前列腺癌中成纤维细胞生长因子途径的靶向性研究

摘要

介绍

前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤，也是第二大致命疾病，2012年美国报告了约241740例新发病例和28170例死亡病例(1). 虽然大多数前列腺特异性抗原筛查早期发现的病例可以通过局部治疗治愈，但转移性疾病仍然无法治愈。转移性疾病最初通过雄激素消除治疗非常有效，但大多数患者最终会产生去势抵抗，定义为尽管血清睾酮水平<50 ng/dL，但仍会发生疾病进展。转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）患者预后不佳，中位总生存期约为14个月(2).

尽管多西紫杉醇化疗仍是mCRPC的标准治疗方案，但最近已经批准了几种新的药物。Sipuleucel-T是一种癌症疫苗，适用于无症状或轻微症状的mCRPC。醋酸阿比特龙和苯扎鲁胺抑制与去势抵抗相关的脑内雄激素受体（AR）信号。这两种药物都是在多西他赛治疗后使用的，阿比特龙现在可用于化疗初治患者。紫杉烷类似物Cabazitaxel在多西紫杉醇失败后获得批准。尽管这些药物都对生存率有积极影响，但mCRPC仍然无法治愈，需要新的治疗方法(三).

阐明前列腺癌进展中的信号通路和细胞过程的研究工作已经产生了许多临床开发中的治疗方法，包括免疫调节剂、脑内AR信号抑制剂和致癌途径小分子抑制剂(4). 其中一个途径是成纤维细胞生长因子（FGF）轴，它是正常前列腺和骨骼发育所必需的，但在前列腺癌中异常激活(5,6). 这篇综述讨论了FGF信号在前列腺癌中的作用以及抑制FGF作为晚期疾病合理治疗策略的潜力。

成纤维细胞生长因子信号通路

FGF通路成分广泛表达，在胚胎和器官发育、伤口愈合和致癌等多种生物过程中发挥重要作用。FGF轴及其下游通路调节许多机制，包括有丝分裂、分化、血管生成、存活和运动/侵袭(5,6). FGF配体包含由22个结构相关蛋白组成的基因家族，根据序列同源性进一步分为7个亚家族：FGF1-2、FGF4-6、FGF3/7/10/22、FGF8/17/18、FGF9/16/20、FGF11-14和FGF19/21/23(6). FGF 11-14配体不起配体的作用，FGF 19/21/23配体是内分泌信使。剩余的FGF通过自分泌或旁分泌机制与硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPs）共同激活FGF受体（FGFRs）发出信号(7,8). FGFR是一个单一的糖基化多肽链，具有细胞外配体结合域、跨膜域和细胞内酪氨酸激酶域。有4种公认的FGFRs（FGFR1、−2、−3和−4）作为受体酪氨酸激酶发挥作用。四个高度保守的基因编码广泛的FGFR选择性剪接变异体，这些变异体在细胞外配体结合和细胞内激酶域中都不同(8,9) . 细胞外结构域包含三个免疫球蛋白样基序，其中第三个基序对各种FGF配体具有不同的特异性(10).FGFR1、FGFR2、和FGFR3型在相互排斥的外显子中编码免疫球蛋白样结构域的两个版本（IIIb和IIIc）。IIIb和IIIc亚型主要分别在上皮组织和间充质组织中表达，并且具有不同的配体选择性(11,12). 尽管配体、构成FGFR信号复合物的FGFR变体和寡糖基序、亚型的细胞特异性表达以及三种单独成分的组合具有特异性，但这些配体、FGFR变异体和寡糖模序对部门间信号传递具有特异性。此外，FGF配体和FGFR异构体的分离，以及HSP的细胞类型特异性，创造了从一种细胞类型或隔室到另一种细胞的定向特异性旁分泌通讯。

FGF/FGFR信号的示意图如所示图1目前的模型表明两个FGF、两个FGFRs和两个HSP链的对称二聚体复合物。激活触发FGFR的自磷酸化，随后FGFR底物2（FRS2）磷酸化和对接蛋白FRS2和磷脂酶Cγ（PLCγ）的招募(13,14). FRS2有两种亚型（FRS2α和FRS2β），主要介导FGFR信号。FRS2α具有多个酪氨酸和丝氨酸/苏氨酸磷酸化位点，这些位点在配体诱导的FGFR激活后被磷酸化。这些磷酸化位点构成补充和激活额外适配器和信号分子的结合位点，如Shp2和生长因子受体结合2，它们连接到细胞内网络，最常见的是丝裂原活化蛋白激酶（MAPK/ERK）和PI3K/AKT通路(15,16). 激活的ERK1/2刺激转录因子，如ETS蛋白家族，导致细胞基因表达的改变。FGFRs还激活了其他几种途径，具体取决于细胞环境，包括p38 MAPK和Jun N末端激酶途径、信号转导子和转录信号激活子以及核糖体蛋白S6激酶2。然而，需要注意的是，其他重要的生长因子配体受体途径（如IL-6、EGF、TGF-β）通过与FGF/FGFR激活共享的分子中介体（如SOS、RAS）发出信号，因此细胞命运最终是复杂的。

