胰岛素样生长因子结合蛋白在人类恶性肿瘤中的研究进展

1、156第18卷第2期2005年2月胰岛素样生长因子结合蛋白在人类恶性肿瘤中的研究进展黄文斌综述,周晓军审校(南京军区南京总医院病理科,江苏南京210002)南京大学医学院临床学院摘要:胰岛素样生长因子(insulin2likegrowthfactor,IGF)系统由IGF及其受体和胰岛素样生长因子结合蛋白(insulin2likegrowthfactorbindingprotein,IGFBP)组成,体内外研究表明,它们调控着细胞的生长和增殖。IGF是一种强力的促细胞分裂素,其作用决定于IGF与其受体的相互作用。IGFBP是由6种与IGF高亲和力结合蛋白组成的家族,不仅具有运载蛋白的功能,而且

2、通过IGF依赖性或非依赖性机制抑制或促进IGF的作用。近年的研究表明,IGFBP与肿瘤的发生、发展密切相关。关键词:胰岛素样生长因子;胰岛素样生长因子结合蛋白;肿瘤中图分类号:R730.231文献标识码:A文章编号:100828199(2005)02201562053Advanceoninsulin2likegrowthfactorbindingproteininhumanmalignanttumorsHUANGWen2binreviewing,ZHOUXiao2junchecking(DepartmentofPathology,NanjingGeneralHospitalofNanjingM

3、ilitaryCommand,PLA/ClinicalSchoolofMedicalCollegeofNanjingUniversity,Nanjing210002,Jiangsu,China)IGFR)以及与IGF特异性结合的胰岛素样生长因子0引言胰岛素样生长因子(insulin2likegrowthfactor,IGF)系统由IGF2和IGF2、型和型胰岛素样生长因子受体(insulin2likegrowthfactorreceptor,结合蛋白(insulin2likegrouthfactorbindingprotein,IGFBP)家族组成,在正常细胞增生和恶性转化过程中发挥重要作用。

4、由于IGFBP能与IGFR竞争结合IGF而调节IGF的生物学作用,从而在肿瘤的发生3收稿日期:2004205220;修订日期:2004207218作者简介:黄文斌(19692),男,安徽枞阳人,讲师,医学博士研究生,从事临床病理专业。第2期黄文斌,等胰岛素样生长因子结合蛋白在人类恶性肿瘤中的研究进展157发展过程中发挥重要作用。本文作者就IGFBP近年来的研究进展及其与人体肿瘤的关系作一综述。1IGFBP的结构到目前为止已鉴定出6种IGFBP,分别命名为IGFBP21IGFBP261。哺乳动物中6种IGFBP显示有50%相似的蛋白序列,不同的哺乳动物相应的IGFBP序列相似性可达到80%。哺乳

5、动物IGFBP基因显示共同的结构特征,基因内含有4个外显子,外显子1和4分别编码IGFBP的N2和C2末端区域。IGFBP均有一个由3个大小相似的结构域组成的高度保守结构,N2末端结构域中除了IGFBP26含有5个二硫键外,其余均含有6个二硫键。C2末端结构域中,所有的IGFBP均由相邻的半胱氨酸配对形成3个二硫键。IGFBP的中间结构域中无结构保守区,除了IGFBP24结构域内有二硫键外,其他IGFBP无二硫键。IGFBP23和IGFBP24的中间结构域中分别有3个和1个N2连接的糖基化位点2。2IGFBP的分布与调节IGFBP的分布具有组织特异性。IGFBP21是羊水中含量最丰富的IGFB

6、P。血清中IGFBP21的水平主要受胰岛素和糖皮质激素调控,在低胰岛素协同作用下,糖皮质激素和胰高血糖素可刺激IGFBP21的合成。另外,一些细胞因子如肿瘤坏死因子2(TNF2)、干扰素(IFN)、白细胞介素1(IL21)和IL26在体内和体外均能刺激IGFBP21的分泌。IGFBP22可由多种神经组织合成,是脑脊液中含量最丰富的IGFBP。IGFBP22的表达依赖于胰岛素和代谢状态,随着禁食时间的延长,血清中IGFBP22的水平增高,限制蛋白质比限制热量更能提高血清中IGFBP22的水平。体外实验研究发现,多种细胞因子如TNF2、IL21等可增加IGFBP22的表达,而IFN2则抑制其表达,

