細(xì)胞信號通路與癌癥發(fā)生文檔

1、這是一篇發(fā)表在生命奧秘2009年12-13期合刊上的文章，它生動通俗地介紹了細(xì)胞信號通路與癌癥發(fā)生的關(guān)系，對于理解分子靶向治療藥物的作用機(jī)制及研究方向有很大幫助，非常值得一讀。 推薦人 陳振東 HYPERLINK /web/guest/209 細(xì)胞信號通路與癌癥發(fā)生一 背景知識核心提示：在各種疾病中，癌癥可謂是“頭號殺手”。美國國立癌癥研究院（NCI）根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，估計(jì)2008年全美新增癌癥患者140多萬，全年因癌癥而死亡的人數(shù)超過57萬人。衛(wèi)生部腫瘤防治辦公室提供的數(shù)據(jù)顯示，我國每年癌癥新發(fā)病例220萬，因癌癥而死亡的人數(shù)為160萬。我國的癌癥發(fā)病、死亡和現(xiàn)患水平均居世界較高水平，并呈逐

2、年上升的態(tài)勢，癌癥防治任務(wù)異常艱巨，新型療法的開發(fā)與新型藥物的研發(fā)工作刻不容緩。1 腫瘤與癌癥腫瘤（tumor）是指在各種致瘤因素作用下，機(jī)體局部組織的細(xì)胞在基因水平上無法調(diào)控自身的生長過程，導(dǎo)致單克隆性異常增生而形成的新生物。這種新生物常形成局部腫塊，因而得名。根據(jù)腫瘤的生長特性及其對機(jī)體的危害程度，一般分為良性腫瘤和惡性腫瘤兩大類。這種分類對于腫瘤的診斷、治療以及預(yù)測疾病的發(fā)展情況都具有十分重要的意義。惡性腫瘤也稱作癌癥（cancer）。它是一類由生長失控的異常細(xì)胞侵害正常組織器官所引起的疾病的統(tǒng)稱。癌細(xì)胞通過血液和淋巴系統(tǒng)入侵機(jī)體的其它部位，從原發(fā)的部位到其它器官形成新的腫瘤的過程被稱為

3、癌癥轉(zhuǎn)移（metastasis）。生物體的所有組織和部位都會發(fā)生癌變，目前已知的癌癥種類超過100多種。大多數(shù)癌癥以最初產(chǎn)生癌細(xì)胞的器官而得名，如直腸癌、肺癌等；也有以癌細(xì)胞的細(xì)胞類型而命名的，如位于皮膚基底層的癌細(xì)胞被稱為皮膚基底細(xì)胞癌（basal cell carcinoma）。根據(jù)癌細(xì)胞的特點(diǎn)和來源，癌癥主要分為五大類（表1）。癌癥病變的基本單位是癌細(xì)胞。通常情況下，細(xì)胞的分裂增殖和生長受到嚴(yán)格調(diào)控。以人為例，人體細(xì)胞損傷或衰老死亡后就會被新生細(xì)胞取代，以維持正常的機(jī)體功能。絕大部分人體細(xì)胞都可以增殖，但這種增殖是有限度的。在某些外界和體內(nèi)的因素作用下，一些細(xì)胞的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變，從而

4、導(dǎo)致細(xì)胞增殖過程失控，這些細(xì)胞就成為了癌細(xì)胞（圖1）。癌細(xì)胞無止境地增殖，大量消耗患者體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)。同時，癌細(xì)胞還能釋放出多種毒素，使人體產(chǎn)生一系列癥狀。如果未能及時發(fā)現(xiàn)與治療，它就會轉(zhuǎn)移至全身各處生長繁殖，導(dǎo)致人體消瘦、無力、貧血、食欲不振、發(fā)熱及內(nèi)臟器功能受損，最終導(dǎo)致死亡。2 癌基因與抑癌基因上個世紀(jì)七十年代以來，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，癌癥的研究步入了基因水平。人們發(fā)現(xiàn)，基因突變與癌癥發(fā)生息息相關(guān)。1976年，J. M. Bishop和H. E. Varmus發(fā)現(xiàn)宿主細(xì)胞基因組內(nèi)含有與鳥類Rous肉瘤病毒高度同源的src基因，并首次提出細(xì)胞癌基因（cellular oncoge

