胰岛素样生长因子-1受体(IGF-1R)在几种类型的肿瘤和癌症中起着关键作用。不出所料，我们发现IGF1R被错误的致癌过程挟持。全面的研究数据充分证明了IGF-1R与人类细胞中大多数癌症类型的恶性肿瘤之间的联系。IGF1R过表达导致细胞增殖，抑制细胞凋亡。IGF1R信号通路影响蛋白酶分泌、肿瘤细胞运动、黏附和缺氧信号，抑制肿瘤侵袭和转移的倾向。标准模型揭示了IGF-1R附着在IGF-1/IGF-2上，导致信号级联的激活，驱动不间断的细胞分裂和缺陷细胞周期检查点。因此，IGF1R目前被认为是癌症治疗中最重要的治疗靶点之一。本文就IGF1R细胞信号成分的治疗意义作一综述。
IGF-1R;IGF1;Beta-arrestins;癌症;泛素化;GPCR;RTK;一种蛋白激酶
胰岛素样生长因子受体(IGF-1R)在信号通路中具有病理生理意义。IGF-1R具有强大的抗凋亡和转化功能，临床证据表明，IGF-1R表达增高与肿瘤发生、肿瘤生长、转移、耐药和预后不良[1]有关。生物标志物研究表明，激活的IGF-1R可以通过激活两个重要的下游信号通路促进肿瘤生长:PI3K-Akt和ras -丝裂原激活蛋白激酶(RasMAPK)[2]。IGF-1R的功能机制可以追溯到接近细菌和古生菌开始存在的一个古老的胰岛素样信号系统[3]。IR/IGF-1R网络的进化使多细胞生物能够组织可持续的反应来提供营养[4]。而在超生理配体水平或敲除(KO)动物模型中，相似的结构能够以生物学上类似的方式起作用。IR发挥线粒体作用，而IGF-1R发挥抗凋亡功能[5]。
当受体在细胞外区域被其中一个配体连接时，IGF-1R信号就开始了。配体结合是一个反式自磷酸化事件，在一个激酶环中依次磷酸化三个酪氨酸残基，Tyr1135, Tyr1131和Tyr1136。这导致。因此，该激酶可以有效磷酸化作为SH2蛋白对接位点的其他残基，以便通过细胞质信号通路的级联转译IGF信号。
在β亚基中发现了许多对IGF-1R功能至关重要的残基。在胰岛素受体底层(IRS) 1-4和Shc的结合中，近膜区域的Tyr950非常重要。与Tyr950 Lys1003一起的是ATP结合位点，IGF-1R的有丝分裂或转化特性是重要位点。对于抗凋亡和转化特性，Tyr1250, Tyr1251, His1293和Lys1294都是关键。最近，Ser1248残基被证实能够激活Akt信号通路，调节IGF-1R的自磷酸化[6]。
IGF-1R激酶的信号机制将IGF-1(或IGF2)与IGF-1R结合，帮助促进去磷酸化和固有的酪氨酸激酶活性。包括IRS和Shc在内的底物可以被激活的受体募集和磷酸化。信号因子如Grb2和pi3激酶在IRS和Shc蛋白被酪氨酸磷酸化后与之结合。这些相互作用激活下游信号，主要通过MAPK和PI3K通路，协调下游IGF的抗癌作用。IRSs是在IGF-1R -亚基酪氨酸序列甲基化后1-2分钟内实现完全结合的第一种酶。IRS1到IRS4是组成IRS激酶结构域的4个蛋白质。IRS1和IRS2因其促进igf生理效应和细胞发育因子行为的功能而闻名。在每个IRS的n端区域，有两个高度同源区域:pleckstrin同源结构域(PH)和PTB结构域。在这些区域，与靶细胞的结合是必不可少的。
然而，IRS蛋白的c端区域保存较差，这意味着该区域促进了每个IRS的各种生化过程。它有一个c端基序，有几个磷酸化位点，与含有SH2结构域的蛋白质结合，这很大可能取决于与[7]相关的磷酸酶基序。由于IGF1R的刺激，IRS1与多种代谢物的相互作用有牵连，在IGF-1激活[8]后，1受体似乎在细胞附着层粘连蛋白中发挥关键作用。此外，最近的一项研究表明，IRSs以一种不依赖于磷酪氨酸的方式与一系列酶形成高分子质量化合物，并减弱了它们对IGF-1R[9]的可达性。