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图1

FGF/FGFR信号通路。FGF配体结合触发FGF/FGFR/HSP复合物的形成，导致FGFR的自磷酸化。FGFR底物2（FRS2α）和磷脂酶Cγ（PLCγ）等对接蛋白激活下游通路，包括RAS/RAF/MEK、磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/AKT/哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）以及信号转导子和转录激活子。在许多不同的节点上，该通路可以被正调控（HSP、SFBP）或负调控（SEF、Sprouty、MKP3）。FGF信号的中间产物也被其他细胞因子和生长因子（例如IL-6、EGF和TGFβ）激活。

FGF/FGFR信号级联由许多正负调制器调节(图1). 分泌的FGF结合蛋白（SFBP）可以可逆地结合FGF1和FGF2，从细胞外基质中释放它们以刺激信号传导(17). Sprouty（Spry）蛋白家族是FGF途径在翻译后水平的反馈调节器(18). Sprys的酪氨酸磷酸化产生一个诱饵位点，该诱饵位点结合对接分子生长因子受体结合2，并阻止Sevenless之子激活Ras-MAPK途径或直接结合RAF并阻断随后的MAPK信号(19–21). 此外，与FGF（SEF）家族成员和MAPK磷酸酶3（MKP3）类似的表达是FGF激活的下游MAPK通路的衰减器。因此，根据特定的FGF配体、表达的FGFR剪接变体以及组织和细胞特定环境中调节因子的存在和活性，FGF/FGFR信号传导受到不同的调节(22).

FGF信号在人类癌症中的作用

FGF/FGFR信号的异常激活在许多上皮性癌症中很常见，包括肝细胞癌、黑色素瘤、肺癌、乳腺癌、膀胱癌、子宫内膜癌、头颈癌和前列腺癌(23). 调节失调有多种机制，主要通过FGFR而非FGF的改变发生(23). 一种机制是通过促进二聚化或增强激酶活性的点突变对FGFR进行配体非依赖性激活。例如，在50%至60%的非肌肉浸润性尿路上皮癌中检测到FGFR3的点突变。第二种机制是FGFR基因扩增和过度表达，这会导致过度信号传导。例如，染色体区域8p11-12的扩增，包括FGFR1号机组约10%的乳腺癌中存在(23). 第三种机制涉及选择性剪接的FGFR变体，其配体选择性改变会触发不适当的信号激活(24). 相反，FGF配体突变在人类癌症中似乎很罕见(23). 最后，FGF/FGFR介导的肿瘤发生也可能与因Spry等负调控因子功能丧失而导致的信号无法减弱有关(25).

前列腺癌中的FGF信号转导

正常前列腺的发育和稳态依赖于雄激素刺激和上皮-间充质相互作用(26,27). 间充质组织分泌旁分泌因子，刺激上皮维持和生长，而FGF配体是关键信使(26). FGF10在间质中表达，是前列腺生长和发育所必需的，如前列腺前体芽发育缺陷FGF10公司击倒老鼠(28). 研究还确定了正常前列腺间质（成纤维细胞和/或内皮细胞）中FGF2、FGF7和FGF9的生物学相关水平，而对这些配体具有特异性的FGFRs在分泌性前列腺上皮中表达(25). FGF10和FGF7可能是部分冗余的，在FGF7基因敲除小鼠中发育出可存活的雄性生殖系统就证明了这一点(29). 使用条件敲除小鼠，FGFR2被证明是前列腺器官发生和获得组织内稳态雄激素依赖性所必需的(30). 因此，FGF/FGFR信号对正常前列腺的发育和稳态是必要的。

异常的FGF信号与PCa的发展和进展有关(31–34). 关于早期前列腺癌，多项研究表明，在前列腺上皮内瘤变（PIN）-癌的所有发育阶段都存在FGF/FGFR信号失调就地前列腺的特征是最初的细胞增殖和不发育，从而导致浸润性癌、血管生成和转移。例如，强制表达FGFR1的组成性活性突变体会导致PIN的高级病变(35). FGF/FGFR通路信号的干扰也通过模拟发育程序的机制促进PIN和前列腺癌的发生(36).

