胰岛素样生长因子及其受体研究进展
第三军医大学学报1999年第21卷第8期
周 平（综述） 周子成（审校）
关键词：IGF-Ⅰ IGF-ⅠR 肿瘤 转化
胰岛素样生长因子(Insulin-like growth factor,IGF)与其它多功能生长因子一样， 在胚胎、神经、骨骼肌、骨骼的发育，细胞增殖、转化及肿瘤发生、发展中具有十分重要的 作用［1］。IGF家族主要有三个受体：IGF-ⅠR、IGF-ⅡR、ⅠR(胰岛受体)，三个 配体：IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ、胰岛素，至少六个IGF结合蛋白(IGF binding proteins,IGFBPs) 。在细胞增殖中，IGF-ⅠR是三个受体中活性最强的受体［2，3］，三个配体均可激 活IGF-ⅠR，其促进细胞有丝分裂作用是ⅠR的10倍，胰岛素在超生理浓度状态下也可能过I GF-ⅠR发挥促细胞有丝分裂。IGFBPs可与IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ结合，发挥调节作用，但其不 与胰岛素结合［3］。本研究仅就IGF-Ⅰ及IGF-ⅠR在促进细胞有丝分裂、细胞转化等方面作一文献综述。
1 IGF-ⅠR
IGF-IR是一糖蛋白异四聚体，由两个配体结合区α亚基(706氨基酸，分子量135×10 3u)和两个跨膜区β亚基(627氨基酸，分子量90×103u)组成，属于酪氨酸激酶受体家族。 基因定位于染色体15 q25～26，先合成1367个氨基酸单链的前蛋白原，切除30个残基 后，前体经糖基化及在707-710氨基酸处切开，产生α、β亚基，由二硫键连接形成α、β 半受体，在α亚基之间由二硫键连接形成成熟的α2、β2受体。IGF-ⅠR与ⅠR在结构 和顺序上类似，约75%同源。
α亚基含有配体结合区，与IGF-I亲和力最高，胰岛素最低。IGF-ⅠR的生物学功能与 配体结合能力密切相关，该区富含半胱氨酸。β亚基是由较短的细胞外区，跨膜区及较长的 胞内区构成，在胞内区，950残基处为基质接合位点，主要与IRS-Ⅰ(Insulin receptor su bstrate-Ⅰ，IRS-Ⅰ)、She结合，1 003残基处为ATP结合位点，酪氨酸激酶区以1 131、1 135、1 136为中心，该区IGF-ⅠR与ⅠR高度同源(84%)， 但在α亚基富含半胱氨酸区则同源性较低，仅为48%，这对其亲和力有一定影响，C端与细胞 的转化密切相关［4］。配体结合α亚基激活胞内酪氨酸激酶，β亚基发生构象改变 ，导致受体自身磷酸化，为受体功能的重要步骤。在完整受体，α亚基未与配体结合时，其 功能是细胞内酪氨酸激酶的抑制剂，当与配体结合后方能解除这一抑制作用。
2 IGF-Ⅰ
IGF-Ⅰ基因定位于染色体12 q12～24，IGF-Ⅰ蛋白是70氨基酸的单链碱性蛋白 质，分子量7.5×103u，脊椎动物中，IGF蛋白高度保守，IGF-Ⅰ与IGF-Ⅱ约70%同源。 在血液中IGF-Ⅰ以成熟体形式存在，IGFBPs结合IGFs，以复合物的形式存在，维持结合与 游离状态IGFs的动态平衡从而发挥其调节作用。
3 促进细胞有丝分裂作用
许多生长因子，如PDGF、EGF、IGF-Ⅰ对细胞增殖从G1期→S期具有促进作用，而IGF -Ⅰ更具有显著的促有丝分裂作用。各种细胞如成骨细胞、软骨细胞、平滑肌细胞、骨骼肌 细胞、肾小球系膜细胞、甲状腺滤泡细胞、上皮细胞等经IGF-Ⅰ处理后均能增强细胞增殖 。具有完整功能的IGF-ⅠR对细胞的增殖具有重要作用，在鼠胚成纤维细胞，其IGF-ⅠR发 生变异则细胞周期的各阶段均减慢。通过反义策略，如IGF-ⅠR反义寡聚脱氧核糖核酸肽或 反义RNA则能明显抑制成纤维细胞、胶质瘤细胞、卵巢癌细胞的增殖［3］，显示IGF -ⅠR在控制细胞增殖中具有重要作用。
4 细胞转化
4.1 对转化细胞的影响
在多种细胞IGF-ⅠR的过度表达，可建立细胞转化表型，既具有在软琼脂形成克隆及在 裸鼠中形成肿瘤的能力。虽然其它生长因子受体的过度表达，如PDGF、EGF、FGF(纤维母细 胞生长因子)受体等或细胞癌基因，均可导致细胞转化，但是IGF-ⅠR却有显著的特征，病 毒或细胞癌基因如SV40 T抗原，ras或两者结合，以及乳头状瘤病毒E蛋白，EGF受体和PDGF β受体过表达可使野生型细胞发生转化，却不能使IGF-ⅠR缺失的细胞发生转化［3］ 。缺乏IGF-ⅠR的成纤维细胞不能在裸鼠中形成肿瘤。表达反义的IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ寡聚 脱氧核糖核酸肽，IGF-ⅠR的反义RNA，以及IGF-ⅠR的抗体等均可抑制已建立的转化表型 细胞成瘤性［5，6］，减少转移特性。大鼠胶质细胞瘤C6细胞在裸鼠体内能快速形 成肿瘤，当用反义IGF-ⅠR寡聚脱氧核糖核酸肽预先处理细胞，则其形成的肿瘤较对照组明 显减小［5］，稳定表达IGF-ⅠR cDNA的胶质细胞瘤C6细胞也观察到相同结果。表 明下调IGF-ⅠR的表达与弱化肿瘤细胞成瘤能力密切相关。胶质细胞瘤C6细胞能分泌IGF -Ⅰ，通过稳定表达反义IGF-Ⅰ cDNA的细胞不能在同系大鼠体内形成肿瘤，并能使已形成 的肿瘤显著缩小。这一作用机制尚不清楚，可能与反义细胞导致免疫源性改变有关。Rho ［7］采用致癌剂在小鼠皮肤局部处理，利用Northern、RT-PCR检测表皮IGF-Ⅰ，IGF -IRmRNA的变化。在成瘤前，一次或多次的致癌剂处理，IGF-Ⅰ，IGF-ⅠRmRNA无明显变 化，但在成瘤时，则明显增高，分别为成瘤前的2.5～15倍、2.5～8倍，表明IGF-Ⅰ，IGF -ⅠR在肿瘤形成中发挥重要作用。
