Rho激酶在膠質(zhì)瘤侵襲調(diào)控中作用的研究進(jìn)展

李云濤　陳謙學(xué)★　吳庭楓　邵靈敏

·綜述·

Rho激酶在膠質(zhì)瘤侵襲調(diào)控中作用的研究進(jìn)展

李云濤陳謙學(xué)★吳庭楓邵靈敏

膠質(zhì)瘤是最常見的原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腦腫瘤，起源于神經(jīng)膠質(zhì)，約占成人惡性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的80%。其具有局部高侵襲力、高核分裂活性、血管生成和局部壞死等特點(diǎn)。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM，WHO Ⅳ級(jí)）是惡性程度最高的膠質(zhì)瘤，其中位生存期僅14.6個(gè)月，5年生存率僅為9.8%。膠質(zhì)瘤較少會(huì)轉(zhuǎn)移到中樞神經(jīng)系統(tǒng)之外，但在腦實(shí)質(zhì)中有較高的侵襲性。而且，無(wú)論何種級(jí)別的膠質(zhì)瘤均表現(xiàn)出較高的侵襲性，提示在膠質(zhì)瘤發(fā)生的早期即存在這種惡性表現(xiàn)［1］。到目前為止，仍無(wú)針對(duì)膠質(zhì)瘤有效的治療方法，膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后亦無(wú)明顯改善，且經(jīng)放、化療后腫瘤復(fù)發(fā)較明顯。而且，放化療等臨床治療手段會(huì)促進(jìn)膠質(zhì)瘤的侵襲能力［2］。所以，掌握膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展中侵襲的分子機(jī)制可能為膠質(zhì)瘤患者提供新的臨床治療方案。

1　Rho激酶

Rho激酶通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架肌動(dòng)蛋白的活性來(lái)影響細(xì)胞移行。正常細(xì)胞中，Rho激酶有正常的表達(dá)和調(diào)控，而在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，Rho激酶過(guò)度表達(dá)，活性異常增高。同時(shí)，Rho激酶下游蛋白已被證明可提高膠質(zhì)瘤的侵襲和生存能力。因此，對(duì)Rho激酶相關(guān)信號(hào)通路的研究將在膠質(zhì)瘤治療中發(fā)揮重要的作用。

Rho激酶家族屬于Ras大家族。目前已有20種已知的哺乳動(dòng)物Rho蛋白成員，分為Rac、Cdc42、Rho、Rnd、RhoD、RhoF、RhoH和RhoBTB八個(gè)亞家族，而Rac被認(rèn)為是整個(gè)家族的起源［3］。Rho激酶通過(guò)以無(wú)活性的GDP結(jié)合狀態(tài)或者有活性的GTP結(jié)合狀態(tài)，和其下游分子相互作用。而調(diào)節(jié)這種活性平衡的有三類細(xì)胞因子：鳥苷酸交換因子（GEFs），GTP 酶激活蛋白（GAPs），GDP 解離抑制因子（GDIs）。GEFs促進(jìn)GTP和GDP交換使Rho激酶激活，Rho GEFs有一個(gè)催化GDP和GTP交換的DH結(jié)構(gòu)域，其后面pH結(jié)構(gòu)域結(jié)合磷酸肌醇調(diào)節(jié)Rho GEFs的亞細(xì)胞定位［4］。研究表明，GEFs的活性在氮端序列移除后才得以表現(xiàn)，氮端序列可能扮演著自動(dòng)抑制DH結(jié)構(gòu)域作用的角色，這種抑制作用可能通過(guò)氮端的磷酸化而解除［4］。目前GEFs發(fā)揮作用的信號(hào)通路機(jī)制仍無(wú)較明確的數(shù)據(jù)支持。GAPs促進(jìn)GTP水解，使Rho激酶恢復(fù)至無(wú)活性的GDP結(jié)合狀態(tài)；GDIs阻止GDP與Rho蛋白的分離。最近研究表明Rho激酶可以受泛素化酶調(diào)節(jié)降解［5］，同時(shí)通過(guò)GDIs阻止Rho蛋白降解來(lái)調(diào)控體內(nèi)Rho蛋白平衡［6］。