7、但在体内的调控因子仍然不清楚。血清中的IGFBP23的浓度受雌激素、甲状旁腺激素(PTH)、糖皮质激素等调控,其中生长激素(GH)是IGFBP23的主要调控因子。根据对肝、肾等组织的研究,在体外IGFBP23的表达可由IL21、TNF2、TGF2、维A酸、骨源性蛋白21、雌二醇、前列腺素E2、糖皮质激素和p53等调控。IGFBP24可存在于所有的生物体液中,不同类型细胞包括纤维母细胞、神经母细胞瘤细胞、前列腺细胞和骨细胞等能局部产生IGFBP24。体内IGFBP24的调控机制目前还不清楚。在体外,IGFBP24可通过维生素D和PTH调节。IGFBP25是肾组织中主要的IGFBP。关于IGFBP

8、25的调控机制仍然不甚明了,但有研究发现,用纤维母细胞生长因子(FGF)、TGF2和血小板源性生长因子BB处理的骨母细胞能使IGFBP25表达降低。人IGFBP26主要见于脑脊液和血清中,也可表达于卵巢细胞、前列腺细胞、纤维母细胞和其他细胞中。IGFBP26的表达是由IGF2和其他激素调控的。在人类骨母细胞系中,维A酸能使IGFBP26表达水平增加36。IGFBP的作用还受IGFBP蛋白酶的调节。IGFBP蛋白酶主要分为三类:第一类是裂解IGFBP23的激肽释放酶样丝氨酸蛋白酶,包括PSA、2神经生长因子(2NGF)和血纤维蛋白溶酶以及裂解IGFBP25的血栓素;第二类是组织蛋白酶,能在酸性条

9、件下活化的细胞内蛋白酶,在某些生理和病理过程如肿瘤的浸润中可能发挥作用;第三类是基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinases,MMP),通过降解细胞外基质成分如胶原和蛋白多糖而在组织重建过程中发挥作用的水解酶。IGFBP蛋白酶可将IGFBP裂解成与IGF低亲和力的片段,而这些片段可增加游离IGF水平而活化IGF2R,从而在正常和异常的组织增生中发挥作用。同时IGFBP也是重要的自分泌或旁分泌生长调控因子,在调控IGF活性中作为一个短回路起着重要作用1。3IGFBP的功能3.1载运功能在循环系统中IGFBP作为IGF的载体,能抑制IGF的作用和生长因子的完全失活。在某些情况下

10、也能增强IGF的作用。IGFBP不仅能转运IGF分子至其的受体,而且也能与细胞表面黏附。循环中IGF2有三种形式:大部分与IGFBP及对酸性不稳定的亚单位(acidliablesununit)结合成150kU三聚体复合物;小部分IGF2与其他IGFBP结合成50kU的复合物;<5%的IGF呈游离状态。IGF2或IGF2和IGFBP结合后,能穿过毛细血管屏障转运IGF至靶细胞,在靶细胞中,IGFBP或直接与IGF受体相互作用或通过磷酸化介导IGF的作用。3.2依赖性IGF作用所有的IGFBP通过竞争性结合IGF和阻止它们与IGF2R的结合而有生长抑制效应。Des2(123)2IGF2是IG

11、F2的一种类似物,不能和IGFBP23结合,但能与IGF2R结合刺激DNA合成。在人类髓细胞系HL260和ishikawa内膜癌细胞中,IGFBP23可抑制由IGF2诱导的细胞增殖,但不能抑制由Des2(123)2IGF2诱导的细胞增殖。与体外研究一样,体内研究也显示局部产生158医学研究生学报的IGFBP24可阻断IGF效应。Miyakoshi等7研究发现,IGFBP24能完全阻断IGF2诱导的与鼠骨形成有关标记物的增加,这种作用的强度取决于IGF2浓度,提示IGFBP24的抑制作用是依赖于IGF的。虽然IGFBP可通过阻断IGF和IGF2R的相互作用而发挥抑制因子的作用,但IGFBP也可通

12、过延长IGF的半衰期以及调控IGF的清除率从而增强IGF的效应。这种促进IGF作用的IGFBP主要是IGFBP21、IGFBP23和IGFBP25。同一种IGFBP或增强或抑制IGF的作用依赖于多种因素,包括培养条件、细胞类型、IGFBP剂量和翻译后修饰。在培养的平滑肌细胞和纤维母细胞中,非磷酸化的IGFBP21可增加IGF2的作用,而磷酸化的IGFBP21则降低IGF2的作用。在骨细胞中IGFBP25增强IGF2的作用需要IGFBP25结合到细胞膜和细胞外基质中,与细胞外基质结合的IGFBP25虽与IGF2的亲和力低,但比游离的IGFBP25有更长的半衰期。3.3非依赖性IGF作用IGFBP

