文摘
胰島素樣生長因子(igf)是必不可少的生長和存活,抑製細胞凋亡,促進細胞周期進展,血管生成和轉移性活動在各種癌症。igf行動通過igf - 1受體參與介導細胞腫瘤引起的轉換。這些影響取決於IGF的生物利用度,這是由IGF結合蛋白(IGFBPs)。我們在這裏描述胰島素樣生長因子係統在癌症的作用,針對該係統提出新策略。我們試圖擴大IGF-1R一般觀點,其抑製劑,潛在的局限性IGF-1R,抗體和酪氨酸激酶抑製劑,IGFBP行動。本文論述了新興的觀點,即阻止通過IGFBP IGF是一個更好的選擇比阻塞IGF受體。這可能導致新型癌症治療的發展。
1。介紹
胰島素樣生長因子(IGF)是一種天然的生長激素,在正常的生長和發育中扮演重要角色。互聯網管理論壇的家庭是由胰島素和胰島素稱為IGF - 1和IGF-2兩個因素相似。這些因素直接調節細胞功能與特定的細胞表麵受體和交互激活各種細胞內的信號級聯。igf的細胞反應是主要由igf - 1受體介導的。igf - 1受體的酪氨酸激酶家族生長因子受體。
IGF行為是由六個可溶性IGF結合蛋白(IGFBPs)和IGFBP蛋白酶。IGFBPs占總科6蛋白(IGFBP-1-6)綁定到與高親和力和特異性和家人igf IGFBP-related蛋白質(IGFBP-rPs),它們在結構上類似於IGFBPs但igf結合親和力低很多。
igf - 1循環在等離子體濃度相對較高,大約150 - 400 ng / mL,主要的蛋白結合的形式存在。自由配體濃度小於1%(很少1]。IGF流通不受降解形成一個複雜的家庭高親和力IGF結合蛋白(IGFBPs) [2]。IGFBP-3是最豐富的IGF結合蛋白在血液中的IGFBP-2緊隨其後,肝髒中產生。大部分循環igf - 1和IGF-2與高分子量複雜~ 150 kDa IGFBP-3和酸不穩定的亞基組成的(ALS) (2]。一旦三元複雜的解離,IGFBP-IGF的二元複合物中循環,穿過內皮達到目標組織和與細胞表麵受體(圖1)。在組織,IGFBPs可能抑製的igf受體之間的相互作用,為igf IGFBPs有高親和力受體。在某些情況下,IGFBPs可以提高IGF作用在局部微環境作為儲層,可以緩慢釋放配體。此外,一些IGFBPs可以IGF-independent影響細胞(2]。
igf信號蛋白(~ 7.5 kDa)的行為是由IGF-1R,受體和訪問是受IGFBPs,大小不等的(~ 22-31 kDa)和分享彼此整體序列和結構同源性。強烈IGFBPs綁定igf (-700點)和抑製igf的行動阻止他們進入受體。蛋白水解作用深受IGFBPs igf的複雜,使他們能夠綁定並激活的細胞表麵受體。放鬆管製的IGF-1R信號已經指出導致各種各樣的疾病,包括糖尿病視網膜病變(3),糖尿病腎病(4),年齡相關性黃斑變性(5)、心血管疾病和衰老和多種癌症5]。
胰島素樣生長因子係統獲得了巨大的利益在過去的十年裏,因為它在癌症中起著重要的作用。目前癌症的治療方案對靶向治療(了6,7),而不是傳統的化療。許多策略利用目標腫瘤。最常用的策略是工程抗體或抗體片段(8]。盡管單克隆抗體是非常挑剔,可憐的滲透在腫瘤和高生產成本阻礙他們的使用治療藥物(9]。電流療法針對IGF-signalling途徑關注阻塞IGF-1R,直接和/或其下遊效應器(10]。然而,這種方法的一個潛在缺點是產生的副作用或毒性由於其幹擾胰島素通路。作為一個更有效的選擇,我們建議IGFBPs可以開發基於IGF-antagonist癌症治療服務塊IGF-1R,介導腫瘤進展。值得注意的是,IGFBPs不綁定胰島素,從而不幹擾insulin-insulin受體相互作用。
在當前,我們將提供胰島素樣生長因子係統的簡要概述,討論一些文學和實驗數據報告演示的胰島素樣生長因子係統在癌症中的作用和發展新的靶向抗癌療法。因為它是不可能提供完全覆蓋所有發表論文處理胰島素樣生長因子係統,我們主要集中在不同的策略針對胰島素樣生長因子係統在癌症和試圖概述IGF係統包括IGF-1R IGF-1R的抑製劑和潛在的局限性,抗體和酪氨酸激酶抑製劑,IGFBP行動,並通過IGFBP阻塞IGF(這是更好的選擇比阻塞IGF受體)導致了癌症治療的新發展。
2。發現/胰島素樣生長因子係統的曆史
IGF家族的第一個成員被確定是胰島素,與隨後的調查結果說明在葡萄糖代謝的作用,其在糖尿病的病因學的影響。這個發現使調查發生了爆炸的結構、功能和胰島素的作用機製。這個分子的巨大興趣,導致三個諾貝爾獎的讓步胰島素的調查:在1923年的發現其治療糖尿病的能力由弗雷德裏克·班廷和j·j·麥克勞德(11),1958年第一序列的蛋白質由弗雷德裏克·桑格(12),1963年首次確定蛋白質的三維結構,多蘿西何傑金氏病(13]。因此,胰島素的調查已經在許多科學領域的先驅。後,igf被發現,發現複雜參與胚胎發育和產後增長。
igf的存在於1957年首次提出的鮭魚和Daughaday,的基礎上,研究表明,生長激素(GH)沒有直接刺激公司的硫酸軟骨而是行動通過血清因子(14]。在最初的研究中,鮭魚和Daughaday35S-labeled氨基酸被納入軟骨移植組織和被用作代理的增長。正常大鼠的血清誘導35S-amino酸並入軟骨,但不是從切除垂體大鼠血清。然而,從切除垂體大鼠血清GH治療取得了血清,允許35S-amino酸結合,表明GH信號的第二信使是必要的。這個因素最初稱為硫酸鹽化作用因素,然後生長調節素,,最終,胰島素樣生長因子- 1和胰島素樣生長因子2。igf - 1沒有純化和特征,直到超過二十年後15]。所使用的術語“胰島素樣”,因為這些因素能夠刺激葡萄糖攝取脂肪細胞和肌肉,而且,的確,igf - 1和IGF-2和胰島素(顯示大約有50%的同源性15,16]。
