靶向凋亡抑制蛋白XIAP抗癌策略研究进展

1、最新资料推荐靶向凋亡抑制蛋白XIAP抗癌策略研究进展靶向凋亡抑制蛋白XI AP抗癌策略研究进展 张潜1、王洪林2 1.重庆市渝北区人民医院肝胆普外科，重庆401120 ； 2.重庆医科大学附属第一医院肝胆外科， 重庆400016 摘要细胞凋 亡是机体消除有害细胞、 防止细胞过度增殖的正常生理过程。肿瘤的发生是细胞增殖与凋亡失衡所致，凋亡抵抗是肿瘤发生的主要原因之一。凋亡抑制蛋白(IAPs)是一类高度保守的内源性抗细胞凋亡因 子家族，通过抑制caspase活性等路径抑制细胞凋亡。XIAP 作为IAPs家族中重要成员，与肿瘤发生、发展、临 床治疗及预后判断等研究上的密切联系赢得了更多的目光。因此，

2、本文就靶向XIAP的抗癌策略进展做一综述。 关键词凋亡；X染色体连锁的凋亡抑制蛋白；治疗；靶向中国分类号：R73-36+2 文献标识码：A Progresson anti cancer strategies targeti ng XI APZhang Qi an ， Wang Hong-l i n (Department of General Surgery, The Peoples Hospi tal of Yubei Di stri ct of Chon gqi ng Ci ty, Chongqi ng 401120; Department of Hepatobiliary Surgery

3、,The Fi rst Affi l i ated Hospi tal of Chon gqi ng Uni versi ty of Medi cal Sci en ce, Chon gqi ng 400016)Corresp ondence to:Wang hon g-l i n E-mai l : 752829282qq. com Abstract Apoptosis is an physiological process of organism to eliminate the harmful cells and preve nt the cells proliferat ing exc

4、essively. The tumor occurrenee is caused by the imbalanee of cell proliferati on and apoptosis, and apoptosis resista nee is one of main reason which caused the tumor occurrenee. In hibitor of apoptosis protei ns （lAPs） are a class of highly con served en doge nous an ti-apoptotic family of cytok in

5、es by inhibitingcaspase activity and other paths to inhibitapoptosis. XIAP as lAPs importa nt member of the family, in closecon tactwith the research on tumor developme nt,cli nical treatme nt and prog no sis, etc. won more atte nti on.Therefore, we do a review on the progress of the an ti-ca ncer s

6、trategies of targeti ng XIAP. Key words apoptosi s;X-l i nked i nhi bi tor of apoptosi s protei n; treatme nt;targeti ng凋亡是机体清除损伤、衰老或多余细胞，维持机体发育、自身稳定的重要生命现象，而肿瘤组织中细胞增殖与凋亡失衡，不能维持细胞数量的适当平衡是肿瘤重要特征。在抗癌治疗中，选择性抑制凋亡抑制基因的活性成为肿瘤治疗 学的一个热点。一般认为，凋亡由以下路径实现：一是外源性路径（死亡受体通路），二是内源性路径（线粒体通路）,三是内质网路径。三条凋亡通路最后都有关键的 cas

7、pase （含半胱氨酸的天冬氨 酸蛋白水解酶）的激活，凋亡通路具有共同的起动者（caspase2, 8, 9和10）对效应者（caspase3, 6,和7）进行切割后使后者激活， 后者对靶蛋白进行水解导致凋亡的级联过程1-2 。凋亡抑制蛋白（inhibitor of apoptosis protein, lAPs ）是 一类具有细胞凋亡抑制作用的蛋白家族， 包括X染色体连锁的凋亡 抑制蛋白 XIAP （X-linked inhibitor of apoptosis protein） 等八种成员已被鉴定出来。XIAP 基因定位于Xq25,为分子量约57kDa胞质内蛋白， 与 家族其他IAPs 一

