免疫调节剂治疗多发性骨髓瘤的作用机制研究进展

MM资料室

多发性骨髓瘤（multiple myeloma, MM）发病率占所有恶性肿瘤的1%，占血液肿瘤的13%，有资料显示美国每年新诊断的MM约26 850例。MM的主要特征是骨髓恶性浆细胞浸润伴外周血高水平的M蛋白。在MM发生及疾病进展过程中，骨髓微环境起着非常重要的作用，介导了MM细胞的存活、生长、分化、转移及耐药发生。微环境中的骨髓基质细胞和MM细胞之间通过细胞因子、受体及黏附分子相互作用，其中细胞因子包括IL-6、血管内皮生长因子（VEGF）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、胰岛素样生长因子1(IGF1）、基质细胞衍生因子-1α（SDF-1α）及巨噬细胞炎性蛋白-1α（MIP-1α）和MIP-1β等，这些细胞因子与其受体作用促进了MM细胞的增殖、生存、耐药、转移、血管新生及骨破坏发生；此外，MM细胞分泌大量的免疫抑制因子，如TGF-β、IL-10及IL-6，通过抑制树突细胞、T细胞、NK细胞及B细胞功能，并激活调节性T细胞，从而诱导免疫耐受。

近年来，以沙利度胺及其衍生物来那度胺为代表的免疫调节剂（immunomodulatory drug，IMiD）和以硼替佐米为代表的小分子蛋白酶体抑制剂的应用，不仅提高了MM患者的缓解率，增加了缓解深度，而且明显延长患者的生存时间，是MM治疗领域中里程碑式的进展。其中，IMiD通过作用于MM细胞和骨髓微环境发挥直接肿瘤细胞杀伤及免疫调节的双重作用。IMiD治疗MM是从临床到基础研究转化的典范，近年来的基础研究在IMiD的作用机制方面有了突破性进展，我们在本文中将就其作用机制做一综述。

一、IMiD具有肿瘤细胞杀伤和免疫调节双重作用

半个世纪以前，第一代IMiD沙利度胺作为镇静剂广泛地用于缓解早孕反应，因海豹儿事件撤出了大部分市场。此后发现沙利度胺通过抑制TNF-α分泌产生抗炎作用，也因此而得名为IMiD。

1994年，肿瘤血管新生的提出者Folkman的研究团队发现沙利度胺通过抑制碱性成纤维细胞生长因子的表达，产生抗血管新生作用。此后一系列临床研究不仅证实沙利度胺治疗MM有效，而且进一步发现沙利度胺与地塞米松具有协同抗肿瘤作用，从而开启了沙利度胺治疗MM的新纪元。其中在最具有影响的一项研究中，Singhal等观察了沙利度胺单药治疗84例复发难治性MM患者的临床疗效，结果显示总反应率为32%，1年的总生存率和无事件生存率分别为58%和22%，其中10%的MM患者达到完全缓解或者接近完全缓解。即使对于反复应用过高剂量化疗药物的MM患者，也显示了一定的疗效。虽然该项研究奠定了沙利度胺在MM治疗中的地位，但由于应用剂量过大，不良反应明显，甚至不耐受，从而推动了沙利度胺衍生物如来那度胺和泊马度胺的问世。

IMiD有效治疗MM，大量的基础研究开始了对其作用机制的进行探索。最初的研究发现沙利度胺和其他IMiD通过上调p21和使细胞周期阻滞在G1期对MM细胞系和MM患者的原代细胞产生直接杀伤作用，联合地塞米松可增强对肿瘤细胞的杀伤作用。另有研究证实IMiD还通过作用于骨髓微环境改变MM细胞的表观遗传状态而产生抗肿瘤作用。而IMiD的免疫调节作用主要是通过刺激T细胞分泌IL-2和增强NK细胞的自然杀伤能力。虽然对于IMiD的双重作用研究比较透彻，但对其作用机制，尤其是作用靶点仍不清楚。

二、IMiD作用机制研究

直到2010年对IMiD作用机制的研究才有了突破性进展，Ito等通过蛋白组学技术鉴定出沙利度胺的结合蛋白cereblon(CRBN）和DNA损伤结合蛋白-1(DDB1），两者作为E3泛素连接酶的重要成分，与Cul4和Roc1共同形成了E3泛素连接酶复合体。Ito等的研究最初只发现沙利度胺与其底物CRBN结合抑制了CRBN的自我磷酸化；进一步研究证实CRBN是沙利度胺致畸的靶点：沙利度胺处理后斑马鱼会出现肢体发育缺陷，而CRBN突变阻断了其与沙利度胺的结合逆转了其致畸作用。总之，沙利度胺通过结合CRBN抑制成纤维细胞生长因子-8（组织发育过程中的一种重要分泌性调控信号分子），导致肢体发育缺陷，从而揭开了半个世纪以来沙利度胺致畸之谜。

上述成果迅速转化到MM的研究中，证实了IMiD的抗瘤细胞作用可能依赖于CRBN，并有一系列重要发现：和沙利度胺一样，来那度胺和泊马度胺也抑制CRBN的自我磷酸化；CRBN基因敲除后可降低MM细胞的存活率和存活MM细胞的CRBN水平，并对来那度胺和泊马度胺产生高度耐药；CRBN过表达增加了对IMiD的敏感性，并通过敲除CRBN基因建立了来那度胺耐药细胞系；与体外实验一致，CRBN高表达的MM患者对IMiD治疗反应较低表达者好。因而，CRBN可能成为预测IMiD治疗反应的生物标志物。