隨後的調查表明,GH,綁定到其跨膜受體後,啟動信號級聯導致igf - 1及相關基因的轉錄調控。最初認為全麵增長是由GH表演主要是刺激肝髒igf - 1生產,然後通過血液循環達到組織目標激活機製參與組織擴散,增長,新陳代謝。顯然,現在是GH不僅有獨立操作,不涉及igf - 1生產(17),但igf - 1合成發生在許多組織的控製下各種地方和循環因素,其中可能包括GH (18- - - - - -21]。此外,本地生產的igf - 1可能直接負責GH的生長促進作用,而不是循環生長因子(22]。
2.1。igf - 1的合成和分泌
IGF功能作為一個組織循環激素和生長因子。肝髒是最流行的生產房子igf,激素和營養因素。生長激素(GH),這是產生在腦下垂體下丘腦的控製因素,刺激igf - 1生產(圖2)。
胰島素樣生長因子結合蛋白(IGFBPs)也在肝髒合成。互聯網管理論壇配體除了IGFBPs交付以內分泌的方式通過循環從肝髒在IGF-responsive組織。igf和IGFBPs也在其他器官產生自分泌或旁分泌機製,經常涉及基質之間的相互作用和上皮細胞的數量23]。
2.2。自分泌和旁分泌IGF的行動
胰島素樣生長因子發揮重要作用在調節細胞增殖和抑製細胞凋亡。igf是無所不在地表達和行動以自分泌/旁分泌的方式通過綁定igf - 1受體(IGF-1R)。組織中IGF的生物利用度是由本地和係統性因素決定的。當地的因素包括受體表達水平、各種IGF結合蛋白(IGFBPs)和IGFBP蛋白酶。係統性因素主要是那些調節igf的循環水平,如生長激素(GH)和各種營養因素。培養細胞的研究證明了IGF-1R是經常在癌症細胞係。
igf不存儲在一個特定的組織細胞,但全身出現在非常高的水平。他們周旋於總濃度大約1000倍的肽激素,雖然大部分組織水平低,他們仍然出現在最大細胞所需的大量過剩與刺激。這些高水平的維護與IGFBPs由於他們的協會,這大大減緩他們的間隙。IGFBPs綁定igf的親和力大於他們的細胞表麵受體,使他們能夠嚴格控製組織活動。IGFBPs IGFBP蛋白酶修改,降低他們igf結合的親和力。組織中igf是監管者的細胞生存、生長、新陳代謝,和分化功能;這些行動的複雜係統具有特異性。
2.3。證據自分泌/旁分泌igf - 1的行動研究的轉基因小鼠
當地igf - 1行動的最有說服力的證據來自轉基因線(Tg)小鼠中的igf - 1的過表達在特定的組織,例如,大腦,乳腺和肌肉。這些Tg小鼠模型展示特定的器官或組織的增生igf - 1超表達,並沒有一個循環igf - 1水平的改變。報道稱,這些小鼠模型總結表1。在每一個模型研究生物器官的行為igf - 1轉基因表達了。體內igf - 1,因此,可以發揮當地行動。
其他實驗,解決當地igf - 1操作生成Tg老鼠IGFBPs過表達在特定的組織。在這裏,期望這些IGFBPs IGF-I抑製當地的行為體現。這樣研究得出的結果符合那些來自特定站點igf - 1超表達的研究。例如老鼠IGFBP-4超表達的平滑肌受監管的區域α肌動蛋白基因(24]。轉基因IGFBP-4表達導致平滑肌發育不全。缺乏任何改變循環IGFBP-4或igf - 1和發育不全的限製平滑肌認為抑製igf - 1的增長促進對平滑肌的影響。選擇,但是不太可能,解釋是IGFBP-4抑製igf - 1的行動源自於循環和/或獨立於IGF-I IGFBP-4抑製增長機製。其他Tg小鼠模型已經取得了一致的結果。例如,行數IGFBP-1 Tg的老鼠表現出器官生長阻滯出現由於IGFBP-1抑製IGF活動的能力,在特定的組織,例如,在大腦25- - - - - -27]。
3所示。IGF受體(IGF-Rs)
胰島素樣生長因子係統由兩個主要的受體(IGF-1R和IGF-2R)。IGFIR和IGF-2R都跨膜糖蛋白,完全不同的結構和功能19- - - - - -21,28- - - - - -31日]。IGF-1R四聚物,由兩個相等的α子單元和兩個相等的β子單元(28,29日,32]。IGF-1R類似於胰島素受體在結構層麵上,同源性為60%。igf和胰島素精通cross-bind彼此的受體,雖然與較弱的親和力比首選配體(33,34]。IGF-1R和紅外可以雜交形成異質二聚體組成的α子單元和一個β每個受體亞基(28,30.)如圖3。胰島素/ igf - 1混合受體的數量從組織到組織中明顯不同。自其與igf - 1的結合親和力高於胰島素,受體被認為函數主要是作為igf - 1受體,但其生物學意義仍然大多不明。
postreceptor信號轉導事件包括磷酸化胰島素受體底物(IRS)家族的蛋白質和激活phosphatidylinositol-3 (PI-3)和增殖蛋白激酶(MAPK) [19,35]。這將導致大量的事件,包括細胞周期蛋白D1的upregulation導致視網膜母細胞瘤蛋白的磷酸化和下遊靶基因的表達,如細胞周期素E [36,37]。此外,IGF-1R激活會使細胞循環抑製像PTEN38,39),這表明多個通路參與生產的促有絲分裂的影響。激活國稅局觸發兩個胞內信號網絡的激活:Ras / Raf Mek / Erk和PI3K通路。第一個是主要參與調節胰島素和胰島素樣生長因子的促有絲分裂的影響,雖然PI3K通路,通過Akt介導的代謝和細胞生長反應。Akt-mediated代謝效應是引起酶的激活參與糖質新生,葡萄糖吸收,蛋白質合成、細胞和脂肪生成,而增長主要由mTOR通路誘導的反應。
