Ras/Raf/MEK/ERK通路與低氧性疾病關(guān)系的研究進展*

韓園芳 綜述，冀林華 審校

(1.青海大學(xué)研究生院，青海西寧 810000；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院血液科，青海西寧 810001)

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Ras/Raf/MEK/ERK通路與低氧性疾病關(guān)系的研究進展*

韓園芳1綜述，冀林華2△審校

(1.青海大學(xué)研究生院，青海西寧 810000；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院血液科，青海西寧 810001)

Ras/Raf/MEK/ERK；信號通路；低氧性疾病

Ras/Raf/MEK/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)信號通路又稱ERK通路，該通路主要由一個三級酶聯(lián)功能單位構(gòu)成，其通過“瀑布式”的級聯(lián)反應(yīng)，將細(xì)胞外刺激信號傳至細(xì)胞內(nèi)，引起一系列細(xì)胞反應(yīng)，從而調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、轉(zhuǎn)移等功能。ERK通路與低氧性疾病的發(fā)生、發(fā)展及治療存在著不可忽視的聯(lián)系。現(xiàn)結(jié)合相關(guān)文獻，對Ras/Raf/MEK/ERK信號通路的生物學(xué)特征及與多種缺血低氧性疾病關(guān)系的研究進展綜述如下。

1　Ras/Raf/MEK/ERK信號通路的組成特征

1.1Ras蛋白超家族Ras蛋白超家族結(jié)構(gòu)上均由約190個氨基酸殘基構(gòu)成，僅有一個鳥苷三磷酸(guanosine triphosphate，GTP)酶結(jié)構(gòu)域。Ras家族包含3種基因類型：HRAS、NRAS和編碼21×103蛋白的KRAS。Ras基因是一種低相對分子質(zhì)量GTP結(jié)合蛋白，它有多條信號通路，包括Raf/MEK/ERK、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kenase B，PI3K/Akt)和RasG37、Ral-鳥苷酸交換因子(guanine-nucleotide exchange factor，GEF)通路，其中Ras/Raf/MEK/ERK途徑與細(xì)胞的增殖和分化密切相關(guān)[1]。Ras及相關(guān)蛋白在眾多的細(xì)胞調(diào)節(jié)過程中起著關(guān)鍵作用,包括細(xì)胞增殖與分化、胞內(nèi)胞液間運輸、胞內(nèi)氧化酶的產(chǎn)生、細(xì)胞骨架的調(diào)控及胞外信息的跨膜傳遞等分子開關(guān)作用。

1.2Raf基因家族Raf是絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶又稱絲裂原活化蛋白質(zhì)激酶激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK)，Raf激酶家族是Ras的下游效應(yīng)，是公認(rèn)的介導(dǎo)增殖信號的必需成分。目前有Raf-1、A-Raf、B-Raf 3種類型，其中Raf-1是研究最廣泛也是功能最多的激酶。Raf可以通過不同的磷酸化使細(xì)胞外不同的信號轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)特殊的信號應(yīng)答，其通常是由一系列復(fù)雜的事件所活化，包括：(1)通過與Ras的配合招募到質(zhì)膜；(2)Raf蛋白二聚體的形成；(3)在不同的區(qū)域磷酸化或去磷酸化；(4)Raf激酶抑制劑的裂解；(5)與支架性復(fù)合物的聯(lián)系。

