IGFBP-4功能及其与肿瘤发生关系的研究进展

安琪儿，刘云章，卢玲，周建峰，谭训刚，李筠

(1 中国海洋大学海洋药物教育部重点实验室，山东 青岛 266003; 2 中国科学院实验海洋生物学重点实验室)



·综述·

IGFBP-4功能及其与肿瘤发生关系的研究进展

安琪儿1，刘云章1，卢玲1，周建峰1，谭训刚2，李筠1

(1 中国海洋大学海洋药物教育部重点实验室，山东 青岛 266003; 2 中国科学院实验海洋生物学重点实验室)

类胰岛素生长因子(IGF)信号系统是一种在进化上较为保守的信号通路，其在调节胚胎生长分化、维持成体稳态中发挥重要作用，并且参与生物体的衰老过程以及多种疾病的发生。IGF结合蛋白4(IGFBP-4)是IGF信号系统的重要组分。IGFBP-4具有运输配体IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ的功能，并且可以调节这两种蛋白的生物功能。无论是在体内还是体外，IGFBP-4都能够抑制IGFs诱导的细胞生长。同时，IGFBP-4也具有不依赖于IGFs的功能。大部分肿瘤细胞中IGFBP-4表达水平与正常细胞中不同，预示IGFBP-4参与了肿瘤的发生与发展过程。本文对近年来关于IGFBP-4功能以及其与肿瘤发生关系的研究进展做一综述。

类胰岛素生长因子结合蛋白4；肿瘤；综述

类胰岛素生长因子(IGF)信号通路主要包含2种配体蛋白(IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)、2种受体蛋白(IGF-ⅠR、IGF-ⅡR)以及6种与IGF配体具有高亲和力的类胰岛素生长因子结合蛋白1～6(IGFBP1～6)。也有报道认为IGF信号系统还包括4种IGFBP相关蛋白(IGFBP-rP)，它们与IGF的结合力非常弱，但是与胰岛素的结合力非常强。有研究指出，IGF信号通路对于生物体的胚胎生长、分化以及成体稳态的维持具有重要的调节作用[1]。在IGF信号系统中，IGFs配体是一类与胰岛素功能相似、能够促进细胞有丝分裂的多肽，由两种同源多肽组成，即IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ。在哺乳动物细胞中，IGF蛋白可以通过内分泌、自分泌、旁分泌等方式调节细胞的增值、凋亡、转化与分化。IGF-Ⅰ是脑内非常重要的生长因子[2]；IGFs与肿瘤的发生与发展也有密切关系，研究发现，在胃癌组织中，IGF-Ⅱ的表达与肿瘤分化程度和肿瘤的复发有关[3]。

IGFBP-4是IGFBP中最小的一种蛋白，在多种生物体液中均存在。IGFBP-4与IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ均具有较强的亲和力，能够通过与IGFs结合抑制IGFs的活性。血清中的IGFBP-4主要来源于肝脏，在睾丸、肾脏、胚胎、脊髓及胸腺等器官组织中也有大量IGFBP-4表达[4]。IGFBP-4在血浆中的含量较低，其表达量受维生素D及副甲状腺激素的调节，并随着年龄的增长而升高[5]。有报道称，在某些肿瘤细胞中，过表达IGFBP-4对肿瘤细胞具有抑制作用，另外也有报道称在某些肿瘤细胞中IGFBP-4的表达量比正常细胞要高。本文主要讨论IGFBP-4的生理功能及其对于不同肿瘤细胞生长的调节作用。

1 IGFBP-4的结构与特性

编码人的IGFBP-4的基因位于第17号染色体上[6]。IGFBP-4蛋白由237个氨基酸组成，其中含有20个半胱氨酸[7]。IGFBP-4包含3个结构域：N端、C端和中心结构域[8]。N端结构域末端含有与IGFs结合的区域，该区域包含一段由疏水氨基酸组成的多肽。在与IGFs结合时，N端的半胱氨酸残基(Cys9、Cys12)的作用要比C端的Cys17与Cys20更为重要。IGFBP-4的C端不直接与IGFs结合，但C端缺失时，IGFBP-4失去结合IGFs的能力。目前研究表明，IGF-Ⅰ的第7位甘氨酸到第12位天冬氨酸在IGF-Ⅰ与IGFBP-4结合过程中发挥着至关重要的作用[9]。

2 IGFBP-4的调节

IGFBP-4的表达量受多种因素调节，如创伤、蛋白质水解及热量摄取等。

2.1创伤与修复

大脑挫伤会引起受伤部位及同侧的大脑皮质中IGFBP-4的表达量提高[10]。研究显示，肝脏部分切除后的12～24 h内，血浆中IGFBP-4及其他相关mRNA的含量会提高。这说明IGFBP-4通过调节IGF参与了肝修复的过程[11]。