IGF-2R是單體的29日,40- - - - - -42),最大的跨膜受體IGF-1R完全無關,和胰島素受體(IR)。在受體的細胞外域,三個配體結合區域發現一個IGF-2綁定和兩個蛋白質包含mannose-6-phosphate (M6P)和休眠形式的轉化生長因子- (TGF)β(30.]。IGF-2R綁定,TGF -β,激活後者(40,43]。IGF-2R也叫IGF-II / M6P受體可以綁定IGF-2和M6P-containing分子。IGF-1R的表達是受類固醇激素和生長因子(29日,32]。因為高igf - 1水平導致低水平的IGF-1R, igf可以作為負反饋信號抑製表達IGF-1R [44,45]。矛盾的igf的影響,其他生長因子,包括基本的FGF, PDGF, EGF,刺激IGF-1R表達式(32,46,47]。的表達IGF-1R還受到雌激素刺激,糖皮質激素,GH, FSH,促黃體激素和甲狀腺激素(28,32]。另一方麵,腫瘤抑製基因產品,如野生型p53蛋白和WT1(霍奇金病的腫瘤蛋白質),抑製表達IGF-1R [11,48- - - - - -50]。IGF-1R水平也受到營養(13,51,52]。我們不太清楚IGF-2R表達式的規定,雖然一些研究[29日,30.,53,54]表明,胰島素,igf、EGF和M6P IGF-2R水平增加,細胞膜。綁定igf IGF-1R激活受體的酪氨酸激酶活性,開始一連串的反應在許多分子參與信號轉導通路(圖3)。
IGF-2R作為循環IGF-2獨特的清道夫。受體的胞外域水解蛋白水解乳溝,從細胞膜可溶性片段,循環血液中能夠綁定到IGF-2並促進其降解[55- - - - - -60]。這些受體,此外IGFBPs,提供額外的控製IGF-II的循環水平。
4所示。胰島素樣生長因子結合蛋白(IGFBPs)
胰島素樣生長因子結合蛋白(IGFBPs)最初發現而淨化從血清igf - 161年,62年]。胰島素樣生長因子(igf)是存在於細胞外液體載體蛋白(表綁定到高親和力2)。六個形式的IGF結合蛋白(IGFBPs)克隆和他們取得了完整的序列(63年]。
IGFBPs有三個領域。人類IGFBPs 1 - 6都含有216 - 289個氨基酸組成的三個領域大致相等的大小,與守恒的N - C-domains被加入了“鏈接”區域(2,64年]。IGFBPs 1 - 5有18個保守半胱氨酸,而IGFBP-6有16個(2,65年]。的N-domains IGFBPs 1 - 5包含六個二硫和共享一個守恒GCGCC圖案;IGFBP-6股票所有的這些除了兩個相鄰半胱氨酸在這個主題。因此,前三個氨基二硫IGFBP-6不同於IGFBP-1和聯係,通過暗示,其他IGFBPs65年]。相比之下,其餘N-domain二硫化和所有三個C-domain二硫化IGFBPs可能是守恒的。
IGFBPs 1 - 6的序列比對是描繪在圖4,N-domains IGFBP 1 - 5包含六個二硫和共享一個守恒GCGCC圖案;IGFBP-6股票所有的這些除了兩個相鄰半胱氨酸在這個主題。已知C-domains共享高度保守的CWCV主題。但是中央域不包含任何半胱氨酸和展覽同源性。
六IGF結合蛋白與細胞表麵受體無關,但結構密切相關,盡管它們是每個產品不同的基因,他們都有非常明顯的功能性質。表3總結了抑製的結果IGFBPs活動及其在癌症中的作用。
4.1。IGFBP蛋白酶
自從發現IGFBP-3蛋白酶在精漿66年)和人類妊娠期血清(67年),IGFBP蛋白酶已經知道在各種體液(68年]。IGFBP蛋白酶屬於蛋白酶超家族,向IGFBPs與特異性,從而調節IGFBPs的作用。這些蛋白酶主要因素調節的水平IGFBPs並最終igf的生物活性和下遊的行為69年]。
IGFBP蛋白酶大致分為三大超級families-serine蛋白酶(kallikrein-like絲氨酸蛋白酶),基質金屬蛋白酶(MMPs),和組織蛋白酶70年,71年]。科恩等人的作品展示的意義IGFBP蛋白酶和描述性的審查Fowlkes英裏談論他們的分類70年,71年]。表4總結了不同IGFBP蛋白酶及其目標底物與目標序列特異性。
前列腺特異抗原(PSA),第一個IGFBP蛋白酶被發現在精漿66年)之後,在妊娠期血清(72年),是一種絲氨酸蛋白酶產生的前列腺和已知降解IGFBP-3 [66年]。γ神經生長因子(神經生長因子),同源PSA,也是降低IGFBP-3 IGFBPs 4、5和6,從而提高IGF的行動。表皮生長因子結合蛋白(EGFBP)、人血漿激肽釋放酶(hPK)和腎素是相對貧窮的IGFBP蛋白酶(71年]。
基質金屬蛋白酶是calcium-dependent zinc-containing肽鏈內切酶,降解能力等細胞外基質分子膠原蛋白,彈性蛋白,明膠,矩陣糖蛋白、蛋白聚糖(71年,73年- - - - - -75年]。這些細胞外的酶也被認為是會積極反對IGFBPs [74年]。他們是第一個發現IGFBP-3蛋白酶在人類皮膚成纖維細胞(74年,76年]。這些基質金屬蛋白酶為退化IGFBPs 1, 2, 3, 4, 5知從各種科學研究包括研究表明金屬蛋白酶- 1的蛋白水解解理IGFPB-1和IGFBP-2氣道平滑肌細胞。(71年,73年,76年- - - - - -78年]。研究表明,MMP-3和MMP-9 IGFBP-1滅亡。金屬蛋白酶- 1和MMP-3退化rhIGFBP-3在更大程度上比MMP-2體外(74年]。ADAM-12, disintegrin金屬蛋白酶,也已知蛋白水解活性對IGFBP-3 [77年]。