1.3MEK與ERKMEK即絲裂原活化蛋白質(zhì)激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK)，是絲裂原活化蛋白激酶的一種，主要包括即MEK1和MEK2兩種類型，雖然MEK1和MEK2有90%的氨基酸序列相似，但發(fā)現(xiàn)cDNA的核苷酸序列存在差異，表明它們是不同的基因產(chǎn)物。MEK1與MEK2被Ras和Raf下游位于激活結(jié)構(gòu)域的兩個磷?；慕z氨酸殘基所活化[2]。ERK屬于絲裂原活化蛋白質(zhì)激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)家族，又被稱為MAPK，具有兩種異構(gòu)體：ERK1和ERK2[3]，其可在多種不同的信號傳導(dǎo)途徑中充當(dāng)一種共同的信號傳導(dǎo)成份，且在細(xì)胞周期調(diào)控中發(fā)揮重要的作用。ERK1和ERK2在細(xì)胞周期進展和細(xì)胞增殖中的作用被很好地建立在許多類型的細(xì)胞，包括免疫細(xì)胞。此外，ERK的激活需要3個階段：(1)Ras激活Raf；(2)活化的Raf激活MEK1/2，MEK1/2磷酸化；(3)磷酸化的MEK1/2激活ERK1/2[4-7]。ERK是細(xì)胞信號傳導(dǎo)過程中的一個重要節(jié)點，ERK活化后可將細(xì)胞外信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)。

2　Ras/Raf/MEK/ERK信號通路的傳導(dǎo)過程

被生長因子激活的酪氨酸激酶受體(receptor tyrosine kinases,RTKs)以直接或間接的方式結(jié)合生長因子受體結(jié)合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，GRB2)。GRB2與受體酪氨酸激酶結(jié)合后招募SOS(son of seven-less)蛋白定位在與Ras相鄰的細(xì)胞膜上。SOS與Ras形成復(fù)合體后，GTP取代鳥苷二磷酸(GDP)與Ras結(jié)合，Ras被激活，Ras-GTP可募集一種Ser/Thr磷酸化激酶Raf，其通過與膜結(jié)合的Ras-GTP和額外的修飾如磷酸化在質(zhì)膜被激活，Raf被激活后，依次激活MEK1和MAPK。MEK經(jīng)磷酸化最終激活ERK，活化的ERK入核，啟動相應(yīng)轉(zhuǎn)錄子的轉(zhuǎn)錄?；罨腗APK可催化活化蛋白1(activating protein 1，AP-l)、核因子白細(xì)胞介素-6(nuclear factor interleukin-6，NF-IL-6)和E26轉(zhuǎn)錄因子(E26 transformation-specific，Ets)家族中的成員等多種核轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化而活化,調(diào)節(jié)多種基因的表達。借此磷酸化級聯(lián)反應(yīng)，細(xì)胞外刺激信號傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，引起一系列細(xì)胞反應(yīng)，從而調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、轉(zhuǎn)移等功能[8-10]。

3　Ras/Raf/MEK/ERK信號傳導(dǎo)通路與多種低氧相關(guān)性疾病的關(guān)系

3.1Ras/Raf/MEK/ERK信號通路與腫瘤人類癌癥是癌基因和抑癌基因與癌癥易感基因多態(tài)性遺傳引起體細(xì)胞突變的一起復(fù)雜的多基因遺傳病。在不同類型的癌癥中，許多癌基因和抑癌基因突變已被詳細(xì)研究。然而，在疾病的發(fā)生和發(fā)展中，遺傳背景的作用卻知之甚少。因此，確定致癌特性和相關(guān)自然變異之間的功能鏈接仍然是一個挑戰(zhàn)[11]。最近，許多研究發(fā)現(xiàn)腫瘤的發(fā)生與一些信號傳導(dǎo)通路的異常激活有關(guān)，如Ras基因的突變在人類癌癥中占很大比例[12]。信號傳導(dǎo)途徑的改變導(dǎo)致不受控制的細(xì)胞增殖、存活、侵入和轉(zhuǎn)移是致癌過程的標(biāo)志[13]。Ras/ Raf /MEK/ERK途徑由于各成分的遺傳改變或細(xì)胞表面受體上游的激活，其在人類癌癥中通常是失調(diào)的[14]，如在皮膚腫瘤中Ras蛋白表達水平增高。Raf蛋白的過度表達與細(xì)胞生長、細(xì)胞周期停滯甚至凋亡有關(guān)，目前研究顯示,ERK在肝癌、頭頸部鱗癌及前列腺癌等多種腫瘤組織中異常表達或活性增強。此外，Ras/Raf/MEK/ERK的異常激活也能誘導(dǎo)造血細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。通過多種疾病的征象表明，Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在臨床腫瘤發(fā)展中與一些小分子抑制劑有很大關(guān)系。大量研究結(jié)果表明，Ras/Raf/MEK/ERK在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，對指導(dǎo)腫瘤臨床治療具有重大意義。