5、ne, c-onc）的概念1，從而分享了1989年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。顧名思義，癌基因（oncogene）就是指一類會引起細(xì)胞癌變的基因。其實(shí)，體內(nèi)的癌基因有其正常的生物學(xué)功能，它的蛋白質(zhì)產(chǎn)物參與細(xì)胞正常的生長、分化和增殖。只有當(dāng)細(xì)胞的癌基因被不適當(dāng)?shù)丶せ詈螅艜跊]有接收到生長信號的情況下仍然不斷地促使細(xì)胞生長或使細(xì)胞免于凋亡，最后導(dǎo)致細(xì)胞癌變（圖2）。迄今為止，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了近百種癌基因。此外，多種癌基因在進(jìn)化上相當(dāng)保守，如癌基因ras在酵母、果蠅、小鼠和人的正常基因組均有存在，這也是癌基因具有正常功能的一個有力佐證。抑癌基因（anti-oncogene）又稱腫瘤抑制基因（tumor su

6、ppressor gene），是指能夠抑制細(xì)胞癌基因活性的一類基因，其功能是抑制細(xì)胞周期，阻止細(xì)胞數(shù)目增多以及促進(jìn)細(xì)胞凋亡。1987年G. Klein提出腫瘤抑制基因這個概念，使得腫瘤生物學(xué)的研究又向前跨進(jìn)了一步2。目前共發(fā)現(xiàn)十多種抑癌基因，p53基因是于1979年發(fā)現(xiàn)的第一個腫瘤抑制基因3。起初，它被認(rèn)為是一種癌基因，因?yàn)樗芗涌旒?xì)胞分裂的周期；以后的研究發(fā)現(xiàn)只有在p53基因失活或突變時才會導(dǎo)致細(xì)胞癌變，才認(rèn)識到它是一個腫瘤抑制基因。3 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號通路（signal pathway）的提出最早可以追溯到1972年，不過那時被稱為信號轉(zhuǎn)換（signal transmission）。198

7、0年，M. Rodbell在一篇綜述中提到信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signal transduction），此后這個概念就被廣泛使用了4。信號通路是指能將細(xì)胞外的分子信號經(jīng)細(xì)胞膜傳入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮效應(yīng)的一系列酶促反應(yīng)通路。這些細(xì)胞外的分子信號（稱為配體，ligand）包括激素、生長因子、細(xì)胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)以及其它小分子化合物等。當(dāng)配體特異性地結(jié)合到細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)的受體（receptor）后，在細(xì)胞內(nèi)的信號又是如何傳遞的呢？細(xì)胞內(nèi)各種不同的生化反應(yīng)途徑都是由一系列不同的蛋白組成的，執(zhí)行著不同的生理生化功能。各個信號通路中上游蛋白對下游蛋白活性的調(diào)節(jié)（包括激活或抑制作用）主要是通過添加或去除磷酸基團(tuán)，從而改變下游蛋

8、白的立體構(gòu)象完成的。所以，構(gòu)成信號通路的主要成員是蛋白激酶和磷酸酶，它們能夠快速改變和恢復(fù)下游蛋白的構(gòu)象。從細(xì)胞受體接收外界信號到最后做出綜合性應(yīng)答，不僅是一個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，更重要的是將外界信號進(jìn)行逐步放大的過程。受體蛋白將細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號，經(jīng)信號級聯(lián)放大、分散和調(diào)節(jié)，最終產(chǎn)生一系列綜合性的細(xì)胞應(yīng)答，包括下游基因表達(dá)的調(diào)節(jié)、細(xì)胞內(nèi)酶活性的變化、細(xì)胞骨架構(gòu)型和DNA合成的改變等（如圖3）。這些變化并非都是由一種信號引起的，也可以通過幾種信號的不同組合產(chǎn)生不同的反應(yīng)。原文檢索：1. HYPERLINK /cancertopics/what-is-cancer /cancertopics/

9、what-is-cancer2. HYPERLINK /wiki/Signal_transduction /wiki/Signal_transduction二 癌癥發(fā)生中的關(guān)鍵信號通路導(dǎo)讀：信號傳遞過程是細(xì)胞對外界刺激產(chǎn)生反應(yīng)并最終引發(fā)特異性生物學(xué)效應(yīng)的有效方式。幾十年的基礎(chǔ)研究正在逐漸闡明癌癥發(fā)生、生長和轉(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵信號通路，同時針對信號通路的藥物篩選也令治愈癌癥成為可能。2008年10月份癌細(xì)胞（Cancer Cell）雜志刊登了Mignon L. Loh博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的成果，他們以白血病JMML為研究對象，通過流式細(xì)胞儀技術(shù)在單細(xì)胞水平上發(fā)現(xiàn)了JAK-STAT5信號通路才是癌細(xì)胞