8、样有两个特征性结构：N 端的BIR结构域及C端的RING锌指结构域。前是抑制caspase活性比不可少的，后者具有E3泛素连接酶活性，能催化自身及靶蛋白通过泛素化降解。研究指出，XIAP是IAP家族中最有效的内源性caspase抑制 因子3-5。1凋亡抑制蛋白XIAP凋亡抵抗作用路径凋亡通路中IAPs处于核心节点上，其主要是干扰caspase的激活6。XIAP 是凋亡抑制蛋白IAPs家族中对各种内源性和外源性细 胞凋亡过程均有明显的抑制效应的调控因子，其凋亡抵抗主要途径是：1. 1通过抑制caspase 抗凋亡 Sun C 等7指出，XIAP结合而抑制启动性 的 caspase-9 和效应的

9、caspase-3 和 caspase-7， 但不能抑制 caspase-1， caspase-6 ， caspase-8 禾口 caspase-10，这种选择性结合是有BIR结构域上保守氨基酸残基和 BIR区段连接区linker的特点而定的。Suzuki 等8研究指出，XIAP其BIR1和BIR2区段连接区 linker是抑制caspase-3和caspase-7的直接活性结构域，这种 抑制是竞争性的，而BIR2则是通过非竞争性的方式抑制 caspase-7。1. 2 通过E3泛素连接酶作用泛素-蛋白酶体途径是真核生物细胞蛋白降解途径之一，三种关键的酶共同介导了这一多步酶促反应，包括泛素活化

10、酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3。E3即底物识别因子，决定反应的特异性。XIAP 具有RING锌指结构介导的E3泛素连接酶活性， 能催 化自身泛素化和靶分子caspase-3的泛素化降解过程，增强了细胞 的抗凋亡效应9，而RING结构域的突变或缺失使 XIAP不能有 效地降解， 导致细胞凋亡受到抑制10。Schile AJ 等11发现，XIAP的稳定性主要决定于其泛素连 接酶活性，指出在体外抗肿瘤及caspase抑制研究中，XIAP的泛 素化活性是我们从生理角度必须考虑的一个因素。1. 3通过其他分子参与的信号途径XIAP也参与在其他信号通路的转导，有报道指出XIAP通过如促进NF- B

11、从胞质到胞核 转移，增强I B蛋白降解12。2 XIAP 与肿瘤lAPs表达上调是大多数肿瘤细胞的一个共 同特征。在人类众多肿瘤细胞系及各类肿瘤组织中都检测到XIAP的高表达:13-15 一些研究发现高表达XIAP与化疗耐药及预后不良相关 :16-17 ,其过表达似乎在电离辐射及缺氧状况下起了保护作用:18,甚至有研究指出在肿瘤进展及发生中起到了促进作用，例如从骨髓增生异常综合症到白血病19。更进一步的是， 有研究20指出表达较高水平XIAP的癌症 病人具有较高复发风险，上调XIAP表现出较低的无复发存活率，将其与传统的肿瘤标志物一起作为预后标签。3 靶向XIAP作为抗癌策略基于IAPs在调控

12、凋亡中的重要作用以及与肿瘤发生发展的密切关系，靶向IAPs已作为了抗癌治疗的一项策略。靶向IAPs抑制的细胞试验以及定向敲除 XIAP的小鼠并没表 现出有意义的病理变化， 对小鼠以XIAP抑制剂处理其并未表现出 毒性反应21,从这些可见靶向IAPs成为了一项有吸引力的研究。而XIAP作为IAP家族的重要成员，已作为这方面研究的重点。IAPs在包括转录、 转录后修饰以及蛋白对蛋白相互作用几个水平被调控。理论上，在上述各水平均可成为靶向抑制 XIAP的阶段。靶向XIAP蛋白抗肿瘤研究主要有几下几条途径：3. 1 运用 靶向XIAP反义寡核苷酸技术 反义寡核苷酸技术，即设计并合成 特定寡核苷酸， 与

