方黃毅 張 哲 龐 晨 盛漢松

髓母細(xì)胞瘤(MB)是兒童中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，約占15歲以下兒童所有腦部腫瘤的20%[1]。MB具有惡性程度高、容易轉(zhuǎn)移、術(shù)后易復(fù)發(fā)等特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)髓母細(xì)胞瘤的患者采取手術(shù)、放療及化療的綜合治療，髓母細(xì)胞瘤患者的術(shù)后生存率(0.1～20.3年)達(dá)到70%。盡管常規(guī)療法對(duì)大部分髓母細(xì)胞瘤患者有效果，但大多數(shù)存活者長(zhǎng)期忍受放療和化療帶來(lái)的不良反應(yīng)，包括發(fā)育、神經(jīng)以及內(nèi)分泌等方面的失調(diào)[2]。因此，尋找更加安全、高效及低廉的靶向抑制治療具有重要的意義。

在細(xì)胞分子研究中，MB包含了多個(gè)分子亞型：SHH型、WNT型、第3組型 (group3)、第4組型(group4) 。髓母細(xì)胞瘤亞群顯示高度不同的細(xì)胞遺傳學(xué)、突變譜和基因表達(dá)特征，此外還有不同的臨床表型，例如腫瘤細(xì)胞組織學(xué)和患者預(yù)后的差異[3]。SHH型基本為促纖維增生/結(jié)節(jié)型髓母細(xì)胞瘤，好發(fā)于嬰幼兒和成人，預(yù)后較差。在大多數(shù)情況下，SHH亞組涉及SHH通路的一個(gè)或多個(gè)基因(如PTCH1、SUFU或SMO等)的體細(xì)胞突變，導(dǎo)致通路異常激活，進(jìn)一步導(dǎo)致MB的發(fā)生。

三氧化二砷(ATO)作為SHH信號(hào)通路的一種靶向抑制劑，主要通過(guò)抑制SHH信號(hào)通路下游GLI蛋白在腫瘤細(xì)胞中的特異性表達(dá)，從而抑制通路下游的靶基因的過(guò)度激活來(lái)發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞增殖生長(zhǎng)的作用[4]。

一、MB中SHH通路的異常表達(dá)與調(diào)節(jié)

SHH信號(hào)通路的激活在胚胎發(fā)育過(guò)程中對(duì)于不同組織和器官的增殖分化是必不可少的。在胚胎發(fā)育階段之后，該通路通過(guò)控制細(xì)胞增殖和分化來(lái)促進(jìn)成體組織的穩(wěn)定和修復(fù)。然而，當(dāng)這種途徑被異常激活時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不同器官腫瘤的產(chǎn)生[1]。在小腦的胚胎發(fā)育過(guò)程中， SHH信號(hào)通路主要通過(guò)調(diào)控小腦外顆粒層的普肯野細(xì)胞(purkinje cell)增殖從而促進(jìn)小腦發(fā)育增殖，但在胚胎期之后仍維持其激活可能導(dǎo)致MB的發(fā)生。通路的異常激活在MB中發(fā)生機(jī)制通常表現(xiàn)為PTCH1或者通路下游基因的突變[5]。SHH信號(hào)通路中的SHH蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量為45000，具有自催化活性，可分為N端和C端(分別為20000和25000)[6]。SHH的N端羧基發(fā)生變化，形成膽固醇，增強(qiáng)蛋白的結(jié)合、分泌和轉(zhuǎn)運(yùn)活性。當(dāng)SHH與PTCH1跨膜受體結(jié)合時(shí)，SMO(通常被PTCH1抑制的受體)被釋放，經(jīng)歷構(gòu)象改變，并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。SMO與細(xì)胞質(zhì)中融合同源物(SUFU)的抑制劑結(jié)合，從而釋放屬于GLI家族的蛋白質(zhì)。GLI蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核，在細(xì)胞核中它們作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)不同靶點(diǎn)的表達(dá)，例如GLI1、PTCH1、CYCLINED和MYC，這些靶點(diǎn)涉及細(xì)胞存活、增殖和分化，當(dāng)這些轉(zhuǎn)錄因子異常激活或抑制則可能導(dǎo)致MB的發(fā)生[5]。研究表明，GLI家族蛋白中GLI2在SHH激活中起核心作用。GLI1蛋白與GLI2一起轉(zhuǎn)錄，但是沒(méi)有起主要作用，僅作為該通路的激活標(biāo)記[7]。并且有相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明GLI2基因敲除引起的細(xì)胞數(shù)目減少是由G0細(xì)胞周期阻滯引起的，不會(huì)發(fā)生細(xì)胞凋亡[8]。這些發(fā)現(xiàn)表明在MB的治療中GLI2是可能的治療目標(biāo)。導(dǎo)致SHH通路活化的一個(gè)機(jī)制是抑制調(diào)節(jié)基因的突變，這種機(jī)制的一個(gè)例子是PTCH1同源物編碼基因的體細(xì)胞突變和雜合性丟失[9]。

