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EGFR信号通路的相关信息简介

  人表皮生长因子受体(humanepidermal growth factor receptor,HER/ErbB)家族,是由HER-1(EGFR/ ErbB 1)、HER-2(ErbB2)、HER-3(ErbB3)以及HER-4(ErbB4)这四个成员组成。

  广泛分布于人体各组织细胞膜上的多功能糖蛋白,可以在细胞表面与生长因子结合,进行信号转导,调节细胞的生长、分裂和修复。

  EGRF在肿瘤细胞中常处于过度激活状态,使细胞周期失去调控,其与肿瘤细胞的增殖、血管生成、肿瘤侵袭、转移及细胞凋亡的抑制有关。

  研究显示,HER家族蛋白与多种肿瘤的临床病例特征及预后相关,如胃癌、乳腺癌、非小细胞肺癌及结直肠癌等。

  EGFR属于酪氨酸激酶型受体,位于第7号染色体,由28个外显子组成,编码1186个氨基酸。

  与配体结合导致重要的构象变化,暴露受体中的二聚环结构,引发自身磷酸化,转导下游信号,调节细胞的增殖、凋亡、迁移、存活和一系列复杂的过程。

  酪氨酸激酶受体(RTKs):是最大的一类酶联受体,既是受体,也是酶,能够同配体结合,并将靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化。

  1、EGFR大体结构

  (1)细胞外结构域:配体结合位点

  (2)单次跨膜的疏水α螺旋区

  (3)细胞质部分:有自磷酸化位点和酪氨酸蛋白激酶活性结构域

  2、HER家族4 个同源蛋白之间结构上也存在一定差异

  ※EGFR与 HER-4具有功能完备的胞外配体结合域和可以激活的激酶结构域;

  ※HER-2的胞外域或不具有配体结合能力,亦或至今没能发现其配体,主要通过与家族中其他成员形成异二聚体而与各自的配体结合。Her-2蛋白常为异二聚体首选伴侣,且活性常强于其它异二聚体;

  ※有11个生长因子可结合于这些受体,包括:表皮生长因子(EGF)、转化生长因子-α(TGF α )、双向调节蛋白(AR)、纤维素、β-细胞素(BTC)、表皮调节蛋白(EPR)、肝素结合EGF样生长因子(HB-EGF)和4个神经调节蛋白。其中EGF与TGF α是EGFR最重要的两个配体;

  ※神经调节蛋白主要为HER-3和HER-4二聚体的配体。

  EGFR激酶受体被激活机制

  在正常生理状态,这些受体的跨膜信号传导是由配体结合所触发,并受到严格调控。这样保证了:

  (ⅰ) 在没有配体时,不致引发错误的跨膜信号;

  (ⅱ) 在配体结合后, 相应信号能准确传递至细胞内激活激酶活性,调控相关基因的表达与转录, 进而促进细胞生长、分化与繁殖;

  (ⅲ) 在受体激酶被激活后,能通过负反馈机制抑制激酶活性,使受体分子的活性在配体消失后能恢复到基态

  一旦这些调控机制受到破坏,持续的生长信号导致相应细胞发生转化,进而发生癌变。

  作用机制

  EGFR 通过与配体结合,两个EGFR单体形成二聚体,二聚体自磷酸化之后酪氨酸激酶活性增强,下游信号通路的蛋白质可与EGFR上磷酸化的酪氨酸位点结合,分别引起细胞内不同的信号应答,进一步诱导细胞去分化、 快速增殖、凋亡阻滞和新生血管形成;

  主要信号通路:RAS/RAF/MARK/ERK、PI3K(磷脂酰肌醇-3)/AKT(蛋白激酶B)/mTOR和JAK/STAT;

  两个同种受体分子的结合(同源性二聚作用);

  人类EGF相关性受体(HER)酪氨酸激酶家族中的不同成员的结合(异源性二聚作用)。

  EGFR在肿瘤中的变异

  EGFR抑制剂

  1、分类:MAb和TKI

  (1)作用于受体胞外区的单克隆抗体(mono-clonal antibody,MAb):其作用是通过阻止内源性配体与 EGFR 胞外区受体结合,抑制受体二聚化以及阻断信号传导, 从而抑制胞内激酶区以及下游信号通路的磷酸化激活。例如抗 EGFR的西妥昔单抗和帕尼单抗(类似:抗 HER-2 的曲妥珠单抗);

  (2)作用于受体胞内区的小分子酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitors,TKI):通过与胞内酪氨酸激酶结合域的 ATP 位点竞争性结合,抑制相关酪氨酸激酶活性和细胞内磷酸化过程,进而抑制 EGFR 下游的信号传导。例如靶向 EGFR 的吉非替尼、 厄洛替尼(类似:双重靶向 EGFR 和 HER-2 的拉帕替尼)。

