The antitumor mechanism and progress of RGD peptide

管簫玉1,李慶偉1,2*,王繼紅1,2*(遼寧師范大學:1.生命科學學院;2.七鰓鰻研究中心，遼寧 大連　116029)

·綜述·

RGD肽抗腫瘤機制及進展

The antitumor mechanism and progress of RGD peptide

管簫玉1,李慶偉1,2*,王繼紅1,2*(遼寧師范大學:1.生命科學學院;2.七鰓鰻研究中心，遼寧 大連116029)

摘要：近年來，癌癥嚴重影響了人類的健康與生活。研發(fā)一種能夠靶向有效的治療腫瘤細胞而又不引起相關副作用的抗腫瘤藥物已成為人類面臨的重大挑戰(zhàn)。隨著研究的深入，已經證明精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)肽作為整合素與其配體相互作用的競爭性拮抗劑，有望成為有效的抗腫瘤治療靶向藥物。整合素具有在腫瘤細胞表面高表達的特點，其與細胞外基質(ECM)蛋白相結合，能夠介導腫瘤的侵襲和轉移。而整合素與ECM的識別位點就是RGD序列。迄今為止在人體內已發(fā)現(xiàn)67種蛋白質中含有RGD模體序列，其中包含纖維蛋白原、玻連蛋白、層黏連蛋白等ECM蛋白。這些ECM蛋白通過RGD序列位點與整合素結合，從而引起細胞與細胞外基質間的黏附、遷移、浸潤和增殖等一系列生理行為。而外源RGD肽可以競爭性拮抗ECM與整合素的結合，因此這些RGD肽在腫瘤的診斷與治療上發(fā)揮著極其重要的作用。本篇文章主要論述了RGD肽及其衍生物的抗腫瘤機制及其研究的進展。

關鍵詞：RGD；整合素；腫瘤細胞

如今，癌癥的發(fā)病率和死亡率明顯增高。在腫瘤的侵襲和轉移過程中，腫瘤細胞與細胞外基質的黏附是引起侵襲和轉移的關鍵環(huán)節(jié)，整合素作為細胞黏附分子家族的重要成員，在這一過程中起到至關重要的作用。整合素與配體間相互作用的識別位點為精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)，因此RGD序列對腫瘤細胞與細胞外基質以及腫瘤細胞之間的黏附起了關鍵作用[1]。外源性RGD肽可以競爭性拮抗整合素與其配體的結合，因此有望發(fā)展成新型靶向抗腫瘤藥物。下面就RGD肽與整合素相互作用機制及其抗腫瘤研究進展做一綜述。

1RGD肽背景介紹

RGD序列由精氨酸、甘氨酸和天冬氨酸組成，廣泛存在于細胞外基質蛋白中。其作為整合素與其配體相互作用的識別位點可以與11種整合素特異性的結合，進而促進細胞與細胞之間以及細胞與細胞外基質間的黏附、遷移、浸潤和增殖等一系列生理行為。

此外有些RGD模體還存在于吸血動物唾液腺分泌物中。存在于吸血動物唾液腺中的RGD模體蛋白被統(tǒng)稱為RGD毒素蛋白。RGD毒素肽以其特有的RGD模體與細胞外基質蛋白的RGD序列競爭性的與整合素結合，從而抑制整合素的信號通路,阻止細胞與細胞外基質的黏附、遷移等,達到了抗腫瘤目的。

2整合素家族

整合素家族是由α亞基和β亞基所組成的異源二聚體，其是由很多結構和功能相類似的蛋白質所組成的一類膜受體家族。其迄今為止已發(fā)現(xiàn)20種α亞基和11種β亞基[2]，它們按照不同的組合方式構成20多種整合素。整合素的受體特異性是由α亞基和β亞基共同決定的，其中幾乎一半的整合素受體如：αvβ3、αvβ5、αvβ1整合素亞型通過RGD三肽與各種細胞外基質蛋白如：纖連蛋白、玻連蛋白和膠原蛋白等結合，介導著細胞的黏附[3]、遷移、增殖、分化、凋亡和信號轉導等。

整合素在正常細胞、正常血管上皮和內皮細胞上表達量較少，而在膀胱癌、骨肉瘤、膠質母細胞瘤及成神經細胞瘤[4]等多種實體腫瘤的細胞表面的表達量較高。此外在腫瘤組織的新生血管內皮細胞上同樣有著較高的表達量[5]，證明了整合素在腫瘤細胞的生長、轉移、侵襲以及血管新生過程中的重要性，因此在抗腫瘤新興藥物的研發(fā)過程中整合素受體已成為重要的靶點。