通过对人Wilms瘤，乳腺癌、肺鳞状细胞癌、肺小细胞癌等癌与癌旁组织比较，前者IGF -ⅠR均呈高表达［8］。应用IGF-ⅠR cDNA探针进行Northern印迹杂交分析，发现 肝癌组织IGF-ⅠR过量表达，明显高于相应的癌旁组织和正常肝组织，进一步表明IGF-ⅠR 在人肿瘤发生中也具有十分重要的作用。但是，某些细胞，如B淋巴细胞没有或有极微量IGF -ⅠR，大多数B淋巴细胞瘤缺失IGF-ⅠR，因此，细胞转化可能存在其它途径［3］ 。
4.2 对肿瘤侵袭性的影响
研究表明，IGF-ⅠR对肿瘤侵袭性也发生重要的作用。Guerra［9］研究了两种 具有侵袭力不同的鼠乳腺腺癌细胞，M3有40%的肺转移能力，MM3有95%肺转移能力。发 现IGFⅠmRNA蛋白在M3、MM3细胞表达一致，而在MM3，IGF-Ⅱ mRNA、IGF-ⅠR mRNA 均明显高于M3细胞，分别为4倍、2倍。IGF-Ⅰ可刺激M3、MM3细胞分泌尿激酶型纤溶 酶原激活物UPA，在高密度受体及大量的配体(IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ)促进UPA的分泌，从而介导 肿瘤细胞的增殖与转移。低表达IGF-ⅠR的肺癌细胞株M-27，经转染、增加并获稳定IGF- ⅠR的表达，则增加了浸润基质的能力，并对IGF-Ⅰ反应增强，当注入体内可引起多发性肿 瘤［10］。前列腺癌细胞高表达IGF-ⅠR，且常转移至骨，该环境富含IGFS，经转染 IGF-ⅠR反义RNA，显著降低内源性IGF-ⅠRmRNA水平。皮下注射4周后，对照细胞形成较大 的肿瘤，而转染的细胞形成的肿瘤较小或在观察期内(60 d)无肿瘤形成。当注入裸鼠体内， 对照细胞除形成肿瘤外并伴有脑实质的转移，而反义细胞形成的瘤体不仅小，而且无脑实质 的转移［11］。上述研究提示IGF-ⅠR在肿瘤细胞转移通路中具有重要作用。目前其 介导的转移机制尚未阐明。有证据表明，在乳腺癌细胞株MCF-7，IGF-Ⅰ通过激发非电压 依从式钙通道，增加钙通透力，增加胞浆内钙离子浓度［12］，于是细胞内便组装可 引起细胞运动的收缩成分。钙通道阻滞剂可阻断内流，抑制IGF-Ⅰ的功能。而且IGF-Ⅰ， IGF-Ⅱ可刺激UPA的分泌，激活尿激酶型纤溶酶原，介导细胞外基质的降解。肿瘤转移的过 程十分复杂，IGF-ⅠR对转移的影响机制有待于今后的深入研究。
4.3 抗凋亡作用
IGF-Ⅰ能够防止多种损伤因子所致的细胞损伤，如保护局部缺血的中枢神经及损伤因 子对神经元的损伤以及增加肾血流量促使急性缺血性肾功能衰竭的大鼠肾功能恢复［3 ，13］。拓扑异构酶抑制剂能够诱导视网膜母细胞瘤Y79细胞的凋亡，它能够促进P53及P5 3相关蛋白，如P21，Bax和IGFBP3的表达，并降低Bel-2的水平，如用IGF-Ⅰ预先处理细胞 则可起抗凋亡作用［15］，IGF-ⅠR在抗凋亡中可能起更为重要作用。过度表达IGF -ⅠR能够保护由拓扑异构酶抑制剂、肿瘤坏死因子、在造血细胞中撤除IL-3以及其它损伤 因子在神经母细胞瘤等所诱导的凋亡［15］。IGF-ⅠR减少可导致肿瘤细胞广泛的凋 亡。Resnicoff［14］采用一种测量体内凋亡程度的渗滤室技术(Disffusion chamber )，其可允许蛋白、营养成分、抗体通过，但细胞却不能出入，它能较准确确定细胞的死亡 数量，且所用时间短暂(少于24 h)，远较裸鼠种植试验快捷。以IGF-ⅠR的反义寡聚脱氧核 糖核酸肽(ODN)处理大鼠胶质细胞瘤C6细胞，随着ODN浓度的增加，IGF-ⅠR的数量减少， 肿瘤细胞的凋亡程度也增加。因此，以IGF-ⅠR为靶位，抑制肿瘤细胞的生长，其途径可能 是减慢增殖速度，通过凋亡成几它机制杀死肿瘤细胞。
IGF系统在促细胞有丝分裂，细胞转化及抗凋亡方面具有十分重要的作用，介导肿瘤的 发生、发展，而且与其它生长因子、癌基因具有复杂的联系，某些生物学作用还有待进一步 阐明。深入研究IGF系统的生物学作用及其在信号传导通路中的地位，结构与功能关系，明 确其作用机制，进而选择最佳靶位，为封闭、阻断肿瘤的发生、发展提供更有力的依据。
作者简介：周 平，男，36岁，主治医师，硕士
作者单位：(第三军医大学附属西南医院消化内科) 重庆，400038
参考文献
1 Claire E, Stewart H, Rotwein P. Growth, differentiation, and su rvial:mutipul physiological functions for insulin-like growth factors. Physiol Rew,1996,76(4):1005