組織蛋白酶屬於一個家庭的溶酶體蛋白酶與最優活動在酸性條件下發現的蛋白水解活性在IGFBP-3 [70年,71年]。組織蛋白酶D是一個著名的IGFBP蛋白酶在酸化蛋白水解活性對IGFBPs 1 - 5所示條件(70年,79年]。在中性條件下,蛋白水解活動似乎不清楚。
中央連接器領域,是最保守的地區並沒有被認為是任何IGFBPs IGF結合位點的一部分,但據報道,四個主要蛋白酶在IGFBP-2乳溝網站,確定為Tyr103和Gly104之間Leu152 Ala153, Arg156 Glu157, Gln165和Met16680年]。鏈接器的研究涉及突變的選擇殘留IGFBP-4導致蛋白酶域IGFBP-4的電阻率81年]。這導致這樣的結論:IGFBPs發生在特定網站的蛋白質水解蛋白酶,如果自我平衡的條件(例如,PAPP-A活動在正常細胞株)。的報告顯示鏈接器領域最蛋白質水解N -敏感,C -,和鏈接器領域,它作為行列式從IGFBPs IGF的釋放。因此,詳細了解與IGF L-IGFBP-2原子水平的相互作用是非常重要的。這可能有助於確定這些變化可以帶來在連接器領域精心調製的IGF釋放,這可能進而防止不必要的IGF-1R,信號控製異常細胞的生長和增殖。另外,在細胞增殖需要的條件(例如,傷口愈合),控製釋放IGF可能促進IGF介導細胞生長和增殖。因此,研究鏈接器的結構域(L-IGFBP-2)及其交互作用與igf - 1和igf - 1的變化動態的存在在我們的實驗室研究。
4.2。癌症中IGFBP蛋白酶的重要意義
IGFBP蛋白酶已知目標和降低IGFBPs更小的碎片,從而降低igf IGFBPs的親和力。這導致IGF結合各自IGF受體導致細胞增殖信號,增長,細胞遷移。激肽釋放酶也被用作生物標記物在癌症82年]。除了蛋白質水解的意義在調節組織中IGF的生物利用度和提高IGF的親和力IGF受體,這似乎發揮重要作用在腫瘤進展和腫瘤細胞生存考慮autocrine-paracrine行動IGF軸。因此,IGFBP蛋白酶在癌症研究中有潛在的臨床意義。
一個新穎的方法在這方麵的發展缺乏IGFBP蛋白酶的變異IGFBPs乳溝網站,呈現他們抗蛋白酶。這作為一個潛在的治療劑抑製IGF顯然通過IGF受體。這樣的研究報道,十年前,抗蛋白酶IGFBP-4設計和體內研究的抗蛋白酶IGFBP-4 [81年]探索確認完整的抵抗IGFBP-4蛋白酶表明突變IGFBP-4導致生長抑製比同等水平的本地IGFBP-4展示角色IGFBP-4蛋白質水解中igf - 1的規定動作和一個潛在的含義在癌症81年]。在另一個類似的體內研究中,抗蛋白酶IGFBP-4已被證明阻止IGF活動,腫瘤生長和血管生成83年]。
在最近的另一個研究中,一種新的方法已經被用於開發抗蛋白酶(PR)和抗蛋白酶/ non-matrix-binding(公關/ NMB)的變體IGFBP-2作為潛在的腫瘤生長抑製劑(84年]。他們推測,缺乏蛋白酶和matrix-binding網站呈現IGFBP-2缺乏促進IGF-dependent行動的能力(通過釋放igf受體)和IGF-independent行動(通過ECM綁定)。體外和體內研究表明,突變IGFBP-2(缺乏中央大部分鏈接域)能夠抑製腫瘤生長可能通過抑製血管生成。學業承諾開辟新的途徑更好的定位策略在不久的將來癌症治療的有效性。
4.3。IGFBP-Related蛋白(IGFBP-rPs)
的IGFBP總科包括6個成員(IGFBP-1 IGFBP-6)與高親和力igf - 1和IGF-2 10 IGFBP-related蛋白質(IGFBP-rP1 IGFBP-rP10)與低親和配體。值得注意的是,IGFBP-related蛋白1 (IGFBP-rP1),也稱為胰島素樣生長因子結合protein-7 (IGFBP-7) [85年),被確定為一個分泌和低親和力IGFBPs。它不同於其他低親和力IGFBP-rPs強烈,它可以綁定胰島素(86年),這表明IGFBP-7很可能從其他IGFBPs具有不同的生物功能。IGFBP-related蛋白1(或IGFBP-7)被發現在女性生殖係統一個重要的角色。這是涉及人類子宮內膜接受folliculogenesis以及增長,發展,回歸的黃體在高等哺乳動物(87年- - - - - -89年]。其他的研究表明,它可以誘導細胞凋亡在前列腺癌M12細胞係(90年]。
Rupp等人證明,增加IGFBP-7腫瘤抑製功能,它可以促進anchorage-independent增長的惡性間質細胞和上皮細胞EMT-phenotype IGFBP-7時所表達的腫瘤細胞自身(91年]。IGFBP-7的表達在腫瘤相關成纖維細胞也可以促進殖民地形成上皮腫瘤細胞與IGFBP-7-expressing cocultured癌症相關的成纖維細胞(戰亂國家)二級旁分泌tumour-stroma交互。朱等人最近審閱的胰島素樣生長因子的角色綁定相關蛋白質蛋白質1,IGFBP-rP1,癌症92年]。在許多癌症,IGFBP-rP1作為一個腫瘤抑製基因通過抑製增殖和誘導細胞凋亡和衰老。然而,也有一些矛盾的數據和不同的意見;例如,IGFBP-rP1被報道為促進神經膠質瘤細胞生長和遷移93年]。最近報道,IGFBP-rP1可以綁定到IGF-1R並阻止其激活(94年]。
