ERK1/2研究進展及其與神經膠質瘤相關性

潘偉東 綜 述，王東軍審 校

（廣東醫(yī)學院，廣東 湛江 524023）

MAPK信號轉導通路是細胞內重要的信號轉導系統。ERK作為MAPKs家族的一個重要亞族，ERK1和ERK2是其中的兩個重要成員。ERK可被各種生長因子等有絲分裂原激活，進入細胞核作用于轉錄因子，促進某些基因的轉錄與表達，以及促進細胞增殖、分化、遷移、侵襲，抑制細胞凋亡。ERK的過度表達在細胞惡性轉化及演進中起著重要的作用[1]。

1 ERK1/2的發(fā)現及結構特點

MAPKs家族在調節(jié)細胞增殖、分化、凋亡、生存中起著重要作用[2]，其中包括 ERK1/2、p38[MAPK]、JNK[MAPK]、ERK5/BMK1等。ERK1/2是由Boulton等[3-4]于20世紀90年代初期分離并鑒定出的一種蛋白激酶的C-DNA序列，因多種細胞外信號均可激活該蛋白激酶而得名，相對分子量分別為44 kD和42 kD。ERK定位于染色體1p34～35，全長3 118 bp，開放閱讀框編碼978個氨基酸殘基。ERK肽鏈的183位蘇氨酸和185位酪氨酸均發(fā)生磷酸化為該激酶活化所必須[5]，其在MAPK途徑中不僅作為轉錄因子，而且是膜蛋白。ERK激酶家族屬于酪氨酸蛋白激酶[6]，此類激酶在磷酸化以后才能發(fā)揮其活性。ERK蛋白具有絲氨酸和酪氨酸的雙重磷酸化能力，是ERK通路中與細胞轉錄水平最為接近的一種蛋白激酶，ERK1和ERK2由激酶結構域組成，高度保守，有90%同源性，并且在體外有相同的作用底物，提示二者有功能上的重疊[5]。ERK1/2為脯氨酸導向的絲氨酸/蘇氨酸激酶，可以使脯氨酸相鄰的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，且ERK1/2蛋白的表達水平與組織、細胞類型以及所處的不同階段密切相關[7]，ERK1/2正常定位于細胞漿內，當激活后進入細胞核，作用于多種轉錄因子及核蛋白，參與細胞增殖、分化、遷移、侵襲和凋亡等多種生物學效應。

2 ERK1/2的信號通路

MAPK信號通路是廣泛存在于各種動物細胞中的一條信號轉導途徑，MAPK信號途徑可調節(jié)從基因表達到細胞死亡幾乎所有的細胞過程[8-9]，并在細胞惡變和腫瘤浸潤轉移過程中起著重要作用[10]。ERK是MAPKs家族一個重要亞族（ERK又稱為MAPK），遵循MAPKs三級酶促級聯反應[11]，上游激活蛋白—MAPK激酶的激酶（MAPKKK）—MAPK激酶(MAPKK)—MAPK。在ERKs傳遞途徑中，Ras作為上游激活蛋白，Raf作為MAPKKK，MAPK/ERK激酶（MEK）作為MAPKK，而ERK作為MAPK。從細胞受到刺激至細胞出現相應的生物學效應，其間就是通過上述MAPK信號轉導通路多級激酶級聯反應過程。Ras蛋白是最早發(fā)現的小G蛋白，是癌基因ras產物，Ras/Raf/MEK/ERK細胞信號傳導通路，活化的中心是使Ras進行鳥苷酸交換變成其活化形式Ras-GTP。只有磷酸化的ERKl/2才具有活性。ERK接受上游的級聯反應信號，變成磷酸化的EKR(P-ERK)，并轉位入細胞核，調節(jié)核內某些的轉錄因子活性，如 c-fos、c-Jun、Elk-1、STATs、c-myc、Max、ATF2和NF-κB等，這些轉錄因子進一步調節(jié)它們各自靶基因的轉錄，引起特定蛋白的表達或活性改變，從而參與多種細胞生物學效應（如增殖、分化、轉化和凋亡等）[12-14]。PD98059是MAPK信號傳導通路的特異性阻斷劑，特異地抑制ERK的上游激酶MEK1（MEK1是ERK1/2主要的活化劑[15]），它通過與非活性形式的MEK1結合抑制MEK1的激活與磷酸化[16]，因而具有阻斷ERK信號通路的作用。