2 Blakesley V A, Stannard B S, Kalebic T, et al. Role of the IGF-Ⅰreceptor in mutagenesis and tumor promotion. J Endocrinology,1997,152(3):339
3 Baserga R. Hongo A. Rubini M, et al. The IGF-1 receptor in cell gr owth,transformation and apoptosis. Biochmica et Biophysica Acta,1997,1332(3):105
4 Sepp Lorenzino L. Structure and function of the insulin-like growth fa ctor 1 receptor. Breast cancer Res. Treat,1998,47(3):235
5 Resnicoff M, Burgaud J L, Rotman H L, et al. Correlation between ap optosis tumorigenesis,and levels of insulin-like growth factor 1 receptors, Can cer Res,1995,55(17):3739
6 Ellouk A S, Djenabi S, G A, De Oliveira, et al. Induction of apopto sis in rat hepatocarcinoma cells by expression of IGF-1 antisense c-DNA. J Hep atol，1998，29(5)：807
7 Rho O, Bol D, You J. Altered expression of insulin-like growth factor 1 and its receptor during multistage carcinogenesis in mouse skin. Mol Carcinog, 1996,17(2):62
8 Gebauer G, Jager W, Lang N. mRNA expression of components of the insuli n-like growth factor system in breast cancer cell lines, tissues and metastatic breast cancer cells. Anticancer Res,1998,18(2A):1191
9 Guerra F K, Eijan A M, Puricelli L. Varying patterns of expression of i nsulin-like growth factor Ⅰand Ⅱ and their receptors in murinc mammary adenoc arcinomas of different metastasizing ability. Int J Cancer,1996,65(6):812
10 Long L, Rubin R, Brodt P. Enhanced invasion and liver coloniza tion by lung carcinoma cells overexpressing the type 1 insulin-like growth fact or receptor. Exp Cell Res,1998,238(1):116
11 Burfeind P, Chernicky C L, Rininsland F. Antisense RNA to the type 1 i nsulin-like growth and prevents invasion by rat prostate cancer cells in vivo . Proc Natl Acad Sci USA,1996,93(14):7263
12 Nie L, Oishi Y, Doi I. Inhibition of proliferation of MCF-7 breast ca ncer cells by a blocker of Ca2+ permeable channel. Cell Calcium,1997,22(2 ):75
13 Hirschberg R. Ding H, Mechanism of insulin-like growth factor-I indu ced accelerated recovery in experimental ischemic acute renal failure. Miner Ele ctrolyte Metab,1998,24(4):221
14 Giuliano M, Lauricella M, Vassallo E, et al. Induction of apoptosi s in human retinoblastoma cells by topoisomerase inhibitors Invest. Ophthalmol V is Sci,1998,39(8):1300
