蛋白酶体抑制剂在肺癌治疗中的研究进展

黄洁玉　张　敏暨南大学医学院附属广州市红十字会医院呼吸内科，广东广州　510220

蛋白酶体抑制剂在肺癌治疗中的研究进展

黄洁玉张敏
暨南大学医学院附属广州市红十字会医院呼吸内科，广东广州510220

泛素-蛋白酶体通路（UPP）是细胞内重要的蛋白质降解系统。研究表明UPP参与恶性肿瘤多种细胞生物学过程的调节，影响其发生、发展。蛋白酶体抑制剂通过阻断UPP，可抑制肿瘤细胞生长，成为肿瘤治疗的新方法。肺癌在人类癌症死亡原因中居于首位，蛋白酶体抑制剂对肺癌的疗效研究仍在进行，其作用机制复杂，与NF-κB的下调、细胞周期调控、PTEN/PI3K/Akt通路和P53的调节等有关。本文对蛋白酶体抑制剂在肺癌治疗的新进展进行综述。

蛋白酶体抑制剂；泛素-蛋白酶体通路；肺癌；作用机制

［Abstract］The ubiquitin-proteasome pathway is the principle pathway for intracellular protein degradation.Research shows that ubiquitin-proteasome pathway plays a significant role in the genesis and progression of malignancy by regulating many processes of cellular biology.Proteasome inhibitors targeting the ubiquitin-proteasome pathway can inhibit tumorous cellular growth，becoming a novel class of potent and effective antitumor agents.Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths globally.The study about the effect of proteasome inhibitors on lung cancer is ongoing.The mechanisms are complicated，relating to the down-regulation of NF-κB，cell cycle control，PTEN/PI3K/ AKT pathway，the regulation of P53 and others.The recent advances about proteasome inhibitors in the treatment of lung cancer is going to be reviewed in this paper.

［Key words］Proteasome inhibitor；Ubiquitin-proteasome pathway；Lung cancer；Mechanism

泛素-蛋白酶体通路（ubiquitin-proteasome pathway，UPP）是生物体内蛋白质降解的重要通路，此通路选择性降解细胞内受损及错误折叠的蛋白质，并对各种短寿命的功能蛋白具有快速降解作用。80%～90%的细胞内蛋白均通过此途径降解，其中包括细胞周期调控因子、基因转录因子、癌基因蛋白等［1］。UPP通过对上述蛋白的降解，调节细胞增殖、分化、存活和凋亡，在人体诸多生理过程中发挥重要作用，如信号转导、细胞周期调控、细胞凋亡调节、转录调控等，对维持细胞的稳态具有十分重要的意义，其功能的改变和异常能直接导致或诱发人类的许多重要疾病［2］。蛋白酶体抑制剂通过抑制蛋白酶体活性而阻断UPP，具有抑制多种肿瘤细胞增殖及诱导肿瘤细胞凋亡的作用，目前已成为抗肿瘤治疗的研究新热点。本文就UPP、蛋白酶体抑制剂在肺癌治疗中的进展综述如下：

1　泛素-蛋白酶体通路的组成

UPP由泛素、泛素活化酶E1、泛素结合酶E2、泛素连接酶E3、26S蛋白酶体、去泛素化酶等组成。此途径的核心是26S蛋白酶体，它是一个多催化复合物，由20S核心蛋白酶和两端各一的19S调节亚基组成。20S核心蛋白酶是蛋白酶体复合物的水解核心，具有胰蛋白酶、糜蛋白酶和胱天蛋白酶活性。UPP在降解靶蛋白时，首先要实现靶蛋白的泛素化，即若干泛素经E1、E2、E3的作用与靶蛋白相连［3］。只有泛素化的靶蛋白方可被19S调节亚基识别，进而进入20S核心蛋白酶体内部，被降解成3～22个氨基酸的小肽段，在细胞内回收利用。泛素分子则被泛素解离酶从靶蛋白上解离下来，重复利用［4］。

UPP通过上述过程，上调或下调某些抑癌基因、转录因子和细胞周期素等的表达以及改变MHC-Ⅰ限制性抗原肽的生成［5］，参与恶性肿瘤多种细胞生物学过程的调节，从而参与恶性肿瘤的发生和发展。