最近有明确证据表明，前列腺上皮细胞中FGFR的旁分泌激活可导致PIN或前列腺癌，这是通过组织重组前列腺再生系统提供的(37)(图2). 在这个模型中，成年分离的正常小鼠前列腺上皮细胞（mNPE）与胚胎泌尿生殖窦间质（UGSM）结合，并移植到SCID小鼠的肾包膜下，从而形成前列腺样结构。该模型允许独立地对上皮和间质区室进行基因操作，以研究旁分泌因子对成年前列腺上皮细胞的影响。在这个系统中，FGF10的间充质表达导致FGFR1依赖性PIN或前列腺癌的发展，并增强肿瘤上皮中AR的表达(图2). 使用显性阴性FGFR1抑制外周FGFR1信号传导导致癌症表型逆转。

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图2

在组织重组前列腺再生系统中，FGF10的间充质表达导致FGFR1依赖性PIN或前列腺癌的形成。当小鼠正常前列腺上皮细胞（mNPE）与胚胎泌尿生殖窦间质（UGSM）混合并移植到小鼠肾包膜下时，形成类似于小鼠前列腺的上皮腺。当mNPE与过度表达FGF10的UGSM混合时，发生分化良好的前列腺癌，这些癌细胞表达的雄激素受体水平高于正常前列腺样腺体。使用显性负性FGFR1抑制上皮FGFR1信号传导导致癌症表型逆转。

此外，研究表明，FGFR1的表达改变，而FGFR2的表达没有改变，可分别在二聚化和激酶（JOCK）-1和-2转基因小鼠模型的化学诱导物并置时诱导PIN(38)(图3a). JOCK-1小鼠随后发生侵袭性前列腺癌和转移。此外，小鼠前列腺中FRS2α的条件性缺失抑制了致癌病毒蛋白诱导的前列腺癌的发生和发展(图3b) (39)在TRAMP模型中，FGFR1的条件性失活也会损害PIN的发展、前列腺癌的进展和转移(40). 总之，这些报告表明，在前列腺癌小鼠模型中，FGFR1信号的激活足以诱导前列腺癌的发展和进展。

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图3

FGFR轴的激活介导前列腺癌的发展和进展。A.可诱导FGFR1（iFGFR1）前列腺小鼠模型（命名为CID和激酶1并置（JOCK1））。用化学二聚物诱导剂（CID）激活iFGFR1导致PIN、侵袭性前列腺癌和转移。B、 转基因小鼠前列腺腺癌（TRAMP）（通过在小鼠前列腺中表达SV40 T抗原建立）在24周龄时发展为低分化前列腺癌。在TRAMP模型中，小鼠前列腺中FRS2α的条件性缺失抑制前列腺癌的发生和发展。

也有研究表明，前列腺分泌上皮细胞增加FGF配体的生成可诱导自分泌信号传导和基质调节的独立性，刺激异常上皮生长和细胞异型增生(26,27). 例如，与对照组相比，FGF8及其同源受体FGFR1IIIc和FGFR2IIIc在PIN和前列腺癌的人类样本中过度表达(41). 此外，据报道，在Dunning R3327大鼠前列腺癌模型中，FGF9-FGFR3轴从肿瘤上皮向间质发出信号(42).

关于前列腺癌进展的后期，多项研究表明，异常的FGF/FGFR信号传导参与了上皮-间充质转化（EMT）。EMT是极化上皮细胞失去上皮特征并获得间充质特征的过程，包括迁移能力增强、侵袭性增强和对凋亡的抵抗力增强(43). EMT通常发生在胚胎发育和伤口愈合/组织再生过程中，但其机制在恶性肿瘤形成过程中受到抑制。在JOCK-1小鼠中，可诱导的异位FGFR1诱导肿瘤的形成，这些肿瘤具有间质样细胞，其残留的上皮标记被认为是EMT的残余(38). 同样值得注意的是，FGFR1和FGFR2从IIIb（上皮）亚型到IIIc（间充质）亚型的选择性剪接转变与前列腺和其他类型癌症的EMT相关(24).

为了支持上述数据，原发性前列腺癌中FGF家族成员的上调与癌症分级和临床分期呈正相关(44,45). 研究表明，FGFs主要在上皮细胞（FGF1、FGF6、FGF8、FGF17）、基质成纤维细胞（FGF2）或两者（FGF7）中过度表达，这支持了自分泌氨基酸促生长作用的存在(25). 此外，FGF8在正常前列腺中低水平表达，但在前列腺癌中过度表达(46–48)与患者生存率降低有关(45). 机械研究已经确定了一些配体与前列腺癌之间的联系。例如，在细胞培养中，FGF2活性减弱会抑制细胞增殖、迁移和侵袭(49,50)而前列腺癌转基因小鼠模型中FGF2基因敲除抑制肿瘤进展(51). 此外，外源性FGF1诱导前列腺癌LNCaP细胞中基质金属蛋白酶的表达，这可能在肿瘤转移中起作用(52).

