文摘
内分泌治疗抵抗乳腺癌患者中是很常见的雌激素受体alpha-positive (ER +)肿瘤和限制这种治疗策略的成功。虽然机制,调节内分泌反应和细胞命运并不完全理解,干扰素调节因子- 1 (IRF1)强烈涉及作为一个关键管理节点在底层信号网络。IRF1是一个肿瘤抑制,调节细胞命运通过促进细胞凋亡和可以有或没有p53功能。表达IRF1 endocrine-resistant乳腺癌细胞中表达下调,保护细胞免受IRF1-induced抑制增殖和/或诱导细胞死亡。尽管如此,当IRF1表达诱导干扰素γ治疗,抗雌激素敏感性恢复的过程,包括抑制prosurvival BCL2家庭成员和半胱天冬酶激活。这些数据表明,内分泌治疗和化合物的结合,有效地诱导IRF1表达可能是有用的许多ER +乳腺癌的治疗。通过了解IRF1内分泌反应信号的上下文中,我们可以开发新的治疗策略和更好地预测患者将如何应对内分泌治疗。
1。介绍乳腺癌和抗雌激素
美国癌症协会估计,2010年,207090名妇女被诊断为乳腺浸润性癌和大约40000名妇女死于这种疾病仅在美国(1]。尽管治疗的进步,通过筛选检测,早些时候和意识,增加女性乳腺癌仍是第二大癌症诊断(2]。大约有70%的肿瘤将雌激素受体-积极的(ER +)。随机试验和大荟萃分析清楚地表明,所有乳腺癌患者获得统计上显著的生存受益于内分泌治疗和化疗3),抗雌激素(AE)三苯氧胺(TAM)最有效的单代理。这种生存利益反映了这些药物能够压低细胞不可逆的细胞死亡通路(4]。然而,先进的ER +乳腺癌仍是不治之症,总体生存率和改善这些女人一直相对温和的在这个时间段(5]。
内分泌治疗通常是管理作为抗雌激素,如TAM或fulvestrant (FAS);Faslodex;这里182780),或作为一个芳香化酶抑制剂(AI)包括曲唑和依西美坦。TAM是最常用的AE和显著减少复发和死亡的风险ER +疾病患者(6]。五年的谭是一个标准的治疗绝经前和绝经后妇女乳腺癌ER + (7]。从力学上看,TAM选择性雌激素受体调节剂(SERM)与内生ER衬底(17雌二醇)绑定到受体蛋白质(8]。TAM诱导受体的构象变化,反过来,压制ER转录活动(9]。尽管TAM的首选治疗在过去的三十年中,第三代AIs已经证明无病好处大于TAM,现在常常是第一行内分泌治疗绝经后妇女的首选乳腺癌ER + (10]。新的抗雌激素,如选择性雌激素受体调节剂fulvestrant,不会显示出部分激动剂SERMs活动,是有效的治疗方法在TAM复发后(11]。FAS已被证明是有效的AI阿那曲唑在绝经后妇女晚期乳腺癌耐TAM (12]。
2。内分泌的阻力
尽管AIs和AEs的关键模式ER +乳腺癌的治疗,这些治疗无法治愈所有女性与ER +疾病仍然是一个重大挑战的临床和研究社区(13]。在TAM的情况下,新创(内在)或获得性耐药限制在许多患者治疗的疗效ER +疾病。大约有50%的ER +肿瘤新创耐药。此外,一些可能成为抗肿瘤内分泌治疗尽管ER的继续存在;一小部分也可能成为ER阴性(ER−)。因此,我们无法预测响应性内分泌治疗在66%的ER + /孕激素受体(PgR) - ER−/ PgR +的55%,和25%的ER + / PgR +肿瘤(8]。显然,更好地预测内分泌反应是必需的。
大多数TAM-resistant肿瘤保留检测ER的表达水平,和许多这些将如何应对第二或第三行激素治疗(9]。对于晚期乳腺癌患者,FAS TAM治疗进展[后是有益的14]。目前,FAS是唯一FDA批准的药物治疗绝经后妇女的晚期乳腺癌曾在其他抗雌激素进展。然而,相当数量的患者也会出现阻力FAS [15]。无法完全修改这些消极的结果反映了一个不完整的理解的信号事件影响细胞增殖、生存和激素调节。雌激素独立和AE阻力是复杂的表型,不太可能一个基因/信号通路导致ER +内分泌抵抗肿瘤。