目前，Rho家族中RhoA、Rac和Cdc42這3個(gè)成員，被認(rèn)為是和收縮性肌動(dòng)球蛋白細(xì)絲和外周肌動(dòng)蛋白網(wǎng)，包括板狀偽足和絲狀偽足等有關(guān)。同時(shí)，Rho家族成員之間存在著相互作用：Cdc42可以活化Rac；RhoA和Rac1存在著相互抑制的作用［3］；RhoG是Rac1的上游調(diào)節(jié)因子，并以此來(lái)促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)［7］。RhoA在細(xì)胞邊緣激活，RhoA信號(hào)通過(guò)下游效應(yīng)器p160 ROCK促進(jìn)肌球蛋白輕鏈的磷酸化［8］，影響肌球蛋白收縮性。Rac刺激肌動(dòng)蛋白驅(qū)動(dòng)突起，同時(shí)協(xié)調(diào)Cdc42整合細(xì)胞外定向因素來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞極性與運(yùn)動(dòng)［9］。

2　Rho激酶在膠質(zhì)瘤中的異常調(diào)節(jié)

研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤細(xì)胞中Rho激酶的表達(dá)和膠質(zhì)瘤惡性程度高度相關(guān)［10］。Rac1的表達(dá)水平和膠質(zhì)瘤等級(jí)呈正相關(guān)，Rac1能提高膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲性［11］。Rac1促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲是通過(guò)多種受體和效應(yīng)器實(shí)現(xiàn)的。目前已有研究證明，Rac1在腫瘤壞死因子樣微弱凋亡誘導(dǎo)因子（TWEAK）誘導(dǎo)激活A(yù)kt和NF-κB信號(hào)通路中有重要的作用，成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)誘導(dǎo)因子受體14（Fn14）信號(hào)通過(guò)Rac1提高細(xì)胞侵襲性，抵抗細(xì)胞毒性治療引起的凋亡［11，12］。值得一提的是，TWEAK-Fn14誘導(dǎo)的Rac1依賴于Cdc42的存在，而Rac1降解卻與TWEAK誘導(dǎo)激活的Cdc42無(wú)關(guān)［13］。TWEAKFn14信號(hào)通過(guò)TNF受體相關(guān)因子2 （TRAF2）依賴的SGEF和RhoG活性使Rac1激活。

Rac1和侵襲偽足的形成有重要關(guān)系。侵襲偽足作為細(xì)胞膜的一個(gè)結(jié)構(gòu)，可以降解細(xì)胞外基質(zhì)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲。Rac1的效應(yīng)器突觸伸蛋白2（SYNJ2） 在侵襲偽足中亦是高表達(dá)，SYNJ2的消耗會(huì)導(dǎo)致侵襲偽足形成的減少和膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲能力的降低［14］。Rac1在膠質(zhì)瘤細(xì)胞膜上的激活受香葉烯基轉(zhuǎn)移酶調(diào)控和RLIP76泛素化調(diào)節(jié)［15］。Cdc42在TWEAK-Fn14信號(hào)誘導(dǎo)的Rac1激活中有不可替代的作用，Cdc42的消耗使膠質(zhì)瘤細(xì)胞遷移和侵襲能力減弱［13］。在細(xì)胞極性和細(xì)胞移行功能中Cdc42和RhoG是Rac1的上游信號(hào)分子［16］。而在神經(jīng)肽處理的膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，Rac1和Cdc42盡管共同激活，但是關(guān)于他們相互之間的關(guān)系，仍無(wú)明確的數(shù)據(jù)支持。RhoG在膠質(zhì)瘤中高表達(dá)，其能刺激板狀偽足的形成，并能使Rac1激活［7，16］。在TWEAK-Fn14信號(hào)中，RhoG迅速激活，進(jìn)而提高Rac1活性。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，RhoG作為EGF信號(hào)通路的下游被激活，提高膠質(zhì)瘤細(xì)胞的遷移能力［16］。RhoA的活性和膠質(zhì)瘤細(xì)胞遷移能力呈負(fù)相關(guān)［11］。RhoA受體ROCK的抑制導(dǎo)致Ra c1的激活，進(jìn)而增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲性。RhoA對(duì)膠質(zhì)瘤的作用是通過(guò)改變細(xì)胞形態(tài)實(shí)現(xiàn)的。熒光能量共振轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)證明大鼠腦實(shí)質(zhì)中，Rac1和Cdc42的活性高，而在血管周圍區(qū)域中RhoA活性高，同時(shí)Rac1和Cdc42均有降低［17］。因此，RhoA影響著膠質(zhì)瘤細(xì)胞在不同的基質(zhì)中的侵襲能力。

