任军教授：抗表皮生长因子受体肿瘤靶向治疗的分子基础
北京大学临床肿瘤学院
任军
（图 任军教授）
表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)家族是跨膜的受体型酪氨酸激酶中最具有代表性的分子之一。据有广泛的生物学功能，在细胞生长、增殖和分化的过程中具有重要作用。研究表明，在乳腺癌、大肠癌、肺癌、头颈部鳞癌和胰腺癌等多种上皮细胞来源的肿瘤中存在 EGFR 基因的异常活化、扩增以及过度表达。针对肿瘤 EGFR 的靶向治疗在临床应用中取得了可喜得疗效。Heceptin、Iressa、Cetuximab 和 Taceva 等单抗和酪氨酸激酶抑制剂日渐成为肿瘤治疗的重要药物，在临床治疗中占据越来越重要的地位。
因此，对于 EGFR 分子及其下游信号传导通路的进一步认识和研究，将为临床更好的使用以 EGFR为靶点的靶向药物治疗提供指导。本文就抗 EGFR 分子靶向治疗的分子基础和目前 EGFR 靶向治疗药物的临床应用作一概述。
一、表皮生长因子受体及下游信号通路
人 EGFR 家族包括 C-erbB-1(HER-1)、C-erbB-2(HER-2)、C-erbB-3(HER3)、C-erbB-4(HER4)四个成员，均定位于细胞膜上。EGFR 广泛分布于除血管组织外的上皮细胞膜上；HER2 在正常人体腔上皮、腺上皮及胚胎中均有普遍的微弱表达；HER3 在除造血系统外的多数部位有表达；HER4 在除肾小球及周围神经外的所有成年组织均可检测到其表达。人 EGFR 受体是由原癌基因 C-erbB-1 编码的分子量为 170kd的跨膜糖蛋白，目前报道的 EGFR 共有 7 种配体：表皮生长因子(epidermal growth factor， EGF)、转化生长因子 α (TGF-α)、双调节蛋白(amphireguin)、betacelluin(BTC)、肝素结合的表皮生长因子(heparin-bindingEGF，HBEGF)，神经调节素 2-α(NRG2-α)和表皮素(epiregulin，EPR)，其中最重要的是 EGF 和 TGF-α。EGFR 与其配体的结合具有高亲和性、可饱和性和特异性。
在非活化状态下，EGFR 以单体的形式存在，在活化状态下以同源二聚体或者异源二聚体的形式和配体结合，并进一步通过细胞内信号转导，引起细胞核内靶基因的激化和转录，调节细胞生长。下游效应器分子主要是细胞周期调控元件，特别是周期素 D1 和 p27Kip。越来越多的证据表明，EGFR 家族的功能活化及信号转导过程的启动并不仅仅由相应的配体完成，其他信号转导通路上的节点也广泛的参与其功能发挥过程。EGFR 家族逐渐成为胞内信号转导途径研究的交汇点。
与其他类型的受体型酪氨酸激酶一样，EGFR 也是由胞外区、单链跨膜区和胞内酪氨酸激酶活性区所组成。胞外区由氨基端的 621 个氨基酸构成，是配体结合区，对 EGFR 具有高度亲和力。跨膜区由 23 个氨基酸残基构成单链螺旋状结构的疏水区，将受体固定于胞膜上。胞内区由 542 个氨基酸构成 3 个亚区，分别为(1)近膜亚区(约 50 个氨基酸)主要作为 PKC 和 erk/MAPK(extracellular signal-regulated kinase/mitogenactivated protein kinase)作用的负反馈区域；(2)随后的约 250 个氨基酸构成酪氨酸激酶亚区，包含 SH1 和src 同源物 1 的结合位点；(3)碳端尾部的 229 个氨基酸构成碳端亚区。
EGFR 的活化需要两个单分子的配体与两个单分子的 EGFR 单体以 2：2 的形式形成二聚体，EGFR单体以所谓"背靠背"的形式靠在一起，而配体结合位点朝向外侧。一旦二聚体形成，随即 EGFR 胞内段构像转换，暴露出胞内区的受体间相互作用位点。酪氨酸激酶催化下游分子磷酸化，随即启动一系列下游的信号通路，包括 PLCγ、PI3K、小的 G 蛋白、P21ras、rasGTP 酶激活蛋白(GAP)、生长因子受体结合蛋白 2 (grb2) 和 src 激酶家族等。其中研究较明确的主要有两条途径： 一条是 ras-raf-MEK-erk/MAPK途径， 信号经 shc、grb2 传递， 最后经 c-jun、c-fos 传到核内。另一条是 PI3K-AKT-PKC-IKK 途径，导致 NFκB 移位至核内， 而将信息传递入细胞核。EGFR 活化后经过上述信号传导途径最终引起一系列相关基因活化，导致肿瘤细胞持续增殖，凋亡抑制，以及包括血管形成因子在内的多种细胞因子合成，促使肿瘤细胞转移并导致放化疗抗拒。EGFR 可以受到不同水平的调节，其中包括配体诱导的 EGFR 的二聚体化、活化受体-配体复合物向特化的细胞膜区聚集、受体的内化以及在细胞内的循环、降解等。EGFR下游信号通路网络受到多种因素影响，Ras-Raf 等下游分子的异常与抗 EGFR 靶向药物治疗密切相关。
二、抗 EGFR 靶向治疗的分子机制