2　蛋白酶体抑制剂

蛋白酶体抑制剂按其不同的末端亲电基团可以分为硼酸肽类、环氧酮肽类、醛基肽类和乙烯基砜肽类等多种类型，以上均属于合成化合物，此外还有天然蛋白酶体抑制剂如乳胞素、3，4-二氯异香豆素（DCI）、阿克拉霉素（Aclacinomycin）、PR-39等。按其作用方式不同，蛋白酶体抑制剂又可分为可逆性和不可逆性两种。醛基肽类是第一个被发现并广泛应用的蛋白酶体抑制剂，如MG132，是可逆性蛋白酶体抑制剂，其进入细胞速度快，能抑制ChT-L活性、半胱氨酸和丝氨酸蛋白酶活性，但醛基肽类化合物是非选择性的，会抑制其他酶类，且稳定性较差，易被氧化。

目前临床上研究最多、最完善的是硼替佐米，它属于硼酸肽类，是一种具有高选择性、可逆性的蛋白酶体抑制剂。硼替佐米（PS341、万珂）于2003年被美国食品药品监督管理局（FDA）批准上市，具有较广的抗肿瘤谱，除了用于治疗多发性骨髓瘤、套细胞淋巴瘤外，它对其他肿瘤细胞，如肺癌、结肠癌、乳腺癌、前列腺癌等均具有细胞毒性，可引起肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤生长［6］。近年来，研究者对硼替佐米进行结构改造，得到了新型硼酸肽类蛋白酶体抑制剂YSY-01A，研究表明，它在多种肿瘤细胞中均具有抑制增殖的作用［7］，其LD50值高于硼替佐米3倍，且毒副作用更低，有望成为新的研究热点。此外，环氧酮肽类化合物卡非佐米也于2012年被FDA批准用于多发性骨髓瘤的治疗。

3　蛋白酶体抑制剂与肺癌

肺癌在人类癌症死亡中居于首位，严重危害人类健康。据世界卫生组织统计，2008年，世界范围内有160万人被诊断为肺癌，同年有140万人死于此病。我国每年大约超过60万人死于此病。而其中非小细胞肺癌（NSCLC）大约占肺癌所有患者的80%。因此，为了使这个庞大的患者群体得到更好的治疗，能否制订出有效的抗肿瘤方案尤为重要。蛋白酶体抑制剂对多种血液系统肿瘤及实体瘤均有疗效，有关蛋白酶体抑制剂对肺癌，特别是NSCLC治疗研究亦不在少数，但其作用机制仍不完全明确。

3.1作用机制

3.1.1下调核因子κB核因子κB（nuclear factor κB， NF-κB）普遍存在于真核细胞中，对超过200种基因具有调节作用，其中包括细胞黏附分子、血管内皮生长因子、凋亡调节基因如Bcl-2、Bcl-xL等，这些基因与肿瘤生长和转移息息相关。故而NF-κB的下调对抑制肿瘤的生长或促进肿瘤细胞凋亡发挥重要作用［8］。通常情况下，NF-κB以二聚体形式与其抑制蛋白IκB相结合，以无活性状态存在于细胞中。但当细胞受到细胞因子、生长因子、细菌、病毒、应激状态等刺激时，IκB被UPP降解，NF-κB从而被游离、激活［9］，发挥对其下游转录基因的调控作用，最终发生肿瘤生长因子表达增多，血管生成，细胞凋亡减少，诱发肿瘤可能［10］。蛋白酶体抑制剂可抑制IκB降解，从而阻止上述过程，调控细胞周期进程，控制细胞凋亡，抑制血管生长，对肿瘤治疗的各方面靶点均有作用。

3.1.2对细胞周期的调控在真核细胞中，细胞周期由细胞周期蛋白和细胞周期依赖性激酶（CDKs）调节。不同的CDK对应相应的细胞周期蛋白，调节细胞周期的各个阶段。而CDKs的抑制物 （CKIs）则限制CDKs活性及细胞周期进程。P21WAF1/Cip1是众多CKIs中的一种，其在细胞周期G2/M期阻滞中发挥作用。P27Kip1是另一种CKI，可以阻止细胞从G1期到S期，上述二者都是UPP的降解底物［11］，当蛋白酶体被抑制时，CKIs不能被降解，使细胞分裂停止于各个不同时期，导致细胞凋亡而抑制肿瘤生长［1］。Ling等［12］在PS341作用于NSCLC H460细胞的研究中发现，在PS341作用下G2/M期细胞增多，研究中亦发现G2/M期阻滞与周期蛋白A1、周期蛋白B及其激酶的增加有关。

