张建伟，申兴斌

(承德医学院附属医院，河北承德 067000)

胰岛素样生长因子结合蛋白与肿瘤发生关系的研究进展

张建伟，申兴斌△

(承德医学院附属医院，河北承德 067000)

胰岛素样生长因子结合蛋白;功能;表达;肿瘤

随着社会人口老龄化的进展，人群中肿瘤危险因素作用积聚，肿瘤发病率不断上升。胰岛素样生长因子(IGFs)是体内生长激素发挥作用的重要调节因子，本身也具有促生长作用，通过自分泌和/或旁分泌形式参与许多组织细胞促生长及生长有关的反应，同时，对多种肿瘤细胞株也具有促增殖及生长效应[1]。胰岛素样生长因子结合蛋白(IGFBPs)是IGF系统中相当重要的组成部分，本文就IGFBP家族与肿瘤的关系予以概述。

1 IGFBPs的结构和功能

肝脏和全身各组织均能合成IGFBPs，血液循环中的IGFBPs主要是由肝脏合成的。目前研究共发现15个家族成员，IGFBP-1至IGFBP-6与IGF具有较高的结合能力，而IGFBP-7至IGFBP-15结合能力较低，因此也被称为IGFBP相关蛋白(IGFBP-rp)[2]。IGFs与大多肽类激素及蛋白质激素不同，在血中大部分与特异的结合蛋白(IGFBPs)结合，形成大分子复合物，游离的不到10%。迄今为止，血循环中主要的是IGFBP-3，血中95%的IGFs是与IGFBP-3及一种对酸不稳定的α单位形成一种复合物[3、4]。IGFBP-3的主要作用是作为IGFs的储备库，延长IGF的半衰期，并维持血中IGFs水平的恒定。IGFBP-2在血清中的浓度仅次于IGFBP-3，是一种非糖蛋白，它是脑脊液中的主要结合蛋白，对IGF-II具有更高的亲和力，因此，IGFBPs对IGFs的生理功能起重要的调节作用。

IGFBP的相对分子质量为23×106-31×106，其基因结构保守，具有3个结构域，且至少含有16个Cys的N端、C端序列及中央可变区。保守区Cys形成的二硫键有助于IGFBPs三级结构的形成和稳定，可变区是糖基化、磷酸化及蛋白酶作用的位点[5]。IGFBPs调控着IGFs的分布，由于其与IGFs的结合力比IGF-IR高2-50倍，大多认为各种高亲和力的结合位点位于N末端，但是破坏IGFBP-3 N末端的二硫键则会出现与IGFs结合力完全消失，所以，二硫键是呈现维持IGF结合力的另一重要结构[6]。IGFBP-rPs是最新发现的Cys含量丰富的一类蛋白，与IGFBPs的N端有高度同源性，其中一些能与IGFs结合，但亲和力低于IGFBPs。一些实验表明，这种蛋白可能是以不依赖于IGFs的方式来调节细胞生长的;IGFBPs可被某几种蛋白酶降解，一些特异性作用于结合蛋白，另一些是非特异性的，调控着IGFBPs的功能及组织利用度[7]。这些酶清除IGFBPs，使IGFs与之结合下降，从而使循环中游离IGFs增加。

2 IGFBPs在肿瘤中的作用

IGF-I、IGF-II促进癌细胞生长的作用是通过IGF-IR介导的，后者高表达，则癌细胞有很强的转移倾向。大部分IGFs在循环中与IGFBP结合，后者调控着IGFs的生物活性。同时，其中一些结合蛋白也有活化IGFs效应，即几乎所有的IGFBP都对IGFs活性有双重影响，或增强或抑制。研究发现，癌细胞可以产生特异的蛋白酶降解IGFBP，以使IGF可以游离，经自分泌方式作用于癌细胞。因此，IGFBPs在癌的发生中起着重要作用。

