靶向eIF4E和HIF-1α相互调控的正反馈环在肿瘤治疗中的研究进展

赖文秀，胡新荣，姚运红
(广东医科大学基础医学院病理系，广东东莞523808)

【摘 要】肿瘤组织中eIF4E和HIF-1α的蛋白表达增多，eIF4E和HIF-1α都能够促进肿瘤细胞的增殖，肿瘤细胞的增殖因为eIF4E与HIF-1α相互调控而受到影响，eIF4E起始HIF-1α的蛋白翻译，HIF-1α促进eIF4E的转录(eIF4E和HIF-1α相互调控的正反馈环）。全文通过查阅eIF4E和HIF-1α在肿瘤研究中的相关的文献，对eIF4E与HIF-1α相互调控的正反馈环机制的研究现状及其在肿瘤的靶向治疗的研究进展以及在肿瘤靶向治疗可能需要解决的问题进行阐述，以期为肿瘤治疗的进一步研究提供探讨的方向。

【主题词】eIF4E；HIF-1α肿瘤；调控；治疗

[中图分类号]R730.53[文献标识码]A

Research Progress on Interacting Positive Feedback Loops between eIF4E and
HIF-1α and its application in Tumor Therapy
LAI Wen-xiu,HU Xin-rong,YAO Yun-hong
(Department of Pathology,Guangdong Medical University,Dongguan 523808,China)

【Abstract】 The expression of eIF4E and HIF-1α is increased in tumor tissue,both of them can promote proliferation of tumor cells.The eIF4E initiates protein translation of HIF-1α,in turns HIF-1α promotes the transcription of eIF4E,this interacting positive feedback loop regulates proliferation of tumor cells.This article reviews the current research progress on the positive feedback loop between eIF4E and HIF-1α and its application in cancer targeting therapy,also discusses the problems need to be solved.
[Subject words] eIF4E;HIF-1α;tumor;regulate;therapy

真核细胞翻译起始因子4E(eukaryotictraslationinitiationfactor4E，eIF4E)和低氧诱导因子lα(hypoxicinduciblefactor-1α，HIF-1α)在多种肿瘤细胞中表达明显增高，在肿瘤的增殖、侵袭和转移中起重要作用[1-2]。eIF4E和HIF-1α能够相互调控构成正反馈环，进一步促进肿瘤细胞的增殖。目前多个小组[3-5]对eIF4E与HIF-1α相互调控正反馈环及其对肿瘤的靶向治疗进行研究，取得明显进展。现就eIF4E与HIF-1α相互调控及在肿瘤治疗中的研究进展予以综述。

1  eIF4E和HIF-1α与肿瘤的关系

在哺乳动物中eIF4E有eIF4E1、eIF4E2和eIF4E3三种不同的家族成员，三者都具有与mRNA帽结构结合的特点，本文将eIF4E1统称为eIF4E。eIF4E是一个促癌基因，在肿瘤细胞内起促进增殖的作用。研究表明，eIF4E在鼻咽癌、前列腺癌、血液系统癌症等多种肿瘤中过表达，免疫组织化学法检测显示前列腺癌中eIF4E的蛋白表达呈现较高水平，并且与Gleason评分(GS)呈正相关；鼻咽癌组织中eIF4E的蛋白表达也呈现高水平表达，且淋巴结转移的患者较未转移患者高；提示eIF4E高表达与肿瘤的发生、侵袭、转移及预后不良相关[6-9]。活化的HIF是由HIFα和HIFβ亚基构成的异二聚体，HIF-1α在肿瘤细胞内起着调节肿瘤细胞适应缺氧、促进肿瘤细胞增殖的角色。通过促进血管生成、葡萄糖利用、EMT的进展、肿瘤的转移以及增强对放疗和化疗的抗性的方式来促进肿瘤的发生发展[10]。HIF-1α是决定恶性肿瘤预后的重要因子，作为一种对氧气敏感的转录因子超家族，主要负责众多的低氧诱导基因的表达调控[11]。

