骨肉瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)信號通路研究進(jìn)展

卓航宇　唐毓金

[專家介紹]唐毓金，教授，主任醫(yī)師，醫(yī)學(xué)博士，博/碩士研究生導(dǎo)師，臨床骨外科專家?，F(xiàn)任右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院（臨床醫(yī)學(xué)院）院長、大骨科主任、脊柱骨病外科主任。主要從事股骨頭缺血性壞死、脊柱相關(guān)疾病、骨腫瘤等基礎(chǔ)及臨床研究，現(xiàn)為中華骨科學(xué)會廣西骨科學(xué)分會常委以及廣西骨科學(xué)會康復(fù)醫(yī)學(xué)會常委。共發(fā)表學(xué)術(shù)論文30多篇（SCI收錄7篇）。現(xiàn)主持國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)、省級自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)、廳級科研項(xiàng)目5項(xiàng)。2013、2014和2018年三次獲得廣西科技進(jìn)步獎(jiǎng)（分別為三等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)）。參與《外科學(xué)》《臨床骨外科診療精要》等教材著作的編寫。

【摘要】 骨肉瘤是最常見的非血液系統(tǒng)腫瘤，約占原發(fā)性骨惡性腫瘤的20%。任何年齡都可以發(fā)生骨肉瘤，但原發(fā)性高度惡性骨肉瘤主要見于青少年，其惡性程度及侵蝕性高，易復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移。外科手術(shù)聯(lián)合化療藥物治療是目前公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)治療方案，但骨肉瘤患者的5年生存率仍然僅為60%～75%，且轉(zhuǎn)移性骨肉瘤患者預(yù)后更差，僅有30%的總生存率。因此探尋與骨肉瘤發(fā)病機(jī)制相關(guān)的信號通路對骨肉瘤的治療有著至關(guān)重要的作用。

【關(guān)鍵詞】 骨肉瘤;信號通路;機(jī)制

中圖分類號：R738.1? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?DOI：10.3969/j.issn.10031-383.2019.06.002

【Abstract】? ?Osteosarcoma is the most common primary bone tumor in the nonhematological system，accounting for approximately 20% of primary malignant tumors.Osteosarcoma can occur at any age，but primary highgrade malignant osteosarcoma is mainly found in adolescents，its malignancy and erosion are high，and it is easy to relapse and metastasize.Surgery combined with chemotherapeutic drugs is recognized as the standard treatment at present，but the 5year survival rate of osteosarcoma patients is still only 60%～75%，and the prognosis of patients with metastatic osteosarcoma is even worse，with an overall survival rate of only 30%.Therefore，exploring the signaling pathways related to the pathogenesis of osteosarcoma plays an important role in the treatment of osteosarcoma.

【Key words】 osteosarcoma;signaling pathway;mechanism

骨肉瘤是骨的原發(fā)性惡性腫瘤，雖然骨肉瘤在各年齡組中均有報(bào)道，但原發(fā)性高度惡性骨肉瘤主要見于10～20歲的青少年。這些高度惡性骨肉瘤產(chǎn)生于髓腔，可以穿破骨皮質(zhì)并形成軟組織腫塊，其惡性程度高，易復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移。盡管目前的治療方法包括了術(shù)前化療、手術(shù)和術(shù)后化療，但在過去的40年間，患者的5年生存率一直維持在60%～75%[1]。近年來的研究顯示，Akt/mTOR、MAPK、Wnt等信號通路與骨肉瘤發(fā)生發(fā)展相關(guān)，筆者對以上常見的信號通路與骨肉瘤相關(guān)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Akt/mTOR途徑

mTOR是一種進(jìn)化相對保守的絲/蘇氨酸蛋白激酶，屬于磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）家族的蛋白質(zhì)成員。mTOR有兩種不同的多蛋白復(fù)合體mTORC1和mTORC2[2]。mTORC1主要調(diào)控細(xì)胞的生長，主要由參與底物結(jié)合蛋白Raptor、負(fù)向調(diào)控的PRAS40蛋白和Deptor蛋白、正向調(diào)控的哺乳動(dòng)物L(fēng)ST8/G蛋白β亞基樣蛋白（GβL）等組成。PRAS40蛋白和Raptor是mTORC1特有的亞單位[3]。mTORC2主要介導(dǎo)細(xì)胞的存活和增殖，主要由參與底物結(jié)合的Rictor和哺乳動(dòng)物應(yīng)激激活蛋白激酶相互作用蛋白（mSIN1）、負(fù)向調(diào)控的Deptor蛋白、正向調(diào)控的GβL、調(diào)控下游分子的protor1/2等組成。mSIN1、Rictor及protor1/2是mTORC2特有的亞單位[3]。

