腫瘤常見信號通路

1、1 JAK-STAT信號通路1) JAK與STAT蛋白JAK-STAT信號通路是近年來發(fā)現(xiàn)的一條由細胞因子刺激的信號轉(zhuǎn)導通路，參與細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學過程。與其它信號通路相比，這條信號通路的傳遞過程相對簡單，它主要由三個成分組成，即酪氨酸激酶相關(guān)受體、酪氨酸激酶JAK和轉(zhuǎn)錄因子STAT。(1) 酪氨酸激酶相關(guān)受體（tyrosine kinase associated receptor）許多細胞因子和生長因子通過JAK-STAT信號通路來傳導信號，這包括白介素2?7（IL-2?7）、GM-CSF（粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子）、GH（生長激素）、EGF（表皮生長因

2、子）、PDGF （血小板衍生因子）以及IFN（干擾素）等等。這些細胞因子和生長因子在細胞膜上有相應(yīng)的受體。這些受體的共同特點是受體本身不具有激酶活性，但胞內(nèi)段具有酪氨酸激酶JAK的結(jié)合位點。受體與配體結(jié)合后，通過與之相結(jié)合的JAK的活化，來磷酸化各種靶蛋白的酪氨酸殘基以實現(xiàn)信號從胞外到胞內(nèi)的轉(zhuǎn)遞。(2) 酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）很多酪氨酸激酶都是細胞膜受體，它們統(tǒng)稱為酪氨酸激酶受體（receptortyrosine kinase, RTK），而JAK卻是一類非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的縮寫，Janus在羅馬神話中是掌管開始和終結(jié)的兩面神。之所

3、以稱為兩面神激酶，是因為JAK既能磷酸化與其相結(jié)合的細胞因子受體，又能磷酸化多個含特定SH2結(jié)構(gòu)域的信號分子。JAK蛋白家族共包括4個成員：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它們在結(jié)構(gòu)上有7個JAK同源結(jié)構(gòu)域（JAK homology domain, JH），其中JH1結(jié)構(gòu)域為激酶區(qū)、JH2結(jié)構(gòu)域是“假”激酶區(qū)、JH6和JH7是受體結(jié)合區(qū)域。(3) 轉(zhuǎn)錄因子STAT（signal transducer and activator of transcription） STAT被稱為“信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子”。顧名思義，STAT在信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活上發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。目前已發(fā)現(xiàn)STAT家

4、族的六個成員，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在結(jié)構(gòu)上可分為以下幾個功能區(qū)段：N-端保守序列、DNA結(jié)合區(qū)、SH3結(jié)構(gòu)域、SH2結(jié)構(gòu)域及C-端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。其中，序列上最保守和功能上最重要的區(qū)段是SH2結(jié)構(gòu)域，它具有與酪氨酸激酶Src的SH2結(jié)構(gòu)域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。2) JAK-STAT信號通路與其它信號通路相比，JAK-STAT信號通路的傳遞過程相對簡單。信號傳遞過程如下：細胞因子與相應(yīng)的受體結(jié)合后引起受體分子的二聚化，這使得與受體偶聯(lián)的JAK激酶相互接近并通過交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受體上的酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化修飾，繼而這些磷酸化的酪氨酸

5、位點與周圍的氨基酸序列形成“停泊位點”（docking site），同時含有SH2結(jié)構(gòu)域的STAT蛋白被招募到這個“停泊位點”。最后，激酶JAK催化結(jié)合在受體上的STAT蛋白發(fā)生磷酸化修飾，活化的STAT蛋白以二聚體的形式進入細胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。值得一提的是，一種JAK激酶可以參與多種細胞因子的信號轉(zhuǎn)導過程，一種細胞因子的信號通路也可以激活多個JAK激酶，但細胞因子對激活的STAT分子卻具有一定的選擇性。例如IL-4激活STAT6，而IL-12卻特異性激活STAT4。2 p53信號1) p53基因的發(fā)現(xiàn)p53基因是迄今發(fā)現(xiàn)與腫瘤相關(guān)性最高的基因。1979年，Lane和Craw

6、ford在感染了SV40的小鼠細胞內(nèi)分離獲得一個與SV40大T抗原相互作用的蛋白，因其分子量為53 kDa，故而取名為p53（人的基因稱為TP53）3。起初，p53被誤認為是癌基因，直到上個世紀90年代，人們才認識到引起腫瘤形成或細胞癌變的p53蛋白是p53基因的突變產(chǎn)物。野生型p53基因是一種重要的抑癌基因，它是細胞生長周期中的負調(diào)節(jié)因子，在細胞周期調(diào)控、DNA損傷修復、細胞分化、凋亡和衰老等許多過程中發(fā)揮了重要的生物學功能，因而被譽為“細胞衛(wèi)士”。隨著研究的深入，人、猴、雞、大鼠、非洲爪蟾和斑馬魚等多種模式動物的p53基因也相繼被克隆。其中，人類TP53基因定位于染色體17P13.1，小鼠

7、p53基因被定位在11號染色體上，并在14號染色體上發(fā)現(xiàn)無功能的假基因。在這些進化程度迥異的動物中，它們的p53基因結(jié)構(gòu)卻異常保守，基因全長16-20kb，都由11個外顯子和10個內(nèi)含子組成。其中第1個外顯子不編碼結(jié)構(gòu)域，外顯子2、4、5、7、8則分別編碼5個進化上高度保守的結(jié)構(gòu)域，轉(zhuǎn)錄形成約2.5 kb的mRNA。之后，在基因同源性的基礎(chǔ)上又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了p53家族的其它成員，分別是p73和p63，它們也因各自的分子量而得名，具有和p53相似的結(jié)構(gòu)和功能。2) p53信號通路p53基因受多種信號因子的調(diào)控。例如：當細胞中的DNA損傷或細胞增殖異常時，p53基因被激活，導致細胞周期停滯并啟動DNA