耐药细胞起源于无法诱导信号不可逆细胞死亡通路。因此,了解关键信号方面的阻力,如何平衡,最终导致细胞死亡或生存,是一个重要的研究目标(13]。多个基因与生存相关,尽管抗雌激素治疗已确定从基因表达微阵列之间antiestrogen-responsive (MCF7 / LCC1)和耐药变异(MCF7 / LCC9)的人类乳腺癌MCF7细胞线(16]。一个转录因子在细胞死亡/生存至关重要的监管网络是干扰素调节因子- 1 (IRF1),这是耐药细胞系中表达下调。这些数据和其他的差别表明,对这些IRF1保护IRF1-induced抑制乳腺癌细胞的细胞增殖和/或诱导凋亡[16,17]。在目前的审查论文,我们总结的作用IRF1内分泌反应和IRF1如何影响的分子信号,调节细胞命运。通过了解IRF1细胞生长和肿瘤抑制的贡献,我们将进一步对恶性疾病的信号通路,这可能导致小说的发展和更有效的治疗策略ER +乳腺癌。
3所示。IRF1
3.1。IRF1基因/蛋白的结构
IRF1最初为特征的作用,I型干扰素(IFN)的转录激活基因。在研究的监管病毒基因的因素被称为IRF1绑定到被发现基因启动子和转录调节。十剪接变体IRF1已确定并且贴上拼接模式1 - 10 (18]。IRF1现在被认为是一个重要的球员在许多方面的免疫反应和肿瘤形成19]。自1988年发现IRF1,现在有九个已知IRF家庭成员在人类和小鼠:IRF1, IRF2, IRF3, IRF4(也称为皮普,LSIRF或ICSAT), IRF5, IRF6, IRF7, IRF8 (ICSBP)和IRF9 (ISGF3)[19]。每个IRF包含一个守恒的氨基端dna结合域(DBD)约120个氨基酸色氨酸和五个守恒的重复(20.]。世界宗教自由DBD helix-turn-helix架构,识别一个特定的DNA序列对应IFN-stimulated响应元素(ISRE;G (A) AAAG / CT / CGAAAG / CT / C) (21]。
一个单点突变(P325A)的c端地区IRF1 (multifunctional-1;Mf1;残留物,301 - 325年)增加IRF1转录调节自己的能力和降解率(22]。我们也报道小说IRF1基因的单核苷酸多态性(A4396G)。IRF1-A4396G更频繁的在人类乳腺癌细胞系比一般人群和经常表达的非裔美国人比白人女性(23]。
后续的识别IRF1,分子结构相似,IRF2,孤立的能力与IRF1 cross-hybridize cDNA(图1)[24]。两个因素显示62%的同源性的氨基端区域(跨越第一个154残留),而其他的家庭成员表现出只有25%相似度(24]。虽然IRF1特点是大量的酸性氨基酸和serine-threonine残留在其carboxy-terminal地区(转录激活域),IRF2相对丰富的基本残留物(24]。当激活干扰素信号,IRF1和IRF2绑定到相同的DNA元素,称为IRF-E,几乎相同的ISRE [20.]。尽管他们dbd相似,这两个因素在功能上是截然不同的。IRF1 mRNA显著调节在病毒感染或干扰素刺激24]。高水平的IRF1反过来导致内生的感应和在不同的细胞类型,而IRF2压制IRF1转录激活(25]。IRF1蛋白(半衰期也非常不稳定~30分钟)与IRF2(半衰期~8小时)(26]。这些发现说明各自的功能激活和抑制因子的角色IRF1和IRF2的监管基因。进一步的研究表明显著不同的角色IRF家庭成员包括他们如何有助于调节发展的关键功能的免疫细胞和肿瘤形成的控制。
3.2。IRF1干扰素信号的作用
IRF1表示如果细胞在低水平,是由许多细胞因子激活包括I型干扰素,干扰素等)和II(干扰素干扰素、肿瘤坏死因子-(肿瘤坏死因子-)、视黄酸interleukin-1 (il - 1)、il - 6、病毒感染(19]。初始信号介导通过Janus-activated kinase-signal换能器和转录激活JAK / STAT1通路,导致IRF1启动子的激活统计和NF -κB转录因子(20.,27]。当一个信号转导通过干扰素受体,磷酸化STAT1把原子核,它主干扰素诱导的转录γ响应基因(20.]。Stat1缺乏细胞不再回应干扰素刺激诱导IRF1表达式(28]。