3.1.1兒童急性淋巴細(xì)胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)ALL如果發(fā)生于小于1歲的嬰幼兒，則表示此種早發(fā)類型的白血病具有極強的攻擊性，并且容易復(fù)發(fā)，預(yù)后效果較差[15]。兒童ALL均表現(xiàn)出Ras/Raf/MEK/ERK途徑失調(diào)，其由點突變、基因缺失和基因類型繁多的染色體易位造成，強調(diào)了該通路在白血病發(fā)生中的重要性。在ALL中，基因突變導(dǎo)致Ras通路被反復(fù)激活，這些突變因子包括NRAS、KRAS、BRAF、FMS相關(guān)酪氨酸激酶3(FMS-like tyrosine kinase-3,FLT3)、蛋白酪氨酸磷酸酶、非受體型11、B系淋巴瘤和NF1。其中NRAS、KRAS突變較常見[16-18]。NRAS基因突變多見于ALL和其他血液系統(tǒng)惡性腫瘤，而KRAS突變多見于上皮的惡性腫瘤[10]。Ras/Raf/MEK/ERK信號通路的激活可以應(yīng)用于疾病的治療，為復(fù)發(fā)性ALL和其他高風(fēng)險的亞群提供新療法[19]。

3.1.2黑色素瘤黑色素瘤(melanoma)又稱為惡性黑色素瘤，是一種能產(chǎn)生黑色素的高度惡性腫瘤，發(fā)生于皮膚者以足底部和外陰及肛門周圍多見。近幾十年，惡性黑色素瘤的患病率逐漸上升。據(jù)估計，2012年美國診斷出約76 250例新發(fā)病例，其中約9 180例患者可能死于該病[20]。黑色素瘤的預(yù)后較差，對系統(tǒng)治療的反應(yīng)率極低[21]，其中位生存期僅為6～9個月。然而，隨著靶向治療和免疫治療的發(fā)展，黑色素瘤的治療效果得到很大程度地提高。其中，靶向治療主要針對BRAF基因突變進行治療。BRAF是Ras/Raf/MEK/ERK途徑的一個重要因子，并且是MEK的主要激動劑，其突變率在黑色素瘤中可達到40%，是已知主要的癌癥驅(qū)動力[22-23]。BRAF最常見的突變位于15號外顯子和由谷氨酸替代纈氨酸的第600位密碼子上，V600K和V600G/R突變不太常見。NRas在黑色素瘤中的突變率約為20%。新近報道的數(shù)據(jù)表明，BRAF抑制劑獲得的抗性往往與MAP激酶途徑的活化相關(guān)聯(lián)，這使得BRAF抗性黑色素瘤細(xì)胞抑制劑易與BRAF和MEK結(jié)合。目前，已經(jīng)開發(fā)出兩種選擇性BRAF抑制劑化合物，其臨床有效性高，而兩種非選擇性BRAF抑制劑還處于臨床試驗評估階段。RAF-265就是針對突變/野生型BRAF和血管內(nèi)皮生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)的一種小分子多激酶抑制劑[24]。