8、修復機制，使損傷的DNA得以修復。然而，當DNA損傷過度而無法被修復時，作為轉(zhuǎn)錄因子的p53還可進一步激活下游促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄，誘導細胞凋亡并殺死有DNA損傷的細胞。不然，這些DNA損傷的細胞就可能逐漸脫離正常的調(diào)控，有可能最終形成腫瘤。雖然正常狀態(tài)下p53的mRNA水平很高，而且有大量蛋白質(zhì)合成，但p53蛋白容易降解，所以正常細胞內(nèi)p53蛋白水平很低。蛋白的泛素化（ubiquitination）修飾是細胞內(nèi)蛋白代謝過程中的最普通的降解方式，p53蛋白的降解也是通過泛素化來實現(xiàn)的。MDM2是一種特異性針對p53的泛素化E3連接酶，它可直接與p53蛋白結(jié)合來促進p53蛋白的泛素化降解，并在細胞內(nèi)

9、p53蛋白動態(tài)平衡中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。MDM2本身也可被p53蛋白激活，因此MDM2是p53通路中重要的負反饋調(diào)節(jié)因子（negative feedback regulator）。3) p53與腫瘤p53基因敲除小鼠雖然可以產(chǎn)生后代，但其生長發(fā)育過程中會出現(xiàn)高頻率的自發(fā)性腫瘤，這提示p53蛋白與腫瘤之間存在密切的關(guān)系。事實上，目前TP53基因是與人類腫瘤的相關(guān)性最高的基因，與50%以上的人類惡性腫瘤有關(guān)，而且現(xiàn)正已在超過51種人類腫瘤病例中發(fā)現(xiàn)TP53基因的異常表達和功能失活。TP53基因突變是其功能失活的主要原因，至今已發(fā)現(xiàn)400多種TP53基因突變類型，其中147種與胃腸道腫瘤有關(guān)，而最常見的

10、突變方式是點突變。通過分析大量腫瘤病例中的TP53突變位點，證實腫瘤中95.1%的p53點突變位點發(fā)生在高度保守的DNA結(jié)合區(qū)，尤以第175、245、248、249、273和282位點的突變率最高。此外，某些點突變改變了p53的空間構(gòu)象，影響了p53蛋白與MDM2和p300等蛋白的相互作用。另一些點突變發(fā)生在p53的核定位信號區(qū)，使p53無法進入細胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活的功能。不同腫瘤的TP53基因突變位點并不一致，例如：結(jié)腸癌中G:CA:T轉(zhuǎn)換占到79%；在乳腺癌中，GT顛換占到1/4，而這種突變在結(jié)腸癌十分少見；淋巴瘤和白血病的TP53基因突變方式與結(jié)腸癌相似；在肺癌中G:CT:A突變最普遍，而

11、食道癌中發(fā)生GT顛換的頻率很高。目前看來，在腫瘤形成的復雜網(wǎng)絡(luò)和調(diào)控體系中，p53是最主要的因素。有人認為p53是很好的腫瘤診斷標志物，可以作為癌癥早期診斷的重要指標。認識到p53基因的重要作用后，全世界數(shù)以千計的分子生物學家正在拋開原來的課題轉(zhuǎn)而研究p53，希望以此作為攻克癌癥的突破口?？茖W家相信，利用p53基因發(fā)現(xiàn)并治療癌癥的前景非常廣闊。除了基因治療，研究人員正在篩選可以影響p53基因上下游調(diào)控的小分子化合物。羅氏制藥公司開發(fā)的一種名為nutlins的小分子化合物，能夠干擾p53和MDM2之間的調(diào)控關(guān)系，有望成為一種有效的抗癌藥物。3 NF-B信號1975年，E. A. Carswell

12、和L. J. Old等人發(fā)現(xiàn)已接種卡介苗的小鼠注射脂多糖后，小鼠血清中產(chǎn)生了一種可引起動物腫瘤組織出血壞死的物質(zhì)，該物質(zhì)對體外培養(yǎng)的多種腫瘤細胞株都具有細胞殺傷作用，于是他們將這種物質(zhì)命名為腫瘤壞死因子（tumour necrosis factor, TNF）。TNF是迄今發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤效果最強的細胞因子。1984年起，歐美國家就開始把TNF的基因工程產(chǎn)品應(yīng)用到癌癥臨床治療中，并一度取得轟動的成果，然而最終由于毒副作用嚴重而被迫終止。九十年代末以來，隨著基礎(chǔ)研究的深入和基因工程技術(shù)的發(fā)展，科學家研制出一些高效、低毒的TNF變構(gòu)體，從而重新確立了TNF在抗腫瘤中的重要地位，掀開了TNF在腫瘤研究和

13、治療中的新篇章。1) TNF簡介TNF是一種糖蛋白，它以兩種形式存在：TNF-a和TNF-b。TNF-a由單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，它可引起腫瘤組織出血壞死，而脂多糖（Lipopolysaccharides, LPS）是較強的刺激劑。TNF-b是一種淋巴因子，又稱淋巴毒素（lymphotoxin, LT）?？乖蚪z裂原均可刺激T淋巴細胞分泌TNF-b，具有腫瘤殺傷及免疫調(diào)節(jié)功能。 人的TNF-a基因長2.76 kb，由4個外顯子和3個內(nèi)含子組成，定位在第六號染色體上。人TNF-a前體由233個氨基酸組成，含有76個氨基酸殘基的信號肽，切除信號肽后形成157個氨基酸的成熟型非糖基化的TNF-a。通