FGFRs的异常表达也与前列腺癌相关。前列腺肿瘤中发现FGFR1过度表达(53). 此外，FGFR1的异位表达加速了大鼠前列腺癌前上皮细胞的致瘤性(33). 相反，FGFR2似乎具有相反的作用，其下调与肿瘤进展相关(33,54). 此外，“与FGF类似的表达”（一种FGF通路抑制剂）水平的降低与癌症分级的提高有关(44)表明FGF轴的致癌性失调可能通过多种机制发生。

前列腺癌中抑制FGF的原理

FGF/FGFR信号通路与促进血管生成密切相关，包括与血小板衍生生长因子（PDGF）和血管内皮生长因子（VEGF）通路的潜在串扰。在正常前列腺中，FGF2是已知的血管生成调节因子(55)前列腺癌中FGF8和VEGF的表达存在相关性(56). 此外，通过JOCK-1模型的条件FGFR1表达通过上调缺氧诱导因子1α、VEGF和血管生成素2以及下调血管生成素1诱导血管生成(57). 成骨细胞还可以通过DJ-1促进血管生成，DJ-1是一种通过激活FGFR1诱导内皮细胞血管生成的可溶性因子(58). 在其他肿瘤类型的临床前模型中，FGF途径也被认为是抗血管生成治疗的抵抗机制(59). 这些数据强调了FGF/FGFR信号传导是前列腺癌血管生成的驱动因素，并为FGF/VEGFR双重抑制作为治疗提供了理论依据(59).

FGF也参与了骨转移的发生，约80%的晚期前列腺癌患者发生了骨转移(60). 这些转移瘤通常异常表达FGF8和/或FGF9，促进培养中成骨细胞的增殖/分化(61,62). 在模拟前列腺癌骨转移的模型中，FGF8的外源性表达可形成骨损伤并刺激胫骨内肿瘤的生长(63)FGF9介导小鼠骨骼中人类前列腺癌细胞的成骨细胞进程(61). 刺猬和骨形态发生蛋白信号介导的骨基质和前列腺癌细胞之间的额外串扰可能通过上调FGF2促进癌症生存(64). 前列腺癌进展中涉及的主要FGF和FGR的模型如所示图4a因此，抑制FGF途径可以降低前列腺肿瘤在骨内转移和/或存活的倾向。

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图4

A.由FGFR和配体介导的前列腺癌-肿瘤相互作用模型。FGFR1由前列腺癌细胞、成骨细胞和内皮细胞表达。FGF2由前列腺癌细胞产生，并诱导成骨、骨重塑和血管生成。血管生成反过来有利于前列腺癌的进展。前列腺间充质细胞产生FGF2/FGF10激活前列腺癌细胞中的FGFR1，导致癌症进展。FGF8/FGF9由前列腺癌细胞在骨生长（骨转移）过程中产生，并诱导骨生成和骨重塑。活化的成骨细胞诱导血管生成。B.抑制FGF途径可通过靶向多种生物途径影响肿瘤进展。

最后，去势抵抗的发展与脑内AR信号有关，来自临床前模型、原发性肿瘤和转移性肿瘤的数据表明FGF和AR信号紧密交织(26). 例如，在PC3前列腺癌细胞中AR的从头表达可能通过增加FGF2的利用来上调FGF信号(65). 通常由雄激素诱导的FGF7和FGF8都在原发性去势抵抗肿瘤中表达(45,66)FGF8和FGF9信号的抑制在去势耐受小鼠模型中具有抗肿瘤作用(61,67). 此外，骨髓微环境支持抗去势生长的发育(61,68)和原发性肿瘤相比，mCRPC患者的骨活检中FGF9过度表达的频率更高(56). FGF还与包括紫杉烷在内的多种药物的耐药性有关(69,70). 由于对去势耐药的肿瘤经常采用以紫杉醇为基础的化疗，因此有理由在mCRPC患者中联合使用FGF抑制剂和化疗。总之，这些结果表明，靶向FGF途径可能对原发性前列腺肿瘤和转移性疾病的CRPC产生临床影响(图4b).