2  eIF4E与HIF-1α相互调控正反馈环及其对肿瘤的作用

eIF4E和HIF-1α相互调控正反馈环对肿瘤的增殖起促进作用。eIF4E调控HIF-1α机制主要有：(1)通过Akt/mTOR/p70S6K/4E-BP1和MAPK通路调节eIF4E的表达从而调控HIF-1α的表达。研究表明：香草酸、celastrol(一种醌甲基三萜）作用肿瘤细胞后，Western印迹分析结果显示p-mTOR，p-p70S6K，p-4E-BP1和p-eIF4E的蛋白质水平都下调，且HIF-lα的蛋白水平与之平行。因此，香草酸、celastrol通过抑制肿瘤细胞中的Akt/mTOR/p70S6K/4E-BP1通路进而抑制HIF-1α的表达。抑制Akt/mTOR/p70S6K/4E-BP1通路，低磷酸化的4E-BP能与eIF4G竞争结合eIF4E，特异性地阻碍eIF4E和eIF4G的相互作用导致HIF-1α表达下调，抑制肿瘤的增殖。反之，对Akt/mTOR/p70S6K/4E-BP1通路给予刺激后可以促进eIF4E磷酸化，上调HIF-1α表达，肿瘤的增殖能力增强[12-14]。研究表明，肝细胞的转录生长因子(HGF)受体MET通过影响eIF4G1的磷酸化而影响HIF-1α蛋白的翻译，采用蛋白印迹方法检测在MET介导后HIF-1α的减少与Ser-1232上的eIF4G1与磷酸化的减少相关，eIF4G1的磷酸化阻止了eIF4G1与eIF4E的结合，使得游离的eIF4E增加，可能刺激HIF-1α蛋白的翻译，促进肿瘤的增殖、侵袭和转移；反之，降低eIF4G1的磷酸化则能阻碍eIF4G1与eIF4E的结合，使得游离的eIF4E减少，HIF-1α蛋白也随之下调，抑制肿瘤的增殖、侵袭和转移[15]。(2)研究表明，通过检测荧光素酶活性可知活性Src增加了帽依赖性翻译，在具有持续活性Src的细胞中，PI3K-mTOR途径介导的帽依赖性蛋白翻译上调HIF-1α水平，即帽结合蛋白eIF4E1的表达上调了HIF-1α的表达，促进肿瘤细胞的增殖[16]。(3)在常氧和缺氧条件分别用荧光素酶测定法进行测试野生型和突变体HRE的荧光素酶活性，结果显示缺氧增加了野生型HRE的荧光素酶活性，并过表达了HIF-1α且进一步提高了其活性，而突变体HRE消除了这种缺氧对HIF-1α增强的荧光素酶活性的作用。因此，eIF4E1近端启动子区域的HRE促进HIF-1α在低氧癌细胞中的转录，HIF-1α的表达上调，促进肿瘤的增殖、侵袭、和转移[5]。

HIF-1α调控eIF4E的机制有：(1)人类4E-BP1基因序列的计算机分析显示HRE位于-278/＋644E-BP1启动子序列上，将-278/+64转染Bx2细胞后，蛋白印迹结果显示这样的HRE参与缺氧的细胞中的4E-BP1积累。因此可知，HIF-1α转录因子通过4E-BP1基因启动子含有的HRE介导4E-BP1基因上调，4E-BP1与eIF4E结合，进而下调eIF4E的蛋白表达，最终抑制肿瘤细胞的增殖[17]。(2)HIF-1α利用eIF4E近端启动子区的HREs上调eIF4E，增强肿瘤细胞的增殖能力[18]。

由此可见，eIF4E与HIF-1α的表达水平是平行的，两者相互调控构成正反馈环。作用结果都是导致eIF4E和HIF-1α的蛋白水平发生变化，最终影响肿瘤细胞的增殖。以eIF4E与HIF-1α相互调控的正反馈环作为治疗肿瘤的靶点进行干预，达到明显的肿瘤治疗效果，下文中将叙述抑制肿瘤的药物的几个类型。