3.3。监管IRF1表达式
IRF1是短暂的蛋白质,稳态水平的快速变化发生在DNA损伤等刺激反应或病毒感染(26,29日]。的精确机制调节IRF1稳定是未知的,但IRF1 polyubiquitinated的E3泛素连接酶,然后由26 s蛋白酶体降解[30.]。在轻细胞,IRF1的E3连接酶和糖的陪伴,同时同源(Hsc70)相互作用的蛋白质(芯片)。在强调细胞中,芯片和IRF1之间的复杂形式,导致增加IRF1泛素化和减少其稳态水平(31日]。此外,c端地区IRF1 (Mf1)被确认为监管领域,调节目标基因表达和决定IRF1蛋白质降解的速率。没有这个增强器区域,IRF1蛋白质变得更加耐降解和泛素化在细胞增殖29日]。IRF1也是丝氨酸磷酸化酪蛋白激酶ⅱ(CKII),蛋白激酶A (PKA),和蛋白激酶C (PKC)在两个集群区域氨基酸之间(138 - 150和219 - 231年),这也可能影响IRF1监管(32]。
IRF1蛋白质周转和激活也受其多功能Mf1域。招聘热休克蛋白(Hsp70) Mf1域导致一半寿命的进一步招聘,导致增加内源性IRF1蛋白(33]。IRF1属于一个类蛋白质被认为是结构化的34),它可以与多个蛋白质交互(35]。除了nucleophosmin (NPM1),它可以抑制IRF1函数,IRF1阻遏蛋白之间的相互作用,YB-1 (Y-box蛋白质)和TRIM28(三方motif-containing 28),这都是在各种癌症类型,也被报道(35]。多个IRF1调节蛋白质的存在及其蛋白半衰期短建议一些冗余的存在监管交互,通常的标志中央机能活动的控制至关重要的细胞功能。也许这并不奇怪,因为IRF1影响细胞命运决定的能力。
3.4。生物功能的IRF1
IRF1有显著的功能多样性和控制基因的转录参与调停抗病毒、免疫调节、抗增殖作用(19]。事件IRF1激活下游包括变化的主要组织相容性复合体(MHC)类我和干扰素表达,诱导一氧化氮合酶(间接宾语)表达式,的发展T细胞,诱导il - 12和辅助T分化,自然杀伤(NK)发展36]。除了关键功能的开发和激活免疫细胞,IRF1还参与细胞周期调控和细胞凋亡在应对各种各样的压力17]。例如,IRF1坐标表达式的immunoproteasome37),调节人类端粒酶活性(38,39),和控制DNA损伤修复的重要方面40,41]。IRF1可以调节信号导致细胞凋亡的诱导42),它可以实现有或没有的诱导细胞周期抑制剂,(17]或(43还存在,通过激活(CASP) 140],CASP-3 [44],CASP-7 [45,46],CASP-8 [44,46),和/或Fas配体(47]。IRF1也发生凋亡p53-dependent或独立的方式(40,42]。因此,IRF1能够运行在多个细胞环境。例如,p53突变频繁在许多癌症包括30%的乳腺癌,但这个p53的损失函数不一定废除IRF1调节细胞命运决定的能力(48]。
4所示。IRF1在肿瘤抑制
4.1。IRF1作为一个潜在的肿瘤抑制基因
IRF1宿主防御功能的一个关键方面是肿瘤形成的监管。第一个研究强调IRF1在肿瘤抑制和细胞周期控制的作用建立了使用IRF1 小鼠胚胎成纤维细胞(mef)。IRF1 mef缺乏能力进行dna损伤细胞周期阻滞,相似的表型观察mef缺乏肿瘤抑制基因p53 [17]。此外,p21转录诱导cip1γ辐照后依赖IRF1和p53 [17]。其他报告也阐明IRF1参与细胞生长的影响(49,50]。IRF1可以消除癌前细胞通过细胞凋亡诱导DNA损伤或其他刺激。例如,野生型mef需要两个或两个以上的致癌突变的转换,而与c-Ha-ras诱发转型“单身”IRF1 mef (51]。在这种情况下,细胞凋亡是依赖于p53和IRF1。相比之下,DNA损害细胞凋亡在mitogenically成熟T淋巴细胞激活是依赖IRF1但独立于p53 (40]。这些研究表明,IRF1可以调解两种肿瘤进展的关键化合物:细胞凋亡和细胞周期阻滞44,51]。