14、過基因工程方法改造后的TNF-a具有更好的生物學活性和抗腫瘤效果。2) TNF與NF-kB信號通路TNF-a與TNF-b分子結(jié)構(gòu)相似，所發(fā)揮的生物學效應(yīng)相近。胞外因子TNF-以三聚體形式發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導功能，與TNF受體（TNF receptor, TNFR）結(jié)合引起受體多聚化，這種多聚化使得TNF受體與細胞質(zhì)中TRADD分子發(fā)生相互作用。TRADD招募相應(yīng)蛋白后介導兩條轉(zhuǎn)導通路：一條是通過TRAF2和RIP分子誘導NF-B的活化，參與抗凋亡；另一條是通過FADD分子導致細胞凋亡。TNFR只有在蛋白合成受阻的情況下才會誘導凋亡，下面我們將著重介紹由TNF激活的NF-kB信號通路。NF-kB（nuc

15、lear factor-kappa B）是1986年從B淋巴細胞的細胞核抽提物中找到的轉(zhuǎn)錄因子，它能與免疫球蛋白kappa輕鏈基因的增強子B序列GGGACTTTCC特異性結(jié)合，促進輕鏈基因表達，故而得名。它是真核細胞轉(zhuǎn)錄因子Rel家族成員之一，廣泛存在于各種哺乳動物細胞中。迄今為止，在哺乳動物細胞內(nèi)共發(fā)現(xiàn)5種NF-kB/Rel家族成員，它們分別是RelA（即p65）、RelB、C-Rel、p50/NF-kB1（即p50/RelA）和p52/NF-kB2。這些成員均有一個約300個氨基酸的Rel同源結(jié)構(gòu)域（Rel homology domain, RHD）。這個高度保守的結(jié)構(gòu)域介導Rel蛋白形成

16、同源或異源二聚體，該結(jié)構(gòu)域也是NF-kB與靶基因DNA序列的特異性結(jié)合區(qū)域。 細胞內(nèi)NF-kB的活化過程受到精細調(diào)控。通常情況下，在細胞質(zhì)中的NF-kB處于失活狀態(tài)，與抑制蛋白IkB（inhibitory protein of NF-kB）結(jié)合成三聚體復合物。當出現(xiàn)TNF-a信號、炎癥因子以及LPS、紫外線等外界刺激時，細胞因子與細胞膜表面的TNF受體結(jié)合后，TNF受體發(fā)生多聚化并與細胞質(zhì)中TRADD分子發(fā)生相互作用。TRADD招募TRAF（TNFR-associated factor）和激酶RIP（receptor interacting protein），由RIP將信號傳遞給IKK（IkB

17、 kinase）。在NF-kB信號通路中IKK扮演了非常重要的角色，盡管上游信號路徑的不同，但是最終都匯集到IKK。IKK由a、b和g三個亞基組成，作為激酶的IKK能使IkB的a亞基的Ser32和Ser36殘基和b亞基的Ser19和Ser23殘基磷酸化。IkB隨即從p50/p65/IkB異源三聚體中解離出來，經(jīng)泛素化修飾后通過蛋白酶體降解。于是，受到IkB抑制的NF-kB得以暴露其核定位序列（nuclear localization signals, NLS），迅速從細胞質(zhì)進入細胞核內(nèi)，與核內(nèi)DNA上的特異序列相結(jié)合，從而啟動或增強相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。3) NF-kB信號通路與癌癥NF-kB具有明

18、顯的抑制細胞凋亡的功能，與腫瘤的發(fā)生、生長和轉(zhuǎn)移等多個過程密切相關(guān)。在人類腫瘤尤其是淋巴系統(tǒng)的惡性腫瘤中，?？砂l(fā)現(xiàn)NF-kB家族基因的突變。NF-kB家族與癌癥相關(guān)性的第一個線索是c-Rel基因的發(fā)現(xiàn)，它是禽類逆轉(zhuǎn)錄病毒癌基因v-Rel在細胞內(nèi)的同源基因。該病毒在雞體中造成多種造血細胞惡性轉(zhuǎn)化，引起淋巴癌的發(fā)生。由于NF-kB的下游基因包括CyclinD1和c-Myc，因此NF-kB的持續(xù)激活會刺激細胞生長，導致細胞增殖失控。NF-kB在很多癌細胞中表達異常，如在75的乳腺癌樣品中NF-kB2的表達比鄰近的正常組織高很多倍。腫瘤細胞遷移并浸潤到周圍組織是腫瘤擴散和轉(zhuǎn)移的前提條件。NF-kB對腫

19、瘤轉(zhuǎn)移具有明顯的促進作用，它能促進腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因ICAM-1、VCAM-1、MMP-9等的表達。NF-kB還能誘導血管內(nèi)皮生長因子VEGF的表達，促進血管形成。此外，NF-kB還能通過調(diào)節(jié)COX2等基因的表達來促進腫瘤生長。NF-kB與腫瘤治療息息相關(guān)。IFN-a、IFN-b、TNF-a、IL-2、G-CSF、GM-CSF和EPO是迄今為止被批準用于臨床腫瘤治療的幾種細胞因子，其中前6種生長因子已被證實與NF-kB的信號通路有關(guān)。目前，國內(nèi)外主要以NF-kB為靶點，使用抗氧化劑抑制NF-kB活性以及針對p65和p50設(shè)計小分子干擾RNA（siRNA）抑制NF-kB合成等方法作為癌癥的治療策略

