潘琦 崔國峰袁紹輝 畢鄭剛

（哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科，哈爾濱 150001）

真核翻譯起始因子4E

潘琦 崔國峰*袁紹輝 畢鄭剛**

（哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科，哈爾濱 150001）

真核翻譯起始因子 4E（eukaryotic translation initiation factor 4E,eIF4E）在腫瘤形成和進展過程中起重要作用。目前，直接或間接針對eIF4E的治療藥物的研究已取得很大進展。深入了解 eIF4E 的功能及其在翻譯起始階段調(diào)節(jié)腫瘤形成的作用，為更好地研制新型有效的抗腫瘤藥物提供理論依據(jù)。

1 eIF4E與翻譯調(diào)控

在核糖體的參與下合成成熟mRNA序列的過程是高度調(diào)控的，需要游離40S核糖體亞基、mRNA及真核翻譯起始因子 4F（eIF4F）翻譯起始復(fù)合物的共同作用。eIF4F 是一個三聚體復(fù)合物，包括：① 真核翻 譯起始因 子 4E（eIF4E），mRNA 5'端帽結(jié)合 蛋 白；② 真核翻譯起始因子 4A（eIF4A），RNA 解螺旋酶；③ 真核翻譯起始因子 4G（eIF4G），是一個支架分子。大多數(shù)真核mRNAs通過帽依賴性機制進行翻譯，在翻 譯 過 程 中 ，eIF4E 識 別 mRNA 的 5'端 帽 結(jié) 構(gòu)[1]。eIF4E受到轉(zhuǎn)錄在內(nèi)的多個水平的調(diào)節(jié)，包括絲氨酸209（S209）的磷酸化以及 eIF4E 翻譯抑制蛋白（eIF4E binding ptoteins,4EBPs）的抑制作用（圖 1）。當(dāng)缺氧、DNA損傷和致癌刺激發(fā)生時，通過快速激活eIF4E調(diào)節(jié)翻譯。

圖 1 4EBP/eIF4E 信號傳導(dǎo)示意圖[5]

eIF4E 翻譯 抑制 蛋 白 1-3（4EBP1-3）與 eIF4G 競爭性結(jié)合 eIF4E。低磷酸化狀態(tài)時，4EBPs通過抑制eIF4G 與 mRNA 5'端帽結(jié)構(gòu)的結(jié)合，從 而 限制 eIF4F復(fù)合體的形成（圖1）。當(dāng)發(fā)生有絲分裂時，在生長因子和細(xì)胞因子的刺激下，4EBPs磷酸化絲氨酸/蘇氨酸殘基，導(dǎo)致構(gòu)象改變，釋放 eIF4E，結(jié)合 eIF4G。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin,mTOR）作為初級激酶磷酸化 4EBPs，導(dǎo)致 eIF4E與4EBPs分離。

S209 磷酸化eIF4E在腫瘤發(fā)生過程中起至關(guān)重要的作用，絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases,MAPKs）和 絲 氨 酸/蘇氨 酸激 酶等 信號整合激酶（signal-integrating kinase,Mnk）相互作用（Erk1/2 和 p38 MAPKs 的底物）催化 eIF4E 磷酸化[2]。磷酸化eIF4E的作用具有上下依賴性。穩(wěn)定狀態(tài)下，在細(xì)胞生長過程中，Mnk1/2基因敲除小鼠未表現(xiàn)出任何明顯的缺陷[3]。然而，磷酸化的 S209 在體外可激活 eIF4E，在體內(nèi)可增強致癌基因MYC的活性，促進腫瘤發(fā)生[4]。上述研究證實，如果在癌變過程中出現(xiàn)內(nèi)源性 eIF4E S209 磷酸化，那么 eIF4E 的突變體將會過度表達。此時，eIF4E 磷酸化在正常組織中并無明顯的功能，但可提高翻譯速率，有利于腫瘤形成。