抗凋亡基因Bcl-2与肿瘤细胞凋亡抑制及化疗抑制有关，蛋白酶体抑制剂能克服Bcl-2介导的凋亡抑制，同时上调Bcl-2家族中的促凋亡分子Bax，降低Bcl-2/Bax的比值，促使肿瘤细胞凋亡。Ling等［13］在PS341作用于NSCLC的另一项研究发现，G2/M期细胞的数目与Bcl-2的磷酸化程度相一致，提示蛋白酶体抑制剂通过磷酸化作用下调NSCLS细胞中的Bcl-2水平，这也是癌细胞凋亡的机制之一。

3.1.3P53的调控抑癌基因P53在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用。当细胞受到化学或电离辐射，DNA发生损伤时，P53经磷酸化或其他途径活化，从其抑制物MDM2中脱离，P53蛋白大量积累，诱导P21WAF1/CIP1转录，使细胞周期停滞，并阻止DNA合成，同时修复损伤的DNA。许多肿瘤中都存在P53基因突变，使P53不能表达或无法诱导下游的转录活动，DNA无法修复，异常的DNA传递给子代细胞，逐步积累，最终导致肿瘤的发生。P53通过UPP降解，故而蛋白酶体抑制剂可使P53积累，且有稳定P53的作用［14］。既往研究认为，P53诱导NSCLC停滞于G2/M期［15］，从而阻止肿瘤的发生。但有研究通过使用除P53外，其余基因完全相同的人类癌细胞，重新评估P53在PI诱导的肿瘤细胞凋亡中的作用［16］，该研究发现，硼替佐米和MG132诱导癌细胞凋亡均不依赖P53。Ling等［12］在NSCLC的研究中也发现，蛋白酶体抑制剂对细胞生长的抑制作用仅部分依赖P53功能，而细胞周期发生G2/M期停滞并不依赖P53。

3.1.4PTEN/PI3K/Akt通路PI3K/Akt信号转导通路是肿瘤生长的重要通路，PI3K的激活是此通路的基础，活化的PI3K可将信息传递给通路的第二信使PIP3，接着活化Akt及PDK1，通过刺激其下游作用因子，促进肿瘤细胞的生长、增殖、浸润和转移。PTEN基因是与肿瘤发生关系密切的抑癌基因，它可通过PIP3去磷酸化拮抗PI3K/Akt通路［17］。Sherwood等［18］在硼替佐米致结肠癌SW480细胞凋亡的研究中发现，PTEN蛋白表达水平与硼替佐米作用时间正相关，随PTEN蛋白表达增加，Akt蛋白表达降低，从而抑制通路活性。Sun等［19］在YSY-01A抑制NSCLC A549细胞生长的作用机制的研究中亦发现，A549细胞增殖抑制时，PTEN的表达增加，PI3K表达减少。

3.1.5抑制血管生成肿瘤直径达到1～2 mm后，若无新生血管生成来提供营养，则不能继续生长［20］。新生的血管不仅可以为肿瘤输注养分、排除废物，还提供了肿瘤细胞的转移途径。实验证明，蛋白酶体抑制剂通过阻碍NF-κB入细胞核的过程，降低其活性，进而下调缺氧诱导因子1α（HIF-1α）的表达，使血管内皮生长因子（VEGF）减少，抑制血管生成［21-22］，从而抑制肿瘤生长和转移。

3.1.6其他蛋白酶体抑制剂的抗肿瘤机制复杂，除上述机制外，蛋白酶体抑制剂还可促进肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体（TRAIL）诱导的凋亡［23］，此过程与蛋白酶体抑制剂下调NF-κB，诱导caspase-8和caspase-9活化，上调死亡受体DR4/DR5有关。此外，PIs还可逆转化疗药物的耐药性、增加放化疗敏感性，缓解肿瘤恶病质，这些均为蛋白酶体抑制剂对肺癌的治疗提供了基础。

