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针对脑胶质瘤相关通路治疗的研究进展

胶质瘤是颅内发病率最高的肿瘤,约占颅内神经组织原发性肿瘤的45%。世界卫生组织(WorldHealth OrganizationWHO)将胶质瘤按组织学分为Ⅰ~Ⅳ级,其中Ⅰ、Ⅱ级为低级别胶质瘤,Ⅲ、Ⅳ级为高级别胶质瘤。Ⅰ级预后最好,大部分经治疗后可以达到临床治愈,被认为是良性肿瘤;Ⅳ级恶性程度最高,又称作胶质母细胞瘤(glioblastomaGBM),占所有胶质瘤的55%

 

根据2016WHO中枢神经系统肿瘤分类,90%GBM为原发性GBM,多为老年人(诊断中位年龄62岁);10%为继发性GBM,中青年常见(诊断中位年龄44岁)。GBM的传统治疗方法为最大限度安全地切除肿瘤,术后辅以放射治疗和替莫唑胺等化学药物治疗。但是由于GBM侵袭性强,浸润到正常组织导致无法全部切除、容易复发,使得治疗效果仍然不理想,平均生存期只有16~19个月。

 

胶质瘤严重地影响病人身体健康及生活质量,且胶质瘤的发病年龄有越来越年轻化的趋势,因此临床迫切地希望能寻求新的、有效的治疗方法。肿瘤的发生被认为是由分子信号通路网络中一些关键基因发生遗传改变或者体突变引起,通过信号通路的改变最终影响细胞的生长、增殖、分化等生物活动,产生异常细胞群,导致肿瘤形成。随着对胶质瘤发生的分子机制研究越来越深入,通过靶向阻断胶质瘤发生、恶化及切除后复发过程中的主要信号通路从而达到治愈胶质瘤的目的,成为了一种理论上可行的且具有远大前景的新型治疗方法。胶质瘤中以GBM的突变基因种类最多,本文就目前关于胶质瘤分子机制及相关治疗的进展做一综述。

 

1. GBM常见的基因突变通路

 

1.1 RTK-RAS-PI3K-AKT-mTOR通路

 

高级别胶质瘤的发生、发展与受体酪氨酸激酶(receptor tyrosinekinaseRTK)的高表达及其信号转导通路的异常激活关联紧密。RTK表达过高导致酪氨酸激酶磷酸化,激活其下游信号途径PI3K-AKT-mTOR并引起相关基因转录改变。PI3K-AKT-mTOR通路广泛存在于细胞中,控制着细胞增殖、生长、凋亡等多种生物活动,生理状态下,通过促进细胞凋亡和参与细胞自噬抑制肿瘤的发生。因此,将RTK及其下游的信号转导通路作为免疫治疗的靶点成为理论上可行的突破点。目前研究相对比较多的RTK包括表皮生长因子(epidermal growth factorEGF)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factorVEGF)和血小板源性生长因子(platelet-derived growth factorPDGF)。

 

1.1.1 EGF

 

EGFRvⅢ是EGF 受体(epidermal growthfactor receptorEGFR)的Ⅲ型突变体,高表达于GBM和胃癌、乳腺癌等一些恶性肿瘤组织,而不表达于正常组织,是一个直接引起癌细胞生长的致癌基因,原发性GBM35%可有该基因的突变。临床研究表明,EGFRvⅢ是GBM的一个独立的不良预后指标,不仅能促进肿瘤细胞的生长和迁移,同时通过细胞因子白细胞介素(interleukinIL-6介导的旁分泌信号通路,促进EGFRvⅢ阴性的肿瘤细胞生长。目前基于EGFRvⅢ设计的药物主要为小分子RTK抑制剂(tyrosine kinase inhibitorsTKI)和抗EGFRvⅢ抗体,TKI包括吉非替尼、厄洛替尼、拉帕替尼等,抗EGFRvⅢ抗体包括人鼠嵌合型西妥昔单抗、全人型帕尼单抗和人源化尼妥珠单抗。

 

还有一种名为Rindopepimut的抗EGFRvⅢ肽类疫苗也在进行临床试验,该疫苗可特异性结合EGFRvⅢ并引起EGFRvⅢ特异性体液免疫反应和EGFRvⅢ特异性延迟性高敏反应,从而达到清除EGFRvⅢ阳性的胶质瘤细胞。但是最近,在一项用Rindopepimut疫苗结合替莫唑胺的Ⅲ期临床试验中,相对于空白对照组,Rindopepimut并不能提高病人的中位生存期。