圖 2 eIF4E 參與腫瘤形成過程的示意圖[5]

eIF4E 與 eIF4F 復(fù)合體誘導(dǎo)致癌基因轉(zhuǎn)化的確切機制尚存爭議。然而，eIF4E 與 eIF4F 復(fù)合體通過增強部分mRNAs小分子團的轉(zhuǎn)錄參與腫瘤的形成過程，如細(xì)胞增殖、逃避凋亡、血管形成和轉(zhuǎn)移[6]。這些mRNAs小分子團包括 cMYC（MYC 家族中的一員），細(xì)胞周期蛋白 D1（cyclin D1），細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 2（cyclin-dependent kinase 2,CDK2）；Mcl-1，Bcl-2和生存素（survivin）；血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF），成纖維細(xì)胞生長因子 2（fibroblast growth factor 2,FGF2）；基質(zhì)金屬蛋白酶 9（matrix metalloproteinase 9,MMP9），乙 酰 肝 素 酶（heparanase）（圖 2）。其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是富含 G/C 以及長5'UTR 的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，需要 eIF4A 解螺旋酶的作用才能結(jié)合核糖體40S亞基。這些mRNAs缺乏轉(zhuǎn)錄能力，并且需要依賴更多的eIF4E才能增強轉(zhuǎn)錄并嚴(yán)格調(diào)控蛋白質(zhì)表達，因此亦被稱為“弱”mRNA。當(dāng)存在致癌性刺激時，通過增強 eIF4E 的活性，增加 eIF4F 復(fù)合體的形成和增強 eIF4A 解螺旋酶的活性，這些“弱”mRNA的轉(zhuǎn)錄增強，從而提高轉(zhuǎn)錄速率。其結(jié)果是mRNAs小分子團有選擇性的激活，以促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展（圖2）。許多目標(biāo)產(chǎn)物均與細(xì)胞內(nèi)eIF4E的過度表達有關(guān)，然而，只有一部分目標(biāo)產(chǎn)物在接近生理狀態(tài)下的體內(nèi)腫瘤模型中得到證實，所以與eIF4E相關(guān)的目標(biāo)產(chǎn)物在腫瘤形成和發(fā)展過程中的確切作用機制尚不明確。eIF4E 相關(guān)的目標(biāo)產(chǎn)物在不同的組織類型中表達可能不同，增加了eIF4E調(diào)控轉(zhuǎn)錄、促進腫瘤形成的復(fù)雜性。

2 eIF4E 在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

體內(nèi)和體外實驗已經(jīng)證實，eIF4E在腫瘤發(fā)生發(fā)展中起重要作用。過度表達的eIF4E足以誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞[7]。eIF4E 在體內(nèi)過度表達，增加癌癥易感性；eIF4E轉(zhuǎn)基因小鼠可發(fā)展成為淋巴瘤 、惡 性 血 管 內(nèi) 皮 細(xì) 胞 瘤 、肺 癌 和 肝 癌[8]。 此 外 ，eIF4E的過度表達可以克服致癌基因MYC誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，表明 eIF4E 具有內(nèi)在的致癌活性，可以克服MYC 誘 導(dǎo) 產(chǎn) 生 的 細(xì) 胞 凋 亡[8,9]。 人 類 乳 腺 癌 中 發(fā) 現(xiàn)eIF4E 過度表達[10]。此外，eIF4E 的表達水平是診斷頭頸部腫瘤和判斷其預(yù)后的生物標(biāo)志物[11]。

盡管細(xì)胞內(nèi)eIF4E 活性增加本身就具有致癌性，但常見的信號傳導(dǎo)通路（在人類癌癥中發(fā)生嚴(yán)重的突變或擴增）可直接影響eIF4E的活性。例如，cMYC和MMP9的過度表達可促進eIF4E的過度表達，進而鼻 咽癌細(xì)胞 生長[12]。通 過 mTOR 抑制 rpS6（mTOR 下游區(qū)的另一個受體）的磷酸化不能降低腫瘤的發(fā)生率，因此，在 mTOR 下游區(qū)，4EBP1/eIF4E 在腫瘤形成中 起主要作用[13]。 在 神經(jīng)祖細(xì)胞中，激 活致癌基因Ras（Mnk激酶上游區(qū)的調(diào)節(jié)基因）和PKB信號通路可誘導(dǎo)形成多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma multiforme,GBM）[14]。 然 而，eIF4E 過 度激活可 否 直接作用于下游區(qū)的致癌基因 MYC和 Ras，從而促進腫瘤進展仍尚不明確。體內(nèi)試驗研究表明，通過作用于下游區(qū)的致癌基因PKB，可阻止eIF4E的過度活化，抑制腫瘤細(xì)胞的生長[13]。eIF4E 是一個重要的致癌基因，并且靶向調(diào)節(jié)癌基因的轉(zhuǎn)錄，反常調(diào)節(jié)MYC、PI3K/PKB/mTOR 和 Ras 的 過 度表 達（圖 1）。 因 此 ，eIF4E是治療人類癌癥的新靶點。