3 ERKl/2與細胞生物學反應的關系

3.1 ERKl/2參與細胞增殖和分化 Luo等[17]在探究bFGF刺激胃部上皮細胞增殖可能的機制中發(fā)現bFGF首先上調成纖維細胞生長因子受體（FGFR1和FGFR2），繼之激活ERK1/2信號傳導通路，從而增加COX-2表達引起RGM-1細胞增殖，且這個過程和p38[MAPK]、PI3K信號通路無關，同時觀察到地塞米松能夠抑制bFGF誘導的ERK1/2和COX-2表達，來阻止RGM-1細胞增殖。ERK1/2信號途徑，主要是通過影響細胞周期機制來調節(jié)細胞增殖[18]。Khan等[19]的研究也證實了這一點，他們研究DHA（Docosahexaenoic acid，二十二碳六烯酸）在FM3A老鼠乳腺癌細胞中調節(jié)細胞生長增殖過程中的作用時發(fā)現ERK1/2活性受抑制和P27Kip1水平上調，它們通過作用參與細胞周期G1-to-S轉化調節(jié)的CDK2/cyclin E，起著抑制細胞周期末期G1向S期轉化，阻止細胞生長增殖的作用，其中DHA誘導的ERK1/2活性受抑制是上調P27Kip1水平所必須的。ERK的功能是控制細胞分化[20]，其在細胞分化中的作用，國內學者也做了較多研究。何艷等[21]應用Western blot法檢測到經蛇毒神經生長因子（NGF）處理的PC12細胞，在10 min后ERK1/2明顯磷酸化而活化；且培養(yǎng)液中加入NGF作用96 h，見PC12細胞，明顯分化，出現多個突起；而在NGF作用前30 min，使用20 μmol/L，PD98059預處理PC12細胞后，觀察到細胞以圓形或橢圓形居多，無明顯分化。

3.2 ERKl/2參與細胞遷移過程 以往的研究顯示，在正常組織中檢測不到ERK的激活，在多種惡性腫瘤中發(fā)生ERK的活化，ERK信號通路參與細胞遷移能力的調節(jié)[22]。Rodriguez等[23]在利用海拉癌細胞株研究人類癌基因Cot和細胞遷移關系時發(fā)現，人類癌基因Cot能特異性引起ERK1/2磷酸化水平增加，是細胞發(fā)生遷移的必須因素；并且ERKl/2的特異阻斷劑U0126，能降低Cot誘導的ERK1/2磷酸化引起的細胞遷移能力。先前Eliopoulos等[24]利用小鼠巨噬細胞應用Western blot法分析Cot和LPS（lipopolysaccharide，脂多糖）誘導的前列腺素合成關系證實：Cot通過活化的ERK1/2信號途徑激活p90RSK和Msk1，后者能依次磷酸化和活化CREB和COX2催化劑，促使COX2蛋白表達，并進一步促進細胞遷移過程發(fā)生[22]。

3.3 ERKl/2參與細胞侵襲與核轉位 Piette等[25]在研究巨噬細胞移動抑制因子（MIF）在腫瘤細胞生長、侵襲過程中作用時觀察到：MIF通過活化ERK1/2信號傳導途徑來增強神經膠質瘤U373 MG細胞的遷移和侵襲能力；而地塞米松阻止神經膠質瘤U373 MG細胞遷移、侵襲過程是通過GR受體介導抑制ERK1/2途徑完成的。但是較多的研究表明，不同的趨化因子活化多條相互不重疊的信號傳導通路參與到神經膠質瘤侵襲作用中[26]，表皮生長因子（EGF）引起的神經膠質瘤細胞株侵襲能力依賴于ERK1/2和PI3K活性，而趨化因子CXCL12引起的神經膠質瘤細胞移動侵襲過程中，發(fā)現ERK1/2信號通路參與其中，而未見PI3K信號通路。先前研究多致力于特異性激酶如何調節(jié)ERK1/2活性[27]，近來研究發(fā)現：腫瘤細胞中ERK1/2信號傳導通路引起的生物學效應可通過內生性ERK1/2“調制器”的表達發(fā)生變化，另外抗凋亡因子PEA-15，通過抑制Caspases級聯激活發(fā)揮作用[28]，另外，PEA-15對腫瘤細胞侵襲能力和發(fā)展演進過程影響，是通過PEA-15和ERK1/2結合，阻止ERK1/2細胞核轉位完成的，預示著ERK1/2細胞核轉位在腫瘤細胞侵襲過程中的重要性[29]。