整合素與其配體間相互作用的識別位點為RGD，因此外源性RGD肽對腫瘤細胞與細胞外基質以及腫瘤細胞之間的黏附起到了競爭性拮抗作用和靶向運輸作用。近年來隨著對RGD肽的深入研究，已有資料證明RGD肽不但能夠競爭性的與整合素的受體結合，阻止腫瘤細胞的黏附和轉移，而且還能直接誘導腫瘤細胞的凋亡，因此RGD肽在治療腫瘤方面有著較好的應用前景。如圖1所示為整合素與細胞外基質相互作用示意圖。

圖 1　整合素與細胞外基質相互作用的圖解

3RGD肽及其衍生物在腫瘤治療中的應用

3.1當前腫瘤治療方法的弊端

腫瘤的監(jiān)測、診斷和治療已成為當今社會醫(yī)療保健中一個極其重要的主題，一種理想的有效治療癌癥的藥物不僅要完全的除去腫瘤細胞，還要阻止腫瘤細胞向正常組織細胞中擴散和侵襲。當前，臨床中治療腫瘤的方法包括外科手術治療法、化學療法、放射療法以及免疫療法。由于這些治療方法本身的局限性，在對于高侵襲性和高轉移性的腫瘤細胞的治療中通常是失敗的。放射療法可以損壞臨近的健康的組織?；瘜W療法由于高劑量的藥物注射，可能導致患者全身系統(tǒng)發(fā)生紊亂而引起一系列的副作用。如：紫杉醇(PTX)，在臨床上已被用于多種癌癥的治療。但是同時其也引起了過敏性反應、骨髓抑制以及神經毒等一系列的副作用[6]；阿霉素(DOX)在被用于癌癥的化療過程中導致心臟中毒[7]。此外在治療的過程中由于身體本身的化學抵抗力，有些化學療法對于腫瘤的治療是無效的，如吉西他濱對于胰腺癌的治療[8]。

3.2通過整合素配體靶向治療腫瘤細胞

根據腫瘤細胞的結構和生物學的特征，過表達多種腫瘤細胞的受體，以區(qū)分腫瘤細胞和正常的生理細胞。由于配體能夠優(yōu)先識別受體，根據這一特性，能夠引導抗腫瘤分子選擇性的與腫瘤細胞結合以達到治療腫瘤細胞的目的。

已有研究證明幾種整合素受體的亞型在細胞黏附、細胞遷移、細胞信號轉導以及細胞活性等方面有著至關重要的作用，且這些整合素受體在腫瘤細胞中是高表達的。因此將能夠識別整合素受體的配體與藥物或藥物載體系統(tǒng)結合以達到靶向的治療腫瘤細胞目的。由于RGD是整合素受體與其配體的識別位點，因此RGD已經被廣泛的應用于靶向治療腫瘤細胞過程中藥物傳輸的載體。

通過藥物傳輸靶向的結合腫瘤細胞能夠克服傳統(tǒng)治療方法的局限性[9]，在腫瘤治療方面有著較好的應用前景。這種方法能夠有目的性的特異的引導抗腫瘤藥物與腫瘤細胞結合而不干擾正常的組織器官，減少了藥物與正常組織之間不明確的反應，進而減少了與之相關的副作用的發(fā)生。其還可以在疾病組織區(qū)域定點釋放藥物，提高了疾病組織部位的藥物濃度，減少了藥物注射量，進而減少了潛在的化學藥物抗性。

由整合素介導的細胞與細胞外基質蛋白的相互作用，特別是與纖連蛋白的作用能夠誘導大量的MMPS的產生和激活。整合素作為細胞表面受體家族，在細胞外基質蛋白和多發(fā)性骨髓瘤細胞間起著重要的調節(jié)作用，其中整合素αvβ3亞型在這一過程中發(fā)揮著重要的作用。有研究表明甲狀腺激素能夠通過與位于αvβ3整合素上RGD識別位點附近的幾個分散的受體相互作用，進而促進腫瘤細胞的生長、遷移和MMP-9的活化[10]。而這一過程可以通過RGD肽破壞甲狀腺激素與整合素之間的信號通路，阻止甲狀腺激素與整合素的相互作用抑制MMP-9的活化,最終抑制了多發(fā)性骨髓瘤細胞的生長和侵襲。

RGD模體除廣泛存在于細胞外基質中外，還存在于吸血動物唾液腺分泌物中。存在于吸血動物唾液腺中的RGD模體蛋白被統(tǒng)稱為RGD毒素蛋白?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)蛇毒[11]、蜱[12]、水蛭[13]、牛氓[14]及七鰓鰻[15]毒液或唾液腺分泌物中含有RGD毒素蛋白，這類蛋白能夠憑借其蛋白序列上特有的RGD序列與細胞外基質蛋白的RGD序列競爭性與腫瘤細胞或新生血管內皮細胞表面高表達的整合素結合，從而抑制細胞外信號通過整合素向細胞內的轉導，抑制腫瘤或血管內皮細胞的增殖、遷移及浸潤[16]。