2.2蛋白质水解

IGFBP-4是一些蛋白酶的主要底物。蛋白酶能够将IGFBP-4水解为相对分子质量分别为18 000和14 000的两个片段，这两个片段与IGFs的结合能力都很弱[12]。妊娠相关血浆蛋白(PAPP-A)即为一种IGFBP-4蛋白水解酶，它对于调节IGF的生物利用率和细胞生长具有重要作用[13]。

2.3热量摄取

一项针对大鼠的研究显示，当热量摄取受到限制时，胃组织中IGF-Ⅰ和IGFBP-4的mRNA水平显著提高，说明胃可以通过提高局部IGF-Ⅰ和IGFBPs的表达来维持IGF的活性[14]。

2.4激素和生长因子

一些激素和生长因子会影响特定器官或组织内IGFBP-4的表达水平，但是不会在系统水平上对IGFBP-4的表达量产生影响。这些激素和生长因子包括IGF-Ⅰ[15]、IGF-Ⅱ[16]、

雌激素[17]、小鼠白细胞介素1和白细胞介素6等[18]。另有文献报道称，IG-FBP-3可以抑制蛋白酶对于IGFBP-4的水解作用[19]。IGFs与IGFBP-3结合后融合蛋白会发生构象改变，从而引起蛋白水解酶的解离。

血浆中IGFBP-4会受到甲状旁腺激素的正向调控。研究显示，三碘甲状腺氨酸可以提高大鼠血浆中IGFBP-4的含量[20]。同时该研究还显示，视黄酸与甲状腺激素可协同促进IGFBP-4的表达。

3 IGFBP-4的生物功能

IGFBP-4主要通过与IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ结合并调节其生物活性来发挥功能。大量实验证实，在肿瘤细胞和正常细胞中，IGFBP-4都可抑制IGF-Ⅰ刺激引起的DNA合成，但是其对于IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ的同源蛋白引起的细胞增殖没有作用。在血管平滑肌细胞中，已经证实IGFBP-4对DNA合成的抑制作用具有剂量依赖性，符合竞争性抑制的特征[21]。

在女性妊娠过程中，孕妇血清内的IGFBP-4蛋白水解酶随着妊娠周期增长会逐渐增加，从而大量裂解IGFBP-4，使得IGFs变成游离状态释放到血清中，作用于胎儿组织，促进胎儿的生长发育。有研究结果显示，在鹿茸的再生过程中，IGFBP-4对于鹿茸细胞增殖有抑制作用，同时还有促进鹿茸细胞凋亡的功能[22]。转基因小鼠中，过表达IGFBP-4会使富含平滑肌的器官质量减小，如膀胱、肠、主动脉、子宫、胃等器官，但是不影响体质量，说明在体内，IGFBP-4可以拮抗IGF-Ⅰ对于平滑肌的作用[23]。IGFBP-4对于局部组织和全身具有不同的作用。在小鼠右侧顶骨组织局部注射IGF-Ⅰ，可以显著增加骨提取物中碱性磷酸酶的活性(骨形成标志物)，该活性可以被等摩尔剂量的完整结构的IGFBP-4所抑制，而IGFBP-4片段(与IGF的亲和力低50～100倍)则没有该抑制作用，即局部组织中的IGFBP-4可以通过抑制IGF-Ⅰ来影响骨骼形成。通过对小鼠进行皮下注射完整结构的IGFBP-4研究其全身性作用，显示该蛋白可以显著上调血清和骨骼提取物中骨形成标志物(碱性磷酸酶和骨钙素)的量，促进骨骼的形成[24]。

另外，IGFBP-4也有不依赖于IGFs的功能。一项研究显示，使用促性腺激素和IGF-Ⅰ受体抑制剂(αIR3)促进卵巢颗粒细胞成熟时，尽管内源IGF-Ⅰ已经失去活性，IGFBP-4对于卵巢颗粒细胞的成熟仍然具有抑制作用[25]。这说明IGFBP-4具有不依赖于IGF的活性。