4.4。IGFBP結構
IGFBPs的結構特點,攜帶igf的循環,是非常重要的對於理解他們的角色在正常生長發育和疾病。胰島素樣生長因子結合protein-2,第二個最豐富的IGFBP在循環,形成二元複合物與IGF是32 kDa的大小(289氨基酸殘基)與三個不同的區域:高度保守的氨基端地區(IGFBP同族體域),的高度保守的c端地區甲狀腺球蛋白1型重複(95年],IGFBP-2 mid-region稱為鏈接器領域的多個卵裂站點。IGFBP-1的c端結構域,IGFBP-2, IGFBP-6如圖5。
值得注意的是,c端域包含一個arginine-glycine-aspartic酸(RGD)主題可以綁定到整合蛋白,參與細胞介導的信號。N和c端域半胱氨酸富人和結構化,他們兩人有IGF綁定屬性能夠調節IGF / IGF受體相互作用[96年]。而一些報道強調了綁定的n端結構域的重要性IGF誘變實驗(97年和碘化保護研究98年),其他人形容IGFBP-2 c端地區扮演重要的角色在綁定igf誘變實驗(99年,One hundred.)和核磁共振光譜(101年]。一些人強調合作的氨基端和c端領域扮演的角色綁定中igf - 1 (102年]。的結構方麵IGFBPs最近看過的《福布斯》等。103年]。交互的重要結構特征IGFBPs與細胞外基質和整合蛋白。此外,他們強調了重要的結構特點與igf和其他合作夥伴也綁定。
4.5。人類由NMR IGFBP-2綁定的結構的研究
雖然IGF-1-IGFBP-IGF-1R軸的生物行為都進行了廣泛的研究,一個完整的理解IGF-IGFBP缺乏在結構層麵上的相互作用。我們的目標是闡明IGF-IGFBP交互在原子水平的機械方麵為了發展IGFBPs癌症療法。
結構表征的一個關鍵挑戰長篇IGFBPs已經很難表達大量的這些蛋白質核磁共振/ x射線晶體學分析。我們已經開發了一種高收益的方法表達完整的重組體人IGFBP-2 (hIGFBP-2)大腸杆菌(104年]。使用單步淨化的協議,我們獲得hIGFBP-2純度> 95%。高濃度的蛋白質是一種單體(30毫克/毫升)所需結構的研究在一個單一的形態表現出一種獨特的分子內disulfide-bonding模式。因此,第一次獲得高收益的表達野生型重組人類IGFBP-2大腸杆菌和一個長篇IGFBP發起的結構性特征。我們目前正在研究的分子相互作用的不同域hIGFBP-2 igf - 1,特別是中央靈活領域扮演著一個關鍵的角色在蛋白質功能和監管。這些是本部分中描述。
4.5.1。IGFBP-2 Nanotubular結構由一個片斷的研究
我們最近發現的c端片段hIGFBP-2(殘留249 - 289)這種自發和可逆nanotubular nonreducing條件下結構和減少條件下仍然是作為一個單體。這些nanotubular結構被廣泛的研究通過透射電子顯微鏡(TEM),核磁共振光譜數據6(一)和6 (b))和圓二色性(CD)和它們的形成機製工作了(105年]。
(一)
(b)
4.5.2。IGFBP-2納米管的生物醫學應用
RGD主題在這個多肽片段的存在提供了新穎的生物醫學應用的途徑。識別的RGD已知主題整合蛋白。這種自組裝的設計含RGD多肽片段的主題可以用來提高癌症治療的療效。我們已經探討了利用這些納米管癌細胞成像的可能性。這是基於這個想法,在許多癌症,整合蛋白大量表達在細胞表麵。因此,IGFBP-2249 - 289納米管可以開發識別癌細胞通過綁定的位置通過RGD主題整合蛋白。為此,我們進行了酶和細胞增殖測定有助於描述綁定通過RGD主題整合素的納米管。
5。針對胰島素樣生長因子係統在癌症治療策略
治療策略針對IGF係統的各個組件,不同程度的成功,開發不同類型的癌症的治療。描述和每個目標策略的挑戰將是開明的在這一節中。
5.1。針對IGF-R: IGF-Rs癌症的治療潛力
IGF-1R激活酪氨酸的磷酸化β亞基的結果在PI3K / AKT激活和RAS / MAPK通路(106年,107年),進而調節細胞生存和增殖。IGF軸是嚴格監管在正常生理條件下維持細胞內穩態和增長。基因改變IGF-1R導致不同程度的表達在癌症被發現一個鏈接(108年]。這些受體可能激活腫瘤細胞在一個不受監管的方式。(突變,染色體易位,異常刺激,以及基因組印記的損失)。
IGF-1R不單獨驅動腫瘤細胞增殖;然而,大多數需要致癌基因調解錨地自主增長由於其產權調解增殖和細胞存活。這是一個關鍵的過程中實現轉移腫瘤細胞(107年,109年]。
高水平的igf - 1報告了幾例乳腺癌和前列腺癌(110年和由於IGF-2母本印記111年,112年),損失的印跡結果biallelic表達式,從而增強IGF-2生產和疑似癌症發展機製和發展在許多條件下(111年,113年- - - - - -115年]。這些更高層次的igf - 1和IGF-2促進IGF-1R信號,因此激活下遊通路。增加IGF-1R已被證明在不同類型的癌症,黑色素瘤和癌116年- - - - - -118年]。考慮疾病預後、治療方法基於目標IGFRs似乎在癌症研究中有前途的。