PI3K/Akt/TSC/mTORC1途徑，可被胰島素、類胰島素生長因子（IGF）激活。生長因子與其同源細(xì)胞表面的酪氨酸激酶受體相結(jié)合使IRS（insulin receptor substrate）磷酸化，IRS激活PI3K使膜內(nèi)表面的磷酸肌醇二磷酸（PI2P）生成的磷酸肌醇三磷酸（PI3P）脂質(zhì)增加。PI3P作為第二信使，通過PI3K依賴的激酶1（PDK1）激活蛋白激酶B（PKB/Akt）?；罨腁kt 通過磷酸化結(jié)節(jié)性硬化復(fù)合物2（TSC2），從而減弱了其對腦內(nèi)Ras同系物（Rheb）的抑制作用，進(jìn)而活化mTORC1[4]。第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因（phosphatase and tensinhomologdeleted on chromosome ten，PTEN）為此通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子，將PI3P還原為PI2P，使PI3P的濃度降低，通過抑制PI3K和Akt的活性實(shí)現(xiàn)其負(fù)調(diào)節(jié)作用[5]。

Ras/MAPK/TSC/mTORC1途徑，可被表皮生長因子（EGF）激活，首先EGF與同源細(xì)胞表面的酪氨酸激酶受體相結(jié)合，從而激活RasGTP酶。RasGTP酶通過募集活化的Raf 分子，依次激活MEK（MAPK/ERK kinase）、磷酸腺苷激活的蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）又名ERK、RSK?；罨腗APK（ERK）及RSK通過并行的途徑不同的位點(diǎn)使TSC2磷酸化，減弱其對Rheb 的抑制作用，進(jìn)而激活mTORC1[6]。

mTOR信號通路參與細(xì)胞RNA的翻譯、轉(zhuǎn)錄和蛋白的合成，在細(xì)胞生長、增殖、分化等重要生物功能方面起著調(diào)控作用。通過對骨肉瘤細(xì)胞的mTOR信號通路進(jìn)行靶向抑制，能對骨肉瘤的發(fā)生發(fā)展起到一定的抑制作用。BZW2作為bZIP轉(zhuǎn)錄因子家族的成員，它通過鈣粘蛋白調(diào)控著細(xì)胞間的黏附。在骨肉瘤組織中BZW2的表達(dá)高于相應(yīng)的非腫瘤組織，通過敲除HOS、U2OS細(xì)胞的BZW2，細(xì)胞中Akt/mTOR信號傳導(dǎo)下調(diào)，致使骨肉瘤細(xì)胞的G2/M期阻滯，抑制了骨肉瘤細(xì)胞增殖、集落形成[7]。同樣通過敲除HOS、U2OS、MG63細(xì)胞的真核翻譯延伸因子EEF1D，mTOR信號通路的Akt、mTOR、Bad蛋白，能使其磷酸化水平降低，骨肉瘤細(xì)胞的生長、增殖能力減弱[8]。Fibulin4是糖蛋白的fibulin家族的成員，參與膜、彈性纖維、疏松結(jié)締組織等的形成，對細(xì)胞外基質(zhì)的穩(wěn)定性起著重要的調(diào)控作用。骨肉瘤組織和細(xì)胞系中的fibulin4表達(dá)遠(yuǎn)高于正常組織和細(xì)胞系，fibulin4的過表達(dá)可以上調(diào)PI3K、Akt和mTOR的磷酸化，從而促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的EMT過程[9]。而在骨肉瘤組織中細(xì)胞外基質(zhì)Fibulin4的表達(dá)遠(yuǎn)低于細(xì)胞質(zhì)中的表達(dá)，細(xì)胞外基質(zhì)中fibulin4的減少會降低細(xì)胞外基質(zhì)的穩(wěn)定性，促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。PTEN作為Akt/mTOR信號通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子，其通過miRNA、lncRNA等上調(diào)PTEN的表達(dá)，下調(diào)了Akt相關(guān)的信號傳導(dǎo)，從而抑制了骨肉瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲等能力[10]。

2 MAPK

MAPK是生物體內(nèi)廣泛存在的絲/蘇氨酸蛋白激酶，可被物理應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等刺激或細(xì)胞信號所激活。MAPK信號通路家族主要包括細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）1/2、cJun 氨基末端激酶（cJun Nterminal kinase，JNK）、p38MAPK和ERK5 四條途徑[11]。ERK1/2對細(xì)胞的生長、分化、增殖等方面起著重要作用;JNK在細(xì)胞分化、凋亡以及應(yīng)激等方面起著關(guān)鍵作用;p38MAPK參與著細(xì)胞因子的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、細(xì)胞凋亡等;ERK5在細(xì)胞生存、增殖、分化等重要生理病理過程中起著調(diào)控作用。MAPK信號通路并不是各自獨(dú)立，通路間存在著協(xié)同或抑制的交互作用。