PTCH是一種 12 次跨膜蛋白受體，SMO是一種 7 次跨膜蛋白受體，屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族的一員。在人類體內(nèi)發(fā)現(xiàn)存在兩種PTCH 同源基因?yàn)镻TCH1 和 PTCH2，PTCH蛋白位于細(xì)胞膜表面，具有兩種功能， 一是與SHH 蛋白結(jié)合，二是抑制 SMO 蛋白。當(dāng)PTCH1同源物編碼基因發(fā)生改變，SHH 蛋白與 PTCH結(jié)合， PTCH 對(duì) SMO 的抑制作用就被解除，SMO 將信號(hào)向胞內(nèi)傳遞，可導(dǎo)致MB發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)GLI等位基因的失活導(dǎo)致PTCH雜合小鼠中MB的形成，這表明SHH信號(hào)可以獨(dú)立指導(dǎo)腫瘤的發(fā)生[7]。SHH的激活還涉及其他基因的突變，嬰兒和成人中最常見(jiàn)的是SUFU和SMO突變[7]。在4～17歲的患者中TP53基因突變占到50%。這些結(jié)果表明考慮患者的年齡范圍和存在的遺傳改變，可以更好地指導(dǎo)MB的治療。此外，其他信號(hào)通路可與SHH通路發(fā)生交叉調(diào)節(jié)。通過(guò)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(EGF)和重組SHH(N-shh)刺激可上調(diào)細(xì)胞中PI3K、MAPK和SHH信號(hào)通路的表達(dá)，細(xì)胞表面生長(zhǎng)因子(EGF)通過(guò)EGFR介導(dǎo)的信號(hào)的誘導(dǎo)強(qiáng)烈激活ERK1/2和AKT[10]。ERK1/2和AKT通過(guò)上調(diào)SHH下游靶基因GLI1的轉(zhuǎn)錄水平且不影響GLI3A/GLY3R比值來(lái)增強(qiáng)SHH通路活性。這些信號(hào)通路抑制劑的聯(lián)合使用是MB靶向治療的一種潛在的選擇。

二、當(dāng)前針對(duì)SHH通路的靶向治療

SHH通路抑制劑是一類針對(duì)SHH通路基因異常激活進(jìn)行靶向治療的藥物，天然甾體生物堿環(huán)杷明(cyclopmine)是最早發(fā)現(xiàn)具有SHH通路抑制活性的藥物之一。它通過(guò)選擇性地結(jié)合SMO發(fā)揮作用，具有抑制細(xì)胞增殖分化和體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移的能力[11,12]。這些發(fā)現(xiàn)也促進(jìn)了包括vismodegib(GDC-0449)在內(nèi)的SMO抑制劑類藥物的發(fā)展[13]。首例接受SHH髓母細(xì)胞瘤治療的成人患者對(duì)vismodegib迅速產(chǎn)生耐藥性，后來(lái)發(fā)現(xiàn)其SMO點(diǎn)突變D473H，D473H突變破壞了vismodegib與SMO的結(jié)合能力，導(dǎo)致耐藥性的發(fā)生[14]。有研究發(fā)現(xiàn)，vismodegib和mebendazole聯(lián)合使用可抑制SHH信號(hào)通路[13]。mebendazole是一種抗寄生蟲(chóng)藥，通過(guò)抑制原纖毛的形成來(lái)抑制SHH信號(hào)通路的異常激活，這對(duì)于SMO突變的腫瘤細(xì)胞具有一定的抑制效果。此外，SHH信號(hào)通路上游的小分子抑制劑被證明能夠有效抑制SHH通路的異常表達(dá)。Robotnikin是該通路上游常見(jiàn)的小分子抑制劑，它能夠與SHH蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，拮抗SHH蛋白與PTCHI受體結(jié)合從而抑制SHH信號(hào)通路異常表達(dá)[15]。但是，在SHH基因發(fā)生突變時(shí)，這種抑制劑也可能會(huì)失去作用。所以，多種SHH信號(hào)通路靶向抑制劑的聯(lián)合使用可能減少耐藥性的發(fā)生。