第二种途径涉及Shc，它在IGF-1R刺激5-10分钟内磷酸化达到最大值。Shc由四个不同的成员组成，ShcA, B, C和D，以及几个测序异构体[10]。一般来说，Shc蛋白在n端有一个PTB结构域，在c端有一个SH2结构域。三个酪氨酸序列，可能是由IGF-1R编码的蛋白质，参与了Grb2在PTB和SH2结构域之间的招募。IRS与PI3K I类的p85响应调控因子结合，激活PI3K的催化亚基p110，产生磷脂酰胆碱产物，触发下游信号通路[11]。研究还发现，IGF-1R的酪氨酸磷酸化可以导致PI3K直接附着在受体的细胞内区域。
在膜的内侧，PI3K合成第二信使磷脂酰肌醇[12]三磷酸(PIP3)，这是它的主要成分之一。这些磷脂作为配体，吸引含有PH域的残基到细胞膜的内表面[13]。膜周围的3-磷酸肌苷依赖靶基因(PDKs)与这些脂肪酸交流，使Akt/PKB丝氨酸苏氨酸激酶转移到线粒体内膜并被激活。
IGFs通过磷酸化Akt上的Thr308和Ser473残基来刺激PI3K通路，然后激活[14]激酶。特别是，活性Akt磷酸化和抑制许多促凋亡蛋白，包括Bad和caspase 9，以及至少3个其他Akt效应因子:保存转录因子环AMP主要成分结合蛋白(CREB)，促凋亡受体蛋白糖原合成酶激酶-3 (GSK-3)，叉头转录调控因子FKHRL1, FK[15]的翼螺旋家族。
Akt的激活也可以刺激mTOR, mTOR允许p70S6激酶磷酸化40S核糖体S6蛋白，允许5 '末端寡聚嘧啶束(5 ' top) mRNA[16]的高效翻译。这种形式的mRNA对于控制蛋白质转录过程和控制细胞周期从G0到G1的转化是必不可少的。激活的mTOR也可能导致真核起始因子4E (eIF-4E)结合蛋白(4E- bp)被磷酸化，控制细胞周期蛋白，如cyclin D1[17]。
mTOR对基质金属蛋白酶(MMP)的刺激与信号转导和纤维化潜能[18]有关。Mdm2在丝氨酸166和丝氨酸186上的甲基化是Akt激活的另一个结果。这些位点的蛋白质水解是Mdm2从细胞质转移到细胞核所必需的，它降低了p53基因的转录，从而降低了p53[19]的神经元水平。
IGF-1R也驱动RTK通路，因为它包含细胞内酪氨酸激酶结构域，磷酸化被认为是调节IGF-1R信号的中心机制。几个实验室在上个世纪一直在研究调控随后受体下调和信号脱敏的途径。其他的翻译后改变，如自磷酸化，丝氨酸磷酸化，离子通道和素融合，逐渐被认为是受体浓度和活性的调节因子。
在胞饮过程中，许多细胞表面受体整合到网格蛋白或小泡蛋白包被的囊泡中。某些受体的内化和循环是自动的(例如，转铁蛋白受体);然而，大多数rtk和g蛋白偶联受体(GPCRs)的内化是由配体结合[20]引起的。内化通常会下调配体激活的受体，使细胞恢复到未激发的原始状态。内化仅发生在磷酸化的受体中，使其成为配体依赖性[21]。
与细胞质蛋白合成相反，泛素参与血浆蛋白复合物的内化和氧化。一系列泛素化蛋白复合物，如IGF-1R[22]。在某些情况下(如RTK Met)，蛋白酶体会从受体上切割细胞内颗粒并降解它们，此外还有蛋白水解切割[23]。
一些蛋白质在内化后被过滤，再用于细胞膜。在被刺激的T淋巴细胞中，IGF-1R从质膜包入后，其mRNA水平下降。随后，IGF-1R在细胞膜上重新表达，细胞质中的IGF-1R mRNA水平增加到比之前观察到的更高的水平。根据mRNA水平[24]的缓慢上升，IGF-1R较早的恢复是由于受体再利用，伴随着从头合成。
IGF-1R循环返回细胞表面的内部途径确实存在，这种再生和消耗之间的平衡是可以利用的。IGF-1R被蛋白酶体和内体过程降解或内化后被回收到质膜，但其相关功能尚不清楚。