2.1 IGFBP-lIGFBP-l能活化亦能抑制IGFs功能，也可不依赖于IGFs而引起细胞黏附与转移。Kaaks等[8]在结、直肠癌中发现，IGFBP-1水平增高，患结、直肠癌风险降低。体外研究显示，结肠癌也表达IGFBP-l。因此，IGFBP-1在结肠癌中的确切作用尚不清楚。

2.2 IGFBP-2目前，关于IGFBP-2研究报道较多，IGFBP-2在其中的作用也不尽相同。许多癌症病人血清IGFBP-2水平升高，如结肠癌、肺癌、卵巢癌、肾上腺癌、前列腺癌、中枢神经系统肿瘤及淋巴瘤等[9-10]。

2.2.1 泌尿系肿瘤:前列腺癌病人血清IGFBP-2水平与PSA水平有着显著相关性。研究发现，在前列腺癌确珍之前，血清IGFBP-2水平并未升高，且癌组织IGFBP-2高水平表达常出现在激素治疗无效的前列腺癌患者[7]。免疫组化方法研究发现，前列腺癌组织比邻近的正常组织IGFBP-2表达水平显著升高。同样，转移性肾上腺癌组织IGFBP-2表达水平显著升高与病人的预后呈负相关。肿瘤组织由于产生增多的IGFBP-2，可以促进肿瘤细胞的增生和侵袭，不同肿瘤细胞株中IGFBP-2表达的调节机制可能不同，在肾上腺上皮癌，IGFBP-2的上调是通过转录后水平的机制调节，因为IGFBP-2 mRNA水平在肿瘤组织中并未见改变。

2.2.2 中枢神经系统肿瘤:Muller等[11]研究发现，中枢神经系统肿瘤病人脑脊液(CSF)中IGFP-2水平升高，而外周神经系统肿瘤病人CSF中IGFBP-2水平则是正常的，表明CSF中IGFBP-2水平是中枢神经系统肿瘤的一个特异。此外，研究发现胶质母细胞瘤患者组织中IGFBP-2高表达,IGFBP-2的表达水平与生存期相关，高表达者生存期较短。

2.2.3 消化系统肿瘤:在结肠癌研究中发现，IGFBP-2 mRNA局限于恶性细胞，说明了IGFBP-2的自分泌作用。IGFBP-2阳性肿瘤细胞具有一定的分布特征，主要集中在肿瘤局灶性坏死的周围[12]，IGFBP-2表达增高，可能意味着肿瘤的恶性程度高。一项研究显示，结肠癌患者IGFBP-2水平较对照组高4-8倍，Duckes C级结肠癌患者IGFBP-2mRNA水平最高。因此，IGFBP-2也许可以暗示结肠癌的转移与预后。而另一些研究结果则相反，说明可能在不同的环境下，其可以抑制，亦可以促进癌细胞的生长。然而，IGFBP-2蛋白和mRNA表达水平升高与肿瘤的恶性程度、肿瘤分级密切相关。IGFBP-2 mRNA表达增高的趋势，提示IGFBP-2与肿瘤的恶性程度密切相关。

2.3 IGFBP-3IGFBPs在血循环中最主要的是IGFBP-3，IGFBP-3在体外研究中显示其能够减少结肠癌细胞的形成，并呈剂量及时间依赖性。但也有一些研究提示，采用IGFBP-3细胞株治疗人结肠肿瘤细胞株，对其生长没有影响。然而，在刺激结肠上皮引起DNA损伤24小时后，存在IGFBP-3依赖于P53的凋亡增加。说明IGFBP-3对结、直肠细胞发生DNA损伤时的应答不依赖于IGF，而是提高了依赖于P53的凋亡。研究证实，IGFBP-3能抑制肿瘤细胞的增殖。王荣珍等[13]研究结果显示，卵巢癌患者血清IGF-2和IGFBP-3水平与肿瘤的浸润转移和病程有关。卢红等[14]研究发现，血IGFBP-3水平在健康正常人明显偏高，消化道肿瘤患者中，化疗有效组血IGFBP-3水平明显升高，且接近正常对照组。提示IGFBP-3在肿瘤治疗中可能被化疗药物激活，从而协同发挥抗肿瘤效应。李艳辉等[15]用外源性IGFBP-3与子宫内膜癌Ishikawa细胞共孵育，通过细胞增殖实验研究发现，IGFBP-3对Ishikawa细胞有浓度依赖性抑制作用，表明IGFBP-3具有抗增殖、促凋亡作用。Alami等[16]在体外实验中发现，重组人IGFBP-3能够呈剂量依赖性地抑制肺癌细胞系M-3LL增殖;而在体内实验中，将重组人IGFBP-3给予M-3LL同种异体移植小鼠模型，可以显著抑制肿瘤的生长。其矛盾结果出现的原因有待于进一步证实。