4.2。IRF1在乳腺癌
IRF1位点的染色体5 q31.1最初报道丢失在大部分白血病和preleukemic脊髓发育不良细胞(52]。IRF1也经常删除(杂合性丢失)在食管53),胃癌(点突变)54]。大约有11%的零星的乳腺癌表现出染色体的损失5 q12-31,最常见的染色体丢失检测到比较基因组杂交(CGH) [55]。其他研究报告,大约有30%的肿瘤的乳房组织IRF1丧失了免疫组织化学染色法相比,正常乳腺上皮细胞(56]。此外,高档性导管癌原位(DCIS)或node-positive浸润性导管癌可能会更少地表达IRF1和更有可能致癌IRF2蛋白质高于正常(56]。全息也牵连到IRF1杂合性丢失(LOH)在50%的BRCA1突变乳腺癌肿瘤(57,58]。这些结果与假设一致的是,失去IRF1表达式在某些乳腺癌导致的损失控制适当的增长。
等位基因丢失IRF1检测到32%的患有乳腺癌的妇女(12/37乳房组织标本)59]。杂合性的损失与风险增加相关的复发和死亡的风险的案例研究,强烈暗示的肿瘤抑制作用IRF1基因在乳腺癌(59]。分析两个公开可用ONCOMINE癌症基因微阵列数据集也意味着一个重要的肿瘤抑制作用IRF1在许多零星的乳腺癌。蛋白表达的研究表明,在乳腺肿瘤最常见的位置IRF1在胞质(90%);这个位置显示一种转录活性的IRF1 [60]。相比之下,51%的报道表示IRF1肿瘤细胞核(50%以上的肿瘤细胞),符合一个潜在的代表一个转录活性形式(60]。因此,一些乳腺肿瘤可能不同的激活规范IRF1通过控制其亚细胞定位。这些观察是一致的一项研究报告更高水平的IRF1蛋白质在邻近正常乳腺上皮细胞相比,高档DCIS或乳房的淋巴node-positive浸润性导管癌58]。总的来说,这些研究表明,一些细胞可能绕过IRF1的增长抑制机制通过显示其表达式(60,61年]。这个观察是支持的证据表明,减少IRF1表达在乳腺癌细胞与半胱天冬酶活性低,低的细胞凋亡,最终,提高细胞存活率(16,44,62年]。
5。IRF1调节抗雌激素阻力
IRF1的细胞死亡是一个关键的中介抗雌激素fulvestrant [63年和它莫西芬64年]。图中描述的途径2说明了机制IRF1调节细胞凋亡。乳腺癌MCF7和T47D细胞表达显性负IRF1 (dnIRF1),缺乏羧基末端的转录激活域,不接受FAS-induced细胞死亡,反过来,AEs(太敏感63年]。此外,dnIRF1表达细胞的抑制导致CASP3/7 CASP8,指示IRF1的主要抗癌的作用是通过促进细胞凋亡(44]。
此外,乳腺癌细胞,获得抗FAS展示的重要upregulation微rna (microRNA) -221年和-222年的表情65年]。超表达这两种microrna的影响几个致癌信号通路,包括JAK / STAT和p53通路,支持ER独立的扩散,并促进肿瘤进展(65年]。因此,miRNA-221/222可能有助于抑制肿瘤抑制的影响IRF1在乳腺癌细胞抗雌激素治疗。获得性耐药模型涉及芳香化酶抑制剂表明IRF1表达式是减少长期雌激素剥夺MCF7细胞,表明IRF1 AE中不断减少是一个关键基因抗乳腺肿瘤(66年]。