20、，而且在動物實驗及細胞培養(yǎng)中取得不同程度的療效，但是離臨床應(yīng)用還有很大距離。由于TNF-a具有很好的抗腫瘤作用和多種免疫調(diào)節(jié)功能，許多國家開展了用TNF治療癌癥的臨床研究。動物實驗和臨床實驗均表明，TNF-a對某些腫瘤具有明顯的抑制作用，但是由于不能很好地區(qū)分癌細胞和正常細胞，使用TNF-a后副作用較大，這為其大規(guī)模臨床應(yīng)用造成困難。應(yīng)用基因工程改造得到低毒高效的TNF-a變構(gòu)體，對某些腫瘤的治療效果尤佳。將TNF-a與其它具有腫瘤抑制作用的細胞因子，如IL-2、IFN-g等聯(lián)合使用，既可減少用藥量、降低毒副作用，又可提高療效，因而有望更快地大量應(yīng)用于臨床。4 Ras、PI(3)K和mTOR信

21、號1) 控制腫瘤生長的Ras、PI(3)K和mTOR信號隨著人類基因組測序的完成，目前已發(fā)現(xiàn)了幾百種蛋白激酶。根據(jù)它們結(jié)構(gòu)上的相似性，這些激酶可分為多個蛋白家族，在細胞的增殖、生長、分化和凋亡等過程中發(fā)揮重要的生物學功能。Ras、PI(3)K和mTOR就是一類與細胞增殖緊密相關(guān)的蛋白激酶。真核細胞的正常生長受到周圍環(huán)境所提供的養(yǎng)分的限制。Ras和PI(3)K信號通過調(diào)控下游分子mTOR，在調(diào)控細胞生長方面起著關(guān)鍵作用。在絕大多數(shù)的人腫瘤細胞中，Ras和PI(3)K信號通路中的關(guān)鍵調(diào)控因子都發(fā)生了明顯的突變。究其原因，人們發(fā)現(xiàn)這條信號通路如果發(fā)生突變，就會導致細胞的存活和生長不再受到養(yǎng)分等環(huán)境條

22、件的限制，進而誘導細胞癌變。Ras、PI(3)K和mTOR是目前研究得最為清楚的信號通路之一。下面，我們將簡單地介紹一下這條信號通路中的幾個關(guān)鍵組分：(1) PI(3)K是英文phosphatidylinositol-3-kinase（磷脂酰肌醇-3-激酶）的縮寫。它是一個包括許多脂質(zhì)激酶的家族，由一個調(diào)節(jié)亞基（p85）和一個催化亞基（p110）組成。當配體與膜受體結(jié)合后，受體激活p85并招募p110，進而催化膜內(nèi)表面的PIP2（phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate）生成PI3P（phosphatidylinositol 3-phosphate）。PI3

23、P作為第二信使，進一步激活A(yù)KT和PDK1（phosphoinositide-dependent kinase 1）。(2) AKT又稱作PKB（protein kinase B），是PI3K重要的下游分子，包括至少3種形式，分別為AKT1、AKT2和AKT3。它們對于調(diào)控細胞的生長、增殖、存活以及糖代謝都起著十分重要的作用。(3) mTOR（mammalian target of rapamycin）是一類絲/蘇氨酸激酶。1991年，人們在酵母中發(fā)現(xiàn)了雷帕霉素（rapamycin）的作用靶點，取名為TOR。與酵母相比，哺乳動物的TOR蛋白在進化和功能上高度保守，也就相應(yīng)地稱為mTOR。mTO

24、R蛋白的C末端具有激酶活性，它是細胞生長和增殖的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子，可接收生長因子、營養(yǎng)、能量等多種信號，并通過PI3K/AKT或Ras/ERK信號通路來發(fā)揮作用，而對mTOR信號通路的抑制可以使細胞停滯在G1期而觸發(fā)細胞凋亡。 簡單地說，當EGF、胰島素等生長因子結(jié)合到細胞膜表面的酪氨酸激酶受體（receptor tyrosine kinase, RTK）后，RTK通過其酪氨酸激酶活性分別激活兩個關(guān)鍵的信號轉(zhuǎn)導分子：小G蛋白Ras和激酶PI(3)K，再由Ras和PI(3)K共同激活下游關(guān)鍵分子mTOR。激活后的mTOR蛋白促使底物S6K（S6 kinase）和4EBP1（4E binding pr

25、otein 1）發(fā)生磷酸化。由于這兩個底物都是蛋白翻譯過程中關(guān)鍵性的調(diào)節(jié)因子，它們的磷酸化導致核糖體蛋白合成的起始和增加。此外，胞外營養(yǎng)物質(zhì)氨基酸、ATP等也能調(diào)控mTOR的激酶活性。于是，mTOR蛋白整合生長因子和環(huán)境養(yǎng)分兩種信號，通過嚴格調(diào)控細胞有絲分裂和代謝響應(yīng)不同的環(huán)境條件，保證細胞只在有利的環(huán)境下增殖。值得注意的是，一些腫瘤抑制因子，如TSC1、TSC2和LKB1在營養(yǎng)匱乏的條件下減弱了mTOR信號通路的強度。相應(yīng)地，TSC1、TSC2或者LKB1的失活突變，就會導致相似的癌癥癥狀，并具有共同的臨床表現(xiàn)。因此，這條確保細胞在環(huán)境適宜條件下發(fā)生增殖的信號通路，在被癌細胞利用后就可以使癌