3 eIF4E 在人類癌癥中的臨床意義

在多種常見的腫瘤中出現(xiàn)eIF4E的過度表達，如惡性腫瘤、前列腺癌、乳腺癌以及胃、結(jié)腸、肺、皮膚和造血系統(tǒng)的腫瘤。eIF4E 的表達增加與疾病的嚴(yán)重程度密切相關(guān)[15-20]。此外，在乳腺癌和前列腺癌中觀察到，eIF4E總的升高水平和過度磷酸化的4EBP1可促進 eIF4E 與 eIF4G 的結(jié)合，增強帽依賴性翻譯[15,16]。在大多數(shù)人類惡性腫瘤中可出現(xiàn)反常的eIF4E激活，因而 eIF4E 的升高水平可作為生物學(xué)標(biāo)志物預(yù)測病情進展、總的生存期和治療后復(fù)發(fā)情況。在人類乳腺癌患者中觀察到，新輔助化療后，eIF4E的水平降低，無病生存率得到改善[21]。在無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的乳腺癌 患者中 ，eIF4E 的 表達增高 ，復(fù)發(fā) 的 危險性 增加 2倍，死亡的危險性增加 4 倍[17]。在雌激素受體（ER）、孕 激 素 受 體（PR）和人表皮生長因子 受 體 2（HER2）陰性的乳腺癌患者中出現(xiàn)高水平的 eIF4E 以及磷酸化的 4EBP1，乳腺癌復(fù)發(fā)的幾率明顯增加[22,23]。在前列腺癌患者中，eIF4E 的表達升高以及4EBP1的磷酸化增加，患者的預(yù)后較差[15]。上述研究表明，eIF4E 的表達水平以及4EBP1的磷酸化水平可間接判斷臨床腫瘤患者的預(yù)后。此外，這些生物性標(biāo)志物也可預(yù)測eIF4E 靶向治療患者的治療效果。由于缺乏足夠的匹配組織標(biāo)本，eIF4E的臨床研究受到限制。雖然一些研究表明，在轉(zhuǎn)移的標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)高水平的 eIF4E，但目前尚無連續(xù)測定同一患者從診斷到轉(zhuǎn)移整個過程中組織中的eIF4E表達情況的報道，而這將有助于進一步了解轉(zhuǎn)移過程中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用以及確定eIF4E靶向治療轉(zhuǎn)移灶的效果。