  2、西妥昔单抗

  西妥昔单抗(Cetuximab)是一种人-鼠嵌合抗-EGFR MAb,在人体内的平均半衰期大约是112小时。与EGFR亲和力比自然配体更高,其作用是阻断内源性配体与EGFR胞外区结合,同时促进EGFR的内吞降解,减少细胞膜表面受体数量,进而减弱下游信号通路的传递。

  西妥昔单抗还可以下调VEGF等相关因子间接抑制血管生成和肿瘤转移。

  3、厄洛替尼

  厄洛替尼(Erlotinib)是第一代EGFR-TKI,于2004年在美国被FDA批准用于难治性晚期NSCLC的治疗。

  BR21试验显示,厄洛替尼在晚期NSCLC病人提高生存率上表现出了优势。该试验还指出厄洛替尼最主要的副反应是皮疹和腹泻,而且皮疹越重,厄洛替尼治疗效果越好,因此皮疹的分级程度有可能成为预测厄洛替尼疗效的指标。

  耐药机制

  尽管靶向药物为癌症患者带来了福音,但大多数患者最终在中位治疗10个月后发展为耐药,限制了抗EGFR治疗的应用。

  耐药主要机制:

  (1)EGFR基因突变或靶点缺失:T790M突变。

  (2)绕开EGFR通路的其他TK受体的活化:HER-3介导的PI3K/AKT信号通路的异常激活;蛋白酪氨酸磷酸酶基因(PTEN)缺失;MET/C-Met(肝细胞生长因子受体)基因扩增和肝细胞生长因子HGF超表达;HER-2过表达;IGF-1R(胰岛素样生长因子1受体)激活;

  (3)胞内EGFR下游信号蛋白非依赖性或组成性活化:KRAS突变、BRAF基因突变;

  (4)肿瘤诱导的非依赖于EGFR的血管生成:VEGF的过度表达;

  (5)膜表面的EGFR内吞降解过程异常;

  (6)其他:上皮-间质型转化。

  1、EGFR基因突变或靶点缺失

  T790M突变是导致TKI耐药主要因素。

  EGFR基因第20号外显子激酶区域第790位的氨基酸,从苏氨酸(t)替换成蛋氨酸/甲硫氨酸(m)由苏氨酸变成体积较大的甲硫氨酸,造成了位阻效应,导致TKI类药物无法靠近酪氨酸激酶活性中心。

  T790M 突变还增加 EGFR-L858R敏感突变体与ATP的亲和力,相对减弱了 EGFR-TKI与EGFR的结合能力,从而引起耐药。

  与T790M相似的耐药突变还有D761Y、L747S、T854A,这些突变统称为“非T790M继发突变”,总发生率低于5%。

  使用第三代TKI:奥希替尼

  其它TK受体的活化

  2、绕开EGFR通路的其他TK受体的活化

  细胞内存在许多转导增殖刺激的TK受体,他们都参与调节细胞的许多生理功能,并且许多调节作用存在相互交叉,细胞从环境中得到的不是单一的信号,许多信号通路是公用的。因此,EGFR被阻断后,其他受体能够通过替代EGFR的主要功能来维持细胞的存活

  (1)HER-3介导的PI3K/AKT 信号通路的异常激活;其都通过HER-3 激活和 PI3K信号路径激活进而引起EGFR抑制剂获得性耐药;

  (2)蛋白酪氨酸磷酸酶基因(PTEN)缺失;

  (3)MET/C-Met(肝细胞生长因子受体)基因扩增和肝细胞生长因子HGF超表达;

  (4)HER-2过表达;

  (5)IGF-1R(胰岛素样生长因子1受体)激活。

  例如,在西妥昔单抗耐药的结直肠癌患者,HER-2在癌症中的过表达引起HER-2/HER-3 二聚体增加,从而激活PI3K/AKT 信号通路。在所有 HER 家族二聚体中,HER-2/HER-3又是最有潜力激活PI3K/AKT 信号路径的。HER-3羧基端的酪氨酸残基一旦被磷酸化,它们能结合 PI3K的 p85亚基,因此HER-3 更容易激活PI3K/AKT 信号。PI3K/AKT信号是细胞增殖最重要的路径,它的激活导致人类癌症的多药耐药。