13、的IGF非依赖性作用包括对细胞迁移、生长和凋亡的影响上。一项研究发现,用IGFBP21转染中国仓鼠卵巢(CHO)细胞后增加细胞的迁移,其作用是通过IGFBP21结合到51整合素介导的。由于这些细胞并不分泌IGF以及当加入外源性的IGF后却并不增加细胞的迁移,提示这种作用是IGF2非依赖性的。最近Gleeson等18研究发现,IGFBP21刺激人滋养层细胞迁移是通过其Arg2Gly2Asp结构域结合到51,导致局灶性黏着斑激酶的活化和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径的激活。IGFBP23除了具有生长抑制的作用外,还可通过IGF非依赖性机制诱导细胞凋亡。将外源性IGFBP23加入前列腺癌细胞系P

14、C23中可导致凋亡指数呈剂量依赖性增加,而加入IGF2仅部分提高凋亡指数,加入与IGFBP23低亲和力的IGF类似物却没有变化。最近研究发现,IGFBP23和IGFBP25可转导入细胞核中,这与它们的中间区域中有一个核定位序列(NLS)有关。类视黄醇X受体是作为一种IGFBP23结合蛋白被鉴定的,用维A酸处理可使IGFBP22/维A酸受体复合物进入核内,核内的IGFBP23可直接调控基因表达,在IGFBP23的非依赖性IGF作用中担负着重要作用9。有研究表明,IGFBP25对骨母细胞的作用部分是通过IGF非依赖性机制介导的。Richman等10在研究骨母细胞中IGFBP25的生物学作用时发现,

15、用IGFBP25处理后可增加MG63人骨肉瘤细胞的分化,但MG63骨肉瘤细胞并不产生IGF2或2005年2月第18卷IGF2。以后研究又发现,IGFBP25虽可增加骨形成参数,但对血清中IGF2的浓度无影响,间接证明了IGFBP25的IGF非依赖性作用。4IGFBP在肿瘤中的研究IGF系统由IGF2和IGF2、IGF2R和IGF2R与IGFBP组成,在正常细胞向恶性细胞转化的过程中,IGF系统各组成成分存在着性质和数量的变化,表明IGF系统在正常细胞增生和恶性转化过程中起着重要作用。IGFBP通过与IGFR竞争性结合IGF,以IGF依赖性和非依赖性方式抑制或促进IGF的作用,在恶性肿瘤的发生过

16、程中具有重要作用。4.1消化系统肿瘤Yi等11采用westernligandblot(WLB)和westernimmunoblot(WIB)法检测了胃癌细胞系中IGFBP的表达,发现所有的胃癌细胞系均表达IGFBP22,而IGFBP21在任何胃癌细胞系中均不表达,IGFBP24表达于大多数胃癌细胞系,IGFBP23、IGFBP25和IGFBP26在50%的胃癌细胞系中表达,另外,外源性的IGF2和IGF2可刺激胃癌细胞的增殖。作者认为,IGF2IGFBP系统在胃癌的发生、进展和转移中发挥重要作用。Huynh等12报道,采用Westernblotting法检测肝癌和正常肝组织中IGFBP23的表

17、达,结果显示肝癌组织中分别有28.5%和71.5%IGFBP23不表达和低表达,随后运用免疫组化方法显示在非肿瘤性肝组织中IGFBP23表达强度明显高于癌组织,体外应用hrIGFBP23或IGF2抗体处理HepG2细胞,发现细胞的增殖活性明显下降,用hrIGFBP23同时处理这些细胞可限制削弱IGF2的促细胞分裂活性,这些资料提示IGFBP23自分泌/旁分泌回路的丧失可导致肝细胞癌的生长。Renchan等13的研究结果发现,IGFBP22在癌症患者中表达增高,与癌胚抗原结合对结直肠癌具有高度敏感性,因而作者认为,二者可用于监测结直肠癌的发生14。4.2前列腺癌IGFBP在前列腺癌中的研究报道较

18、多。Grzmil等15的一项研究发现,在雄激素非依赖性PC23细胞中,IGF2R基因表达抑制与IGFBP23表达上调和MMP22的表达下调直接相关。另外,他们还利用激光显微微切割技术切割正常和肿瘤组织细胞,半定量RT2PCR法分析RNA的表达,结果发现12例前列腺癌中IGFBP23基因均表达下调,而9例IGF2R基因表达上调,这些结果表明,IGFBP23和IGF2R在前列腺癌的动态平衡中发挥重要作用,为将来前列腺癌的治疗提供潜在的第2期黄文斌,等胰岛素样生长因子结合蛋白在人类恶性肿瘤中的研究进展159治疗靶点。Richardsen等16利用免疫组化技术检测了193例前列腺癌组织中IGFBP22