GAPs家族中部分蛋白在膠質(zhì)瘤中存在異常表達(dá)。IQGAP1是Rac1調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲信號(hào)通路激活的重要調(diào)節(jié)因子。IQGAP1和Rac1結(jié)合，使Rac1保持GTP結(jié)合狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲。IQGAP1的缺失和高級(jí)別膠質(zhì)瘤患者的長(zhǎng)期預(yù)后有重要聯(lián)系［18］。GEFs家族部分成員在膠質(zhì)瘤中高表達(dá)。如在高侵襲的膠質(zhì)瘤組織中吞噬遷移因子1（ELMO1）和胞質(zhì)分裂作用因子1（Dock180），明顯高于周圍正常組織，同時(shí)在膠質(zhì)瘤細(xì)胞系和人正常星形膠質(zhì)細(xì)胞中有相同結(jié)論。研究亦證明了ELMO1/Dock180抑制劑能抑制膠質(zhì)瘤侵襲［19］。此外，其余三種GEFs：Trio，Ect2和Vav3在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中的表達(dá)高于低級(jí)膠質(zhì)瘤細(xì)胞，并且與患者預(yù)后有重要聯(lián)系。Trio和Ect2的降解能抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞生長(zhǎng)［20］。

3　Rho激酶與膠質(zhì)瘤耐藥

腫瘤侵襲和藥物抵抗密切關(guān)聯(lián)，他們通過(guò)共同的信號(hào)通路一起促進(jìn)疾病進(jìn)程，并導(dǎo)致治療失敗。例如，膠質(zhì)瘤細(xì)胞化療抵抗作用的提高來(lái)自于Bcl-2家族上游Rac1依賴的Akt2激活，由此提高腫瘤細(xì)胞生存能力。Akt2的激活導(dǎo)致MMP-9表達(dá)量的升高，促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的遷移和侵襲。對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的放射性照射會(huì)增強(qiáng)其侵襲性。TRAF2是TWEAK-Fn14軸SGEF-RhoG-Rac1促侵襲信號(hào)的上游，當(dāng)其在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中減少時(shí)會(huì)抑制細(xì)胞生長(zhǎng)，并賦予膠質(zhì)瘤細(xì)胞放療敏感性［21］。TRAF2傳導(dǎo)的信號(hào)不僅提高NF-κB信號(hào)通路的活性，還促進(jìn)JNK/SAPK激活，腫瘤炎性反應(yīng)、細(xì)胞遷移和放化療抵抗［22］。

4　討論

在膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)信號(hào)通路會(huì)失調(diào)。Rho激酶是膠質(zhì)瘤侵襲過(guò)程中重要的調(diào)控因子，同時(shí)Rho激酶在膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展等環(huán)節(jié)中均有促進(jìn)作用。因此，Rho激酶可以作為膠質(zhì)瘤臨床靶向治療的作用靶點(diǎn)。選擇性的抑制Rac活性可以誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤凋亡，但對(duì)正常星形膠質(zhì)細(xì)胞無(wú)影響［23］，為針對(duì)Rac抑制的臨床藥物治療方案提供了理論依據(jù)。而且，以Rho激酶通路抑制劑作為膠質(zhì)瘤臨床藥物治療手段將會(huì)有較大前景。

1 Louis D N. Molecular pathology of malignant gliomas. Annu Rev Pathol， 2006， 1：97～117.

2 Zhai G G， Malhotra R， Delaney M， et al. Radiation enhances the invasive potential of primary glioblastoma cells via activation of the Rho signaling pathway. J Neurooncol， 2006， 76（3）： 227～237.

3 Boureux A， Vignal E， Faure S， et al. Evolution of the Rho family of ras～like GTPases in eukaryotes. Mol Biol Evol， 2007， 24（1）： 203～216.

4 Rossman K L， Der C J， Sondek J. GEF means go： turning on RHO GTPases with guanine nucleotide-exchange factors. Nat Rev Mol Cell Biol， 2005， 6（2）： 167～180.