针对 EGFR 的靶向治疗药物主要有两类：一类是作用于 EGFR 受体胞内区酪氨酸激酶区的小分子抑制剂(Tyrosine Kinase Inhibitor，TKI)，主要包括吉非替尼(Gefitinib，Ireasa)、厄洛替尼(Erlotinib， Taceva)等。另一类是作用于受体胞外区的单克隆抗体(MAb)，包括西妥昔单抗(cetuximab)、Panitumumab(Vectibix)等。
(一) 抗 EGFR 单克隆抗体治疗的分子机制
西妥昔单抗的抗肿瘤作用主要通过以下 2 种方式：(1)直接抗肿瘤作用：包括诱导凋亡、抑制受体的生物功能、提高其他药物的细胞毒作用和抑制肿瘤细胞生长和存活的重要蛋白质的表达。(2)间接作用：包括补体介导的细胞杀伤(CDC)和抗体依赖的细胞杀伤(ADCC)效应。单克隆抗体与 EGFR 结合时，具有更高的亲和力，因此阻断 EGFR 介导的细胞信号传导通路，是一种具有极高特异性的作用方式。研究表明尽管单克隆抗体的本质为免疫分子，然而其产生的抗肿瘤治疗作用更主要是源于这种直接抗肿瘤作用，即抑制体内 EGFR 配体和 EGFR 的结合，阻断 EFR 等配体介导的细胞增殖和活化的生物功能，诱导细胞凋亡。而抗体介导的免疫反应 CDC 和 ADCC 对肿瘤细胞的免疫杀伤作用仅占次要地位。
进一步研究显示西妥昔单抗还可通过抑制肿瘤血管生产发挥抗肿瘤作用。EGF 和转化生长因子TGF-α 在大鼠模型的体内实验中可诱导新生血管形成。生长因子的共表达状态与浸润性乳腺癌的微血管密度相关。这些生长因子和 VEFR、bFGF 和 PDGF 等血管生成因子间存在互相调节作用。例如，TGF-α促进 VEGF 的表达。同时抑制 EGFR 后表现为血管生成因子 VEGF、bFGF 和白介素 IL-8 水平和微血管密度的降低。提示对 EGFR 功能的阻断可能影响肿瘤血管生成，发挥抗肿瘤作用。Luwor RB 等研究发现西妥昔单抗可通过下调缺氧诱导因子(Hypoxia Induce Factor， HIF)表达，抑制肿瘤血管生成。HIF 是一种强烈的新生血管诱导因子，可诱导 VEGF，bFGF 等多种血管生产因子表达。给与西妥昔单抗治疗后，肿瘤组织 HIF 的表达明显降低，VEGF 等血管生成因子的合成和分泌受到抑制，导致肿瘤血管形成障碍，生长阻滞。
此外，相关研究证实，EGFR intron1(CA)n 多态性可影响 EGFR 的蛋白表达，而 R497K 在 EGFR 信号转导通路起到关键作用。因此，研究 EGFR intron1 (CA)n 和 R497K 多态性同 EGFR 靶向抑制剂疗效的相关性，可能有助于寻找更有效的预测 EGFR 靶向抑制剂疗效的分子指标。同时研究显示 EGFR 及其下游分子 Cyclin D1 的多态性可影响西妥昔单抗的治疗疗效。Cyclin D1 基因型为 AA 的结直肠癌患者接受西妥昔单抗治疗生存期为 2.3 个月，而 Cyclin D1 基因型为 AG 或者 GG 的结直肠癌患者接受西妥昔单抗治疗生存期为 8.7 个月，存在明显差异。EGFR 和 Cyclin D1 基因型为 EGFGG/CCND1AA 时，西妥昔单抗治疗生存期 4.4 月，而基因型为 EGFA/CCND1G 时，生存期明显延长，为 12 个月。提示 EGFR 多态性是预测结直肠癌对西妥昔单抗治疗效果的重要因素。
(二) 酪氨酸激酶抑制剂治疗的分子机制
小分子的酪氨酸激酶抑制剂的抗肿瘤作用与单抗明显不同，小分子的 TKI 通过扩散进入肿瘤细胞，与 EGFR 的胞内段激酶结合区结合，从而抑制 EGFR 受体的磷酸化，阻断受体下游信号通路的传导，发挥抗肿瘤作用。研究发现，吉非替尼对 p-AKT 阳性、p-ERK 阴性的肿瘤疗效最好；而对 p-AKT 阴性、p-ERK 阳性者无效。对吉非替尼较为敏感的患者，如女性、无吸烟史者及细支气管肺泡癌患者等，p-AKT阳性率显著升高。而 EGFR 靶向药物的敏感性与 EGFR 和磷酸化表皮生长因子受体(p-EGFR)的表达水平无关。另一项研究显示，吉非替尼的作用与癌基因 K-ras 的突变状态无相关性，但可通过上调 P27KIP1和 P21CIP/WAF1 的表达，导致细胞 G1 期阻滞或诱导细胞凋亡。
近来研究表明 TKI 治疗的敏感性与 EGFR 突变有关。存在 18-21 位外显子突变的患者，对吉非替尼等 TKI 的疗效明显高于无突变患者。同时 EGFR 突变也与患者的临床特点相关，腺癌的突变率明显高于其他类型非小细胞肺癌(21%vs2%)，女性的突变率明显高于男性(20%vs9%)，亚裔患者的突变率明显高于欧美国患者(26%对 2%)。随后研究发现，厄洛替尼的疗效与 EGFR 突变也具有相关性。然而也有部分研究显示即使 EGFR 阴性患者也可能对 TKI 靶向药物治疗有效，这说明 TKI 存在其他作用机制仍需进一步研究确定。
编辑: yang 作者:丁香园通讯员
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