3.2Ras/Raf/MEK/ERK信號通路與阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)在神經(jīng)系統(tǒng)中,Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在神經(jīng)祖細(xì)胞的生成、學(xué)習(xí)和記憶等方面發(fā)揮重要作用。AD是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要表現(xiàn)為漸進性記憶障礙、認(rèn)知功能障礙、人格改變及語言障礙等神經(jīng)精神癥狀，Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在AD患者易感神經(jīng)元內(nèi)可以被激活,提示ERK信號傳導(dǎo)通路在AD的病理生理和發(fā)病機制中具有重要作用，如Tau蛋白磷酸化、β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)沉積。在早期認(rèn)知功能減退，如學(xué)習(xí)、記憶等方面，Aβ通過擾動突觸功能和認(rèn)知過程引起AD。畢勝等[25]通過ERK蛋白質(zhì)印跡法證明AD患者ERK蛋白水平高于帕金森癡呆患者及健康老年人。

3.3Ras/Raf/MEK/ERK信號通路與循環(huán)系統(tǒng)疾病心肌肥厚是心肌工作量增加而導(dǎo)致的不同心血管疾病的一種適應(yīng)性反應(yīng)。雖然對該應(yīng)力的代償反應(yīng)被視為支持心輸出量增加的有效手段，但長時間的心肌肥大最終會導(dǎo)致猝死或進展為心臟衰竭。Ras/Raf/MEK/ERK信號通路的激活在許多增殖性疾病如心肌肥厚中起著至關(guān)重要的作用，心肌肥大的發(fā)生與局部RAS的激活聯(lián)系密切，其主要活性物質(zhì)血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)的生物學(xué)作用是通過位于組織細(xì)胞上的特異性受體介導(dǎo)的，ERK就是其中一種被AngⅡ激活的信號物質(zhì)。ERK活化后參與多種刺激因素的促心肌肥大和增殖，進而演變成慢性心力衰竭，而心錨蛋白重復(fù)序列蛋白會通過抑制ERK通路的表達來減弱心臟肥大。以上證據(jù)表明心力衰竭與Ras/Raf/MEK/ERK信號通路密切相關(guān)。

3.4Ras/Raf/MEK/ERK信號通路與皮膚光老化皮膚是人體最大的器官，它的自我修復(fù)能力貫穿人的一生。隨著年齡的增加及某些外界因素的影響，皮膚會逐漸老化。紫外線輻射可導(dǎo)致皮膚成纖維細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生大量的活性氧簇，活性氧簇可介導(dǎo)細(xì)胞表面表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)激活，EGFR激活后可介導(dǎo)Ras的激活，從而激活Ras/Raf/MEK/ERK傳導(dǎo)通路。有研究表明，成年皮膚駐留在干細(xì)胞/祖細(xì)胞，生長停滯、衰老、凋亡性死亡和功能障礙由關(guān)鍵信號的突變引起，如Ras/Raf/MEK/ERK、PI3K/Akt信號通路，以及Wnt信號、p21和p53等已經(jīng)在皮膚再生中顯示出重要的功能[26]。

4　展　　望

綜上所述，低氧是人類眾多疾病中常見的一個重要病理生理過程，了解ERK通路在低氧性疾病中的作用機制能為這類疾病的治療提供新的思路和方法。通過對ERK通路多年來的研究積累，了解到ERK通路主要是通過在不同時間、不同空間條件下的激活實現(xiàn)其對細(xì)胞應(yīng)答的調(diào)節(jié),阻斷其信號傳導(dǎo)鏈中的任何一個環(huán)節(jié),就有可能阻斷相應(yīng)疾病的發(fā)生。據(jù)此可以認(rèn)為，隨著對細(xì)胞通路機制研究的不斷深入，將會有更多的針對該通路的新型治療藥物不斷涌現(xiàn)出來。除此之外,Ras/Raf/MEK/ERK通路信號分子的變化及對各個系統(tǒng)的影響，相關(guān)通路信號分子抑制劑干預(yù)的效應(yīng)都需要引起高度的關(guān)注和進行深入的研究。

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2014年青海省科技廳國際合作項目(2014-HZ-808)。作者簡介：韓園芳(1989-)，在讀碩士，主要從事血液病學(xué)研究?！?/p>

，E-mail：lindaji1@163.com。

R363

A

1671-8348(2016)21-3004-04

2016-01-08

2016-03-26)

·綜述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.21.041