Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在腫瘤中的研究進(jìn)展

劉盟盟

Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在腫瘤中的研究進(jìn)展

劉盟盟

絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶信號傳導(dǎo)通路(MAPK/ERK)是真核細(xì)胞中廣泛存在的一條復(fù)雜的高度保守的細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展及惡性轉(zhuǎn)化過程中非常重要。其中，Ras/Raf/MEK/ERK是該通路中的一條經(jīng)典通路，參與腫瘤發(fā)展的機(jī)制包括：誘導(dǎo)惡性腫瘤異常增殖、侵襲生長和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)將Ras/Raf/MEK/ERK信號通路發(fā)生、發(fā)展及作一綜述。

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases,MAPK）是三級激酶級聯(lián)放大反應(yīng)傳導(dǎo)信號，具有高度保守的特性，當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激后先激活MAPK激酶的激酶(MAPKKK),進(jìn)一步激活 MAPK激酶(MAPKK)，MAPKK進(jìn)一步磷酸化激活MAPK，其作用位點發(fā)生在蘇氨酸和酪氨酸殘基，激活后直接作用于其相應(yīng)的底物，將胞漿蛋白磷酸化，產(chǎn)生一系列生理反映[1]。MAPK代表絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，控制著細(xì)胞的增殖、 分化以及細(xì)胞的凋亡等多種生物過程。在哺乳動物體內(nèi)已被發(fā)現(xiàn)的MAPK家族成員包括 4類：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶 (extracellular signal regulated kinase ERK)、P38 分裂原激活蛋白激酶P38MAPK(P38 mitogen activated protein kinase，)、c- Jun 氨基末端激酶JNK(c- Jun N- terminal kinase，)、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶5(extracellular regulated kinase 5， ERK5)[2]。Ras-Raf-MEK-ERK作為最經(jīng)典的信號通路目前研究最為廣泛，該信號通路由鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白 Ras、Raf、有絲分裂原活化蛋白激酶 MEK和細(xì)胞外活化蛋白激酶ERK組成。

1 Ras-Raf-MEK-ERK細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路與腫瘤

1.1 Ras-Raf-MEK-ERK細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路

Ras-Raf-MEK-ERK細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路是由一個小GTP蛋白連接膜結(jié)合配體啟動受體酪氨酸激酶和胞漿蛋白組成的級聯(lián)反應(yīng)。與GTP結(jié)合后活化的Ras募集級聯(lián)反應(yīng)的第一個蛋白激酶 Raf蛋白到細(xì)胞膜上，經(jīng)過一系列復(fù)雜的過程將其激活，此過程包括改變蛋白的磷酸化狀態(tài)、誘導(dǎo)與骨架蛋白及其他激酶結(jié)合等。被激活的Raf激酶繼續(xù)磷酸化并激活MAPKK蛋白激酶MEK1/2，最終磷酸化并激活ERK1/2[3]。該通路的主要蛋白激酶包括： GTP/GDP膜結(jié)合型的結(jié)合蛋白Ras，具有絲/蘇氨酸特異性的蛋白激酶Raf，具有磷酸化蘇/酪氨酸殘基雙特異功能的MEK及絲/蘇氨酸蛋白激酶ERK。

1.1.1 Ras蛋白激酶

1982年在人類癌癥中檢測出激活的Ras基因突變，發(fā)現(xiàn)Ras基因突變發(fā)生在 12、13和61密碼子上 [4]。人類癌癥的 30%攜帶激活的Ras基因突變，在RAS亞型之間，基因突變發(fā)生在 12密碼子類型以KRAS和HRAS突變最為常見，而第61密碼子以NRAS突變是最常見的。人類癌癥中錯位突變常見于 KRAS最常見為21%，NRAS占8%，HRAS為3%。Ras基因突變所有腫瘤中已檢測到 9-30%，根據(jù)癌癥類型與特定的 RAS亞型突變一般不同。KRAS基因突變頻率在占胰腺癌、肺癌90%，在結(jié)直腸癌，KRAS也是主要的突變型（86%），而NRAS突變較少見（14%）和HRAS突變沒有被檢測到；相反，KRAS和NRAS見于多發(fā)性骨髓瘤（MM），NRAS在皮膚黑色素瘤的突變（94%）和急性髓細(xì)胞白血?。ˋML；59%）是主要的亞型；HRAS突變以膀胱癌（57%）和頭頸部鱗狀細(xì)胞癌（86%）為主[4，5]。

1.1.2 Raf蛋白激酶

Raf被認(rèn)為是Ras和MEK-ERK之間連接的必須途徑，作為Ras的直接效應(yīng)物和MEK的直接激活物，是ERK1/2通路中高度保守的絲/蘇氨酸特異性蛋白激酶， B-Raf是人類基因組中最常見的突變蛋白激酶；大多數(shù)突變發(fā)生在激酶結(jié)構(gòu)域，特別是其蛋白序列第 600密碼子上（V600E）存在著纈氨酸被谷氨酸取代的錯位替換，這種基因突變在人類癌癥中占BRAF突變的90%，主要在惡性黑色素瘤、肝癌、卵巢癌和甲狀腺乳頭狀癌等中常見[6]。BRAF V600E 比 ARAF 和 CRAF 具有更高的基礎(chǔ)激酶活性，B-Raf高活性不依賴 RAS 的磷酸化作用而持續(xù)激活下游MEK/ERK 信號通路，最終促進(jìn)細(xì)胞的異常增殖和腫瘤形成[7]。研究表明BRAF V600E與腫瘤細(xì)胞具有更高的侵襲性和降低患者的生存率相關(guān)。一些攜帶BRAF突變的癌細(xì)胞對MEK抑制劑高度敏感，而細(xì)胞不存在BRAF突變或含有RAS或表皮生長因子受體（EGFR）突變則產(chǎn)生容易產(chǎn)生耐藥[3]。