10、形成和生長的關(guān)鍵信號。這項(xiàng)成果為研究癌癥的形成機(jī)制帶來了新的思路，而未來采用單細(xì)胞檢測癌癥的技術(shù)也為癌癥的診斷和治療帶來契機(jī)。接下來，我們將逐一介紹包括JAK-STAT信號在內(nèi)的癌癥發(fā)生過程中的幾大主要信號通路。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(xì)胞因子刺激的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與細(xì)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(xué)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 asso

11、ciated receptor）7）、GM-CSF（粒細(xì)胞/巨噬細(xì)胞集落刺激因子）、GH（生長激素）、EGF（表皮生長因子）、PDGF7（IL-2許多細(xì)胞因子和生長因子通過JAK-STAT信號通路來傳導(dǎo)信號，這包括白介素2 （血小板衍生因子）以及IFN（干擾素）等等。這些細(xì)胞因子和生長因子在細(xì)胞膜上有相應(yīng)的受體。這些受體的共同特點(diǎn)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(diǎn)。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(shí)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(xì)胞膜受體，它們統(tǒng)稱為

12、酪氨酸激酶受體（receptor tyrosine 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。之所以稱為兩面神激酶，是因?yàn)镴AK既能磷酸化與其相結(jié)合的細(xì)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?yàn)榧っ竻^(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（如圖4）。 (3) 轉(zhuǎn)錄因子STAT

13、（signal transducer and activator of transcription）STAT被稱為“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子”。顧名思義，STAT在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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

14、過程相對簡單。信號傳遞過程如下：細(xì)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位點(diǎn)與周圍的氨基酸序列形成“停泊位點(diǎn)”（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(diǎn)”。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(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄（如圖5）。值得一提的是，一種JAK激酶可以參與多種細(xì)胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，一種細(xì)胞因子的信號通路也可以激活多個J

15、AK激酶，但細(xì)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。3) JAK-STAT信號通路與白血病JAK-STAT信號通路功能廣泛，目前許多研究都集中于免疫反應(yīng)與免疫調(diào)控。結(jié)合最新一期癌細(xì)胞（Cancer Cell）雜志刊登有關(guān)STAT5信號與白血病JMML的關(guān)系，下面我們將著重介紹JAK-STAT信號通路與白血病的發(fā)病機(jī)制。白血病是造血組織的惡性疾病，又稱“血癌”，是我國最常見的惡性腫瘤之一。該病居年輕人所患惡性疾病中的首位。與正常的造血細(xì)胞相比，白血病細(xì)胞表現(xiàn)出截然相反的生物學(xué)特性。正常造血細(xì)胞在細(xì)胞因子的作用下不斷分化成熟，

16、而白血病細(xì)胞則表現(xiàn)為分化過程受阻，進(jìn)而無限制地增殖，這提示細(xì)胞內(nèi)信號通路的異常在白血病形成中起著重要的作用。很多研究成果都表明，JAK-STAT通路的異常激活在白血病的病理機(jī)制中占據(jù)著重要的地位。在白血病細(xì)胞中普遍存在著JAK-STAT信號通路的持續(xù)激活，因此，STAT蛋白也就成為重點(diǎn)檢測的指標(biāo)之一。STAT分子的過量表達(dá)往往出現(xiàn)在很多惡性增殖性疾病中，而造血系統(tǒng)的腫瘤（包括白血病和淋巴瘤）中STAT家族被活化的種類最多，例如STAT1、STAT3和STAT5就是白血病中最常見的持續(xù)激活的信號蛋白。不同類型的白血病細(xì)胞可以表現(xiàn)為一種或多種STAT蛋白的異常激活，例如在淋巴細(xì)胞白血病和單核粒細(xì)胞

