保证患者间的一致性, 因此Daejin等[13]尝试使用减毒沙门氏菌作为表达系统, 并构建载有免疫毒素TGFα-PE38的质粒, 创造了一种新型的药物输送方式。通过基因工程化的表达系统, 成功提高TGFα-PE38治疗小鼠结肠癌和乳腺癌的药物作用效率, 显著延缓肿瘤生长并提高小鼠生存率。
Yousefi等[14]成功构建了一种新型的靶向肿瘤的超抗原TGFαL3-SEB, 并研究此种药物对小鼠乳腺癌的治疗作用。TGFα具有3个二硫键形成的环状结构, 其中第3个环状结构TGFαL3具有与EGFR结合的能力, 但并不诱导结合后的配受体内吞入细胞。葡萄球菌肠毒素B(staphylococcal enterotoxin B, SEB)是一种典型的T细胞性超抗原, 可激活大量T细胞克隆。将上述两种物质制成嵌合蛋白质, 借由TGF-α将超抗原SEB带至EGFR高表达的乳腺癌细胞(4T1)表面, 以使被超抗原激活的T淋巴细胞发挥靶向杀伤作用。实验结果显示, 相较于PBS或SEB处理的对照组, TGFαL3-SEB组小鼠体内的肿瘤体积更小, 生存时间更长, 且无一例发生转移, 同时药物对小鼠的肝肾功能无损害。
TGF-α对其他药物治疗的影响和疗效预测价值 蛋白激酶抑制剂、EGFR单抗等抗肿瘤药物在临床治疗中越来越常用, 但部分患者对其并不敏感。确定预测药物疗效的生物标志物对临床决策有指导作用。研究发现, 患者体内TGF-α水平可能与药物敏感性存在关联。
伊马替尼(Imatinib)是一种酪氨酸激酶抑制剂, 是BCR-ABL1融合基因阳性慢性髓系白血病(chronic myelognous leukemia, CML)的常用治疗药物。临床上早期分子应答(early molecular response, EMR)(即3个月时BCR-ABL1≤10%)的患者往往预后良好, 因此EMR是强有力的预后预测指标。然而EMR需要在3个月后测得, 常使患者错过使用替代疗法的最佳时机。Nievergall等[15]分析了TIDEL-Ⅱ试验[16]中186例未经伊马替尼治疗和17例经TKI(伊马替尼或根据试验方案转为尼洛替尼)治疗后6个月的慢性期CML(chronic phase CML, CP-CML)患者血浆样本, 并以19例健康样本作对照。研究发现, TGF-α是最关键的EMR预测因子。未达EMR的患者初诊时TGF-α水平与EMR患者相比显著提高(16.6 pg/mL vs. 4.9 pg/mL, P=0.000 2);TGF-α高水平组与低水平组相比, EMR率[15/39 (38%) vs.8/144(6%), P < 0.001]、无进展生存率(progression-free survival, PFS)(82.0% vs. 97.4%, P=0.015)、主要分子学缓解率(即BCR-ABL1下降≥3个对数级)(61.5% vs.83.0%, P=0.003)、MR4.5 (即BCR-ABL1≤0.0032%)(8.2% vs.39.6%, P < 0.001)显著降低。当TGF-α与IL-6联合应用时, 其预后预测价值更高。TGF-α和IL-6高水平组患者的PFS(P < 0.000 1)、无事件生存率(P=0.028)和无失败生存率(P=0.000 7)显著降低。
阿雷替尼(Alectinib)是一种高度选择性的间变性淋巴瘤激酶(anaplastic lymphoma kinase, ALK)抑制剂, 目前已被FDA批准用于治疗晚期ALK阳性非小细胞肺癌。Tani等[17]发现TGF-α可通过激活EGFR信号, 使非小细胞肺癌细胞获得对阿雷替尼的抗性, 研究建立了具有阿雷替尼耐药的非小细胞肺癌细胞株H3122-AR, 相比H3122细胞, 耐药细胞中EGFR磷酸化水平和TGF-α表达显著增加, 且敲低TGF-α可恢复H3122-AR细胞对阿雷替尼的敏感性; 同时发现在小鼠模型上联合应用靶向ALK和EGFR的药物(阿雷替尼和阿法替尼)对H3122-AR细胞的生长具有抑制作用。
西妥昔单抗(Cetuximab)的耐药与患者体内TGF-α水平的相关性研究结果并不一致。在结直肠癌中, 有研究认为TGF-α过表达是西妥昔单抗耐药的原因之一[18-19]; 也有研究发现转移结直肠癌患者体内TGF-α水平与耐药并无关联[20-22]。一项胃癌临床试验发现TGF-α高表达患者对西妥昔单抗联合顺铂和卡培他滨治疗的反应更好[23]; 但最新研究显示TGF-α的分泌与西妥昔单抗的敏感性无关[24]。目前研究还不足以说明TGF-α对西妥昔单抗药物敏感性的影响。
结语 TGF-α在肿瘤治疗中的应用极为广泛, 其参与的任一调控环节都可能成为肿瘤治疗的靶点, 因此可尝试负向调控TGF-α。当肿瘤表面EGFR高表达时, 可选择TGF-α为工具, 将其与细胞毒性药物或超抗原等物质连接, 利用TGF-α与EGFR之间的配受体关系提高药物特异性。除了肿瘤治疗, TGF-α的表达水平对其他治疗方式也有一定的影响, 尤其是各激酶下游信号通路的靶向药物治疗。
TGF-α在肿瘤治疗中亟待解决的问题还有:对于免疫毒素, 如何通过改造靶向药物、改变药物给药方式等方法提高药物作用效率及安全性; TGF-α对西妥昔单抗的疗效有何影响; 是否能将更多的调控因子应用于靶向TGF-α的肿瘤治疗中。通过深入研究, TGF-α可能作为预测疗效的重要生物标志物, 利于今后肿瘤治疗的临床决策。
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