在乳腺癌细胞ER + Bouker等人表明IRF1信号减少细胞增殖率和人类乳腺癌的发病率在无胸腺的裸鼠异种移植44]。dnIRF1街区parthenolide的影响,小分子抑制剂的NF -κB,作用与抗雌激素在体外扭转antiestrogen-resistance表型(67年]。此外,抗抗雌激素的乳腺癌细胞MCF7 / LCC9更BCL2蛋白表达与乳腺癌细胞抗雌激素敏感(MCF7 / LCC1) (68年]。LCC9细胞更加依赖BCL2生存,因为他们表现出显著的增长由小分子抑制BCL2抑制剂HA赔率与他们相比LCC1控制,和LCC9 antiestrogen-resistant IRF1细胞也表达低,表明一个明确的功能性IRF1之间存在联系,NF -κB激活、BCL2表达式和ER +乳腺癌细胞命运(62年,68年]。
功能上相关IRF1和至少两个不同成员之间的相互作用的表皮生长因子受体(EGFR)总科的报告。表皮生长因子受体诱导表达IRF1 [69年),和IRF1也可以调节表皮生长因子受体的表达69年),暗示可能在EGFR overexpressing IRF1乳腺癌的作用。coexpression EGFR和IRF1出现细胞凋亡的诱导的关键,并阻止STAT5显性负消除了转录协同和IRF1和表皮生长因子受体诱导细胞凋亡的能力70年]。过度的表皮生长因子受体(HER1)是常见的子群通常称为“三阴性乳腺癌”(TNBC);这些肿瘤缺乏呃,prg,正常的人类表皮生长因子受体2 (HER2 / neu)水平。TNBCs尤其具有挑战性的治疗由于缺乏靶向治疗。因此,表达IRF1和表皮生长因子受体的能力:IRF1影响TNBC细胞死亡可能是重要的。
IRF1可能发挥重要作用在另一个乳腺癌子群,乳腺癌her2扩增。乳腺癌HER2 overexpressing通常预后不良,大约35%的病例应对HER2-targeted疗法,赫赛汀(71年]。IRF1和HER2 / neu之间的相互作用的重要性并没有得到很好的描述。例如,IRF1表达式变得持续激活与HER2 / neu [3 t3细胞转导72年]。干扰素γ诱发IRF1 MMTV-neu转基因小鼠和导致细胞凋亡73年]。几个观察导致假设乳腺癌HER2 / neu患者过度可能比那些较少能受益于TAM肿瘤这致癌基因的低表达。例如,TAM行为类似于雌激素水平与HER2 / neu MCF7细胞转染致癌基因(74年]。然而,真正的关系仍存在争议,因为最近的一项荟萃分析没有发现TAM响应和HER2 / neu表达之间的联系。相比之下,对蒽环霉素和taxane-based polychemotherapies与Her2 / neu状态(显示了一个明显的联系75年]。鉴于IRF1和表皮生长因子受体家族成员之间的密切关系,研究的作用IRF1修改响应紫杉烷和蒽环霉素的三重阴性乳腺癌Her2 / neu似乎合理。
6。通过细胞凋亡IRF1诱导细胞死亡
细胞信号传导影响不可逆转细胞死亡的结果在一个或多个形式的细胞死亡包括细胞凋亡(程序性细胞死亡1;PCD1),自噬(PCD2)和坏死(PCD3) [76年,77年]。乳腺癌的内分泌反应,重要的是要理解底层机制IRF1用来调节肿瘤抑制活性。最近的一项研究宁等。显示了如何联合干扰素γ和FAS治疗增加了表达和核易位IRF1 [62年]。AE敏感度恢复AE-resistant乳腺癌细胞通过一个IRF1-dependent增加线粒体外膜通透性和内在的凋亡通路的激活62年]。细胞凋亡被选中的还包括CASP7然后执行,CASP8, CASP9 [62年,78年]。此外,IRF1-induced细胞凋亡是配体独立但需要fas-associated死亡域(FADD) / CASP8复杂形成细胞(79年]。TGF成员家族一直与内分泌电阻(80年),还诱导IRF1表达式,可以导致乳腺癌细胞凋亡61年]。过度的IRF1乳腺癌细胞可以诱导细胞凋亡,这是符合其肿瘤抑制活性(68年]。