前列腺癌中FGF通路的抑制

现在存在许多抑制FGF/FGFR信号传导的靶向药物(表1). 这些药物包括FGFR酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）、单克隆抗体和FGF配体陷阱。具有更广泛抑制谱的TKI的一个潜在优势是其能够与其他血管生成受体酪氨酸激酶（如VEGFR和PDGFR）同时靶向FGFR。靶向FGFRs和其他激酶的TKI包括多维替尼、尼特达尼（BIBF 1120）、马斯替尼、列尼替尼、布里瓦尼、橙替尼和PD173074(5,71). 前6种药物正处于非前列腺肿瘤的3期开发阶段，包括胃肠道间质瘤、多发性骨髓瘤、黑色素瘤、肾细胞癌、肝细胞癌以及胰腺癌、甲状腺癌和卵巢癌(表1). 重要的是，多维替尼和尼替达尼也在mCRPC中进行研究。

多维替尼是一种小分子TKI，靶向多种激酶，包括FGFR1、FGFR3、VEGFR1-3、PDGFRβ、fms相关酪氨酸激酶-3和c-KIT。临床前研究表明，多维替尼治疗前列腺癌细胞培养模型后肿瘤抑制蛋白p21和p27上调(72). 基于AR阴性前列腺癌异种移植模型的研究结果，该模型表明FGF/FGFR在骨CRPC成骨细胞进程中的作用(61)dovitinib在骨mCRPC患者中的第2阶段试验目前正在进行中（ClinicalTrials.gov:NCT00831792）。在23名可评估疗效的患者中（治疗>1个周期），23名患者中有6名（26%）在8周时在骨扫描（1个完全缓解，3个部分缓解[PRs]）或软组织转移（2个PRs）方面有所改善，中位治疗时间为19.9周（范围为10-35周）。23名患者中有13名（57%）在8周时病情稳定，中位治疗时间为11.7周（6-31周），其中4名（17%）病情进展。毒性大多为1级或2级。3级毒性包括疲劳、皮疹和全身无力（每种都在<5%的患者中发现），没有4级毒性(73).

Nintedanib（BIBF 1120）是一种抑制FGFR1-3、VEGFR1-3、PDGFRα和-β、Src、Lck和Lyn的TKI，在mCRPC患者的2期研究中显示出初步活性，PR率为4.3%，稳定患病率为30.4%(74). 在一项1期试验中，在19名可评估患者中，68.4%的患者联合使用宁替达尼、多西他赛和泼尼松，前列腺特异性抗原水平比基线降低≥50%，在6名可测量病变的患者中，有1名患者出现PR(75).

一些TKI具有剂量限制的“非靶向”毒性，这一观察结果刺激了更具选择性的pan-FGFR抑制剂的开发。AZD4547、AZD8010和BGJ398能有效抑制FGFR1-3，而AZD810也能抑制FGFR4，尽管抑制程度较低(76–78). AZD4547正在接受晚期实体恶性肿瘤的一期试验（NCT00979134）的研究。BGJ398正在进行一项1期临床试验，对晚期实体瘤患者进行扩增FGFR1号机组或FGFR2型基因或突变FGFR3(78). AZD8010仍处于临床前开发阶段。

FGF信号也可以通过使用单克隆抗体或配体陷阱阻断配体-受体结合而更为特异地消除。目前正在开发三种阻断FGF信号传导的单克隆抗体：MFGR1877S、GP369和1A6。MFGR1877S是一种抗FGFR3的单克隆抗体(79)目前正在对晚期实体瘤患者（包括CRPC患者）进行1期测试（NCT01363024）。GP369和1A6目前都处于临床前开发阶段(80,81). GP369特异性阻断FGFR2的IIIb剪接变体，1A6靶向配体FGF19。HGS1036（FP-1039）是一种由FGFR1c的胞外结构域与IgG1的Fc部分融合而成的构建物，有望成为FGF配体的诱饵，该配体与FGFR1c具有亲和力。HGS1036在转移性或局部晚期不可切除实体瘤患者中的一期研究已经完成。一份初步报告记录了一名前列腺癌患者的肿瘤缩小情况(82)，预计很快会有最终结果。这些药物有可能对mCRPC产生临床影响，有待进一步研究。

结论和未来方向

越来越多的证据支持FGF/FGFR信号在前列腺癌中的作用。失调的信号传导与PIN、EMT和血管生成的发展有关，后者是参与癌症进展和转移的关键生物过程。骨基质和前列腺癌细胞之间的FGF/FGFR信号也促进骨转移的形成和去势抵抗疾病的出现。临床前和临床研究的证据表明，FGF/FGFR信号抑制剂作为晚期前列腺癌患者的合理治疗策略值得进一步研究。

致谢

脚注

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