1.1.3 MEK蛋白激酶

ERK的上游蛋白激酶MEK，是Ras-Raf-MEK-ERK信號通路一個組成部分， Ras激活的Raf激酶的兩個絲氨酸殘基磷酸化，在MEK活化環(huán)路，激活ERK1 / 2。MEK1和MEK2具有使底物絲氨酸/蘇氨酸和酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化反應(yīng)的特性，通過將蛋白ERK1/2的蘇氨酸202/185和酪氨酸殘基204/187發(fā)生磷酸化反應(yīng)，而使ERK1/2活化。MEK1和MEK2中心結(jié)構(gòu)域富含脯氨酸的區(qū)域，具有催化活性，被認(rèn)為與特異性調(diào)控蛋白的相互作用的區(qū)域；其兩側(cè)分別連接N端和C端的區(qū)域，序列相似性相對低，使MEK兩個亞型功能存在顯著不同，甚至有些功能是不可相互替代的[10]。與ERK1/2的C-端結(jié)合的關(guān)鍵位點是由10個疏水性氨基酸和催化核心之間存在一個核輸出序列（nuclear export signal, NES），對 MEK的功能和亞細(xì)胞定位至關(guān)重要。如果該區(qū)域的基因組變異可能影響亞細(xì)胞的定位[8]。MEK底物單一性，ERK使其唯一的底物，由此使得MEK成為RAS/Raf/MEK/ERK信號通路的重要的連接點蛋白。

1.1.4 ERK蛋白激酶

ERK作為絲裂原活化蛋白激酶中一類重要的創(chuàng)始成員（MAPKs），ERK的激活需要酪氨酸和蘇氨酸激酶的磷酸化調(diào)節(jié)，其分子內(nèi)一種 LooP12的環(huán)狀結(jié)構(gòu)決定了雙磷酸化的特性。ERK常存在于胞漿中，當(dāng)受到生長因子等有絲分裂原激活后迅速進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，通過磷酸化作用于 ATF、NF-κB等轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控某些基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)[9]。Ras-Raf-MEK-ERK通路是 ERK通路的主要途徑，細(xì)胞外的各種刺激物使 Ras由失活狀態(tài)的Ras-GDP轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨癄顟B(tài)的Ras-GTP，活化的Ras具有高的親和力，和Raf 的氨基端結(jié)構(gòu)域結(jié)合后，將Raf從胞漿轉(zhuǎn)移至胞膜，在胞膜上被Raf激酶激活；活化的 Raf C端催化區(qū)域與MEK結(jié)合，使其亞區(qū)內(nèi)的兩個調(diào)節(jié)性絲氨酸磷酸化，進(jìn)而激活MEK1/2的磷酸化狀態(tài)[8]。MEK1/2屬于雙重特異性激酶，激活后的 MEK可以使絲氨酸/蘇氨酸和酪氨酸殘基磷酸化，最終使ERK1/2激活。參與多種生理過程[10]。

展 望

本文綜述了有關(guān)Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在癌癥發(fā)生發(fā)展作用的最新研究進(jìn)展，尤其是其對各種生物學(xué)行為的作用包括與腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等相關(guān)的方面。各種體外實驗已經(jīng)證實Ras/Raf/MEK/ERK信號通路對于癌癥發(fā)生發(fā)展的重要作用，但在研究過程中仍有許多問題亟待解決。RAS-ERK信號通路中MEK具有底物單一性，其唯一的底物ERK，由此使得MEK成為RAS/Raf/MEK/ERK信號通路的重要的連接點蛋白。阻斷ERK可以干預(yù)腫瘤的增殖、延緩其轉(zhuǎn)移過程，抑制其遷移能力。各通路之間存在的循環(huán)通路及負(fù)反饋調(diào)節(jié)給研究帶來很大難題，參與調(diào)控Ras/Raf/MEK/ERK信號通路涉及眾多的信號分子，單純的阻斷某一通路不能完全抑制癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，各種信號通路及分子的參與又使癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。因此隨著診療技術(shù)的不斷進(jìn)步和更新，對Ras/Raf/MEK/ERK信號通路的具體調(diào)控機(jī)制以阻斷其對腫瘤生物學(xué)行為的誘導(dǎo)是目前研究的重點。

[1]Min L, He B, Hui L.Mitogen-activated protein kinases in hepatocellular carcinoma development.Semin Cancer Biol, 2011; 21(1):10-20.

[2]Stephen AG, Esposito D, Bagni RK, et al.Dragging ras back in the ring.Cancer Cell, 2014; 25(3):272-81.

[3]Osborne JK, Zaganjor E, Cobb MH.Signal control through Raf: in sickness and in health.Cell Research,2012; 22(1):14-22.

[4]Bromberg-White JL, Andersen NJ, Duesbery NS.MEK genomics in development and disease.Brief Funct Genomics,2012; 11(4):300-310.

R473.5

A

1672-5018（2017）05-220-01

劉盟盟，延邊大學(xué)臨床學(xué)院研究生，研究方向口腔頜面部腫瘤

玄云澤，延邊大學(xué)附屬醫(yī)院口腔科，碩士研究生導(dǎo)師