3.3RGD肽及其衍生物對血管新生的抑制作用

傳統(tǒng)上治療腫瘤的方法是集中摧毀腫瘤細胞和組織，近年來靶向抑制腫瘤供血系統(tǒng)，進而抑制腫瘤細胞的生長的治療方法取得了很大的進步。眾所周知，正常情況下沒有新生血管供給養(yǎng)料，腫瘤細胞是不能夠生長的，因此供血系統(tǒng)在腫瘤組織的生長、擴散過程中是十分重要的，因此有效的抑制腫瘤血管的新生能夠應用于腫瘤的治療。目前一些能夠靶向治療腫瘤供血系統(tǒng)的藥物已被研發(fā)，并獲得了臨床上的驗證。這些藥物不但能夠直接作用于新生血管，而且與傳統(tǒng)抗腫瘤的方法或藥物結合使用，能夠提高腫瘤的治愈率。

血管新生是毛細血管長出的新的分支或是在已經存在的血管周圍形成新的血管的過程。血管新生在生物體的傷口愈合以及生殖周期等正常生長發(fā)育過程中發(fā)揮著關鍵的作用。但同時血管新生與一些病理學過程密切相關，如炎癥的發(fā)生、腫瘤的生長與代謝等。據報道,腫瘤區(qū)域的血管與正常組織的血管在結構功能以及分子水平上都有著明顯的差異[17],且腫瘤區(qū)域的血管密度是正常區(qū)域血管密度的50～200倍，因此血管新生已成為癌細胞生長以及轉移到其他組織器官的途徑。而進一步研究血管新生的作用機制以及開發(fā)有效的抑制血管新生的藥物已成為國內外研究的熱點。血管新生與大量的細胞因子有關，如：血管內皮生長因子(VEGF)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)、人堿性成纖維生長因子(bFGF)以及白介素-8等(IL-8)[18]。

在蛋白質參與的血管新生的過程中整合素具有重要的作用。其能夠促進血管內皮細胞向細胞外基質進行黏附與遷移、調節(jié)細胞與細胞間的相互作用以及細胞內的信號轉導[19]等。整合素主要通過其上的依賴金屬離子的吸附位點(MIDAS)作為其與配體主要的結合位點。整合素亞基中α5β1和αⅡbβ3能夠識別RGD三肽的內源性配體。許多研究小組對RGD肽的三維結構進行觀察研究，發(fā)現(xiàn)整合素能夠特異高效地與RGD肽結合,是與RGD肽的分子結構密切相關的。因此通過人工設計合成含有RGD序列的多肽或是模擬肽作為整合素特異性的配體與整合素結合，抑制整合素的信號通路。

西侖吉肽(Cilengitide)是一種人工合成的循環(huán)RGD肽，分子式為c[RGDf(N-Me)V]。西侖吉肽作為抑制膠質母細胞瘤血管生成抑制劑，目前已經進入到第三期的臨床試驗中[20]。該肽作為體內αvβ3整合素的配體，對αvβ3整合素具有高度的親和性和選擇性，臨床試驗結果顯示，該肽單獨使用時能較好抑制黑色素瘤和膠質母細胞瘤的生長，當與放射療法或是其他抗腫瘤藥物共同使用時腫瘤的治療得到了明顯的提高。

(RGD)3-tTF是另一種人工合成的含有RGD序列的融合蛋白，作者將3個串聯(lián)的RGD肽作為tTF的載體使(RGD)3-tTF融合蛋白表達,以檢測這種可溶蛋白是否能夠特異高效的與結腸癌腫瘤新生血管結合[21]。通過實驗證明這種融合蛋白在裸鼠模型的結腸癌腫瘤血管上高表達，并且能夠與腫瘤血管中的αvβ3整合素結合，最終導致腫瘤細胞的衰退。

利用整合素在腫瘤細胞新生血管中表達量較高這一特點將RGD肽用放射性標記對腫瘤細胞進行核顯像，可以對腫瘤細胞進行定位以及早期的診斷和治療。有文獻報道由于環(huán)狀RGD肽在穩(wěn)定性、抑制性以及親和性方面都優(yōu)于線性RGD肽[22]，所以作者合成了含有2個二硫鍵的環(huán)狀9肽CDCRGDCKC(RGD-4CK),并且采用直接標記的方法,用99mTc標記作為αvβ3特異性受體的放射性配體，以探究RGD-4CK對實體腫瘤診斷的可行性。通過實驗證明99mTc擁有較好的放射化學性質,體內穩(wěn)定性較高,并且具有比較理想的體內動力學。雖然RGD肽作為配體在抑制腫瘤以及腫瘤血管新生方面取得了較好的效果，但是其作用機制尚未完全解決。