 

1.1.2 VEGF

 

VEGF是组织中一种促血管生成的因子,通过与特定受体结合,激活PI3K-AKT 通路、eNOS-NO通路、Ras/Raf-MEK/ERK通路,促进内皮细胞分裂和小血管形成。GBM是一种高度血管化的肿瘤,微血管增生和新血管形成是该肿瘤的一个特征性的组织病理学特点。当胶质瘤逐渐增大,仅靠周围组织渗透已无法满足肿瘤内部的代谢需要,形成缺氧环境,低氧诱导因子(hypoxia inducible factorHIF)表达增加,激活下游的VEGF。除了VEGFPDGF也参与GBM的血管生成。考虑到肿瘤生长的转移都需要足够的血供,抗血管治疗研究已经成为实体肿瘤研究治疗的重要领域。

 

但目前为止,临床试验并没有显示出抗血管生成能有效的提高GBM的生存期。在Ⅲ期的临床试验中以安慰剂为对照进行测试时,泛VEGF受体抑制剂西地拉尼和蛋白激酶Cβ抑制剂(通常上调VEGF)在GBM中没有明显效果。在其他已完成的临床试验中,PDGF受体抑制剂伊马替尼也并没有表现出抗肿瘤作用,这可能与PDGF受体在胶质瘤的血管生成中并不占主导作用有关。

 

1.1.3 PI3K-AKT-mTOR

 

磷酸酯酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homologPTEN)基因是第一个被发现具有磷酸酶活性的抑癌基因。PTEN蛋白可拮抗磷脂酰肌醇3 激酶(phosphatidylinositol 3-hydroxy kinasePI3K),从而降低胞内PIP2PIP3的含量,通过负调控PI3K-AKT-mTOR通路诱导细胞凋亡发挥其抑癌作用。无论是PTEN的功能丢失还是EGFRVEGF受体或PDGF受体的激活,都将上调PI3K-AKT- mTOR 通路,参与胶质瘤的形成。Sano等研究显示44%GBM中出现PTEN的突变,且突变率越高,肿瘤级别越高。

 

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycinmTOR)在胶质瘤、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌等多种肿瘤中过表达。研究发现,胶质瘤细胞中mTOR蛋白含量明显高于正常细胞,且mTOR随着胶质瘤恶性程度增高而增高。mTOR通过加速肿瘤细胞增殖、抑制肿瘤细胞凋亡促进胶质瘤的发生发展。通过抑制mTOR可以阻断PI3K-AKT信号通路介导的增殖信号,使细胞周期停留在G期,停止生长。早期PI3K抑制剂LY294002因为其较短的半衰期不能有效地应用于临床,而渥曼青霉素由于其较大的副作用以及地选择性等缺点也限制了其在临床上的应用。

 

一些新型PI3K抑制剂如PX-866BKM120等在实验研究中表现出了抑制胶质瘤生长并延长病人中位生存期的作用。最常用的TKI是哌立福新和MK-2206,两者在实验研究中均表现出较强的抗肿瘤活性,但是由于哌立福新因为分子量较大,难以通过血脑屏障,且胃肠道反应等副作用明显,因而在临床上的应用受限。研究发现许多PI3KmTOR的双重抑制剂,包括PI-103XL765SF-1126等,相比于单一的mTOR 抑制剂,这些双重抑制剂可以减少由于mTOR-p70S6K-PI3K 负反馈引起的mTOR 水平增加,在前期实验研究中均表现出较好的抗肿瘤的作用。

 

Bagcionder等研究表明PI-103能有效抑制小鼠模型中胶质瘤细胞的生长。Garlich等研究显示SF-1126能有效抑制小鼠模型中胶质瘤U87MG细胞株的生长。Prasad等研究显示XL-765与替莫唑胺连用时抗瘤能力增强。但这些新型药物在临床应用上有待临床试验证明。

 

1.2 CDKN2A-MDM2-TP53通路

 

