转化生长因子α(TGF-α)在肿瘤治疗中的应用现状及展望

韩祺蕾(综述) 李 凯(审校)

(复旦大学附属儿科医院外科 上海 201102)

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)。

表1 以TGF-α为靶基因的microRNA对肿瘤细胞的影响Tab 1 Effect of microRNA targeting TGF-α on tumor cells

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/mLvs. 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。