BCL2家族蛋白要么pro -(包括不良、贝克、报价,伯灵顿,报价),或凋亡活动(如BCL2 BCLW和BCLXL)和在功能上是参与调节细胞命运的81年]。IRF1介导细胞死亡,特别是细胞凋亡信号通过几个BCL2还存在家庭成员和(62年,78年]。IRF1可以增加表达proapoptotic贝克,伯灵顿,BIK,而减少的表达凋亡BCL2和BCLW [62年]。此外,增强IRF1乳腺癌细胞中表达下调细胞凋亡蛋白的抑制剂,生存素(BIRC5) [82年]。减少凋亡BCL2成员和生存素的表达,增加proapoptotic BCL2蛋白表达,导致线粒体膜通透性的改变,释放细胞色素还存在,最终细胞凋亡执行的选择(62年]。我们提出一种新颖的信号转导通路操作在乳腺癌(图2)。在这个通路,IRF1在调节中起着核心作用的表达BCL2成员存活素,还存在,因此,确定以活禽或凋亡细胞命运决定。
几个BCL2家庭成员的监管也依赖NF -κB,关键转录因子在调节细胞增殖和细胞毒性药物的耐药性(83年]。NF -κB是直接与干扰素信号。例如,NF -κB表达和激活显著增加细胞MCF7 / LCC9父母相比,抗雌激素敏感的乳腺癌细胞MCF7 / LCC1;NF -κB可以形成功能与IRF1形成通过干扰素调节基因的表达激活网站(气)/ kappaB子元素(84年]。增加了NF -κB激活功能与赋予一个抗雌激素相关耐药表型,在调制CASP8活动一部分,线粒体功能和细胞凋亡。有趣的是,NF -的活动κB似乎法案通过增加BCL2表达式(85年,86年),而这个表达式是由IRF1抑制;这些细胞内源性IRF1表达式是减少表明IRF1和NF -之间的平衡κB可能决定细胞命运的关键。这些活动有可能独立于IRF1: NF -κB异质二聚体的形成(87年),除非这些在内分泌耐药表型的主要作用是隔离IRF1。的upregulation NF -κB表达在耐药细胞可能会留下足够的NF -κB,超过IRF1束缚,自由调节其prosurvival信号。
干扰素的结合和FAS降低NF -κB蛋白表达和转录激活通过感应IRF1 [62年]。除了NF -κB, NPM1也明显在MCF7 / LCC9细胞[16],NPM1结合,抑制IRF1函数(88年]。因此,NPM1可能通过阻断/消除半胱天冬酶级联在乳腺癌细胞的能力减少IRF1和信号细胞凋亡(16]。
的转录因子上游STAT1 IRF1和干扰素信号的中介,也被认为是一个肿瘤抑制基因89年]。蛋白质水平的STAT1和磷酸化STAT1与干扰素大幅增加治疗,导致增加IRF1 [62年,90年]。此外,Stat1和受体小鼠零显示自发肿瘤生长时接触methylcholanthrene,或培育成一个p53缺乏背景(91年]。STAT1也有乳腺上皮的肿瘤抑制作用ERBB2 / neu-induced乳腺癌[89年]。这些研究可以更深入地了解干扰素和STAT1信号的特异性作用,最终影响IRF1归纳。
7所示。临床意义
干扰素的能力提高乳腺癌细胞对TAM 20多年前。Van den Berg等人表明,干扰素的结合α和TAM对zr - 75 - 1抗增殖效果比使用单一药物治疗乳腺癌细胞(92年]。干扰素,干扰素,干扰素都是用于治疗乳腺癌的诱导抗雌激素敏感性和/或刺激细胞免疫(93年]。试验研究表明,干扰素可以改善临床效益和/或转移性乳腺癌患者的总生存期,并将测试在三期临床试验93年]。尽管不同的结果已经被证明与干扰素作为抗肿瘤剂,干扰素和干扰素γ单独或结合一个抗雌激素,表明可有效增加激素依赖性和克服TAM的阻力94年]。pegylation(共价连接的聚乙二醇分子蛋白质)的干扰素也引发IRF1-mediated信号和糖分会让黑色素瘤细胞的化疗95年]。聚乙二醇干扰素α目前用于单一疗法(96年),结合几种不同类型的癌症的化疗(97年,98年]。
恢复IRF1表达式或控制其调制可能有用的治疗雌激素受体阳性的乳腺癌肿瘤内分泌治疗获得性耐药。因此,清楚地了解IRF1信号及如何促进细胞死亡是必要的候选新药的发现和更好的预测肿瘤将如何应对内分泌治疗。