26、細胞在養(yǎng)料匱乏的條件下存活并生長。在篩選激酶抑制劑的過程中，人們設(shè)計了一系列針對mTOR、PI(3)K、RTKs和Raf等激酶的藥物。在癌癥的分子機理研究中，盡管這條信號通路研究得最透徹，但這些激酶在細胞和生物體內(nèi)的生理功能遠比我們想象的要復雜。2) Ras-Raf通路與癌癥1982年，美國科學家R.A. Weinberg等人從膀胱癌細胞中克隆得到第一個人類癌基因，由于它和之前發(fā)現(xiàn)的鼠肉瘤病毒基因c-ras高度同源，故而被命名為ras基因（rat sarcoma）。Ras基因在進化中高度保守，廣泛存在于各種真核生物細胞中。哺乳動物的Ras蛋白家族有三個成員，分別是H-ras、K-ras和N-r

27、as。由于Ras蛋白的相對分子量是21 kDa，故又被稱為p21。Ras蛋白定位于細胞膜內(nèi)側(cè)，為GTP/GDP結(jié)合蛋白，通過GTP與GDP的相互轉(zhuǎn)化來調(diào)節(jié)信號通路的傳遞；之后，人們又發(fā)現(xiàn)了Ras的直接效應(yīng)因子Raf-110，這就將Ras和ERK/MAPK信號通路聯(lián)系起來。在高等生物中，Raf絲/蘇氨酸激酶家族由三個成員組成，分別為A-raf、B-raf和C-raf（也稱Raf-1）。隨著研究的深入，Ras信號通路構(gòu)成一個復雜的網(wǎng)絡(luò)。簡單地說，被生長因子激活的酪氨酸激酶受體RTKs以直接或間接的方式結(jié)合GRB2（growth factor receptor-bound protein 2）。GR

28、B2與受體RTK結(jié)合后招募鳥苷酸交換因子SOS蛋白定位在與Ras相鄰的細胞膜上。這樣，SOS與Ras形成復合體后，GTP取代GDP與Ras結(jié)合，Ras被激活；而當GTP被水解成GDP后，Ras失活。Ras蛋白被激活后，產(chǎn)生一系列級聯(lián)放大反應(yīng)。首先，它招募細胞漿內(nèi)的Raf1蛋白至細胞膜上。之后，Raf激酶磷酸化MAPK激酶（MAPKK，又稱MEK），再由MEK激活ERK1/2（extracellular signal regulated kinase，又稱MAPK）。ERK被激活后，轉(zhuǎn)至細胞核內(nèi)并直接激活轉(zhuǎn)錄因子，產(chǎn)生相應(yīng)的生物學效應(yīng)。需要特別指出的是，Raf的激活并不完全依賴于Ras，ERK也

29、能被除Ras之外的其它蛋白激活。這表明信號通路級聯(lián)反應(yīng)中的每一個信號蛋白都可能被多個上游蛋白所控制，而它們也可以有多個下游的靶蛋白，從而形成一個極其復雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控結(jié)構(gòu)。隨著信號通路研究的拓展，人們開始研究Ras信號致癌的機理。在超過60%的人類惡性黑色素瘤中，都發(fā)現(xiàn)了B-raf的激活突變，這種突變還存在于一些直腸癌以及甲狀腺和肺部的腫瘤中。B-raf突變后，在某些情況下與C-raf形成異源二聚體，隨后持續(xù)地激活下游的ERK信號，并最終激活蛋白激酶mTOR。腫瘤細胞中也存在不涉及Ras本身的突變而又持續(xù)激活Ras的情況。NF1基因是最早被發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因之一，它是一個GAP蛋白（GTPase-

30、activating protein）。NF1基因缺失突變后，由于GTP水解的減少而導致GTP結(jié)合形式的Ras蛋白的積累，從而提高Ras的活性。除此之外，降低miRNA let-7的表達使靶基因Ras mRNA增加，也能提高Ras的活性。這里所提到的這些蛋白成分都是未來很好的藥物靶點分子。3) Ras-PI(3)K信號通路與癌癥早在20年前，PI(3)K信號就被視為一條與病毒癌基因密切相關(guān)的信號通路。最近5年，人們發(fā)現(xiàn)在所有的散發(fā)性腫瘤中這條信號通路最常見。在淋巴瘤、卵巢癌、乳腺癌、胰腺癌、腎癌、肺癌、前列腺癌以及其它癌癥中這條通路都具異常性。PI(3)K信號通路可以通過激活RTK和Ras，進

31、而活化下游的靶蛋白mTOR。需要指出的是，絲/蘇氨酸蛋白激酶AKT家族的很多成員都是PI(3)K信號通路在癌癥中的重要靶點，例如在10%20%的胰腺癌、40%的肝癌和50%的結(jié)腸癌中都可以檢測到AKT2基因的大量表達，這是PI(3)K信號通路在癌細胞中異常激活的有力證據(jù)。在一些原發(fā)性結(jié)腸癌和卵巢癌中也檢測到PI(3)K調(diào)控亞基p85?的突變。這條通路中另一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子是PTEN（phosphatase and tensin homolog），作為重要的腫瘤抑制基因，它的突變將會導致第二信使PIP3的大量積累，過度激活下游的mTOR通路而使細胞發(fā)生癌變。4) 結(jié)語Ras-Raf和Ras-PI

32、(3)K以及其所激活的mTOR信號通路涉及了多個癌基因和抑癌基因的激活和失活，與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，日益成為腫瘤研究的熱點。這些基礎(chǔ)研究將為癌癥的治療提供更多的方案。在過去的幾年中，激酶mTOR的三種抑制劑，分別是雷帕霉素的類似物everolimus、deforolimus和前體temsirolimus已經(jīng)進入臨床試驗階段。隨著這些研究的深入，我們相信會有更多的針對這些信號通路中的分子藥物被篩選出來，為最終診治癌癥提供良方。5 Wnt信號Wnt信號通路廣泛存在于無脊椎動物和脊椎動物中，是一類在物種進化過程中高度保守的信號通路。Wnt信號在動物胚胎的早期發(fā)育、器官形成、組織再生和其它生理過程中，