2.4 IGFBP-4在IGFBPs中，IGFBP-4是以糖基化及非糖基化两种形式存在的最小的IGFBP，并是唯一的始终显示抑制IGFs活性。IGFBP-4在一系列原发癌的细胞株表达，如肺腺癌、非小细胞肺癌、乳腺癌、结肠癌、胃癌。几乎所有癌细胞株都分泌IGFBP-4。体外与体内试验都提示IGFBP-4在许多肿瘤的生长调节中扮演着重要角色,IGFBP-4蛋白酶可以促进结肠癌细胞IGF-II的自分泌及旁分泌。有资料证明，IGFBP-4的过度表达能抑制胸腺的生长[17]。在淋巴组织，过多的IGFBP-4抑制细胞增殖，并刺激编程性细胞死亡，但对淋巴细胞的发育没有影响，提示IGFBP-4可能是淋巴组织潜在的生长抑制因子[18]。

2.5 IGFBP-5IGFBP-5是最保守的胰岛素生长因子结合蛋白，能以IGF依赖性和IGF非依赖性两种形式调控细胞增殖、分化和凋亡，并与肿瘤发生密切相关[19]。在乳腺癌中，IGFBP-5能增强肿瘤坏死因子(TNF-α)的生长抑制作用，在癌细胞中，IGFBP-5可以诱导内在的凋亡途径，使肿瘤逃避机体的免疫监视，向着恶性方向发展。候雪晶等[20]研究表明，在宫颈癌前病变中，IGFBP-5基因或蛋白水平增高，机体代偿性上调IGFBP-5的表达，延缓肿瘤的进展，宫颈癌中的IGFBP-5与正常组织和CIN组相比表达下降，且肿瘤分化越差、有远处转移者，临床分期越晚，IGFBP-5的表达水平越低。乳腺癌是一种激素依赖性疾病，ER状态是判断抗雌激素类药物敏感性和预测预后的重要指标。Butt等[21]报道，IGFBP-5的表达与ER呈正向相关性。Parisot等[22]认为，抗雌激素药ICI 182、780可以增加IGFBP-5的表达量，从而抑制对他莫昔芬耐受的乳腺癌细胞生长。IGFBP-5可以刺激或抑制细胞增生，其刺激前列腺癌细胞株的生长，但却抑制骨肉瘤及子宫颈癌细胞株的生长。在乳腺癌的不同阶段则有刺激或促进效应[23]。这些表明，其在肿瘤中有着复杂的作用，需进一步去研究。

2.6 IGFBP-6IGFs家族中，IGFBP-6与IGF-2的生物学效应关系密切[24]。IGFBP-6蛋白N末端GCACAxxC结构可以结合IGF-2，并特异性地抑制其生物活性[25]。但近期研究发现，IGFBP-6除结合并调节IGF-II生物活性外，还能以非IGF依赖方式参与代谢调节、发育、细胞生长，抑制细胞增殖转化，引诱细胞凋亡，参与肿瘤发生[26]。在体外试验中发现，IGFBP-6可能通过rnTOR/p70 S6K通路抑制横纹肌肉瘤细胞贴壁和不依赖贴壁性的增殖[27]。而雷帕霉素能对其阻断，抑制增殖，并且促进横纹肌肉瘤细胞凋亡。成神经瘤细胞中，IGFBP-6抑制内源的和外源性的IGF-II的促有丝分裂生物活性，抑制细胞增殖[28]。