有研究表明SHH型髓母細(xì)胞瘤尤其是合并有GLI2轉(zhuǎn)錄活躍的患者，其預(yù)后往往較差，拮抗SHH信號(hào)通路下游GLI基因的異常激活，可能能夠提高患者的預(yù)后[16]。GANT61、GANT58是SHH信號(hào)通路下游的GLI常見(jiàn)的轉(zhuǎn)錄拮抗劑，它們通過(guò)與GLI基因位點(diǎn)特異性結(jié)合，拮抗GLI蛋白轉(zhuǎn)錄活性從而抑制SHH信號(hào)通路的異常激活[17]。所以，SHH信號(hào)通路下游基因位點(diǎn)的靶向抑制對(duì)腫瘤治療同樣具有重要的作用，而且為解決抑制劑耐藥性等問(wèn)題提供了新的思路。

三、ATO作用機(jī)制

ATO作為一種已知的用于治療急性早幼粒細(xì)胞白血病M3的藥物，其對(duì)早幼粒細(xì)胞白血病蛋白(PML)的影響已經(jīng)得到很好的證實(shí)。ATO通過(guò)與目標(biāo)蛋白附近的半胱氨酸的巰基直接相互作用而發(fā)揮其生物效應(yīng)[7]。在SHH通路的研究中ATO主要通過(guò)抑制GLI2在纖毛積聚并促進(jìn)GLI2降解從而抑制腫瘤生長(zhǎng)。研究表明，砷與微管蛋白相互作用影響GLI蛋白向纖毛的轉(zhuǎn)移能力，并且這種作用可以通過(guò)破壞GLI蛋白結(jié)構(gòu)來(lái)介導(dǎo)[18]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)還表明ATO抑制生長(zhǎng)的作用與GLI蛋白水平有關(guān)，ATO影響了幾種GLI1或GLI2蛋白表達(dá)水平高的腫瘤細(xì)胞系的生長(zhǎng)，但對(duì)GLI蛋白表達(dá)水平低的細(xì)胞系影響不大，這提示對(duì)于患者的預(yù)后有積極作用。在與人類腫瘤高度相似的小鼠胚胎腫瘤實(shí)驗(yàn)中，用ATO處理后SHH通路中多個(gè)靶基因蛋白(PTCH1、GLI1和GLI2)顯著下調(diào)，同時(shí)檢測(cè)到腫瘤細(xì)胞中Ki67 蛋白減少，表明ATO通過(guò)抑制SHH信號(hào)通路下游的靶基因的過(guò)度激活而發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)胞增殖生長(zhǎng)的作用[19]。人骨腫瘤的實(shí)驗(yàn)研究表明，ATO還可通過(guò)促進(jìn)DNA損傷積累導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞凋亡[20]。上述研究均提示ATO對(duì)于SHH信號(hào)通路異常激活的腫瘤細(xì)胞有著良好的抑制作用，尤其是在對(duì)SMO抑制劑產(chǎn)生耐藥性的情況下。在治療MB的藥物實(shí)驗(yàn)中，ATO與SHH通路的其他靶向抑制劑聯(lián)合使用能夠更加有效地抑制MB的生長(zhǎng)。在與ATO研究相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，伊曲康唑作為SMO的一種特異性抑制劑與ATO聯(lián)合治療MB有著不錯(cuò)的效果，在PTCH陽(yáng)性和TP53陰性的動(dòng)物身上進(jìn)行兩種藥物的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)腫瘤體積的減少有協(xié)同作用[7]。許多研究表明ATO與SHH通路其他靶基因抑制劑聯(lián)合使用能夠更有效地拮抗通路多種靶基因的異常表達(dá)，從而抑制MB的生長(zhǎng)。

四、ATO在MB治療的前景

當(dāng)前對(duì)MB治療的策略還處于探索之中。早期研究集中在SHH通路及其組分PTCH1、SMO和SUFU，并開(kāi)發(fā)阻斷通路的特異性藥物。治療初期，藥物干預(yù)的臨床結(jié)果是積極的。然而，在一段時(shí)間的治療后觀察到耐藥性。相對(duì)于通路中PTCH1和SMO，下游GLI基因是一個(gè)探索較少的基因，對(duì)該基因進(jìn)行靶向抑制可能將會(huì)更有效地拮抗SHH通路的異常激活。所以，直接阻斷GLI的藥物可能將被包括在標(biāo)準(zhǔn)治療方案[多藥化療和(或)放療]中。ATO是具有獨(dú)特的歷史、豐富的臨床應(yīng)用和良好的中樞神經(jīng)系統(tǒng)滲透性的藥物，目前仍在白血病以外的領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行研究。在涉及SHH通路的MB中ATO的臨床前研究已經(jīng)得到證明，在聯(lián)合化療的MB動(dòng)物模型中，該藥物的評(píng)估也較為良好[5]。