33、具有至關(guān)重要的作用。如果這條信號通路中的關(guān)鍵蛋白發(fā)生突變，導致信號異?；罨?，就可能誘導癌癥的發(fā)生。1982年，R. Nusse和H.E. Varmus在小鼠乳腺癌細胞中克隆得到第一個Wnt基因，最初它被命名為Int1（integration 1）。后來的研究發(fā)現(xiàn)小鼠Int基因與果蠅的無翅基因wg（wingless）為同源基因，因而將兩者合稱為Wnt。H.E. Varmus 本人也因他在癌癥研究中的杰出貢獻而獲得1989年的諾貝爾生理醫(yī)學獎。1) Wnt信號通路Wnt是一類分泌型糖蛋白，通過自分泌或旁分泌發(fā)揮作用。Wnt信號通路的主要成分包括：分泌蛋白Wnt家族、跨膜受體Frizzled家族、C

34、K1、Deshevelled、GSK3、APC、Axin、-Catenin、以及轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF家族。Wnt信號通路是一個復雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，目前認為它包括三個分支：經(jīng)典Wnt信號通路，通過-Catenin激活基因轉(zhuǎn)錄；Wnt/PCP通路（planner cell polarity pathway），通過小G蛋白激活JNK（c-Jun N-terminal kinase）來調(diào)控細胞骨架重排；Wnt/Ca2+通路，通過釋放胞內(nèi)Ca2+來影響細胞粘連和相關(guān)基因表達。 一般提到Wnt信號通路主要指的是由-Catenin介導的經(jīng)典Wnt信號通路。下面我們將簡單介紹一下經(jīng)典Wnt信號通路的主要成分：(

35、1) Frizzled（Fzd或Frz）：分泌型糖蛋白Wnt的細胞膜上受體，為7次跨膜蛋白，結(jié)構(gòu)類似于G蛋白偶聯(lián)型受體。FZD胞外的N端有一個富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域（cysteine rich domain, CRD），能與Wnt結(jié)合。(2)Dishevelled（Dsh或Dvl）：Dsh蛋白在細胞質(zhì)中接受上游信號，通過抑制APC、Axin以及GSK3等蛋白形成的復合物的功能，穩(wěn)定細胞質(zhì)中游離狀態(tài)的-Catenin蛋白。細胞質(zhì)中積累的-Catenin蛋白進入細胞核與TCF/LEF家族的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而開啟了下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。(3)GSK3：是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在沒有Wnt信號時，GS

36、K3能將磷酸基團加到-Catenin N端的絲氨酸/蘇氨酸殘基上，磷酸化的-Catenin經(jīng)-TRCP泛素化共價修飾后，被蛋白酶體（proteasome）降解。(4) CK1（casein kinase 1，酪蛋白激酶1）：能將-Catenin的Ser45位點磷酸化，隨后GSK3將-Catenin的Thr41、Ser37、Ser33位點磷酸化。(5) Axin：是一種支架蛋白，具有多個與其它蛋白作用的位點，能與APC、GSK3、CK1等形成-Catenin降解復合物。此外它還與Dishevelled、PP2A（protein phosphatase 2A）等wnt信號的其它組分相互作用。TCF

37、/ LEF：是一類具有雙向調(diào)節(jié)功能的轉(zhuǎn)錄因子，它與Groucho結(jié)合可以抑制基因轉(zhuǎn)錄，而與-Catenin結(jié)合則促進下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。當細胞沒有接受Wnt信號刺激時，細胞質(zhì)內(nèi)大部分的-Catenin與細胞膜上Cadherin蛋白結(jié)合使之附著于細胞骨架蛋白肌動蛋白上，參與細胞的黏附作用。而少部分的-Catenin被磷酸化后，與GSK3等形成降解復合物，最終通過泛素化修飾而降解。Wnt信號的激活就是指分泌型的配體蛋白Wnt與膜表面受體蛋白FZD結(jié)合后，激活胞內(nèi)蛋白DVL。DVL通過抑制GSK3等蛋白形成的-Catenin降解復合物的降解活性，穩(wěn)定細胞質(zhì)中游離狀態(tài)的-Catenin蛋白。胞漿中穩(wěn)定積

38、累的-Catenin進入細胞核后結(jié)合LEF/TCF轉(zhuǎn)錄因子家族，啟動下游靶基因（如c-myc、Cyclin D1等）的轉(zhuǎn)錄。我們可以把Wnt信號通路簡單概括為：WntFZDDVL-Catenin降解復合體解散-Catenin入核TCF/LEF下游基因轉(zhuǎn)錄。2) 經(jīng)典Wnt信號通路與癌癥雖然研究人員很早就發(fā)現(xiàn)了Wnt信號通路的許多成員，但是直到十年之后，人們才真正將Wnt信號通路和癌癥聯(lián)系起來。1993年，Vogelstein等人報道腫瘤抑制因子APC（adenomatous polyposis coli，腺瘤性結(jié)腸息肉病蛋白）和-Catenin之間存在著相互作用。他們發(fā)現(xiàn)大約85%的人結(jié)腸癌中

39、APC基因都發(fā)生了突變，其缺失突變會導致結(jié)腸癌中的腺瘤性息肉。在Wnt信號通路中，-Catenin的穩(wěn)定性與APC蛋白密切相關(guān)。APC蛋白可作為一個載體將-Catenin和GSK3聯(lián)系起來，促進GSK3磷酸化-Catenin氨基端保守的Ser/Thr位點，并促使-Catenin降解。在腫瘤細胞中，APC基因的突變導致APC蛋白不能與-Catenin相互作用，同時也失去了對-Catenin表達水平的調(diào)節(jié)。-Catenin在胞漿內(nèi)大量積聚并進入細胞核，與TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，從而導致了細胞增殖異常和腫瘤發(fā)生。-Catenin本身的突變也可能造成癌癥。-Catenin基因的