P53是目前被研究最深入也是与人类肿瘤发生发展关系最密切的抑癌基因,人类超过50%的恶性肿瘤中都存在p53基因突变。P53蛋白通过转录调节其下游的靶基因发挥其阻滞细胞周期、诱导细胞凋亡、抑制血管生长等作用,从而抑制肿瘤形成和生长。研究证实CDKN2A-MDM2-p53 通路是胶质瘤分子发病机制的重要途径之一。CDKN2A位于人染色体9p21区带,编码一个由132个氨基酸组成的名为p14ARF的蛋白,该基因位点的可选阅读框还可编码另一种名为P16的蛋白。小鼠双微体扩增基因(mouse double minute 2MDM2)位于染色体12q14.3~q15.0,其编码的MDM2蛋白是p53的重要负性调节因子。生理情况下,p53蛋白在细胞核中发挥其功能,MDM2蛋白通过“核浆穿梭”机制诱导p53蛋白在细胞质中的泛素化降解,从而一定程度上抑制p53蛋白介导的细胞凋亡,维持生物体的稳态。

 

MDM2基因异常扩增时,大量的MDM2蛋白结合p53蛋白诱导其降解,使细胞凋亡过程受阻,大量细胞生长不受限,最终形成肿瘤。p53可分为野生型p53和突变型p53两种。野生型p53是抑癌基因,细胞损伤时快速诱导细胞发生凋亡,防止具有潜在癌变可能性的细胞产生,从而发挥抑癌作用。一旦野生型p53发生变异,便不再具有抑癌作用,反而能加速癌细胞的增殖与生长。当野生型p53转变为突变型p53时,突变型p53起原癌基因的作用,在肿瘤细胞中长期存在,最终导致肿瘤的发生。P14ARF蛋白可与MDM2蛋白结合并加速其降解,阻止其诱导降解p53蛋白,使p53蛋白合成量增加,达到抑制肿瘤生长的作用。

 

p14ARF蛋白表达下调、MDM2基因扩增以及p53基因突变时,均引起细胞周期调控失常,最终演变为胶质瘤。Yamada等研究发现用可穿过生物膜的聚精氨酸11R、核定位序列(nuclear localization signalNLS)和层黏蛋白LnP53肽的MDM2位点结合,组成p53-NLS-Ln-11R,可以有效地进入胶质瘤细胞的细胞核,补充p53的含量,当该药物浓度为10 μmol/L时,可以有效抑制人脑胶质瘤细胞增殖。而MDM2的小分子抑制剂AMG-232Idasanutlin可以通过抑制MDM2诱导p53蛋白的降解从而促进肿瘤细胞的衰老和凋亡,正在进行GBM体内研究。

 

1.3 P16-cyclinD-CDK4/6-E2F-Rb信号通路

 

p16基因,又名CDKN2A。由p16基因转录编码的P16蛋白可以竞争性抑制cyclinDCDK4/6蛋白结合,抑制CDK4/6-cyclinD 复合物对视网膜母细胞瘤基因(retinoblastomaRb)蛋白的磷酸化作用。Rb蛋白是细胞周期中G1/S调控点的中心,去磷酸化的Rb蛋白与E2F 转录因子结合,阻碍该因子的靶基因包括E2F1DHFRTKCDC2等转录,从而阻碍细胞从G期进入S期,使细胞周期停留在G期。p15基因同样位于9号染色体短臂21带,是与p16基因高度同源的抑癌基因,其与p16结构非常相似,P15蛋白亦可与cyclinD竞争性结合CDK4/6,解除Rb蛋白对转录因子E2F的抑制,使细胞生长停滞。因此p15/p16基因突变、CDK4/6基因过表达、或者Rb基因突变均可导致细胞生长失控,最终形成肿瘤。

 

目前有几种针对CDK4/6 的抑制剂正在测试中,包括palbociclibribociclibabemaciclib。在脑脊髓液中可以检测到abemaciclib,并有着一定稳定的浓度,表明该药物能够充分的渗透过血脑屏障,但是能否有效地抑制胶质瘤细胞的生长,甚至能否应用到临床亟待一系列更深入地实验研究。

 

2. 异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenaseIDH)基因突变

 