3.4RGD肽相關的腫瘤的診斷與治療

基因治療是將一個治療的基因“捆綁”在載體上，然后將載有治療基因的載體感染腫瘤細胞，使治療基因能夠靶向進入到腫瘤細胞內，進而破壞殺死腫瘤細胞。由于腫瘤區(qū)的新生血管組織高表達αvβ3整合素[23]，可將整合素αvβ3作為基因治療的靶點，利用RGD肽能夠與整合素αvβ3結合的屬性，將RGD肽作為靶向分子與載體結合，構建靶向腺病毒載體[24]感染腫瘤細胞，腫瘤細胞的生長受到影響，腫瘤的血管新生得到阻滯，最終達到藥物治療的目的。

腫瘤細胞的遷移需要基質金屬蛋白酶水解細胞外基質蛋白，在這個過程中發(fā)揮著主要作用的是基質金屬蛋白酶-9(MMP-9)。因此MMP-9的抑制劑為抗腫瘤開辟了新的途徑。有研究證明甲狀腺激素能夠通過與αvβ3整合素的相互作用誘導MMP-9的活化。由于甲狀腺激素與αvβ3整合素的結合位點位于RGD肽識別位點的附近，所以用RGD肽綁定甲狀腺激素使得αvβ3整合素發(fā)生別構調節(jié)，阻礙MMP-9的活化，進而阻礙腫瘤細胞的生長。能夠抑制MMPS活性的還包括巴馬司他(BB-94)、普林司他(AG-3340)和馬馬司他(BB-2516)等[25]，目前已經進入到臨床前期的研究階段。

如今，RGD分子影像技術已廣泛的應用于腫瘤的檢測與治療中，這種方法是將RGD肽用不同種類的放射性核素進行標記以顯像腫瘤部位。其對于腫瘤細胞的靶向作用已在正常的動物體內得到驗證[26]。此外64Cu、68Ga、125I、131I、18F、99mTc、125I、188Re、111In和90Y等多種放射性核素對RGD肽進行標記已成為應用前景良好的αvβ3受體的顯像劑。利用受體和配體之間相互作用具有較高的特異性、較高的親和性以及較高的選擇性等優(yōu)點，使其與腫瘤細胞上的整合素受體特異性結合將腫瘤部位標記，這種技術已經在多種荷瘤動物模型上獲得成功[27]。

4RGD肽衍生物及其展望

RGD序列作為整合素與整合素配體的作用位點，在腫瘤的診斷與治療上發(fā)揮著極其重要的作用，RGD肽單獨作用時可以導致腫瘤細胞的凋亡，與其他抗腫瘤藥物或方法共同使用時能夠增加腫瘤的治療效果。此外，RGD肽作為靶向治療腫瘤細胞過程中的藥物傳輸載體，提高了腫瘤部位藥物劑量的濃度，可以在低劑量藥物濃度下發(fā)揮抗腫瘤的作用，減少了傳統(tǒng)治療方法對人體產生的負面作用。人工改造的RGD肽極大的減少了對人體不良反應的發(fā)生，增強了抗腫瘤的治療效果。而且一系列人工合成的RGD肽已應用于臨床試驗，并取得了較好的抗腫瘤生長、遷移、侵襲以及血管新生的效果。在基因治療方面，RGD肽還可以用于對腺病毒的結構改造上，通過改造后的腺病毒對腫瘤細胞有更好的選擇性和轉染性，能夠更有效的治療腫瘤細胞。放射性核素標記的RGD肽，作為腫瘤細胞的顯像劑，也有較好的應用前景。這一方法利用RGD肽與αvβ3整合素能夠高特異性結合的特點，將腫瘤細胞與帶有放射性核素標記的RGD肽結合，使腫瘤部位能夠顯像出來，對腫瘤細胞的監(jiān)測和預防有著積極的作用。光學成像使腫瘤生長、遷移等過程更加形象化，深入了解了腫瘤侵襲轉移的機制。對于腫瘤前期的診斷與治療有著較好的應用前景，對抗腫瘤藥物的研發(fā)有積極的作用。

RGD肽及其衍生物在抗腫瘤藥物研究方面有著較好的應用前景，相信隨著研究的深入有望為我國抗腫瘤藥物研發(fā)提供一類抗腫瘤候選新藥，具有較好的臨床應用前景。

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文章編號：1673-2995(2015)05-0361-03

中圖分類號：R734.2

文獻標識碼：A

基金項目：國家863項目(SS2014AA091602)，國家自然科學基金(30770297)，國家海洋公益性行業(yè)科研專項(2013050165)，大連市重大科技攻關項目(2013E11SF056,2014E12SF057).

作者簡介：管簫玉(1989-),女(滿族)，碩士在讀.

通訊作者：李慶偉(1955-)，男(漢族)，教授，博士. 王繼紅(1966-)，女(漢族)，教授，博士.

(收稿日期：2015-05-11)