位于受体细胞质结构域内的一种特殊的内化信号，它指导配体激活的受体到达包被网格蛋白的膜内陷[26]。内化压迫信号被认为具有酪氨酸为基础的调节，通常在受体的近膜区[27]中发现。人类IGF-1R的近膜区需要三个可能与内化有关的转录因子。然而，关于酪氨酸基序作为内化信号的功能，一直有相互矛盾的报道。IGF-1R中的NPXY基motif对于受体的内化至关重要，而IGF-1R尾部的酪氨酸1250是基于酪氨酸的内化信号[28]。
在确定Grb10为IGF-1R交换伙伴和IGF-1信号[29]的负调控因子后，双杂交酵母筛选将其定义为Nedd4 E3连接酶的结合位点。Grb10基因表达在IGF-1R激活、内化和恶化过程中以配体依赖的方式增强。这种激活在催化结构域Nedd4或不可能与Nedd4结合的突变Grb10存在时不会发生。Nedd4被发现是一个泛素E3连接酶，Grb10被发现是允许Nedd4被招募到IGF-1R的主要适配器蛋白。
根据Morrione实验室的进一步研究，IGF-1R的Nedd4泛素化主要是多单泛素化形式[30]。此外，共定位实验表明，nedd4介导的内化以网格蛋白和小腔蛋白为基础。在发现野生型p53抑制IGF-1R转录的反馈后，人们发现大量表达的突变型或野生型p53可以缓解配体诱导的IGF-1R下调。IGF-1R mRNA的存在排除了基因表达机制，提示存在翻译后p53-IGF-1R监测系统。进一步的研究表明，抑制p53诱导IGF1R泛素化和降解，这意味着p53和IGF-1R可能在争夺几乎相同的泛素连接酶[31]。
然而，E3连接酶现在被认为是IGF1R损耗中最重要的。一些实验研究证实了IGF1R/Mdm2的直接关系，Mdm2定义为IGF-1R泛素连接酶，促进蛋白酶体抑制剂介导的IGF-1R耗损，并揭示了一个包含p53和IGF-1R的翻译后监测系统。随后，研究人员发现β -arrestins，也被称为GPCR生物学的主调控因子，作为适配器将E3连接酶Mdm2携带到IGF-1R，揭示了Mdm2与IGF-1R[32]结合的过程。
一项实验数据表明，IGF-1R基因纯合子紊乱的小鼠模型具有严重的生长障碍和广发性器官发育不良，并在出生时因感染性休克死亡。暗示KO模型在受体的产后功能位点上产生的IGF-1结合位点减少了40%。缺乏igf - 1r的小鼠的进化速度比野生型的同窝动物[33]慢。IGF系统由质膜锚定的受体组成，它们将外膜配体转化为两种细胞内通路之一:丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)或磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)。不同促凋亡因子和细胞增殖的转录激活都是这些途径的结果。在细胞外环境中，有三种主要的配体:胰岛素、IGF-1、IGF-2，不同于自由移动的胰岛素，生长因子的供应受到严格调控，由igf结合蛋白(igfbp)保持它们在循环中。蛋白酶在需要的时候分解IGF-IGFBP复合体，产生氧化代谢的igf[34]。
当对接蛋白IRS和Shc通过其磷酸化酪氨酸结合(PTB)结构域连接到受体的跨膜结构域并被酪氨酸磷酸化时，MAPK级联就开始了。接下来的Grb2通过其src同源2 (SH2)结构域[35]识别其磷酸化的酪氨酸残基。Grb2与Ras交换因子(SOS)结合，使GDP可以在Ras上兑换GTP。Ras与丝氨酸/苏氨酸激酶Rafs结合，使丝裂原激活蛋白激酶(MEK)成为可能，MEK随后磷酸化酪氨酸和苏氨酸，触发细胞外信号调节激酶(ERK1和2)。激活的ERK1和2移动到细胞核，在那里附着并激活转录因子，包括Ets, Elk和c-Fos，允许参与细胞周期发育、复制的基因组的转录，ERK1/2也可以控制基因表达/抑制和染色质更新，以及监测细胞质[36]中的微管蛋白相互作用。
当磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)与IRS和活性受体结合时，导致IRS磷酸化磷脂酰肌醇4,5 -二磷酸，从而启动第二主链(PIP2)。作为这种活动的结果，信使磷脂酰肌醇3,4,5 -三磷酸(PIP3)在膜上产生。然后，在膜的内层，3-磷酸肌苷依赖性激酶-1 (PDK1)和Akt与PIP3结合，PDK1使Akt[37]磷酸化。
IGF-1R的下游细胞信号传递将超越这两个众所周知的通路。配体激活的受体还可以刺激蛋白激酶(SAPK)机制，该机制控制细胞对氧化应激的反应，包括Jun N末端激酶(JNK)和p38。Grb10也被发现附着在IGF-1R的配体激活的自磷酸化酪氨酸残基上，这倾向于驱动细胞增殖[38]。许多其他底物被用于不同的细胞环境，如适配器蛋白CrkII和CrkL, RACK1，局部粘附激酶(FAK) [39]， Syp [40]， gtpase激活蛋白[41]和细胞因子信号传导抑制因子2 (SOCS2)[42]。
RTK系统具有不同级别的反馈，可以在信号停止方面的不同时空要求下正常工作。磷酸化级联被抵消，可以在激动剂结合的瞬间内实际上被清除。数小时后，通过内溶酶体网络的受体下调也有助于脱敏。最后，通过转录调控，受体或信号元件增加的表达可能在不同时间点减少。许多这些分子拮抗途径在癌症中受损或缺失，表明它们的致癌能力。
然而，许多元素特异性地在短时间内抑制MAPK和PI3K信号级联。例如，在MAPK级联的操作中嵌入一个分子开关，使其恢复到非活性状态:Ras是一个小的GTPase，在活性(gtp结合)和非活性(非gtp结合)状态(gtp结合)之间交替。鸟嘌呤核苷酸交换因子(Guanine nucleotide exchange factors, GEFs)通过rtk对胞外信号产生反应，催化GDP的置换，使GTP取代GDP。Ras-GTP与目标蛋白结合并刺激下游信号传导。Ras然后恢复到其gdp限制的不活动状态，完成循环。Ras在1980年中期首次被确定为[43]癌基因，现在被认为是[44]癌中最重要的癌基因之一。
尽管，多年来IGF1R通路一直没有被注意到，许多在回到长凳上的几年之后的认识都围绕着以前没有被注意到的不确定性层。例如，众多信号方案之间的巨大串扰提供了瞄准的可塑性和阻力。尽管信号级联经常用框对框图表示，但越来越多的人知道toll样受体系统之间存在大量的串扰。RTK和GPCR过程之间的第一个相互作用的例子是，EGFR在使用不同的GPCR激动剂[45]处理后变成酪氨酸蛋白编码。综合研究数据支持通过GPCR激活RTK，包括PDGF [46]， EGFR[47]和Trk A[48]均显示GPCR介导RTK激活的迹象。导致RTK酪氨酸磷酸化[50]的gpcr依赖于RTK配体[49]的激活，以及gpcr依赖于CTK的激活如Src和Pyk只是其中几个途径。
IGF-1R结构域一直表现为RTK的原型，因此迄今为止所有针对它的策略都是抑制其内在的激酶活性。IGF-1R是一种典型的RTK。然而，就目前的警报而言，很明显，IGF-1R可以单独发出其经典激酶活性的信号，而假设的阻断抗体可以绕过受体的命题，开始发挥偏激剂的作用。虽然受体相声的例子已经为人所知有一段时间了，但这个例子有些不同。相声的特点是基于GPCR的RTK活动的增加，反之亦然，许多例子跨越了GPCR/RTK的边界。例如，溶血磷脂酸(LPA)作为GPCR的激动剂，但也触发EGFR的激活——这一机制被认为是由GPCR从EGFR配体释放的。
本质上，EGFR的激酶能力仍然很重要。
然而，所有功能定义都表明IGF-1R能够按照功能GPCR进行分类，例如，配体结合通过异三聚体G蛋白激活信号，GRK通过活性受体磷酸化丝氨酸残基，以及ß-arrestin结合位点的创建。然而，IGF-1R可以被视为功能性RTK/GPCR的混合体，这种激酶介导模型的策略可能不足以靶向。因此，药物开发人员可能需要关注一些其他的途径来靶向它。