除了以上三条经典通路,IDH基因突变也被研究证实与胶质瘤的发生有紧密联系。IDH 包括IDH1IDH2IDH3三种亚型,在能量代谢和生物合成中发挥重要作用。目前研究认为IDH1IDH2突变是胶质瘤起源的重要因素之一,尤其是IDH1,在约80%的Ⅱ级和Ⅲ级胶质瘤及90%的继发性GBM中存在IDH1的突变。IDH1/2突变后发生酶活性的改变,可以催化α-酮戊二酸(α-ketoglutaric acid,α-KG)还原成羟戊二酸([ R(2)-2-hydroxyglutarate2-HG]2-HG与α-KG结构相似,竞争性抑制在DNA和组蛋白去甲基化过程中发挥重要作用的α-KG依赖性酶,导致DNA和组蛋白的异常高甲基化,进而影响某些相关基因的转录表达,从而导致肿瘤的发生。

 

除此之外,2-HG还能竞争性抑制α-KG依赖脯氨酸羟化酶的活性,后者可以使HIF1-α发生泛素化和蛋白酶体降解,从而引起细胞内HIF-1α含量增高,增强肿瘤细胞对低氧环境的适应性进而促进肿瘤的生长。但目前的研究尚不确定IDH 突变是否会对胶质瘤的进一步发展恶化造成影响,因此应用IDH突变抑制剂来治疗胶质瘤没有确切的理论支持。

 

目前一些针对IDH1/2突变的疫苗和抑制剂如AG120AG221AG881IDH1-305BAY1436032 正在被研究中,但临床效果仍待验证。AGI-5198已在一期临床试验中试用于胶质瘤的治疗,目前治疗效果尚不明显。

 

3. GSCsNotch信号途径

 

胶质瘤干细胞(glioma stem cellGSCs)是具有神经干细胞样特征的细胞,具有快速增殖、多项分化潜能、对放化疗不敏感、易体外成瘤等特点。Bao等研究证实其与胶质瘤难以治愈和易复发有密切关系,因此如果能抑制调控GSCs的关键因子和相关通路,可能从根本上治疗胶质瘤。研究表明,P53PTENWNT 信号通路、Notch 信号通路以及Hedgehog信号通路在GSCs引起肿瘤发生的过程中发挥重要作用。其中,Notch通路在胶质瘤中呈高度激活状态,促进正常干细胞和胶质瘤干细胞自我更新、增殖,抑制其分化。研究证实阻断Notch信号途径可减少GSCs的数量。

 

Wang等研究证明抑制Notch 信号途径可以促进胶质瘤对放疗的敏感性。而Gilbert等研究表明抑制Notch信号通路可以提高GSCs对替莫唑胺的敏感性。

 

4. 新型抑癌基因

 

除了比较经典的p53EGFRPTENp15p16IDH等之外,一些新型的基因也被报道与胶质瘤的的发生发展密切相关,比如微小RNAmicroRNAmiRNA)、人类组织因子途径抑制物-2tissue factor pathway inhibitor 2TFPI-2)、成纤维细胞生长因子2型受体(fibroblast growth factor receptor-2FGFR2)等。尽管这些新型的基因与胶质瘤发生的确切机制还不十分明确,但随着越来越多这方面的研究问世,我们对胶质瘤的发生机制会理解更透彻,有助于给今后的临床治疗带来更多的帮助。

 

综上所述,目前开发新药物来治疗GBM面临着很多问题,寻找能进入中枢神经系统的药物是一个需要克服的关键问题;同时,在胶质瘤的发展进程中,存在空间异质性和时间异质性,使得同一种药物对同一个病人在不同时期或者不同病人的治疗当中不能取得满意的效果,尤其像GBM,存在多种突变基因,单一应用药物常常因为患者对药物耐受而出现治疗效果不佳,因此需要更多的研究来了解药物的组合从而发挥药物的最大效应。除此之外,针对常见的下游通路的药物会产生一些副作用,如PI3K通路的抑制剂往往与皮疹、胃肠道副作用、高血糖有关;而mTOR抑制剂可引起高脂血症和肺炎CDK4/6抑制剂常与白细胞减少、恶心、口腔炎和周围神经病变有关;RTK抑制剂通常引起皮疹。因此我们需要联合使用药物并克服药物的双面作用。

 

来源:张国,易伟.针对脑胶质瘤相关通路治疗的研究进展[J].中国临床神经外科杂志

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