13、胞内核酸碱基配对特异结合成 DNA-RNA杂合分 子，激活RNaseH切割杂合分子中的RNA链使目标mRNA降解，而 反义链释放后与下一目标 mRNA继续结合使之降解。在一些临床前期多种癌症异种移植模型研究中，XIAP反义寡核苷酸链单药应用显示 出了潜在的抗肿瘤活性22。再者，靶向XIAP反义寡核苷酸使多种肿瘤细胞对放化疗及TRAIL诱导细胞死亡增敏23-24有体内试验指出，靶向XIAP反义寡核苷酸与相关的抗肿瘤药 物联合应用将是最佳的方案25。药效学研究也表明了靶向 XIAP反义寡核苷酸药物活性与肿瘤 模型中的XIAP水平相关25。当前，靶向XIAP反义寡核苷酸药物单用以及联合化疗药物抗 癌

14、临床I / II试验已在评审及实施之中26-27 。3. 2 运用RNA干扰促进RNA降解 RNA 干扰，亦即 RNA,当双链RNA导入细胞后将降解其互补RNA很多研究指出利用这一技术诱导凋亡及增加化疗敏感达到抗肿 瘤作用28。这一途径虽然有很好的特异性和高效率，但其产生的干扰反应却可能影响XIAP的水平29。Amy V Paschall : 30使用特异性 SiRNAs 沉默 XIAP 及 clAPI 显著性地增加了由Fas介导的转移性人结肠癌细胞系的凋亡， 指出 IAP蛋白调节结肠癌细胞的凋亡抵抗， 指出神经酰胺通过促进IAP 蛋白的降解来增加肿瘤细胞对凋亡促进的敏感性。3. 3 靶向lA

15、Ps的小分子抑制剂蛋白质结构上和功能上的 研究揭示了 XIAP蛋白上BIR3区段有一结合并抑制caspase-9的 位点，同样在其BIR2区段表明存在两个结合并抑制 caspase-3及 caspase-7 激活的位点31-32 故此，小分子结合于这些位点就能够达到抑制XIAP对caspase的抑制调控作用。这类靶向XIAP的抑制物有：3. 3. 1内源性XIAP抑制物SMAC为一种线粒体破裂后释放入胞浆的蛋白，释放后裂解转化为成熟活性形式与 XIAP的BIR3 和BIR2区段结合并抑制其活性。研究显示，当导入SMAC肽进入细胞后，能激 活caspase路 径，并诱导各种癌细胞系及原发性癌细胞

16、进入死亡受体路径介导或 者化疗诱导的凋亡33。动物模型中，SMAC肽增强了 TRAIL介导的抗肿瘤活性33。此外， 基于SMAC与XIAP-BIR3络合的3D结构， 设计出了SMAC拟肽，与IAPs的BIR区段连接，与TRAIL, TNF-以及抗 癌药物共同激活癌细胞凋亡34-35 。3. 3. 2 靶向XIAP-BIR3拮抗剂 利用核磁共振筛选技术， 多种靶向SMAC吉合的XIAP-BIR3区段的抑制物已被设计出来，这些抑制物以纳摩尔级亲和力与XIAP-BIR3区段结合，促进了多种人 肿瘤细胞系死亡，同样抑制小鼠乳腺癌模型中肿瘤生长36。恩贝酸（embelin ）,被认为是一种非肽类的小分子

17、量的靶向 XIAP-BIR3区段的抑制剂，在转染了 XIAP细胞中表现出一些抗癌活性37。3. 3. 3 靶向XIAP-BIR2拮抗剂 除了基于BIR3区段的抑 制物的研究，BIR2区段也作为研究靶向XIAP的抑制物的对象。例如，Schimmer AD等38利用针对caspase 的去抑制分 析法第一次筛选出靶向XIAP的非肽类拮抗剂，这类化合物在不同癌细胞系内激发凋亡（甚至没有细胞毒性刺激因素）38-39 ,增加 了对化疗药及TRAIL诱导凋亡的敏感性，也抑制了小鼠动物模型肿 瘤生长。Mar Orzez 等40通过SOSA（副作用反应最佳化）方法找到了 XIAP抑制剂地喹铵， 在体外及细胞试