17、白血病中，常見的是STAT5的持續(xù)激活；而骨髓系白血病細(xì)胞則以STAT3持續(xù)激活為主。激酶JAK對整個信號通路激活起著關(guān)鍵作用。迄今，我們已經(jīng)在人體白血病細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了很多JAK基因的點(diǎn)突變，其中的一些點(diǎn)突變造成激酶JAK持續(xù)激活STAT蛋白。最典型的例子就是JAK2 V617F突變（蛋白JAK2第617位的纈氨酸突變成苯丙氨酸）造成JAK-STAT信號通路的異常激活。曾有一份針對白血病患者的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，222例AML（acute myeloid leukemia，急性骨髓系白血?。┗颊咧杏?例出現(xiàn)JAK2 V617F突變，其中3例有MPD（myeloproliferative disorde

18、rs，骨髓增生綜合癥）病史。另外，116例CML（chronic myeloid leukemia，慢性骨髓系白血?。┗颊咧杏?例出現(xiàn)JAK2 V617F突變。此外，JAK蛋白的其它突變形式也與很多白血病類型緊密相關(guān)（表2）。4) 結(jié)語與展望盡管大量證據(jù)顯示JAK-STAT信號通路的持續(xù)激活與白血病之間有著密切的關(guān)系，但白血病的產(chǎn)生是多個基因異常的結(jié)果，發(fā)病過程也涉及多個步驟。因此，我們需要進(jìn)一步研究以探究JAK-STAT信號與白血病形成中的詳細(xì)機(jī)制。另外，既然白血病的發(fā)生與JAK-STAT的活化聯(lián)系密切，那么JAK和STAT等蛋白很可能是治療白血病最好的藥物靶點(diǎn)，針對這些蛋白設(shè)計(jì)特異性抑制劑

19、無疑會為白血病的治療帶來新的希望。原文檢索：Constantinescu SN, Girardot M, Pecquet C. Mining for JAK-STAT mutations in cancer. Trends Biochem Sci. 2008 Mar; 33(3):122-31.Li WX. Canonical and non-canonical JAK-STAT signaling. Trends Cell Biol. 2008 Nov; 18(11):545-51.Kalaitzidis D, Gilliland DG. Going with the flow: JAK-S

20、TAT signaling in JMML. Cancer Cell. 2008 Oct 7; 14(4): 279-2802 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Crawford在感染了SV40的小鼠細(xì)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(rèn)為是癌基因，直到上個世紀(jì)90年代，人們才認(rèn)識到引起腫瘤形成或細(xì)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(xì)胞生長周期中的負(fù)調(diào)節(jié)因子，在細(xì)胞周期調(diào)控、DNA

21、損傷修復(fù)、細(xì)胞分化、凋亡和衰老等許多過程中發(fā)揮了重要的生物學(xué)功能，因而被譽(yù)為“細(xì)胞衛(wèi)士”（如圖6）。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(jìn)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(jìn)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

22、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(dāng)細(xì)胞中的DNA損傷或細(xì)胞增殖異常時，p53基因被激活，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯并啟動DNA修復(fù)機(jī)制，使損傷的DNA得以修復(fù)。然而，當(dāng)DNA損傷過度而無法被修復(fù)時，作為轉(zhuǎn)錄因子的p53還可進(jìn)一步激活下游促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并殺死有DNA損傷的細(xì)胞。不然，這些DNA損傷的細(xì)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(xì)胞內(nèi)p53蛋白水平很低。

23、蛋白的泛素化（ubiquitination）修飾是細(xì)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(shí)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(jìn)p53蛋白的泛素化降解，并在細(xì)胞內(nèi)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(fù)反饋調(diào)節(jié)因子（negative feedback regulator）（如圖7）。 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(shí)上，目前TP53基因是與

24、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(dá)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)，而最常見的突變方式是點(diǎn)突變。通過分析大量腫瘤病例中的TP53突變位點(diǎn)，證實(shí)腫瘤中95.1%的p53點(diǎn)突變位點(diǎn)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(diǎn)的突變率最高（如圖8）。此外，某些點(diǎn)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(diǎn)突變發(fā)生在p53的核定位信號區(qū)，使

25、p53無法進(jìn)入細(xì)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(diǎn)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(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和調(diào)控體系中，p53是最主要的因素。有人認(rèn)為p53是很好的腫瘤診斷標(biāo)志物，可以作為癌癥早期診斷的重要指標(biāo)。認(rèn)識到p53基因的重要作用后，全世界數(shù)以千計(jì)的分子生物學(xué)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(xué)家相信，利用p53基因發(fā)現(xiàn)并治療癌癥的前