3.2联合治疗

放化疗是肺癌治疗中的重要手段，但肺癌细胞对化疗药物的耐药性、毒副作用以及放疗过程的辐射及患者耐受性是治疗过程中的一大难题。上文陈述了蛋白酶体抑制剂在肺癌中的抗肿瘤机制，为肺癌的治疗提供新思路。目前关于硼替佐米对肺癌治疗的临床研究较多见，硼替佐米耐受良好，但单一用药效果较温和。Li等［24］在硼替佐米对初次化疗的已发生癌细胞转移的NSCLC患者治疗的研究中发现，虽然患者耐受良好，但未见疾病客观缓解，其疗效并不明显。另一些研究也表明，患者对硼替佐米耐受良好。Piperdi等［25］在硼替佐米联合标准剂量的卡铂及贝伐单抗治疗晚期NSCLC的研究中发现，硼替佐米剂量分为1.3、1.6、1.8 mg/m2三组，在前3周中，三组中所有16例患者均未出现与硼替佐米剂量相关的不良反应，硼替佐米与当前化疗方案相结合，则显示出令人惊喜的疗效。Davies等［26］在硼替佐米联合吉西他滨/卡铂治疗晚期NSCLC的临床研究中发现，患者生存受益，中位生存期为11个月，1年和2年生存率分别为47%和19%。Zhao等［27］在硼替佐米联合紫杉醇、卡铂及胸部放疗的治疗研究中也提示该方案可潜在获益，其中位存活期为25个月，12个月生存率为73%，但血液系统方面的副作用，如白细胞减少、中性粒细胞减少等有所增加。

4　小结与展望

蛋白酶体抑制剂对肺癌的治疗作用已经取得了一定的研究成果。许多体内外实验证实蛋白酶体抑制剂对肺癌细胞的杀伤作用，目前的临床实验已证实蛋白酶体抑制剂对肺癌的治疗具有很高的可行性。随着蛋白酶体抑制剂的作用机制以及在临床应用方面研究的不断深入，在肺癌方面的作用也会进一步明确，可能成为治疗肺癌的新方法。

［1］Sorokin AV，Kim ER，Ovchinnikov LP.Proteasome system of protein degradation and processing［J］.Biochemistry（Mosc），2009，74（13）：1411-1442.

［2］Moore BS，Eustáquio AS，McGlinchey RP.Advances in and applications of proteasome inhibitor［J］.Current Opinion in Chemical Biology，2008，12（4）：434-440.

［3］Adams J.The proteasome：a suitable antineoplastic target［J］. Nat Rev Cancer，2004，4（5）：349-360.

［4］Orlowski RZ，Kuhn DJ.Proteasome inhibitors in cancer therapy：lessons from the first decade［J］.Clin Cancer Res，2008，14（6）：1649-1657.

［5］Mukhopadhyay D，Riezman H.Proteasome-independent functions of ubiquitin in endocytosis and signaling［J］. Science，2007，315（5809）：201-205.

［6］Buac D，Shen M，Schmitt S，et al.From bortezomib to other inhibitors of the proteasome and beyond［J］.Curr Pharm Des，2013，19（22）：4025-4038.

［7］Tong K，Liu JT，Yuan X，et al.Cell cycle arrest of compound YSY-01A，a new proteasome inhibitor on HT-29 cells in vitro［J］.Chin Pharmaceu Sci，2012，21（5）：448-458.

［8］Gilmore T，Gapuzan ME，Kalaitzidis D，et al.Rel/NFkappa B/I kappa B signal transduction in the generation and treatment of human cancer［J］.Cancer Lett，2002，181（1）：1-9.

［9］Hoeller D，Dikic I.Targeting the ubiquitin system in cancer therapy［J］.Nature，2009，458（7237）：438-444.

［10］Prasad S，Ravindran J，Aggarwal BB.NF-kappaB and cancer：how intimate is this relationship［J］.Mol Cell Bio chem，2010，336（1-2）：25-37.

［11］Escobar M，Velez M，Belalcazar A，et al.The role of proteasome inhibition in nonsmall cell lung cancer［J］.J Biomed Biotechnol，2011，2011（4）：806506.

［12］Ling YH，Liebes L，Jiang JD，et al.Mechanisms of Proteasome Inhibitor PS-341-induced G2-M-Phase Arrest and Apoptosis in Human Non-Small Cell Lung Cancer Cell Lines［J］.Clin Cancer Res，2003，9（3）：1145-1154.

［13］Ling YH，Liebes L，NgB et al.PS-341，a novel proteasome inhibitor，induces Bcl-2 phosphorylation and cleavage in association with G2-M phase arrest and apoptosis［J］.Molecular Cancer Therapeutics，2002，1（10）：841-849.