IGF-R的另一個方麵是形成IGF-1R /紅外混合動力車隨機胰島素half-receptor協會(IR-A)與IGF half-receptor添加進一步複雜性受體靶向策略119年]。紅外同種型(IR-A)是在癌症和紅外的胎兒對碘氧基苯甲醚(而另一半IR-B參與調節葡萄糖攝取)和IGF-1R也在癌症。與這些受體的過度表達,形成IGF-1R /紅外混合受體。這些有廣泛的結合特異性結合igf - 1, IGF-2,胰島素(119年]。針對這些混合受體成為幾個策略。
有幾種方法的目標IGF-R直到目前為止,即小分子酪氨酸激酶抑製劑(TKIs) anti-IGF-1R抗體和分子藥物,如反義和小幹擾rna (si-RNAs) [107年,120年)(圖7)。
雖然很多是針對IGF-Rs通過TKIs anti-IGF-1R抗體和他們的目標策略上有詳細的多個評論(108年,120年- - - - - -129年),所知甚少在前使用反義技術和si-RNAs目標上。表5和6總結的一些不同TKIs和anti-IGF-1Rs研究。
最近的進步在這種方法中顯示我們可以IGF-Rs基因目標。腺病毒表達反義IGF-1R截斷IGF-1R,病毒載體表達截斷IGF-1R,被用來成功地阻止IGF-1R,從而抑製體外和體內致瘤性,同時也有效地阻止了igf - 1和IGF-2-induced Akt-1激活。
研究在小幹擾rna (siRNAs)誘導的IGF-1R基因沉默而不影響胰島素受體證明siRNAs塊IGF信號,從而提高廣播和化學敏感性和鋪平道路的另一種方法治療潛力,並可能在未來產生nucleic-acid-based療法(125年,130年]。IGF-1R瞄準在診所的功效取決於主要因素如IFGR本身在腫瘤的作用,抑製體內siRNAs和反義治療的潛力,和補償的其他信號通路由於IGFR損失(130年]。
這些研究也證明了潛在的遺傳封鎖IGF-1R及其療效和預後的研究在一些惡性腫瘤,肺癌、結腸癌、和胰髒癌(131年,132年]。這種反義和占主導地位的消極策略(截斷)也增強腫瘤細胞化學敏感性,有效的化療和放療誘導細胞凋亡。一個顯著特征是腫瘤細胞誘導的免疫保護體內死於IGF-1R-antisense技術。主要缺點是反義藥物引起足夠的也差別IGF-1R對這些影響胰島素受體。
Cotargeting IGF-Rs連同其他腫瘤促進途徑是另一種方法來有效地克服阻力的局限性,傳統的化療和內分泌治療單一代理前麵部分中討論的目標之間的相聲IFG-R和rtk /類固醇激素是促進腫瘤發生。IGF-1R已知與幾個通路和分子相互作用,受體酪氨酸激酶(rtk),包括胰島素受體(IR)、表皮生長因子受體(EGFR),血管內皮生長因子受體(VEGFR) mesenchymal-epithelial轉換因子(遇到),血小板源生長因子受體(PDGFR)和纖維母細胞生長因子受體(FGFR)和類固醇激素包括雌激素受體α和β,雄激素受體(AR)和孕激素受體(PR)。這種新穎的做法屬於相聲cotargeting [133年]。這樣的目標市場選擇戰略的例子包括單克隆抗體和小分子酪氨酸激酶抑製劑,在組合或cotargeting IGF-1R和EGFR受體(123年,134年,135年),同時這兩個受體的目標是成為一個有前途的新方法。在最近的一項研究中,cotargeting IGF係統和HIF-1(低氧誘導因子- 1)已被證明能夠抑製乳腺癌細胞的遷移和入侵(136年),這表明ligand-targeting化合物,或IGF coinhibition HIF-1係統,可以防止激活補償信號(由於交叉會談),從而提供一個有價值的和小說除了IGF-1R inhibitor-based療法(136年]。
IGF-2R值得提及,因為研究表明,甘露糖6-phosphate /胰島素樣生長factor-II受體(M6P / IGF-2R)功能在細胞內販賣溶酶體酶,激活的生長抑製轉化生長因子β2,IGF2的退化在腫瘤(中)。研究表明,M6P / IGF-2R基因功能作為一個腫瘤抑製基因在人類肝髒致癌作用[137年]。
5.2。針對igf: igf癌症的治療潛力
胰島素樣生長因子(IGF), IGF - 1和IGF-2是配體結合IGF受體(IGF-1R)和調節癌症細胞增殖、存活和轉移。自從IGF軸是參與調節細胞轉移,癌細胞轉移的途徑中起著重要作用,核擴散和許多研究在過去的數十年間曾試圖建立血清IGF水平與癌症風險之間的關係。
許多實驗證明增加腫瘤細胞增殖與igf - 1的濃度增加(138年]。各種各樣的人類流行病學研究描述igf - 1的循環水平之間的相關性加上IGFBPs患各種癌症的風險,肺癌、結腸癌、乳腺癌和前列腺139年- - - - - -143年]。循環igf - 1水平發揮重要作用作為風險因素在乳腺癌的乳腺腫瘤的發病和發展(144年]。體內研究表明,致癌作用和癌症進展受到生殖細胞係的影響變化的基因編碼的信號分子GH-IGF-1軸和這些突變通常是與遺傳相關的操作144年)和igf - 1水平低;因此,腫瘤生長影響igf - 1生理(145年]。然而,循環igf - 1水平與癌症風險之間的聯係仍然隱藏的不足。兩個相互矛盾的假設igf - 1與癌症風險之間的關係由Pollak(下劃線146年]。