26、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。原文檢索：Vousden KH, Lu X. Live or let die: the cells response to p53. Nature Reviews Cancer. 2002 Aug; 2(8): 594-604.3 NF-B信號1975年，E. A. Carswell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

27、的物質(zhì)，該物質(zhì)對體外培養(yǎng)的多種腫瘤細(xì)胞株都具有細(xì)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）5。TNF是迄今發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤效果最強(qiáng)的細(xì)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(yán)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(xué)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

28、由單核細(xì)胞和巨噬細(xì)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(qiáng)的刺激劑。TNF-b是一種淋巴因子，又稱淋巴毒素（lymphotoxin, LT）。抗原或絲裂原均可刺激T淋巴細(xì)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。通過基因工程方法改造后的TNF-a具有更好的生物學(xué)活性和抗腫瘤效果。2) TNF與NF-kB信號通路TNF-

29、a與TNF-b分子結(jié)構(gòu)相似，所發(fā)揮的生物學(xué)效應(yīng)相近。胞外因子TNF-以三聚體形式發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(xì)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(dǎo)兩條轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：一條是通過TRAF2和RIP分子誘導(dǎo)NF-B的活化，參與抗凋亡；另一條是通過FADD分子導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。TNFR只有在蛋白合成受阻的情況下才會誘導(dǎo)凋亡，下面我們將著重介紹由TNF激活的NF-kB信號通路。NF-kB（nuclear factor-kappa B）是1986年從B淋巴細(xì)胞的細(xì)胞核抽提物中找到的轉(zhuǎn)錄因子6，它能與免

30、疫球蛋白kappa輕鏈基因的增強(qiáng)子B序列GGGACTTTCC特異性結(jié)合，促進(jìn)輕鏈基因表達(dá)，故而得名。它是真核細(xì)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(xì)胞中。迄今為止，在哺乳動物細(xì)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(dǎo)Rel蛋白形成同源或異源二聚體，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(xì)胞內(nèi)NF-kB的活化過程受

31、到精細(xì)調(diào)控。通常情況下，在細(xì)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(fù)合物。當(dāng)出現(xiàn)TNF-a信號、炎癥因子以及LPS、紫外線等外界刺激時，細(xì)胞因子與細(xì)胞膜表面的TNF受體結(jié)合后，TNF受體發(fā)生多聚化并與細(xì)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 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

32、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(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)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(qiáng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄（如圖9）。3) NF-kB信號通路與癌癥NF-kB具有明顯的抑制細(xì)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

33、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(xì)胞內(nèi)的同源基因。該病毒在雞體中造成多種造血細(xì)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(xì)胞生長，導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控。NF-kB在很多癌細(xì)胞中表達(dá)異常，如在75的乳腺癌樣品中NF-kB2的表達(dá)比鄰近的正常組織高很多倍。腫瘤細(xì)胞遷移并浸潤到周圍組織是腫瘤擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移的前提條件。NF-kB對腫瘤轉(zhuǎn)移具有明顯的促進(jìn)作用，它能促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)基因ICAM-1、VCAM-1、MMP-9等的表達(dá)

34、。NF-kB還能誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子VEGF的表達(dá)，促進(jìn)血管形成。此外，NF-kB還能通過調(diào)節(jié)COX2等基因的表達(dá)來促進(jìn)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(zhǔn)用于臨床腫瘤治療的幾種細(xì)胞因子，其中前6種生長因子已被證實(shí)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(diǎn)，使用抗氧化劑抑制NF-kB活性以及針對p65和p50設(shè)計(jì)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，而且在動物實(shí)驗(yàn)及細(xì)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

35、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(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)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(xì)胞和正常細(xì)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(xì)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

36、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(xì)胞的增殖、生長、分化和凋亡等過程中發(fā)揮重要的生物學(xué)功能。Ras、PI(3)K和mTOR就是一類與細(xì)胞增殖緊密相關(guān)的蛋白激酶。真核細(xì)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(xì)胞生長方面起著關(guān)鍵作用。在絕大多數(shù)的人腫瘤細(xì)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(dǎo)致細(xì)胞的存活和生長不再受到養(yǎng)分等環(huán)境條件的限制，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)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

37、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(dāng)配體與膜受體結(jié)合后，受體激活p85并招募p110，進(jìn)而催化膜內(nèi)表面的PIP2（phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate）生成PI3P（phosphatidylinositol 3-phosphate）。PI3P作為第二信使，進(jìn)一步激活A(yù)KT和PDK1（phosphoinositide-dependent