3  以eIF4E调控HIF-1α翻译的途径作为肿瘤治疗的靶点

3.1PI3K/Akt/mTOR通路抑制性药物

抑制PI3K/Akt/mTOR通路的激活，同时阻断4E-BP1和eIF4E的磷酸化，使得eIF4E的活性受到抑制，间接影响HIF-1α蛋白的合成，可以同时抑制eIF4E和HIF-1α这两个促癌基因的表达，有效地抑制肿瘤细胞的增殖。这些抑制性的药物包括PI3K及mTOR双重抑制剂(NVP-BEZ235、BYL-719、雷帕霉素及其衍生物、mTOR活性位点抑制剂)。目前，这些药物多数已经被用于肿瘤治疗的临床试验，且有报道这些药物已经用于临床治疗[19]。临床将PI3K抑制剂BYL-719用于33例日本晚期实体瘤患者中，治疗周期为28天连续每天给药一次，临床治疗效果ORR为6.0％，DCR为58.2％[完全缓解(CR)，部分缓解(PR)，疾病稳定(SD)，疾病进展(PD)，疾病控制率DCR(CR+PR+SD)，客观反应率ORR(CR+PR)]。治疗中出现的高血糖、斑丘疹、腹泻等副作用，通过剂量中断，使用降糖药、抗组胺药的对症处理后明显缓解[20]。根据临床试验的结果可知，PI3K抑制剂可有效抑制肿瘤细胞的增殖，但由于出现的副作用可能使得患者的治疗积极性下降，导致治疗的中断而影响整个治疗效果，因此，合理用药及减轻副作用需要针对个体差异并且结合临床考虑。

3.2eIF4E磷酸化抑制性药物

抑制MAPK通路能抑制eIF4E的磷酸化，下调HIF-1α。这类药物有Mnk抑制剂(CGP57380、尾孢素酰胺）[21]。这类药物目前未有用于人体临床治疗的报道，但研究者将CGP57380用于神经胶质母细胞瘤小鼠模型实验，采用磷酸特异性抗体的蛋白质印迹分析结果显示eIF4E的磷酸化降低，采用无创生物发光成像(BLI)检测肿瘤的大小，绘制肿瘤生长曲线显示肿瘤的生长明显受到抑制，停药后肿瘤细胞恢复指数生长，说明Mnk抑制剂通过抑制eIF4E磷酸化有效地抑制了肿瘤的生长[22]。将Mnk抑制剂尾孢素给含瘤裸鼠(结肠癌）灌胃一次，含瘤鼠的瘤组织和肝组织中的eIF4E表达下降，eIF4E的磷酸化下降；连续给药30天后，可显著抑制移植瘤的生长，裸鼠的体重未发生明显改变。表明Mnk抑制剂尾孢素能下调eIF4E、有效抑制移植瘤的生长[23]。在动物模型的试验中，Mnk抑制剂抑制eIF4E的表达，降低eIF4E的磷酸化，明显抑制肿瘤的增殖，但由于还未用于人体的临床治疗试验，要用于临床靶向治疗，还需进一步的探讨研究。

3.3eIF4E的帽子结构依赖抑制性药物

抑制eIF4E的帽子结构依赖的翻译能降低eIF4E的翻译速度，相应地HIF-1α的翻译速度减慢。利巴韦林是目前临床试验中最为成功的eIF4E抑制剂[24]。研究者在临床试验中[25]用具有m7G帽的利巴韦林物理模拟物治疗13例急性白血病患者，每周期28天，连续6个周期后除2例无法评估反应的患者，其他患者均未观察到与治疗相关的毒副作用。1例患者获得CR，2例患者获得PR，2例患者获得BR，4例患者获得SD，2例患者获得PDs，治疗过程未见明显的毒性。免疫组织化学法检测患者瘤组织eIF4E的表达水平和活性都显示降低。试验结果表明具有m7G帽利巴韦林模拟物对急性白血病患者的治疗有显著的疗效，即具有m7G帽利巴韦林模拟物干扰eIF4E与帽子结构结合，使得eIF4E的活性和表达下降，翻译速度下降，肿瘤的增殖受到抑制。这类药物不仅有明显的肿瘤抑制效果，而且具有副作用少的优点。