［14］Brown CJ，Lain S，Verma CS，et al.Awakening guardian an gels：drugging the p53 pathway［J］.Nature Reviews Cancer，2009，9（12）：862-873.

［15］Den linger CE，Keller MD，Mayo MW，et al.Cobined proteasome and histone deacetylase inhibition in nonsmall cell lung cancer［J］.Thorac Cardiovasc Surg，2004，127（4）：1078-1086.

［16］Pandit B，Gartel AL.Proteasome Inhibitors Induce p53-Independent Apoptosis in Human Cancer Cells［J］.Am J Pathol，2011，178（1）：355-360.

［17］Yin D，Zhou H，Kumagai T，et al.Proteasome inhibitor PS-341 causes cell growth arrest and apoptosis in human glioblastoma mulfiforme（GBM）［J］.Oncogene，2005，24（3）：344-354.

［18］Sherwood SW，Kung AL，Roitelman J，et al.In vivo inhibition of cyclin B degradation and induction of cell-cycle arrest in mammalian cells by the neutral cysteines protease inhibitor N-acetylleucylnorleucinal［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1993，90（8）：3353-3357.

［19］Sun T，Yuan X，Huang W，et al.Effects and mechanism of proteasome inhibitor YSY01——A alone or in combination with cisplatin against A549 cells in vitro［J］.Journal of Chinese Pharmaceutical Sciences，2015，24（9）：607-616.

［20］Sun B，Zhang D，Zhang L，et al.Hypoxia influences vasculogenic mimicry channel form ation and tumor invasion related protein expression in melanoma［J］.Cancer Lett，2007，249（2）：188.

［21］Shibata A，Nagaya T，Imai T，et al.Inhibition of NFkappaB activity decreases the VEGF mRNA expression in MDA-MB-231 breast cancer cells［J］.Breast Cancer Res Treat，2002，73（3）：237-243.

［22］刘敬弢，袁霞，徐波，等.新型蛋白酶体抑制剂YSY-01A对肿瘤细胞促血管生成作用的抑制及其机制初探［J］.生物化学与生物物理进展，2013，40（8）：748-756.

［23］Sarhan D，D′Arcy P，Lundqvist A.Regulation of TRAIL-receptor expression by the ubiquitin-proteasome system［J］. Int Mol Sci，2014，15（10）：18557-18573.

［24］Li T，Ho L，Piperdi B，et al.PhaseⅡ study of the proteasome inhibitor bortezomib（PS-341，Velcade）in chemo therapy-naive patients with advanced stage nonsmall cell lung cancer（NSCLC）［J］.Lung Cancer，2010，68（1）：89-93.

［25］Piperdi B，Walsh WV，Bradley K，et al.Phase I/II study of bortezomib in combination with carboplatin and bevacizumab as first line therapy in patients with advanced non-small cell lung cancer（NSCLC）［J］.J Thorac Oncol，2012，7（6）：1032-1040.

［26］Davies AM，Chansky K，Lara Jr PN，et al.Bortezomib plus gemcitabine/carboplatin as first-line treatment of advanced nonsmall cell lung cancer：a phaseⅡ Southwest Oncology Group Study（S0339）［J］.J Thorac Oncol，2009，4（1）：87-92.

［27］Zhao Y，Foster NR，Meyers JP，et al.A PhaseⅠ/ⅡStudy of Bortezomib in Combination with Paclitaxel，Carboplatin，and Concurrent Thoracic Radiation Therapy for Non-Small-Cell Lung Cancer［J］.J Thorac Oncol，2015，10（1）：172-180.

Research progress of proteasome inhibitors in the treatment of lung cancer

HUANG JieyuZHANG Min
Department of Respiratory Medicine，Guangzhou Red Cross Hospital，Medical College，Ji′nan University，Guangdong Province，Guangzhou510220，China

R734.2

A

1674-4721（2016）08（b）-0038-04

2016-05-12本文编辑：程铭）

国家自然科学基金资助项目（81100042）。

黄洁玉（1991.2-），女，暨南大学医学院2014级呼吸内科专业在读硕士研究生；研究方向：肺纤维化。

张敏（1973.1-），女，医学博士，主任医师，硕士生导师；研究方向：肺纤维化。