38、 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(xì)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(diǎn)，取名為TOR7。與酵母相比，哺乳動物的TOR蛋白在進(jìn)化和功能上高度保守，也就相應(yīng)地稱為mTOR8。mTOR蛋白的C末端具有激酶活性，它是細(xì)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

39、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(xì)胞停滯在G1期而觸發(fā)細(xì)胞凋亡。簡單地說，當(dāng)EGF、胰島素等生長因子結(jié)合到細(xì)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(dǎo)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（如圖10）。激活后的mTOR蛋白促使底物S6K（S6 kinase）和4EBP1（4E binding protein 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

40、的磷酸化導(dǎo)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(yán)格調(diào)控細(xì)胞有絲分裂和代謝響應(yīng)不同的環(huán)境條件，保證細(xì)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(qiáng)度。相應(yīng)地，TSC1、TSC2或者LKB1的失活突變，就會導(dǎo)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(xì)胞在環(huán)境適宜條件下發(fā)生增殖的信號通路，在被癌細(xì)胞利用后就可以使癌細(xì)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(jì)了一系列針對m

41、TOR、PI(3)K、RTKs和Raf等激酶的藥物。在癌癥的分子機(jī)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(xì)胞和生物體內(nèi)的生理功能遠(yuǎn)比我們想象的要復(fù)雜。2) Ras-Raf通路與癌癥1982年，美國科學(xué)家R.A. Weinberg等人從膀胱癌細(xì)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）9。Ras基因在進(jìn)化中高度保守，廣泛存在于各種真核生物細(xì)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-ras。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

42、于細(xì)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(fù)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）。GRB2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(xì)胞膜上。

43、這樣，SOS與Ras形成復(fù)合體后，GTP取代GDP與Ras結(jié)合，Ras被激活；而當(dāng)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(xì)胞漿內(nèi)的Raf1蛋白至細(xì)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(xì)胞核內(nèi)并直接激活轉(zhuǎn)錄因子，產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)（如圖11）。需要特別指出的是，Raf的激活并不完全依賴于Ras，ERK也能被除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

44、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(fù)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(jī)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（如圖11）。腫瘤細(xì)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-activating protein）。NF1基因缺失突

45、變后，由于GTP水解的減少而導(dǎo)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(dá)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(diǎn)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(jìn)而活化下游的靶蛋白mTOR。需要指出的是，絲/蘇氨酸蛋白

46、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(diǎn)，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的突變。這條通路中另一個關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子是PTEN（phosphatasea基因的大量表達(dá)，這是PI(3)K信號通路在癌細(xì)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 and tensin homolog），作為重要的腫瘤抑制基因，它的突變將會導(dǎo)致第二信使PIP3的大量積累，過度激活下游的mTOR通路而使細(xì)胞發(fā)生癌變。4) 結(jié)語Ras-Raf和Ras-PI(3)K以及其所激活的mTOR信號通路涉及了多個癌基因和

47、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(diǎn)。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(jìn)入臨床試驗(yàn)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。原文檢索：Shaw RJ, Cantley LC. Ras, PI(3)K and mTOR ignaling controls tumour cell growth. Nature. 2006 May 25; 441(7092

48、): 424-430. 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(jìn)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，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(dǎo)致信號異?；罨?，就可能誘導(dǎo)癌癥的發(fā)生。1982年，R. Nusse和H.E. Varmus在小鼠乳腺癌細(xì)胞中克隆得到第一個Wnt基因，最初它被命名為Int1（integration 1）11。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

49、杰出貢獻(xiàn)而獲得1989年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)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、CK1、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(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，目前認(rèn)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(xì)胞骨架重排；Wn

50、t/Ca2+通路，通過釋放胞內(nèi)Ca2+來影響細(xì)胞粘連和相關(guān)基因表達(dá)。一般提到Wnt信號通路主要指的是由-Catenin介導(dǎo)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：(1) Frizzled（Fzd或Frz）：分泌型糖蛋白Wnt的細(xì)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(xì)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(fù)合物的功能，穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)中游離狀態(tài)的-