3.4小分子干扰RNA下调eIF4E的药物

用靶向eIF4E的小分子干扰RNA沉默eIF4E，抑制eIF4E的表达，从而下调HIF-1α[26]。临床治疗实验中，30例恶性肿瘤患者参加并接受至少一剂反义eIF4ELY2275796的治疗，除8例患者治疗中断无价值外，15例患者获得PD，7例获得SD。治疗期间患者出现了疲劳、恶心、发热、呕吐和血小板减少症等不良反应[27]。反义eIF4ELY2275796对肿瘤的治疗效果较好，肿瘤的进展受到明显抑制，但是毒性作用较大，可能会使治疗中的患者产生负面情绪而拒绝治疗，且产生血小板减少的副作用可能危及患者生命，大大降低治疗效果，要降低毒性作用就要根据患者出现的副作用的实际情况进行剂量减少或者针对毒性对症用药，中和毒副反应，临床使用这类药物治疗的过程中应密切观察患者的反应，并及时处理副作用，使患者获得最好的治疗效果。

4  以HIF-1α调控eIF4E转录的途径作为治疗肿瘤的靶点
HIF-1α与eIF4E的HRE的DNA结合的抑制性药物通过抑制HIF-1α和eIF4E的HRE的DNA结合，从而减少HIF-1α，下调eIF4E。目前该类药物有硼替佐米、两性霉素B[28]。临床治疗中，34例多发性骨髓瘤患者接受硼替佐米的治疗结果显示，28例达ORR，其中9例达CR，2例达VGPR(很好的部分缓解），17例获得PR，5例获得SD，1例获得PD。硼替佐米对多发性骨髓瘤的增殖有明显的抑制作用；但治疗过程中出现了周围神经病变、带状疱疹、呼吸困难[29]。这类药物的副作用可能导致患者难以忍受疼痛最终放弃治疗，治疗过程应注意剂量的控制及应用相应的药物处理副作用，以确保治疗效果。另外，促进HIF-1α转录因子与4E-BP1基因启动子上的HRE结合介导4E-BP1基因上调，也可以达到下调eIF4E蛋白的目的，但针对该机制的药物研究很少，目前未有相关药物的报道，有待进一步研究。
以上药物是通过抑制eIF4E与HIF-1α相互调控正反馈环的途径的某个点进而下调eIF4E或HIF-1α，最后抑制肿瘤的增殖，达到明显的治疗效果，eIF4E与HIF-1α的相互调控的正反馈环为肿瘤的研究和治疗提供了一种新的思路与方向。

5  小结

靶向eIF4E与HIF-1α相互调控正反馈环肿瘤治疗能同时起到降低HIF-1α和eIF4E两个促癌基因表达的双重作用，能更高效率地抑肿瘤的发生发展，提高肿瘤患者的生存率，改善患者的预后，也为临床更精准地靶向治疗肿瘤提供探讨的方向。但是在治疗选择上，是以其中某一个点作为靶点进行干预或阻断还是同时对其中几个点进行干预或阻断对肿瘤的抑制作用效果更好仍然未知，另外，如果时靶向几个点进行治疗，药物的副作用可能会很大程度影响治疗效果，应该重点关注。此外，靶向HIF-1α与eIF4E相互调控正反馈环治疗肿瘤是否适用于所有的肿瘤尚不明确，有待进一步研究。

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(《肿瘤学杂志》网络首发论文)

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