4 臨床轉(zhuǎn)化進展

4.1 mTOR ATP 活性部位抑制劑

mTOR靶向治療是一種抑制eIF4E過度激活的治療方法，因為4EBPs是mTOR激酶的直接底物（圖1）。mTOR是一種蛋白質(zhì)激酶，當(dāng)激活時可形成兩個不同的多聚體激酶：mTORC1和mTORC2。mTORC1 的作用底物是 4EBPs和 S6Ks，mTORC2主要在 S473部位磷酸化PKB。第一代mTOR異構(gòu)抑制劑如雷帕霉素、RAD001 和 CCI-779 治療許多人類癌癥的效果并不顯著，盡管在實驗中已證實其確切的療效。存在這種差異的主要原因是由于應(yīng)用磷酸化激活S6Ks和 rpS6，使mTOR發(fā)揮主要的抑制作用。在幾乎所有類型的細(xì)胞中，雷帕霉素是一種強效的S6Ks磷酸化抑制劑。由此得出第一代mTOR抑制劑抑制S6激酶和rpS6的磷酸化可抑制所有 mTOR激酶的功能。而最近有研究表明，雷帕霉素和其相關(guān)的類似物抑制mTOR下游區(qū)的靶向部位，特別是4EBP1的磷酸化存在 不 一 致 性[13,24]。 在 PKB 誘 導(dǎo) 的 淋 巴 瘤 中 ，磷 酸 化4EBP1是腫瘤形成的必要環(huán)節(jié)，而 rpS6的磷酸化是可有可無的[13]。因此，持續(xù)激活致癌基因 mTOR 下游區(qū)的 4EBP1/eIF4E 可能是臨床上雷帕霉素及其相關(guān)類似物治療失敗的主要原因。

為了解更多的mTOR抑制劑，目前報道了一系列 mTORC1 和 mTORC2 ATP 活 性 部 位 抑 制 劑 ，如PP242、Torin1、WYE-132、Ku-0063794、Palomid 529和 AZD8055[25-30]。 所 有 這 些 化 合 物 在 催 化 mTOR 的同時，與ATP競爭性結(jié)合mTOR的催化區(qū)。與mTOR異構(gòu)抑制劑雷帕霉素不同，這些化合物主要抑制S6Ks磷酸化，其中 PP242可有效的阻止4EBP1、rpS6和PKB的磷酸化。在小鼠和人的細(xì)胞中，這些化合物 與 雷 帕 霉 素 相 比 能 夠 顯 著 地 發(fā) 揮 抗 增 殖 作 用[25]。此外，在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中發(fā)現(xiàn) PP242 和 Torin1具有抗增殖作用，通過作用于不穩(wěn)定的mTORC2復(fù)合 物 ，使 S473 部 位 的 PKB 無 法 磷 酸 化[25,26]。 因 此 ，mTOR ATP活性部位抑制劑的抗腫瘤作用是通過抑制 4EBP1/eIF4E 實現(xiàn)的，從而減少帽依賴性翻譯。然而，在其他細(xì)胞中，這些研究結(jié)果不排除抑制S6Ks和PKB磷酸化后有助于mTOR ATP 活性部位抑制劑發(fā)揮有效的抗腫瘤作用的可能性。

多種新研發(fā)的ATP活性部位抑制劑預(yù)計在未來幾 年 將用 于Ⅰ 期臨 床試 驗。 目前 PP242 和 INK128（NCT01058707,NCT01118689）已用于晚期實體瘤以及多發(fā)骨髓瘤患者的Ⅰ期臨床試驗。AZD2014（NCT01026402）的安全性、耐受性和藥代動力學(xué)也正處于研究中。Palomid 529（NCT01033721）以嘗試用 于 年 齡 相 關(guān) 性 黃 斑 變 性 的 患 者 。 雙 重 PI3K/ mTOR ATP 模 擬 抑 制 劑（BEZ235，PF-04691502，XL765）目前正處于臨床調(diào)查階段。然而，由于PI3K激活多個目標(biāo)，這些雙重抑制劑則完全依賴于抑制eIF4E 的過度激活，所以療效并不確切。此外，作為雙激酶抑制劑，也有可能是針對mTOR而起到抗癌作用，并且相關(guān)的毒性降低。

4.2 eIF4E-eIF4G抑制劑4EGI-1

eIF4E 的背側(cè)表 面 是 eIF4G 的 結(jié)合部位（圖 1）。eIF4G 與 eIF4E 結(jié)合后通過 eIF4A 和 eIF3-40S 核糖體亞基共同作用，增加帽依賴性翻譯。靶向調(diào)節(jié)eIF4E-eIF4G 蛋白質(zhì)間的相互作用是抑制帽依賴性翻譯的一個作用機制。eIF4G 有一個 Y（X）4LF序列（其中 X是可變的，F(xiàn) 是疏水性的），與eIF4E背側(cè)表面保守的疏水殘基結(jié)合[31]。研究表明，突變的 Y（X）4LF 序列阻止 eIF4F 復(fù)合體的形成。由于 eIF4G 與 eIF4E 背側(cè)表面保守的疏水殘基結(jié)合，針對這些相互作用的化學(xué) 抑 制 劑 可 防 止 eIF4F 復(fù) 合 體 的 形成 ，從 而 降 低eIF4E過度激活后出現(xiàn)的異常蛋白質(zhì)合成。