更为重要的是发现了IMiD-CRBN的效应分子：干扰素调节因子4(IRF4）和IL-2，成功地应用一元论解释了IMiD的双重作用。研究发现IMiD处理的MM细胞IRF4表达下调， IRF4是MM细胞增殖至关重要的转录因子，敲除IRF4促进MM细胞凋亡。此外，IRF4促进MYC基因的表达，后者作为癌基因，通常在成熟浆细胞中表达很低，而在MM细胞中高表达，在MM细胞的增殖和疾病进展中起关键作用。因此，IMiD肿瘤细胞杀伤的作用可能是通过靶向结合CRBN后介导下游关键转录因子IRF4，促进MYC表达而发挥作用。此外，研究证实IMiD通过作用于CRBN促进IL-2分泌，也解释了其免疫调节的作用机制。然而，通过结合CRBN抑制泛素连接酶复合物似乎很难完全解释IMiD强大的肿瘤细胞杀伤和免疫调节作用。此外，IMiD靶向结合CRBN后应该促进底物快速泛素化，被26S蛋白酶体降解系统识别并降解，那么该底物究竟是什么呢？

分别来自于3个不同实验室的研究者应用3种不同却互补的蛋白组学技术同时对IMiD作用机制进行了研究，结果显示IMiD直接结合CRBN，促进CRBN依赖的底物Ikaros家族成员锌指蛋白-1(IKZF1，Ikaros）和锌指蛋白-3 （IKZF3， Aiolos）泛素化并经过蛋白酶体降解，从而产生肿瘤细胞杀伤和免疫调节作用。IKZF1 /3作为有锌指结构的转录因子，在淋巴细胞的分化和发育过程中起着重要的调控作用，也是多数MM细胞系存活所必须的。IKZF1结合并激活IRF4的启动子，后者进一步激活下游的MYC基因，促进MM细胞增殖。因此，IKZF1的降解最终导致IRF4和MYC表达降低。然而，来那度胺也能够抑制某些基线高表达IRF4的MM细胞增殖，但并未降低IRF4的表达，提示IKZF1/3还可能通过其他下游靶基因发挥作用。此外， IZKF1/3是IL-2启动子的抑制因子，IMiD诱导IKZF1/3降解，从而解除对IL-2启动子的抑制作用，这也可以解释IMiD通过促进T细胞分泌IL-2而发挥免疫调节作用。Zhu等的研究结果也证实低表达IKZF1的MM患者对IMiD治疗反应差，其总生存期明显缩短。IMiD作用机制研究的意义，不仅有助于筛选出预测疗效的生物标志物，更有望研制出更为精准有效的靶向药物。

三、问题与展望

与蛋白酶体抑制剂（如硼替佐米、卡非佐米等）不同， IMiD对MM细胞的直接杀伤作用非常有限（至少在体外单一细胞培养中），提示其通过免疫调节和骨髓微环境的作用可能更重要。因此新发现的CRBN-IKZF1 /3-IRF4/MYC等机理，还不能完全解释IMiD的作用机制和耐药机制，所以IMiD的免疫调节（除与CRBN相关的IL-2以外）和骨髓微环境机制，仍然是悬而未决的问题。

尽管对IMiD在MM中作用机制的研究取得了重大进展，但目前还有很多不能通过该机制解释的问题，如：理论上蛋白酶体抑制剂硼替佐米通过抑制来那度胺对IKZF1/3的降解应产生拮抗来那度胺的抗肿瘤作用，而临床实践却证实硼替佐米联合来那度胺具有协同作用，并被推荐为高危MM患者的一线治疗方案。此外，IKZF1突变缺失是急性淋巴细胞白血病的独立不良预后因素。那么IKZF1在不同的疾病谱发挥截然相反的作用，可能是由于不同的IKZF1异构体调节所致：来那度胺通过作用于IKZF1对MM细胞具有杀伤作用，而对pre-B淋巴瘤细胞具有促进作用。即使来那度胺靶向结合CRBN，但在不同的疾病，其底物可能会不同：在MM中底物泛素化主要降解IKZF1和IKZF3蛋白，而在伴5q－的骨髓增生异常综合征中，来那度胺降解定位于伴5q－染色体编码的CSNK1A1发挥作用。可见CRBN底物的多样性可能造成了IMiD在不同疾病中作用机制的差异，而且，有趣的是，CSNK1A1只受来那度胺的影响，而对沙利度胺无反应。这都值得深入研究。

IMiD在不同肿瘤中作用底物不同，也提示是否可能在不同的MM分子亚型中，也存在CRBN底物的差异，从而造成了对IMiD的不同反应，其耐药性可包括

①原发耐药：除CRBN/IKZF低表达，可能有CRBN以外的其他促肿瘤细胞增殖性底物的低表达或突变；

②继发耐药：由于CRBN底物的多样性，是否存在某种或某些肿瘤细胞抑制性底物的下调，从而代偿或削弱了CRBN/IKZF的抑制作用。已有研究表明在MM，来那度胺耐药的机制并不完全依赖于CRBN，提示IMiD作用机制的复杂性，可能还存在其他的靶点和作用机制，需要进一步研究。


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