2.7 IGFBP-7(IGFBP-rp1)IGFBP-rP家族的N-末端结构域与IGFBP家族具有结构同源性，但前者与IGF的亲和力明显弱于后者，所以，亦被称为IGFBP超家族[29-30]。而IGFBP-rPl有别于其它已知的类胰岛素生长因子结合蛋白(IGFBP)，与胰岛素的亲和力非常强，超过其它IGFBP的500倍，但与IGF-I和IGF-II的亲和力很弱[30]。IGFBP-rPl能够结合活化素(activin)，后者是转化生长因子β(TGF-β)超家族成员，而TGF-β信号转导通路在乳腺癌和肿瘤内皮细胞的激活中具有重要作用[31]。在乳腺发育过程中，尤其在泌乳期，会出现activin的表达及水平变化[32]。当activin信号系统被扰乱或阻断后，会导致恶性变[33]。所以，乳腺癌中activin及其受体数量往往全面减少[30]。通过免疫染色实验，IGFBP-rPl被发现和Ⅳ型胶原共同表达于血管基底膜。在各种细胞外基质成分中，IGFBP-rPl优先结合Ⅳ型胶原，同时，诱导内皮细胞发生形态学变化。通过基因表达阵列分析所鉴定的肿瘤内皮细胞潜在标记物中，IGFBP-rPl是一个主要的候选基因，它的表达水平是正常内皮细胞的2倍;IV型胶原同样是一个候选基因，它在肿瘤内皮细胞中的表达水平较正常细胞高出4倍，说明IGFBP-rPl和Ⅳ型胶原为共表达，并具有相互作用[34-35]。IGFBP蛋白酶能够在蛋白质水平调节IGFBP-rPl的活性，DNA水平的变化也能影响IGFBP-rPl的表达。研究表明，DNA甲基化能够下调肿瘤中IGFBP-rPl的表达[36-37]。对癌变的转基因鼠进行DNA甲基化的筛选研究后发现，IGFBP-rPl是一种抑癌基因，它由于启动子发生超甲基化而沉默。IGFBP-rPl基因启动子、外显子-l和内含子-1均具有典型的CpG岛，CpG岛甲基化与IGFBP-rPl基因表达减少及之后的肿瘤发生直接相关[37]。而DNA脱甲基化则能激活IGFBP-rPl的表达，从而抑制肿瘤细胞的体外增殖、侵袭和凋亡。但也有的研究结论与之相反，可能与不同的环境有关。

3 展望

IGFBPs中的每个家族成员的基因改变，可能会引起各个系统的疾病，其中最受关注的是肿瘤，因此，与肿瘤的关系及意义越来越受到重视。多途径、多步骤抑制杀伤肿瘤细胞是提高肿瘤治疗疗效的重要方法，因此，研究能否利用外源性、内源性IGFBPs，单独或合用治疗恶性肿瘤是一种合理的尝试。一些IGFBPs在不同的环境中发挥着刺激或抑制肿瘤生长的双重作用，如果在未来的研究中能找到发挥抑制作用的确切环境，也可以用于恶性肿瘤治疗。因此，需要进一步在体内研究，使我们能够通过处理这些结合蛋白质去预防和控制各种癌症。IGFBP家族的不同组合对肿瘤发生发展、治疗效果和预后评估的影响，可能成为未来肿瘤研究的一个新的方向和热点。

[1]Pollak M.Insulin and insulin-like growth factor signalling in neoplasia[J].Nature Reviews Cancer,2008,8(12):915-928.

[2]Yamanaka Y,Wilaon EM,Rosenfeld RG,et al.Inhibition of insulin receptor activation by insulin-like growth factor binding proteins[J].J Biol Chem,1997,272(49):30729-30734.