通過綁定免疫熒光肽，以抑制 Y（X）4LF 序列與eIF4E的結(jié)合，使用高流通量熒光偏振法發(fā)現(xiàn)候選化合物。微摩爾濃度的 4EGI-1 能夠抑制 eIF4F 復(fù)合體的 形 成。 由 于 eIF4G 和 4EBP1 都 具 有 Y（X）4LF 序列 ，推測 4EGI-1 也有 可 能抑制 4EBP1/eIF4E 復(fù) 合物的形成，而實際上 4EGI-1 僅抑制 eIF4E 與 eIF4G 間的相互作用。4EGI-1 是具有細(xì)胞毒性的抑制細(xì)胞生長劑，跨多個細(xì)胞系抑制細(xì)胞增殖，與未轉(zhuǎn)化細(xì)胞相比 ，顯 著 克 隆 生 長 已 轉(zhuǎn) 化 的 細(xì) 胞[32,33]。 目 前 ，4EGI-1化合物作為一種研究性新藥尚未正式應(yīng)用于臨床。

迄今為止，尚無足夠證據(jù)表明不能中斷或抑制其它蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)之間的相互作用，由此可引發(fā)出更多致癌途徑抑制劑發(fā)揮抗腫瘤作用。最近，這一發(fā)現(xiàn)得到研究結(jié)果的證實，通過 eIF4G/eIF4E 復(fù)合物獨立作用機制以及蛋白酶介導(dǎo)的降解抗凋亡基因C-FLIP，4EGI-1 可以誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[34]。此外，微摩爾的 4EGI-1 即可降低細(xì)胞的增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，使該化合物小劑量應(yīng)用于臨床成為可能。

4.3 eIF4E ASOs

在多種人類惡性腫瘤中出現(xiàn)了eIF4E的過度表達 并具有 一定的 致 癌性 ，ASOs直 接 作用于 eIF4E mRNA已得到廣泛的研究，并試圖作為一種抗癌劑應(yīng)用于臨床。ASOs靶向識別和雜交mRNA并觸發(fā)核糖核酸酶 H（RNase H）介導(dǎo)的 RNA 破壞。第一代ASOs由于缺乏核酸酶（nuclease）抗藥性，導(dǎo)致其在體內(nèi)的半衰期相對較短，療效顯著減低。而第二代ASOs的療效、核酸酶抗藥性及組織半衰期顯著提高。ASOs降低eIF4E的表達水平，在納摩爾濃度的情況下即可對人類腫瘤細(xì)胞株產(chǎn)生細(xì)胞毒性作用[15,35]。在腫瘤異種移植小鼠模型中采用 5、12.5 和 25 mg/kg的 eIF4E ASOs每周 3 次治療的結(jié)果顯示，移植腫瘤生長顯著，且無明顯的體重降低和肝毒性[35]。目前，eIF4E ASOs LY2275796（NCT00903708）劑量遞增的Ⅰ期臨床試驗正在進行。上述發(fā)現(xiàn)將有助于進一步理解 eIF4E 的生理功能和致癌作用。特別需要指出的 是，在 eIF4E ASOs 治療 的 異種移 植 小鼠中 發(fā) 現(xiàn)，eIF4E 的降低水平＞50%，表明低水平的 eIF4E 在正常組織中的耐受性，而具有高水平eIF4E的腫瘤細(xì)胞可能對eIF4E抑制劑特別敏感。