首先,如果一個細胞被認為是風險(例如,體細胞突變導致DNA損傷積累),IGF生物活性在細胞微環境細胞生存和發展的命運影響惡性細胞譜係或凋亡早期的致癌作用。平衡受損細胞的凋亡細胞死亡和生存可能稍微傾向於生存的環境中IGF高水平,這將有利於惡性克隆的出現。這樣的數以百萬計的DNA受損細胞的命運決定每一小時,甚至適度上igf - 1水平更高的生存概率的影響可能導致流通協會與癌症風險水平(146年]。其次,igf - 1水平對癌症風險的影響有點相關的早期的致癌作用。更高的igf - 1水平促進早期癌症的快速增殖的階段可以臨床檢測。這種損傷是常見的成年人,和癌症診斷的概率會反映這些病變進展可檢測和臨床重要尺寸,後一過程影響igf - 1水平(146年]。
發現前列腺癌的可能與第二個假設一致。這是一致的視圖,igf - 1水平更相關進展的早期病變的概率比早期癌形成的實際過程。Pollak稱,假設都是合理的,並不是相互排斥的;也沒有明確的機械的證據來支持他們(的146年]。
IGF-2也是一個為igf - 1受體和配體存在於血清濃度一般高於IGF-I。IGF-2R作為水槽IGF-2R和不允許後者的信號轉導和具有腫瘤抑製基因的特點是針對IGF-Rs(前一節中討論137年]。
幾個候選藥物目標igf - 1信號被發現具有抗腫瘤的活性通過體外和體內模型的研究,既是單一藥物,結合目前批準的藥物。幾個開發的高親和性抗體和igf - 1和IGF-2交叉反應,這些都是在他們的早期發展階段。讀出- 573是一個這樣的人類抗體(完整的人)中和IGF - 1和IGF-2,從而抑製IGF信號通過IGF-1R和IR-A通路。研究還表明,讀出- 573抑製體內生長IGF-I——或者IGF-II-driven腫瘤(147年]。垂體切除術也被認為是一個igf - 1配體降低策略也是成功地用於hormone-responsive乳腺癌患者(148年]。antiligand方法的優勢在於它有可能阻止的作用IGF-2胰島素同種型,不幹擾胰島素的行動。這一發現是針對各種癌症,IGF-2生產自分泌(126年]。
5.3。針對IGFBPs: IGFBPs癌症的治療潛力
在文獻中有越來越多的證據表明IGFBPs IGF-independent地也會導致細胞凋亡(149年),他們可以展示對腫瘤生長抑製作用和癌症(150年]。
盡管IGFBPs可以防止IGF IGF-1R綁定,因為他們的高親和力比IGF-1R IGF,它還可以誘發腫瘤生長和進展情況IGFBP蛋白酶水平高和/或當IGFBPs與ECM進行交互。因此,修改IGFBP取決於目標組織和疾病狀態。例如,IGFBP-3 proapoptotic,抗增殖和抗血管新生函數在體外腫瘤模型(69年,151年]。另一方麵,IGFBPs蛋白酶的存在可以促進腫瘤進展。IGFBP-2和IGFBP-5 upregulation CRPC是一個很好的例子。在PSA的存在和其他影響因素IGF-I / IGFBP-2和IGFBP-5綁定,它將導致交付的igf IGF-1R 21和激活下遊信號通路,從而幫助去勢抵抗疾病的進展(152年,153年]。最近,巴克斯特等人回顧IGFBPs及其細胞IGF交通行為超出了他們的內分泌作用[154年]。他們在pericellular表明IGFBPs也可以功能和細胞內部分調節細胞生長和生存。進一步與其他蛋白質相互作用包括正則配體igf - 1和IGF-II。也表明IGFBPs細胞內功能的轉錄調節、誘導細胞凋亡、DNA損傷修複也指出,他們的友好參與腫瘤發展,發展,抵抗治療。
5.3.1。癌症IGFBPs刺激/抑製的影響
IGFBP-1。IGFBP-1各種磷酸化形式中IGF - 1的親和力高於非磷酸化蛋白,抑製IGF作用[155年]。一項有趣的研究使用IGFBP-1缺陷小鼠證明IGFBP-1可以作為細胞通過壓抑TGF生存因素β激活(156年),但這一努力的相關性對癌細胞的生存是不理解。總體上沒有具體確認IGFBP-1刺激腫瘤生長或是廣泛腫瘤生長抑製劑(157年]。
IGFBP-2。IGFBP-2超表達在老鼠身上發現抑製結直腸腺瘤的發展通過減少細胞增殖的腫瘤生長的抑製作用158年]。有重要的證據進一步增長IGFBP-2在許多腫瘤係統的促進作用,通過回收igf (159年]。IGFBP-2包含一個Arg-Gly-Asp主題,但是替換這些氨基酸殘基並不影響細胞結合IGFBP-2 [160年]。此外,這與主題α發現5整合素和參與調控IGFBP-2對神經膠質瘤細胞遷移和入侵的影響161年,162年]。
IGFBP-3。IGFBP-3可以作為腫瘤抑製基因和一些癌症組織中表達下調。然而,經濟增長促進IGFBP-3被描述幾種機製,包括其重疊與其他細胞信號係統。的強化IGF-I依賴IGFBP-3擴散,在1988年首次描述的人類皮膚成纖維細胞(163年),也被發現在乳腺癌和其他一些細胞類型(68年,164年- - - - - -166年]。進一步在某些情況下,IGFBP-3刺激IGF - 1展示了行動,甚至是可以忽略不計的IGF衍生品與結合蛋白(167年),因此結果不太可能涉及IGFBP-3以某種方式呈現igf受體。
在非小細胞肺癌患者,觀察IGF-1R最大的激活腫瘤中表達高水平的IGFBP-3 [168年),盡管目前尚不清楚這是否激活依賴配體。表皮生長因子受體的高表達水平和IGFBP-3在腫瘤組織與正常組織相比,以防食道癌的72年]。
IGFBP-4。癌症抑製IGFBP-4通常接受的影響。IGFBP-4發現抑製腫瘤發展的隔絕igf (66年),但有報道表明,在某些情況下,它可能抑製細胞死亡(72年]或刺激細胞遷移。在卵巢癌上皮,IGFBP-4 mRNA發現高度表達(170年),但並沒有被證明是重要的預後。