[3]Clemmons DR,Busby WH,Arai T,et al.Role of insulin-like growth factor binding proteins in the control of IGF actions[J]. Prog Growth Factor Res,1995,6(24):357-366

[4]Renehan AG,Zwahlen M,Minder C,et al.Insulin-like growth factor(IGF)-I,IGF binding protein-3,and cancer risk,systematic review and meta-regression analysis[J].Lancet,2004,363(9418): 1346-1353.

[5]Moschos SJ, Mantzoros CS.The role of the IGF system in cancer,from basic to clinical studies and clinical applications[J]. Oncology,2002,63(4):317-332.

[6]Lee HY,Chun KH,Liu B,et al.Insulin-like growth factor binding protein-3 inhibits the growth of non-small cell lung cancer[J]. Cancer Res,2002,62(12):3530-3537.

[7]Stattin P,Bylund A,Rinaldi S,et al.Plasma insulin-like growth factor-1,insulin-like growth factor-binding proteins,and prostate cancer risk:a prospective study[J].J Natl Callcer Inst,2000,92(23): 1910-1917.

[8]Kaaks R.Serum C-peptide,insulin-like growth factor(IGF)-I,IGF-binding proteins and colorectal cancer risk in woman[J].Natl Cancer Inst,2000,92(19):1592-1600.

[9]Lee DY,Lee YC,Kim SJ.Serum insulin-like growth factor-1 andIGF binding proteins in lung cancer patients[J].Korean Med Sci,1999,14(4):401-404.

[10]Baciuchka M,pommier G,Remacle BM,et al.Insulin-like growth factor-binding protein-3 proteolysis in patients of the tumor[J].Int Cancer,1998,79(5):460-467.

[11]Müller HL, Oh Y, Lehrnbecher T,et al.Insulin-like growth factorbinding protein-2 concentrations in cerebrospinal fl uid and serum of children with malignant solid tumors or acute leukemia[J].J Clin Endocrinol Metab,1994,79(2):428-434.

[12]Elmlinger MW, Deininger MH,Schuett BS,et al.In vivo expression of insulin-like growth factor-binding protein-2 in human gliomas increases with the tumor grade[J]. Endocrinology, 2001,142(4):1652-1658.

[13]王荣珍,陆颜燕,田永华,等.卵巢癌患者围手术期血清胰岛素样生长因子-2和胰岛素样生长因子结合蛋白-3检测的临床意义[J].中国医师杂志,2011,13(4):458-460.

[14]卢红,樊青霞,王留兴,等.消化道肿瘤患者化疗前后血胰岛素样生长因子、胰岛素样生长因子结合蛋白水平测定[J].郑州大学学报(医学版),2007,42(2):360-361.

[15]李艳辉，张晓燕，王泽华，等．IGFBP-3对子宫内膜癌Ishikawa细胞增殖、凋亡及化疗敏感性的实验研究[J]．现代妇产科进展，2008，17(5):325-328.

[16]Alami N, Page V, Yu Q, et al. Recombinant human insulin-like growth factor-binding protein 3 inhibits tumor growth and targets the Akt pathway in lung and colon cancer models[J].Growth Horm IGF Res,2008,18(6):487-496.

[17]Mazerbourg S,Overgaard MT,Oxvig C,et al.Pregnancy-associated plasma protein-A (PAPP-A) in ovine, bovine, porcine, and equine ovarian follicles: involvement in IGF binding protein-4 proteolytic degradation and mRNA expression during follicular development [J].Endocrinology,2001,142(12):5243-5253.

[18]Zhou R,Flaswinkel H,Schneider MR,et al.Insulin-like growth factor-binding potein-4 inhibits growth of the thymus in transgenic mice[J].J Mol Endocrinol,2004, 32(2): 349-364.

[19]Beattie J,Allen GJ,Lochrie JD,et al. Insulin-like growth factor-binding protein-5(IGFBP-5): a critical member of the IGF axis[J].Biochem J,2006,395(1):1-19.

[20]侯雪晶，刘昕，乔云波，等. IGFBP-5及cFLIP在宫颈上皮内瘤变及宫颈癌组织中的表达及意义[J].山东大学学报(医学版),2008,46(7):710-714.