40、突變可以造成-Catenin蛋白無法被磷酸化和泛素化降解，致使-Catenin在胞漿內(nèi)大量聚集，從而進入細胞核并激活與細胞分裂和生長調(diào)控相關(guān)的基因（如c-myc和Cyclin D1等基因），導致細胞增殖失控而致癌。最初，人們只在大約10%的散發(fā)性大腸癌樣本中發(fā)現(xiàn)了-Catenin基因的突變。隨后，研究人員檢查了超過3500份的癌癥樣本，包括結(jié)腸癌、黑色素瘤、肝細胞瘤、脊髓母細胞瘤、消化道腫瘤等，發(fā)現(xiàn)在超過700個癌癥病例中出現(xiàn)-Catenin的多種突變。-Catenin的N端序列可能是其致癌的關(guān)鍵位點，這些位點的突變使得-Catenin在胞內(nèi)表達失控，導致Wnt信號異常激活，從而誘發(fā)包括結(jié)直腸

41、癌、肝母細胞瘤、卵巢癌和前列腺癌等在內(nèi)的多種癌癥。目前看來，超過90%的結(jié)腸癌以及很高比例的其它癌癥均與Wnt信號通路的異常激活密切相關(guān)，而且細胞實驗也證明如果阻斷Wnt信號通路可以抑制腫瘤細胞的增殖。因此，人們開始嘗試把Wnt/-Catenin信號通路中的關(guān)鍵蛋白作為藥物靶點，篩選分子藥物治療癌癥。目前，已有多種分子靶向藥物進入臨床試驗階段。然而癌癥的發(fā)生是一個多因素、多階段、多基因變異積累的復雜過程，多種信號通路可能同時參與了癌癥的發(fā)生。隨著未來研究的深入，我們期待更多Wnt信號通路新成員的發(fā)現(xiàn)。細胞內(nèi)信號通路相互協(xié)同機制的研究，能夠為我們設(shè)計更加有效的抗癌藥物提供更多的理論基礎(chǔ)。6 BM

42、P信號1) BMP信號通路BMP（骨形態(tài)發(fā)生蛋白，bone morphogenetic protein）是TGF-（轉(zhuǎn)化生長因子，transforming growth factor-）超家族中的重要成員。它通過調(diào)節(jié)一系列下游基因的活性，控制著諸如中胚層形成、神經(jīng)系統(tǒng)分化、牙齒和骨骼發(fā)育以及癌癥發(fā)生等許多重要的生物學過程。BMP信號的傳遞主要通過配體BMP與細胞膜上的絲氨酸/蘇氨酸激酶受體（BMP receptor, BMPR）特異性結(jié)合，形成配體受體二元復合物。同時，型受體（BMPR2）能夠活化I型受體（BMPR1），并進一步將信號傳遞給細胞內(nèi)的Smad分子。在BMP和TGF-信號由細胞膜傳

43、遞至細胞核的過程中，Smad蛋白起到了關(guān)鍵性的作用。活化的I型受體（BMPR1）進一步磷酸化Smad蛋白（Smad1、Smad5和Smad8），促使Smad分子從細胞膜受體上脫離下來，并在胞質(zhì)內(nèi)結(jié)合Smad4分子（common Smad，Co-Smad）后進入細胞核。在細胞核內(nèi)，Smad多元復合物在其它DNA結(jié)合蛋白的參與下作用于特異的靶基因，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。2) 結(jié)腸中的BMP信號結(jié)腸（colon）是大腸的主要部分，它的解剖結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次為粘膜層及粘膜下層、肌層及外膜。粘膜和部分粘膜下層向腸腔內(nèi)的突起為半環(huán)形皺襞的斷面，凹陷處即稱為結(jié)腸隱窩（colonic crypt）。結(jié)腸隱窩處的細胞

44、類型依次為單層柱狀上皮細胞、干細胞、肌成纖維細胞（myofibroblast）和粘膜肌（muscularis mucosae）。結(jié)腸中的干細胞位于隱窩底部，不斷分裂增殖后形成的子細胞邊分化邊向內(nèi)移動，當?shù)竭_腸腔表面時就分化成為成熟的腸上皮細胞。許多研究證據(jù)顯示，多種BMP信號通路中的關(guān)鍵蛋白都在結(jié)腸隱窩的細胞中表達。例如，位于結(jié)腸粘膜層的柱狀上皮細胞表達BMP蛋白和BMP受體。同時通過免疫組化方法可以在這些細胞中檢測到Smad1、Smad5和Smad8蛋白的磷酸化形式，這表明在分化成熟的柱狀上皮細胞中，BMP信號是被激活的。而肌成纖維細胞和結(jié)腸干細胞則通過表達BMP信號的拮抗分子Noggin來

45、抑制這些細胞內(nèi)的BMP信號，這些結(jié)果提示BMP信號可能促進成熟的結(jié)腸上皮細胞走向凋亡。3) 結(jié)腸癌與BMP信號結(jié)腸癌是一種高發(fā)病率的惡性腫瘤，在工業(yè)化國家里，它是僅次于肺癌的第二大殺手。據(jù)美國國立癌癥研究院估計，2008年全美新增結(jié)腸癌約11萬例，死亡約5萬人。健康成年人體腸道每天大約有1×1010個細胞更新，是人體細胞更新最快的器官。這個更新速度甚至遠遠超過了腫瘤組織，這反映腸道具有非常卓越和精細的細胞增殖與分化的調(diào)控機制，但這種無與倫比的更新速率如同一把“雙刃劍”，一方面可以迅速地更新和修復腸粘膜細胞，另一方面卻大大增加了腸道細胞因增殖失控而癌變的可能性。近些年來，人們從基因水平