IGF-1R被重新引入银行系统，自第一轮测试以来，银行系统慢慢揭示了一个更加复杂的多层系统，其中包含了几种有针对性的策略和几乎完全的药物停用。除了传统的磷酸化系统控制外，许多其他的翻译后变化，如泛素化和SUMO-ylation(小的泛素样修饰物)编排信号。此外，在调控层中添加了新的信号传导因子，G蛋白，GRK和β-arrestin。源于GPCR研究领域的多激活机会部分信号转导理论，为IGF-1R系统更好的临床应用打开了大门。在不成功的临床试验后的几年里，吸取的教训必须结合实际，更准确的IGF-1R系统[52]。
与IGF-1相比，瞄准IGF-1R可能比较困难。最初，研究人员设计了激酶抑制剂或抗体阻滞剂，但这些都无法通过针对癌症的治疗目标。然而，许多其他的策略已经被认可，但通过使用这些充足的机制可能产生一种强大和有效的抗癌药物，可以推翻癌症[53]的关键支柱。
GPCR的研究领域表明，该系统的特点为控制功能杂交IGF-1R提供了可能。尽管已知的指数信号的复杂性，IGF1R的偏导信号模型在治疗设计中是前所未有的详细结果的希望之光。
由于IGF1R在许多癌症中都很重要，许多学术研究人员研究了在肿瘤学方法中靶向IGF-1R的可能性，并取得了有希望的结果[54]。在动物研究中，抗igf - 1r方法阻止或逆转了肿瘤的发展，降低了毒性。这引起了制药公司的极大兴趣，IGF-1R迅速成为研究最多的肿瘤靶点。几种靶点方法迅速出现，其中大多数是受体信号通路下游的激酶抑制剂:IGF-1肽等效物、IGF-1R阻断抗体和单克隆抗体酪氨酸激酶抑制剂[56]。随着细胞信号转导研究的进展，一种更动态的、类似网络的性质调节着分步过程，提供了可塑性，从而抵抗单一目标策略。虽然理想的研究路径是从长凳到床边，但这个故事走了一个弯路，将IGF-1R目标返回到长凳，以进一步了解操作复杂性，然后寻求开发更智能的第二代补充剂。
随着IGF-1R轴在癌症中的作用被发现，一些不同的靶向技术已经被设计出来。尽管它们的作用机制和确切靶点各不相同，但它们都具有抑制受体激酶潜能的相同目标。此外，已经建立了几种下游信号元件的抑制剂，它们可以单独使用，也可以与IGF-1R靶向结合使用。靶向IGF-1R可能是未来一个有前途的策略。迄今为止，超过10种IGF-1R靶向药物已被批准作为抗癌治疗药物(Hu等人，2017)。例如，小分子药物和抗IGF-1R抗体，其他靶向IGF-1R的小核苷酸补充IGF-1R的方法也已被接受用于临床试验[57]。然而，尽管有一些阳性的临床前发现，临床披露后来被扣留并不是特别积极的[58]。此外，最近的研究表明，IGF-1R是一个动态和复杂的信号网络的一部分，通过各种互调和纠正信号机制[59]与其他靶标和框架相互作用。进一步研究IGF-1R周围的机制，特别是它与其他信号通路的联系，可能会解释为什么选择性IGF-1R靶向治疗不太成功。我们相信，阻断这些IGF-1R旁路信号通路将导致对癌症更成功的治疗干预。
从理论上讲，如果细胞真的可以改变元素激活的路径，那么这种串扰就可以减轻几种抑制技术。实验数据表明，IGF-1R的RTK成员特别利用GPCR工具箱的元素，促使其从单纯的串扰中分化出来，对受体组的传统边界提出了质疑。如果我们想设计有效的靶向药物，我们必须改变我们现有的报告模型，以适应非规范元素，这将对治疗产生深远的影响。
本研究得到国家自然科学基金(81673449/81872884/81973350)的资助。
引用:Saliha M，曲晓杰(2021)IGF1R细胞信号转导的治疗意义。中华临床免疫学杂志免疫杂志7:065。
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