[21]Butt AJ,Dickson KA,Jambazov S,et al.Enhancement of tumor necrosis factor-alpha-induced growth inhibition by insulin-like growth factor-binding protein-5(IGFBP-5),but not IGFBP-3 in human breast cancer cells[J].Endocrinology,2005,146(7):3113-3122.

[22]Parisot JP,Leeding KS,Hu XF,et al.Induction of insulin-like growth factor binding protein expression by ICI 182,780 in a tamoxifen-resistant human breast cancer cell line[J].Breast Cancer Res Treat,1999,55(3):231-242.

[23]李晓青，冯玉梅，郝希山.胰岛素样生长因子结合蛋白-5 mRNA表达与乳腺癌转移及临床病理因素的关系[J].中华肿瘤杂志,2005,27(12):740-741.

[24]Liao Y,Abel U,Grobholz R.Up-regulation of insulin-like growth factor axis components in human primary prostate cancer correlates with tumor grade[J].Hum Pathol,2005,36(11): 1186-1196.

[25]Headev SJ,Keizer DW,Yao S,et a1.C-terminal domain of insulin-like growth factor(IGF) binding protein-6,structure and interaction with IGF-II[J].J Mol Endocrinol,2004,18(11):2740-2750.

[26]Bach LA.IGFBP-6 five years on;not so‘forgotten’?[J].Growth Horm IGF Res,2005,15(3):185-192.

[27]Dake BL,Boes M,Bach LA,et al.Effect of an insulin-like growth factor binding protein fusion protein on thymidine incorporation in neuroblastoma and rhabdomyosarcoma cell lines[J].Endocrinology,2004,145(7):3369-3374.

[28]Seurin D,Lassarre C,Bienvenu G,et al.Insulin-like growth factor binding protein-6 inhibits neuroblastoma cell proliferation and tumor development[J].Eur J Cancer,2002,38(15):2058-2065.

[29]Lelbach A,Muzes G,Feher J.The insulin-like growth factor system,IGFs, IGF-binding proteins and IGFBP-primroses[J].Acta Physiol Hung,2005,92(2):97-107.

[30]Burger AM,Leyland-Jones B,Banerjee K,et al.Essential roles of IGFBP-3 and IGFBP-Rp1 in breast cancer[J]. Eur J Cancer,2005, 41(11):1515-1527.

[31]Watabe T,Miyazono K.Roles of TGF-beta family signaling in stem cell renewal end differentiation[J].Cell Res,2009,19(1): 103-115.

[32]Tsuchida K. Activins, myostatin and related TGF-beta family members as novel therapeutic targets for endocrine, metabolic and immune disorders[J].Curr Drug Targets Immune Endocr Metabol Disord,2004, 4(2):157-166.

[33]Burdette JE,Woodruff TK.Activin and estrogen crosstalk regulates transcription in human breast cancer cells[J]. Endocr Relat Cancer,2007,14(3):679-689.

[34]Smith P,Nicholson LJ,Syed N,et al.Epigenetic inactivation implies independent functions for insulin-like growth factor binding protein(IGFBP)-related protein l and the related IGFBPL 1 in inhibiting breast cancer pbenotypes[J].Clin Cancer Res,2007,13(14):4061-4068.

[35]Lopez-Bennejo A,Khosravi J,Femandez-Real JM,et al.Insulin resistance is associated with increased serum concentration of IGF-binding protein-related protein l(IGFBP-rP1/MAC25) [J]. Diabetes,2006,55(8):2333-2339.

[36]Ye F,Chen Y,Knosel T,et al.Decreased expression of insulinlike growth factor binding protein 7 in human colorectal carcinoma is related to DNA methylation[J].J Cancer Res ClinOncol,2007,133(5):305-314.

[37]Lin J,Lai M,Huang Q,et al.Methylation patterns of IGFBP7 in colon cancer cell lines are associated with levels of gone expression[J].J Pathol,2007,212(1):83-90.

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