4 IGFBP-4与肿瘤的关系

对于大部分肿瘤来说，IGFBP-4是一种肿瘤抑制因子，它能够下调一系列在肿瘤发生发展过程中起重要作用的基因的活性[26]。

在非小细胞肺癌中，IGFBP-4蛋白的表达量大幅减少，而IGFs的表达量则明显升高。进一步研究显示，IGFs表达量的提高并没有影响IGFBP-4 mRNA表达水平。因此，在非小细胞肺癌中，IGFBP-4蛋白表达量的下降与IGFs促进IGFBP-4水解作用有关，IGFBP-4水解导致与IGFBP-4结合的IGFs被释放出来，使IGFs含量增加。研究还显示，早期生长反应蛋白1(EGR-1)可以通过结合在IGFBP-4启动子区域而促进IGFBP-4的表达，抑制IGF依赖性的促生长作用。但是在体外培养的肺癌细胞中，该作用被沉默了。对肺腺癌的临床病理研究显示，IGFBP-4启动子上的EGR-1结合位点发生了甲基化，从而导致了IGFBP-4基因的沉默，并且肺腺癌细胞的恶性程度越高，其IGFBP-4的EGR-1结合位点甲基化程度也越高。由此可见，IGFBP-4的沉默与肺腺癌的发生密切相关[27]。骨巨细胞瘤由3种细胞组成，包括多核细胞、单核细胞、肿瘤成纤维样基质细胞(GCTSC)。其中GCTSC是由间充质干细胞(MSC)恶性转变而来的。在骨巨细胞瘤细胞中，IGFBP-4启动子具有高度甲基化的特征，其甲基化程度远远高于MSC内的IGFBP-4。研究认为，正是由于IGFBP-4启动子的甲基化带来的基因沉默导致了IGFBP-4抑制细胞增殖功能的丧失，这一现象又成了MSC恶性转化的诱因之一[28]。

IGFBP-4与激素受体的相互作用是其参与乳癌形成的方式之一。但是，目前尚未完全弄清楚IGFBP-4与激素受体的作用和乳癌发生之间的关系。在乳癌细胞(MCF-7)中，无论是过表达IGFBP-4还是添加外源IGFBP-4蛋白，都会降低雌二醇(E2)对雌激素受体α(ERα)的转录激活作用。同时也会降低E2对蛋白激酶B、糖原合成酶激酶3α/β和ERα磷酸化诱导作用。敲降IGF-ⅠR后，IGFBP-4以上生理功能不受影响，说明上述过程不需要IGF与受体IGF-ⅠR的参与[29]。一项针对80份乳癌样品的研究显示，在增殖活跃的肿瘤细胞中，IGFBP-4的表达量相对较低。但是，另有一些实验显示，乳癌细胞中的IGFBP-4水平与雌激素受体无关。因此，IGFBP-4与激素受体的关系以及这种关系在乳癌发生中的作用尚需要进一步的研究。

在上述几项实验中，IGFBP-4被认为是肿瘤发生的抑制剂。但是，另有报道表明，在某些肿瘤中IGFBP-4是致癌基因。体内体外实验均证实，在肾癌细胞中IGFBP-4是一种促进肿瘤形成的因子[30]。在肾细胞癌中，IGFBP-4能够促进细胞的生长、侵入和迁移。上述研究结果提示IGFBP-4与转移的肾细胞癌的恶化有关。

有证据显示，IGFBP-4可促进弥漫型星形细胞瘤向高度恶性的多形性胶质母细胞瘤(GBM)转化[31]。活检样品中，GBM的IGFBP-4基因表达量明显高于对照脑组织，相比于正常的脑组织，在GBM中，IGFBP-4的表达量上调了85%。体外实验表明，在胶质瘤细胞U343中过量表达IGFBP-4会导致与肿瘤生长、上皮间质转化、侵袭相关的因子上调，上皮细胞钙黏蛋白下调，细胞表现为增殖、迁移和侵袭。以上实验现象说明，在星形细胞瘤中，IGFBP-4是一种促肿瘤发生的基因[31]。

5 总结与展望

IGFBP-4是IGF信号通路的一种重要的细胞抑制因子，它的功能主要是通过与IGFs结合实现的。在许多组织中，IGFBP-4的表达水平受到IGFBP蛋白水解酶、营养、某些生长因子及激素等的调节。已经有许多体内体外实验证实，IGFBP-4具有抑制肿瘤的作用。但是，仍然还有几个重要的问题亟待解决：①已知在多种肿瘤细胞中IGFBP-4的表达量有所下降，那么肿瘤的发生与IGFBP-4表达水平的改变这两者之间到底何者是因何者是果？②IGFBP-4促进某些肿瘤生成的机制如何？

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(本文编辑 厉建强)

2015-02-25；

2015-08-14

国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(2011CB943800-G)”

安琪儿(1987-)，女，硕士研究生。

李筠(1967-)，女，博士，教授，硕士生导师。

R730.26

A

1008-0341(2015)06-0746-04