51、Catenin蛋白。細(xì)胞質(zhì)中積累的-Catenin蛋白進(jìn)入細(xì)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，GSK3能將磷酸基團(tuán)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(diǎn)磷酸化，隨后GSK3將-Catenin的Thr41、Ser37、Ser33位點(diǎn)磷酸化。(5) Axin：是一種支架蛋白，具有多個與其它蛋白作用

52、的位點(diǎn)，能與APC、GSK3、CK1等形成-Catenin降解復(fù)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。(6) TCF/ 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(jìn)下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)細(xì)胞沒有接受Wnt信號刺激時，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)大部分的-Catenin與細(xì)胞膜上Cadherin蛋白結(jié)合使之附著于細(xì)胞骨架蛋白肌動蛋白上，參與細(xì)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(fù)合物，最終通過泛素化修飾而降解。Wnt信號的激活

53、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(fù)合物的降解活性，穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)中游離狀態(tài)的-Catenin蛋白。胞漿中穩(wěn)定積累的-Catenin進(jìn)入細(xì)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(fù)合體解散-Catenin入核TCF/LEF下游基因轉(zhuǎn)錄（如圖12）。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

54、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APC基因都發(fā)生了突變，其缺失突變會導(dǎo)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(jìn)GSK3磷酸化-Catenin氨基端保守的Ser/Thr位點(diǎn)，并促使-Catenin降解。在腫瘤細(xì)胞中，APC基因的突變導(dǎo)致APC蛋白不能與-Catenin相互作用，同時也失去了對-Cat

55、enin表達(dá)水平的調(diào)節(jié)。-Catenin在胞漿內(nèi)大量積聚并進(jìn)入細(xì)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(dǎo)致了細(xì)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(jìn)入細(xì)胞核并激活與細(xì)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(dǎo)致細(xì)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(xì)胞瘤、脊髓母細(xì)胞瘤

56、、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(diǎn)，這些位點(diǎn)的突變使得-Catenin在胞內(nèi)表達(dá)失控，導(dǎo)致Wnt信號異常激活，從而誘發(fā)包括結(jié)直腸癌、肝母細(xì)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(xì)胞實(shí)驗(yàn)也證明如果阻斷Wnt信號通路可以抑制腫瘤細(xì)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(diǎn)，篩選分子藥物治療癌癥。目前，已有多種分子靶向藥物進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。然而癌癥的發(fā)生是一個多因素、多階段、

57、多基因變異積累的復(fù)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(xì)胞內(nèi)信號通路相互協(xié)同機(jī)制的研究，能夠?yàn)槲覀冊O(shè)計(jì)更加有效的抗癌藥物提供更多的理論基礎(chǔ)。原文檢索：Polakis P. The many ways of Wnt in cancer. Curr Opin Genet Dev. 2007 Feb; 17(1):45-51Klaus A, Birchmeier W. Wnt ignaling and its impact on development and cancer. Nature Reviews Cancer. 2008

58、 May; 8(5):387-398.6 BMP信號與結(jié)腸癌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(xué)過程。BMP信號的傳遞主要通過配體BMP與細(xì)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(fù)合物。同時，型受體（BMPR2）能夠活化I型受體（BMPR1），并進(jìn)一步將信號傳遞給

59、細(xì)胞內(nèi)的Smad分子。在BMP和TGF-信號由細(xì)胞膜傳遞至細(xì)胞核的過程中，Smad蛋白起到了關(guān)鍵性的作用?；罨腎型受體（BMPR1）進(jìn)一步磷酸化Smad蛋白（Smad1、Smad5和Smad8），促使Smad分子從細(xì)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(jìn)入細(xì)胞核。在細(xì)胞核內(nèi)，Smad多元復(fù)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（如圖13）。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

60、陷處即稱為結(jié)腸隱窩（colonic crypt）。結(jié)腸隱窩處的細(xì)胞類型依次為單層柱狀上皮細(xì)胞、干細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞（myofibroblast）和粘膜肌（muscularis mucosae）（如圖14）。結(jié)腸中的干細(xì)胞位于隱窩底部，不斷分裂增殖后形成的子細(xì)胞邊分化邊向內(nèi)移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)腸腔表面時就分化成為成熟的腸上皮細(xì)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(xì)胞中表達(dá)。例如，位于結(jié)腸粘膜層的柱狀上皮細(xì)胞表達(dá)BMP蛋白和BMP受體。同時通過免疫組化方法可以在這些細(xì)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(xì)胞中，BMP信號是被