4 ERKl/2和PI3K關系

ERK1/2和PI3K是細胞內重要信號傳導途徑[30]，ERK1/2和PI3K的表達與腫瘤的增殖、癌性轉化、腫瘤細胞耐藥等方面有密切關系[31]。Failly等[32]在培養(yǎng)神經膠質瘤細胞株中應用ELISA法和流式細胞儀分別觀察細胞增殖、凋亡情況時發(fā)現：ERK1/2和PI3K在體外膠質瘤細胞存活、抗凋亡過程中起著重要作用；ERK1/2和PI3K抑制劑單一或(和)聯合處理LN215和LN229細胞，引起大量（85%～95%）細胞凋亡；實驗中應用Western blot方法還觀察到：經過U0126處理的U373和LN229細胞中AKT磷酸化水平下降，表明了RAS/MEK/ERK和PI3K/AKT信號途徑間存在某種相互聯系。

Allen等[33]的研究表明，ERK1/2和PI3K兩條信號途徑之間存在交叉關系，且兩條信號途徑間相互作用形式具體表現為協同或拮抗。May等[34]研究證實：ATP激活ERK1/2，活化過程依賴于PI3K活性，應用PI3K抑制劑（Ly294002）能夠阻止ATP對ERK1/2磷酸化作用。對c-myc誘導的細胞轉化和凋亡研究中發(fā)現ERK1/2信號途徑的成員Raf促進凋亡，PI3-K信號途徑的成員Akt抑制凋亡[35]，而Akt通過磷酸化Raf Ser259，使Raf活性喪失，進而Raf與其負調控因子14-3-3蛋白結合，抑制ERK1/2信號途徑[36]。

5 ERKl/2與神經膠質瘤細胞凋亡的關系

許多癌基因和抑癌基因相關產物是細胞生長、增殖、分化等信號轉導途徑中的因子，如：ERK1/2信號途徑的Ras、Raf、C-Myc以及PI-3K信號途徑的Akt等均為原癌基因產物[37]，其中細胞信號轉導通路的異常是細胞癌變的主要原因之一。ERK1/2在細胞轉化、存活、抗凋亡過程中起著至關重要的作用[38]，ERK1/2的激活使轉錄因子磷酸化來調節(jié)基因的表達，促進細胞增殖，阻止細胞凋亡。對神經鞘氨醇誘導的神經膠質瘤C6細胞凋亡研究發(fā)現ERK1/2信號途徑介導細胞凋亡過程，且細胞的凋亡只發(fā)生于ERK1/2活性降低或消失時[39]。Tian等[40]研究也證實：PKCα-ERK1/2信號途徑在三苯氧胺（TAM）誘導的神經膠質瘤C6細胞凋亡中起消極（負性）作用，使用ERK1/2抑制劑能有效增強TAM抑制腫瘤細胞生長、增殖作用。深入研究發(fā)現：ERK1/2在細胞生存和凋亡過程中的作用，依靠于ERK1/2持續(xù)的激活和亞細胞定位[41]，且在所有神經膠質瘤細胞系細胞凋亡中發(fā)現ERK1/2和PKB/AKT磷酸化水平下降，但與U373和LN401發(fā)生細胞凋亡無關系，提示還有另外促使細胞凋亡的機制節(jié)點存在[32]。

6 展 望

神經膠質瘤是中樞神經系統最常見的原發(fā)惡性腫瘤，年發(fā)病率為5/100 000左右[42]，具有侵襲性生長，惡性程度高、易復發(fā)、手術切除率低等特點，放療、傳統細胞毒性化療藥物缺乏特異性，是預后最差的惡性腫瘤之一。ERK信號傳導通路是細胞存活和抗凋亡信號途徑，可被多種細胞外刺激信號激活,參與調節(jié)細胞的增殖、分化、遷移、侵襲和凋亡等細胞生理活動。盡管ERK1/2信號通路與神經膠質瘤的發(fā)生密切相關，但其確切的作用機制尚不完全清楚。相信隨著基因組學和生物學技術的進一步發(fā)展，其在神經膠質瘤的發(fā)生發(fā)展中的作用機制將會越來越清晰，也將會為臨床上神經膠質瘤的治療及預后判斷提供新的思路和方法。

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