18、验中 鉴定出地喹铵靶 向作用于其BIR2结构域，从而抑制XIAP/Caspase-3的 交联作用。3. 4单克隆抗体促凋亡级联发生有研究41 指出：可通过特异性的死亡受体、受体配体单抗以竞争及阻止致癌基 因或抗凋亡基因的表达来实现凋亡发生。3. 5其它一些药物的直接效应 Rotterlin , 一种蛋白激酶C抑制剂，导致了 XIAP损耗并增强了 TRAIL诱导的结肠癌细胞死 亡:42。Phe noxodiol , 一种异黄酮类新药，通过一种不尚清楚地机制 也导致了蛋白体形式的XIAP的降解43。另外，一些XIAP的负性调节蛋白也在研究视野之中，例如Omi/HtrA2 和 XAF1。前者为胞核编

19、码的蛋白，其蛋白水解活性在调节线粒体内稳态方面起到了根本的作用，在促进凋亡方面，它由线粒体释放入胞浆， 通过拮抗IAPs以caspase依赖的方式促进了细胞死亡44;后 者为来自胞核的的内源性IAPs拮抗蛋白，无需通过蛋白水解形成 活性形式，在核内与XIAP结合后阻止XIAP在胞浆内抑制caspase的活性45。以这些蛋白作为研究对象，通过这些蛋白靶向XIAP研究细胞凋亡，也可作为靶向XIAP的抗癌策略之一。4问题与展望 自从发现IAPs在许多人的肿瘤组织中高表达、通过抑制caspase这一核心机制而阻断了凋亡之后， 靶向IAPs 家族作为抗癌研究已备受关注。在IAPs家族之中，XIAP无疑是

20、最受关注的，在有关例如反义寡核苷酸以及小分子抑制剂能直接触发凋亡或者赋予细胞毒性治 疗的有效性方面的研究，使我们认识到靶向XIAP的研究是具有潜在的、值得进一步探索的治疗策略，而大量的临床前期研究为我们提供了令人信服的证据。从一种肿瘤到另一肿瘤的 XIAP抑制研究， 或者各种细胞毒 性刺 激因素联合XIAP抑制的以期调节XIAP功能的外推法研究简 化了错综复杂的信号通路，这些为XIAP抑制剂在临床上的合理使用而建立了确切的临床前期数据，因而在特定的肿瘤类型中以及在确定的细胞毒性刺激因素条件下，严谨地评价XIAP抑制剂是必然的要求。另一方面，要明确一个目前不甚清楚地问题，就是恶性细胞和非恶性细胞

21、对IAP抑制剂所表现的的差异敏感的机制。所以，未来的临床前期动物体内试验应关注 XIAP抑制剂对正 常细胞的潜在毒副作用。另外一个公开的疑问是，泛IAP抑制剂是否较选择性的IAP抑制剂更具有优势。XIAP 只是八个IAPs蛋白家族中的一员， 尽管XIAP是研究得 最多并被认为人类IAPs家族中是最具有效的caspase抑制剂，但 其它IAPs成员的功能还尚未完全清楚。所以对泛IAP抑制或者特异性IAP抑制哪种方式更具治疗意 义尚待明确。形成并确定分子生物标记以监测IAP抑制剂的抗癌活性以及 毒性效应将是IAP抑制剂在医学应用中的的重中之重。我们期待IAP抑制剂单独或者联合化疗、放疗、生物治疗方

22、案治疗各种类型的肿瘤临床试验在未来几年取得进展,届时将为遭受癌症困扰的人们提供一些新的、更有效的疗法。参考文献1 Salvesen GSQixit VM.Caspases: intracellular signaling by proteolysis J. Cell. 1997, 91,443-6. 2 Thorn berryNA,Lazeb nik Y,Caspases: en emies withinJ. Scie nee. 1998, 281, 1312-6. 3 Holeik M,Kor neluk RG.XIAP, the guardian angil J. Nat Rev Mol

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