19、的表达,结果显示,IGFBP22在所有的PIN和90%以上的癌组织中呈过表达,与肿瘤的分级密切相关,作者推论IGFBP22可能是前列腺上皮恶性转化的一个重要标记物,应用免疫组化检测IGFBP22是诊断前列腺癌的一个重要辅助工具。有研究发现,IGF2和IGFBP23的表达增高与前列腺特异性抗原(PSA)低的前列腺癌发生呈正相关,认为检测IGF21和IGFBP23有助于鉴别前列腺癌和良性前列腺增生症17。4.3乳腺癌Holdaway等18对14例乳腺癌患者化疗前后1周血清中IGFBP23进行检测,结果血清中IGFBP23表达水平在肿瘤患者化疗后1周明显降低,低于平均水平的乳腺癌患者预后差,这项初步

20、研究显示血清中IGFBP23降低程度可以预测化疗的效果。Krajcik等19的一项研究结果显示,绝经前血清中IGFBP23表达水平高于正常女性患乳腺癌的概率增加,而绝经后女性血清中IGFBP22表达水平越高,其患乳腺癌的可能性越低。4.4肺癌IGFBP与肺癌的关系目前文献报道只有IGFBP23,而其他的IGFBP还未见报道。据Chang等20报道,在74例期非小细胞肺癌(NSCLC)中,IGFBP23阳性表达者42例(56.8%),IGFBP23的阳性表达较多见于大细胞癌中,而在鳞状细胞癌和腺癌中表达相对较少。作者研究还发现,尽管IGFBP23的表达与肿瘤患者的性别、年龄、组织学分级和吸烟史无

21、关,但多因素分析显示,IGFBP23的表达水平是期NSCLC的一个独立预后指标,结果表明IGFBP23是作为一个肿瘤抑制基因发挥功能的,并且在早期NSCLC的侵袭中起重要作用。4.5其他肿瘤为了研究IGFBP22是否与胶质母细胞瘤(GBM)的增殖和侵袭特性有关,Wang等21构建了过表达IGFBP22的SNB19GBM细胞系,然后采用组织微阵列方法检测正常和SNB19细胞系中由IGFBP22介导的相关基因的表达,结果发现,MMP22和其他侵袭相关基因在SNB19细胞系中表达增高35倍,同时对68例GBM进行了IGFBP22和MMP22的检测,结果显示二者呈正相关,表明在GBM中IGFBP22部

22、分通过增强MMP22基因的转录而促进GBM的进展。Mathur等22应用ELISA法检测正常人、子宫上皮内瘤形成(CIN)和子宫颈癌患者治疗前后血清中IGF2和IGFBP23的表达水平,检测结果发现,治疗前IGF2在CIN和子宫颈癌患者中明显高于正常人,治疗后恢复至正常水平,而IGFBP23在治疗前后均明显降低。血清中IGFBP23水平对子宫颈癌的诊断敏感性和特异性分别为72%和75%,对CIN的诊断敏感性和特异性分别为81%和83%。Katsaros等23在卵巢癌的研究结果表明,IGFBP23虽然在卵巢癌的进展中可能有一定的作用,但还不能作为患者预后和化疗敏感性的一个独立指标。5结语自从第一

23、个IGFBP于1986年被鉴定以来,现已明确IGFBP系统是非常复杂的,包含了几种IGFBP、IGFBP蛋白酶、IGFBP蛋白酶的抑制因子和激活因子。对IGFBP的功能也取得了重大进展,其作用是从运载蛋白质至非依赖性IGF生长因子作用。虽然对IGFBP的可能作用取得了一些成就,但有关调控IGFBP不同作用的分子途径目前还不清楚,特别是IGFBP以IGF非依赖性方式调控不同类型细胞的增生、分化和凋亡的细胞内信号途径知之甚少。另外,在恶性肿瘤中的意义及与一些基因的相关性,能否作为肿瘤的独立预后指标,都有待于进一步研究。相信随着人类基因组的完成和基因表达和功能方面新技术的出现,在不久的将来我们对IG

24、FBP发挥多方面作用的分子途径以及生理或病理条件下IGFBP作用的研究必将取得更大的成就。参考文献:1GrimbergA,CohenP.Roleofinsulin2likegrowthfactorsandtheirbindingproteinsingrowthcontrolandcarcinogenesisJ.JCellPhysiol,2000,183(1):129.2MohanS,BaylinkDJ.IGF2bindingproteinsaremultifunctionalandactviaIGF2dependentandindependentmechanismsJ.JEndocrinol,

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