  PTEN和IGF-1R

  PTEN

  PTEN是一个具有磷酸酶活性的抑癌基因,它能特异性切割磷脂酰肌醇三磷酸(PIP3)的D3位磷酸基,拮抗磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)的活性,进而调节第二信使PIP3水平,活化AKT/PKB及凋亡过程,调控细胞生长。对于PTEN失活导致耐药的肿瘤细胞,可通过恢复PTEN表达重新获得TKI对肿瘤细胞的杀伤力。

  IGF-1R:

  研究发现,胰岛素样生长因子 1 受体(IGF-1R)及其信号通路在细胞增殖、分化、凋亡和转移中起到非常重要的作用,普遍存在于肿瘤细胞中,是引起EGFR抑制剂耐药的一条重要旁路,可以通过激活 EGFR下游的 PI3K/AKT和 MAPK信号通路,导致患者对EGFR-TKI 产生耐药。

  Chakravarti等研究表明,耐药株IGF-1R的表达明显高于亲本株,单独使用EGFR-TKI不能抑制AKT磷酸化与活化,而联合使用IGF-1R抑制剂后,可恢复EGFR抑制剂对耐药株的敏感性。

  抗 IGF-1R 分子单克隆抗体可以有效缓解对曲妥珠单抗耐药的卵巢癌细胞的致癌。

  MFT与HGF

  MET基因位于染色体7q31,编码分子量为190kD的跨膜糖蛋白。研究显示MET基因扩增可以增加 HER-3 的磷酸化水平, 绕过 EGFR 这一靶点激活下游PI3K/AKT 信号通路,导致EGFR抑制剂耐药。

  Engelman等在其建立的吉非替尼耐药的细胞系中检测到MET基因的扩增,并通过对MET信号通路的阻断恢复对吉非替尼的敏感性。20%NSCLC TKI耐药与MET基因扩增有关,抑制MET基因扩增可提高TKI治疗的有效率。

  肝细胞生长因子(HGF)是MET蛋白的配体,在许多间质细胞及肿瘤细胞中均有表达。研究显示,过表达的HGF可能通过GAB1信号途径诱导肿瘤细胞对TKI产生获得性耐药。

  临床研究发现,HGF在吸烟的肺癌患者中高表达,这也可能与吸烟者对EGFR-TKI耐药有关。

  Gab蛋白是一类重要的接头蛋白,该家族能与生长因子受体结合蛋白2(growthfactor receptor binding protein 2,Grb2)相结合Gab1是哺乳动物中含量最多、分布最广的Gab蛋白,可通过与各类生长因子、细胞活素类等相互作用来放大和整合信号转导,主要通过RAS-ERK和PI3K-AKT这两条经典途径实现促进细胞生长和分化、控制凋亡、调节免疫等多种生物学功能。

  3、胞内EGFR下游信号蛋白非依赖性或组成性活化

  (1)KRAS突变:生理情况下,EGFR信号通路活化后,KRAS蛋白短暂激活,其后迅速失活,激活/失活是受控的,而KRAS基因突变时,EGFR信号通路持续激活,加速肿瘤细胞增殖。KRAS突变型编码异常的蛋白,刺激促进恶性肿瘤细胞的生长和扩散,并且不受上游EGFR信号的影响,所以对抗EGFR治疗效果差。

  mCRC患者中KRAS突变率为40%-50%。NCCN指南:RAS突变型结直肠癌患者不应该接受西妥昔单抗或者帕尼单抗治疗。

  (2)BRAF基因突变:BRAF是RAS的下游因子,8%~10%结直肠癌患者存在BRAF突变,BRAF突变只存在于RAS 野生型的患者中。非突变型BRAF基因仅在RAS 激活后激活,而突变型BRAF基因不受RAS基因控制,处于连续激活状态。

  BRAF状态与抗EGFR治疗,国内外尚未完全统一:

  多项荟萃分析证实BRAF突变患者接受抗EGFR治疗疗效差,PFS和OS显著更短。

  也有研究报道BRAF非V600E突变患者接受抗EGFR治疗有效。

  肿瘤诱导的非依赖于 EGFR的血管生成

  EGFR信号通路能产生一些肿瘤促血管新生因子,包括血管内皮生长因子( VEGF)和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)。EGFR抑制剂能够抑制EGFR活化,下调肿瘤诱导VEGF的血管生成。

  Viloria等证实了血管生成变异能诱导肿瘤对EGFR抑制剂产生耐药。

  2004年Ciardiello等诱导出同时对MAb和TKI都耐药的CRC细胞株,EGFR/VEGFR双受体抑制剂ZD6474(Vandetanib、范得它尼)能有效抑制其生长,使控制期增加了150天。耐药株VEGF的表达是亲本敏感株的10倍,推测对耐药肿瘤细胞抑制其VEGFR信号转导可能是潜在的治疗策略。



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