5 Ding F， Yin Z， Wang H R. Ubiquitination in Rho signaling. Curr Top Med Chem， 2011， 11（23）： 2879～2887.

6 Boulter E， Garcia-Mata R， Guilluy C， et al. Regulation of Rho GTPase crosstalk， degradation and activity by RhoGDI1. Nat Cell Biol， 2010，12（5）： 477～483.

7 Katoh H， Negishi M. RhoG activates Rac1 by direct interaction with the Dock180-binding protein Elmo. Nature， 2003， 424（6947）： 461～464.

8 Machacek M， Hodgson L， Welch C， et al. Coordination of Rho GTPase activities during cell protrusion. Nature， 2009， 461（7260）： 99～103.

9 Etienne-Manneville S， Hall A. Integrin-mediated activation of Cdc42 controls cell polarity in migrating astrocytes through PKCzeta. Cell，2001， 106（4）： 489～498.

10 Nutt C L， Mani D R， Betensky R A， et al. Gene expression～based classification of malignant gliomas correlates better with survival than histological classification. Cancer Res， 2003， 63（7）： 1602～1607.

11 Tran N L， McDonough W S， Savitch B A， et al. Increased fibroblast growth factor-inducible 14 expression levels promote glioma cell invasion via Rac1 and nuclear factor-kappaB and correlate with poor patient outcome. Cancer Res， 2006， 66（19）： 9535～9542.

12 Tran N L， McDonough W S， Savitch B A， et al. The tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis （TWEAK）-fibroblast growth factor-inducible 14 （Fn14） signaling system regulates glioma cell survival via NFkappaB pathway activation and BCL-XL/BCL-W expression. J Biol Chem， 2005， 280（5）： 3483～3492.

13 Fortin S P， Ennis M J， Schumacher C A， et al. Cdc42 and the guanine nucleotide exchange factors Ect2 and trio mediate Fn14-induced migration and invasion of glioblastoma cells. Mol Cancer Res， 2012，10（7）： 958～968.

14 Chuang Y Y， Tran N L， Rusk N， et al. Role of synaptojanin 2 in glioma cell migration and invasion. Cancer Res， 2004， 64（22）： 8271～8275.

15 Wang Q， Wang J Y， Zhang X P， et al. RLIP76 is overexpressed in human glioblastomas and is required for proliferation， tumorigenesis and suppression of apoptosis. Carcinogenesis， 2013， 34（4）： 916～926.

16 Kwiatkowska A， Didier S， Fortin S， et al. The small GTPase RhoG mediates glioblastoma cell invasion. Mol Cancer， 2012， 11：65.

17 Hirata E， Yukinaga H， Kamioka Y， et al. In vivo fluorescence resonance energy transfer imaging reveals differential activation of Rho-family GTPases in glioblastoma cell invasion. J Cell Sci， 2012， 125（Pt 4）：858～868.

18 McDonald K L， O'Sullivan M G， Parkinson J F， et al. IQGAP1 and IGFBP2： valuable biomarkers for determining prognosis in glioma patients. J Neuropathol Exp Neurol， 2007， 66（5）： 405～417.

19 Jarzynka M J， Hu B， Hui K M， et al. ELMO1 and Dock180， a bipartite Rac1 guanine nucleotide exchange factor， promote human glioma cell invasion. Cancer Res， 2007， 67（15）： 7203～7211.

20 Salhia B， Tran N L， Chan A， et al. The guanine nucleotide exchange factors trio， Ect2， and Vav3 mediate the invasive behavior of glioblastoma. Am J Pathol， 2008， 173（6）： 1828～1838.

21 Zheng M， Morgan-Lappe S E， Yang J， et al. Growth inhibition and radiosensitization of glioblastoma and lung cancer cells by small interfering RNA silencing of tumor necrosis factor receptor-associated factor 2. Cancer Res， 2008， 68（18）： 7570～7578.

22 Natoli G， Costanzo A， Ianni A， et al. Activation of SAPK/JNK by TNF receptor 1 through a noncytotoxic TRAF2-dependent pathway. Science， 1997， 275（5297）： 200～203.

23 Senger D L， Tudan C， Guiot M C， et al. Suppression of Rac activity induces apoptosis of human glioma cells but not normal human astrocytes. Cancer Res， 2002， 62（7）： 2131～2140.

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