4.4 抑制eIF4E磷酸化：Mnk 激酶抑制劑

從理論上講，抑制eIF4E磷酸化將是抗腫瘤的一個新途徑。然而，實驗研究表明化學(xué)抑制劑如 eIF4E S209和Mnk1/2的療效有限。例如，靶向調(diào)節(jié)突變的eIF4E S209 部 位 可 顯 著 抑 制 小 鼠 胚 胎 成 纖 維 細(xì) 胞（NIH3T3）中 eIF4E 的轉(zhuǎn)化，但靶向抑制劑 Mnk1/2 是否也有同樣的療效尚不明確[36]。此外，Mnk 激酶抑制劑 CGP57380 在 人 類（chronic myelogenous leukemia, CML）的治療中已顯示出有限的抗增殖作用。然而，當(dāng)其和伊馬替尼（imatinib）聯(lián)合使用時，確實提高抗增殖和抗凋亡作用[37]。雖然有多種 Mnk 激酶抑制劑，但目前尚無任何臨床數(shù)據(jù)表明其在人類癌癥治療中的療效。

4.5 靶向調(diào)節(jié)eIF4E5'端帽結(jié)構(gòu)

用于抗病毒治療的利巴韋林（Ribavirin）是一種鳥苷核糖核苷類似物，通過與 5'端 7-甲基鳥嘌呤帽結(jié)構(gòu) 競 爭 性 結(jié) 合 內(nèi) 源 性 eIF4E 而 發(fā) 揮 部 分 抗 腫 瘤 作用。在急性粒細(xì)胞白血?。╝cute myelogenous leukemia,AML）和以鱗狀細(xì)胞癌為細(xì)胞基礎(chǔ)的動物模型中發(fā)現(xiàn)，利巴韋林減少 eIF4F 復(fù)合體的形成[38]。一項采用劑量遞增的利巴韋林治療11例AML的Ⅰ期臨床試驗研究結(jié)果顯示，1例完全緩解，2例部分緩解，4例病情穩(wěn)定[39]。目前，利巴韋林已用于轉(zhuǎn)移性乳腺癌和 M4/M5 混 合 型 AML 患 者 的 Ⅰ 、Ⅱ 期 臨 床 試 驗（NCT01056757，NCT01056523）。盡管這些研究顯示利巴韋林在人類癌癥中的顯著療效，但利巴韋林的具體作用機制和作為帽結(jié)構(gòu)競爭性結(jié)合內(nèi)源性eIF4E 而發(fā)揮抗腫瘤作用是兩個獨立的問題[40-42]。如果其主要通過抑制帽依賴性翻譯而發(fā)揮抗腫瘤作用，那么療效是不確定的。

5 未來的研究趨勢和注意事項

eIF4E 與翻譯起始是抗癌治療的新靶點。除已經(jīng)提到過的靶向抑制劑外，研究顯示，其他不同點的抑 制 劑 如 Silvesterol通 過 抑 制 eIF4A RNA 解 旋 酶 而發(fā)揮抗腫瘤作用[43]。未來的臨床實驗研究應(yīng)著重于設(shè)立前瞻性隨機對照研究分析患者eIF4E的總水平、4EBP1的磷酸化水平以及eIF4E的磷酸化水平。

綜上所述，雖然多個基因抑制eIF4E的活性（圖1），但 eIF4E 介導(dǎo)的腫瘤形成和發(fā)生發(fā)展的確切機制仍知之甚少。腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程可能是與 eIF4E 相關(guān)的多個靶向調(diào)節(jié)相互作用的結(jié)果，這取決于腫瘤的類型、分級和是否存在轉(zhuǎn)移。因此，eIF4E mRNAs致癌活性抑制劑將成為未來治療腫瘤的新靶點，而eIF4E將作為新的生物標(biāo)志物，用于判斷預(yù)后和評估抗癌治療的療效。隨著 mTOR ATP 活性部位抑制劑 、eIF4E-eIF4G 抑 制劑 4EGI-1 和 eIF4E ASO 抑制eIF4E 磷酸化：Mnk 激酶抑制劑和靶向調(diào)節(jié) eIF4E 5'端帽結(jié)構(gòu)等新藥的研發(fā)，將為惡性腫瘤的治療開辟廣闊的前景。

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*共同第一作者

**通信作者：畢鄭剛，E-mail:bizhenggang@54dr.com