46、、轉(zhuǎn)錄水平、蛋白質(zhì)水平以及細胞信號通路等方面對腫瘤進行了大量的研究，腫瘤的發(fā)病機制逐漸被闡明。從分子遺傳機制角度看，結(jié)腸癌可能是目前研究最為透徹的腫瘤之一。 最初發(fā)現(xiàn)BMP分子是因為這類蛋白能誘導異位的軟骨和骨的形成，但目前由于其在大多數(shù)腫瘤，特別是結(jié)腸癌中的異常表達而成為研究的新熱點。早在十多年前，人們發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌病例中常有Smad4基因的缺失，不過當時這被認為是結(jié)腸癌的發(fā)生與TGF-信號相關(guān)，而不是BMP信號。幼年性息肉綜合癥（juvenile polyposis syndrome, JPS）是一種常染色體顯性遺傳病，多見于兒童和青少年。患者的結(jié)腸部位通常有50-200個息肉，息肉被大量的基

47、質(zhì)包圍，呈現(xiàn)慢性炎癥狀態(tài)，沿著整個腸管線性分布。JPS 患者很高的結(jié)腸癌患病風險，其家族成員中得結(jié)腸癌的可能性約為9%-50%，患胃癌和胰腺癌也有報道。目前超過50%的JPS病例中發(fā)現(xiàn)Smad4和BMPR1A基因發(fā)生缺失和錯義突變，導致BMP信號傳遞受阻。這就說明BMP信號通路在腸道上皮細胞的增殖平衡中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，而BMP信號過低或失活是JPS病發(fā)的緣由。目前，通過檢測細胞內(nèi)Smad蛋白的磷酸化水平，發(fā)現(xiàn)約70%的結(jié)腸癌病例中BMP信號是失活和降低的，這就為腫瘤特別是結(jié)腸癌的臨床診斷提供了重要的指標。（4) 結(jié)語盡管BMP信號通路在動物胚胎發(fā)育、組織分化和細胞增殖更新中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但

48、有關(guān)BMP信號在結(jié)腸癌的成癌機制中扮演的角色還有待闡明。Schwarte等人利用裸鼠作為動物模型，在結(jié)腸癌和胰腺癌細胞中過量表達Smad4能夠有效降低血管內(nèi)皮生長因子的表達，進而減少腫瘤組織周圍血管的生成，起到抑制腫瘤生長的效果。因此，通過Smad4和BMP信號通路中的其它分子來調(diào)控腫瘤血管生成可以作為抑制腫瘤的一種新方法。深入研究腸道上皮系統(tǒng)的分子生理機制可能為腸道疾病治療提供一個新的思路。5 Ras2MAPK信號轉(zhuǎn)導途徑5.1 Ras上游通路Ras能被復雜的網(wǎng)絡(luò)激活.首先,被磷酸化激活的受體如PDGFR,EGFR直接結(jié)合生長因子受體結(jié)合蛋白(Grb2), 這些受體也可以間接結(jié)合并磷酸化含有

49、src同源區(qū)2(SH2) 結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)(例如Shc,Syp)后,再激活Grb2.第二, Grb2的src同源區(qū)3(SH3)結(jié)構(gòu)域與靶蛋白如mSos1, mSos2,C3G及發(fā)動蛋白(dynamin)結(jié)合.C3G與連接蛋白 Crk的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合后耦聯(lián)酪氨酸磷酸化而激活Ras. Crk也能結(jié)合mSos1激活Ras.Grb2與激活的受體結(jié)合促 進鳥苷酸交換因子(Sos)蛋白定位在與Ras相鄰的細胞膜 上.這樣,Sos與Ras形成復合體,GTP取代GDP與Ras結(jié) 合后,Ras被激活,當GTP水解成GDP后Ras失活.Ras具 有內(nèi)在GTPase活性,它的活性可被RasGAPs調(diào)節(jié),因而 Ras

50、GAPs扮演Ras活性調(diào)節(jié)劑的角色.另外,Ras失活也受 到高度調(diào)節(jié).目前,有三種蛋白質(zhì)能水解GTP使Ras失活, 它們分別是P120GAP,neurofibromin和GAP1m,統(tǒng)稱為 RasGAPs.5.2 Ras下游通路5.2.1 Ras/Raf通路 至今,Ras/Raf通路是最明確的信號 轉(zhuǎn)導通路.當GTP取代GDP與Ras結(jié)合,Ras被激活后, 再激活絲蘇氨酸激酶級聯(lián)放大效應(yīng),招集細胞漿內(nèi)Raf1絲 蘇氨酸激酶至細胞膜上,Raf激酶磷酸化MAPK激酶 (MAPKK),MAPKK激活MAPK.MAPK被激活后,轉(zhuǎn)至 細胞核內(nèi),直接激活轉(zhuǎn)錄因子.另外,MAPK刺激Fos,Jun 轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄因子AP1,該因子與myc基因旁的特異 的DNA序列結(jié)合,從而啟動轉(zhuǎn)錄.myc基因產(chǎn)物也是轉(zhuǎn)錄 因子,它能激活其他基因.最終,這些信號集中起來誘導D 型Cyclin的表達和活性.D型Cyclin與Cyclin依賴性激酶 (如CDK4和CDK6)形成復合體,該復合