IGFBP-5。在乳腺癌模型,IGFBP-5過度強烈腫瘤抑製體外和體內171年),而其他一些癌症模型中觀察到的相反的效果,IGFBP-5可以刺激IGF-dependent IGF-independent細胞生存和增殖172年- - - - - -175年]。在非癌症細胞係,類似的效果已報告(176年,177年]。在前列腺癌的細胞,調節IGFBP-5抑製IGF-dependent增長體外和體內小鼠和閹割誘導upregulation IGFBP-5加速發展的雄激素獨立(178年]。
IGFBP-6。最近審查(82年],IGFBP-6也是有抑製作用在癌症通過阻斷IGF信號,特別IGFII,但有證據表明,在某些情況下它可能致癌行為刺激遷移(179年和擴散70年)這是機械化IGFBP-4比。IGFBP-6顯示其參與細胞表麵與prohibitin 2,線粒體和細胞核中發現的一種蛋白質,以及質膜;因此,它刺激橫紋肌肉瘤細胞遷移。IGFBP-6結紮導致tyrosine-phosphorylation Prohibitin 2 (180年]。首先,IGFBP-6腫瘤抑製[82年),但最終其體內活動之間的聯係還有待建立。
現在很清楚,IGFBPs有許多對細胞死亡的影響,通過IGF-dependent和IGF-independent行動。雖然機製這些後者行動隻是開始被理解,已經清楚的是,他們可以提供非常具體的策略調整治療幹預措施。電流療法針對IGF-signalling途徑關注阻塞IGF-1R,直接和/或其下遊效應。這種方法的潛在缺點是產生的副作用或毒性由於其幹擾胰島素通路。作為一個更有效的選擇,我們建議IGFBPs可以開發基於IGF-antagonist癌症治療服務塊IGF-1R介導腫瘤進展(圖8)。IGFBPs不綁定胰島素,因此並不會幹擾insulin-insulin受體相互作用。
6。自然產品:針對IGF信號通路
天然產物已知藥用受益於古代曆史。他們被用於治療各種疾病,是獲得巨大的藥物發現領域的重要性。這些自然產品派生的植物化學物質被廣泛研究和抗癌的展出活動幹擾在不同階段的癌症通過各種機製包括細胞增殖、分化、凋亡、血管生成和轉移(230年]。我們有一個豐富的曆史從古代醫生使用的天然產物藥物單獨和組合,這可能為發明新藥物提供重要的線索。如今,許多抗癌藥物市場上產品是天然的植物化學物質或其衍生品231年)和一些正在臨床試驗(232年]。
天然產物包括薑黃素(3,3′-diindolylmethane(暗)),異黃酮染料木黃酮((I3C)吲哚- 3 -甲醇),epigallocatechin-3-gallate (EGCG),白藜蘆醇,番茄紅素,芹黃素被認為是癌症chemopreventive代理(圖9),因為它們的抗癌的活動(233年,234年]。在體外和體內研究已經證明,這些天然產物抑製效應在不同的人類和動物癌症(235年- - - - - -239年];因此,許多研究人員都集中在口譯的作用的分子機製和識別目標這些自然產品。各種天然產物微擾IGF信號通路及其機製的行動已列於表7。天然產物的分子機製的理解對特定的癌症類型派生的植物化學成分會導致新型抗癌藥物的發展。
7所示。未來展望:挑戰和機遇小說IGF療法
癌症靶向治療的成功是無可爭議的;強有力的臨床證據和正在進行的臨床試驗的藥物化學分子,抗體,反義技術,si-RNA療法對IGF-axis-IGF配體的成員,IGFBPs, IGF-Rs已經批準了幾個癌症治療的新藥物。不僅針對這些由單一物質而且cotargeting策略的方法似乎是一個非常有前途的大道與越來越多的研究直接在這種方法解決遇到的並發症而針對特定分子參與癌症通路。
針對IGF配體似乎有問題自IGF介導信號有重要角色在調節細胞增殖和細胞凋亡(作為循環激素和組織生長因子)除了在各種癌症的增長水平。記住另一個重要因素是較高水平的IGFBPs IGF - 1的濃度可能會增加增加循環半衰期,這可能不會增加可能導致受體激活在組織層麵和更高的IGF水平與腫瘤之間的關係似乎不清楚。
另一種方法是針對IGFBPs的扣押IGF越來越多,從而表達下調癌症中IGF介導的信號通路。由於IGFBPs進一步受IGFBP蛋白酶,發展突變體缺乏對這些蛋白酶蛋白水解乳溝網站可以為IGF和IGFBPs之間的強相互作用的方式。在這方麵,最近的一項研究表明,小說,修改IGFBP-2蛋白質(抗蛋白酶單獨或也缺乏細胞外基質結合的能力)隔離的igf,從而能夠抑製腫瘤生長。這些修改IGFBPs被發現通過抑製血管生成在體外和體內84年]。除了IGF-dependent(蛋白質水解)活動,IGFBPs也IGF-independent活動與癌症;突變體缺乏蛋白質水解和matrix-binding活動可能會在未來有效治療癌症。
而IGF受體似乎最喜歡的目標IGF-axis與癌症、弊端和挑戰在實現這一似乎因為十字架的談判更加複雜IGF-R介導途徑和其他細胞的生長調節通路。雖然各種TKIs反對IGF-1Rs似乎在臨床試驗,特異性和濃度可以有據可查的體外而他們體內的角色似乎是一個問號考慮濃度的變化在不同組織和毒性可能是另一個問題。Anti-IGFR抗體是有利的在這方麵而堵塞TKIs IGFRs可能增壓的腫瘤細胞,以彌補封鎖增加信號通過交替受體(例如,舉)。在某些情況下,通過IR-A IGF-2行動也促進抵抗anti-IGF-1R抑製劑。因此,特定的治療組合可以回答這個問題。
利益衝突
作者宣稱沒有利益衝突有關的出版。