ERK1/2信號通路可被多種生長因子激活，生長因子與受體結(jié)合后活化酪氨酸激酶，并將信號傳遞給Ras蛋白，當(dāng)Raf在與RasGTP結(jié)合活化后通過磷酸化MEK的絲/蘇氨酸殘基，活化后的MEK再通過磷酸化ERK進(jìn)而激活更多的細(xì)胞分子;JNK信號通路可被細(xì)胞因子、生長因子和多種刺激等激活，活化后的MAP3K通過激活MAP2K的異構(gòu)體MKK4和MKK7，進(jìn)而使JNK被磷酸化;p38MAPK信號通路被炎癥、應(yīng)激等細(xì)胞外信號激活后與相應(yīng)受體結(jié)合，致使磷酸化的PAK和MLK通過促進(jìn)MKK3、MKK6等的基因表達(dá)，其表達(dá)的蛋白磷酸化后特異性地激活p38MAPK。ERK5信號通路被多種生長因子和一些應(yīng)激刺激等激活后依次激活MAPKKK、MAPKK（MKK5）到ERK5[12]。

研究[13]發(fā)現(xiàn)，通過靶向使用MAPK/ERK抑制劑U0126作用于B143細(xì)胞造模的小鼠左脛骨骨肉瘤，其Akt、p38MAPK、IGF1R和MEK的表達(dá)下調(diào)，生長、轉(zhuǎn)移和侵襲能力減弱，厚樸酚（HNK）可作用于ERK1/2信號通路致使HOS和U2OS細(xì)胞的G0/G1期阻滯，致使Cyclin D1、Cyclin E和CDK4的表達(dá)下調(diào)，誘導(dǎo)細(xì)胞的自噬和凋亡[14]。鞣花酸（EA）和番瀉苷B可以抑制MG63和Saos2細(xì)胞中JNK的表達(dá)，致使細(xì)胞的G1期阻滯，Cyclin D1的表達(dá)減少，抑制了骨肉瘤細(xì)胞的生長、轉(zhuǎn)移和侵襲[15]。飛燕草素在非常低的濃度下對HOS和U2OS細(xì)胞具有毒性作用[16]，可通過降低ERK1/2和p38MAPK的磷酸化水平，抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖和EMT。Cheng 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，通過敲低骨肉瘤HOS、U2OS、MG63細(xì)胞的核糖體蛋白S9（RPS9）下調(diào)了JNK和p38MAPK蛋白的表達(dá)，減弱了骨肉瘤細(xì)胞的增殖能力。王建澍等[18]研究發(fā)現(xiàn)ERK5在骨肉瘤組織樣品中高表達(dá)，可能參與了骨肉瘤的發(fā)生發(fā)展。

3 Wnt信號

Wnt信號通路是高度保守的信號通路，對細(xì)胞增殖、分化、遷移、器官形成和干細(xì)胞更新以及組織環(huán)境穩(wěn)態(tài)等方面起著重要的調(diào)控作用。Wnt信號通路可歸納為2類：βcatenin依賴性經(jīng)典途徑Wnt/βcatenin、非βcatenin依賴性途徑Wnt/PCP和Wnt/Ca2+。βcatenin不參與任何非經(jīng)典Wnt途徑。目前在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)Wnt存在10種主要受體和19種配體，Wnt4、Wnt5a、Wnt7a、Wnt11和Wnt16等配體參與了Wnt非經(jīng)典途徑的活化[19]。

轉(zhuǎn)錄共激活因子βcatenin是Wnt經(jīng)典傳導(dǎo)途徑的核心。當(dāng)Wnt信號通路未被激活時(shí)，adenomatous polyposis coli（APC）和Axis inhibition protein （AXIN）以及糖原合成酶激酶GSK3β和CK1結(jié)合形成胞質(zhì)降解復(fù)合物作用于不斷生成的βcatenin，致使βcatenin的絲氨酸、蘇氨酸殘基被磷酸化，隨后被E3連接酶βTrCP泛素化后降解。當(dāng)Wnt可以與細(xì)胞膜上的7次跨膜卷曲蛋白Frizzled（Fzd）和低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白LRP5/6相結(jié)合時(shí)，活化的Fzd和LRP5/6通過募集Disheveled 蛋白（DVL）到質(zhì)膜干擾了胞質(zhì)降解復(fù)合物AXIN1GSK3β的合成。因此，不再被降解的βcatenin可以從細(xì)胞質(zhì)穩(wěn)定地轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，先與轉(zhuǎn)錄輔助因子pygopus和BCL9結(jié)合后，再與LEF/TCF等轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活下游靶基因的表達(dá)。非經(jīng)典Wnt/PCP途徑可通過Fzd受體激活，也可以通過Wnt11等配體與酪氨酸激酶Ryk和Ror受體激活，活化的受體通過募集DVL活化GTP酶RhoA、Rac和Cdc42等，調(diào)節(jié)著細(xì)胞骨架的重排和細(xì)胞的極性運(yùn)動(dòng)。而RhoA和Rac也可以通過Jun激酶（JNK）激活A(yù)P1和NFAT介導(dǎo)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄程序。非經(jīng)典Wnt/Ca2+途徑通過異源三聚體G蛋白的活化，致使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣釋放入細(xì)胞質(zhì)，鈣依賴信號分子PKC、camKII和CaN等被激活并作用于相關(guān)的級聯(lián)信號途徑，該通路調(diào)節(jié)著背軸形成以及組織分離。PKC、camKII也能激活NFAT介導(dǎo)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄程序[19]。