前列腺癌發(fā)病機制中信號通路的研究進展*

白璐，張森，盧亞樂，高漓

（桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院 泌尿外科，廣西 桂林 541000）

前列腺癌作為泌尿系腫瘤中發(fā)病率和致死率極高的惡性腫瘤，嚴重危害男性健康，不僅增加患者家庭負擔，減少社會勞動力，更嚴重影響國家的長久發(fā)展規(guī)劃。雖然目前我國前列腺癌的發(fā)病率占比較少，但統(tǒng)計學顯示已呈現(xiàn)逐年增加的趨勢。獲取有效的臨床治療手段是對疾病發(fā)病機制研究的基礎，雖然癌癥的發(fā)病機制錯綜復雜，但究其根源是由于基因?qū)用娴母淖冇绊懼[瘤的發(fā)生。因此，深入研究癌癥的發(fā)病機制對臨床治療有很高的價值。現(xiàn)從信號通路的角度對前列腺癌的發(fā)病機制進行闡述。

1 PI3K-AKT-mTOR/FOXO/NF-κB 信 號通路

磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）作為下游受體蛋白的主要組成成分，是異源二聚體，即由調(diào)節(jié)亞基和催化亞基構(gòu)成。首先，細胞膜上的受體酪氨酸激酶（RTK）與在應激下產(chǎn)生的配體表皮生長因子（EGF），血小板衍生因子（PDGF），血管內(nèi)皮生長因子（VEGF），胰島素樣生長因子（IGF）結(jié)合，PI3K 隨之被激活，二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）在細胞膜內(nèi)表面被催化成有活性的三磷酸肌醇（PIP3），PI3K 作為次級信使與蛋白激酶B（AKT）和3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（PDK1）結(jié)合，與此同時，也激活了另一個關鍵的信號轉(zhuǎn)導分子——小G 蛋白Ras。在正常人體內(nèi)存在平衡，激活PI3K-Akt 的同時活化磷酸（酯）酶和一類PIP3-磷酸酶（PTEN），引起PIP3 還原成PIP2的結(jié)果［1］，信號通路的開啟被阻斷，避免了基因表達被改寫。PI3K 引起p-AKT 和下游基因包括雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的磷酸化。PI3K/AKT 途徑可能被幾種磷酸酶所拮抗，如磷酸酶和張力素同源基因（PTEN）、PH 結(jié)構(gòu)域富含亮氨酸的重復蛋白磷酸酶（PHLPP）。但在前列腺癌患者體內(nèi)，抑癌基因PTEN 的缺失開啟通路［2］。從本質(zhì)上來說，遏制mTOR 通路是通過細胞周期停滯在DNA合成前期（G1 期）的途徑誘導細胞凋亡的。癌細胞利用一些腫瘤抑制基因結(jié)節(jié)硬化癥TSC 基因等的失活突變，使其在缺乏養(yǎng)分的情況下存活而無法有效抑制mTOR 通路致使通路過度活化［3］。不僅如此，PI3K-AKT 信號通路的激活會抑制下游促細胞凋亡相關基因叉頭框轉(zhuǎn)錄因子的一個亞群FOXO 的轉(zhuǎn)錄，使FOXO 磷酸化水平升高，抑制FOXO 的轉(zhuǎn)錄，阻斷前列腺癌細胞的凋亡［4］。同時，促進二聚體轉(zhuǎn)錄因子κ 基因結(jié)合核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）和環(huán)磷腺酸苷（cAMP）效應元件結(jié)合蛋白（CREB）。正常情況下，NF-κB 家族與IKB 蛋白結(jié)合成為異三聚體而失活。但此通路的增強會導致IKB 激酶（IKK）磷酸化，造成NF-κB 與IKB分離，從而被活化，暴露出NF-κB 的核定位序列，隨后從胞質(zhì)移入核內(nèi)，激活靶基因促進癌細胞的存活。由此，我們可以通過干擾此信號通路中的關鍵因子或激酶比如用PI3K 抑制物阻止白細胞介素-1（IL-1）誘導NF-κB 增加，或調(diào)高PTEN 的表達等抑制癌細胞。作為腫瘤作用機制研究中最深入的信號通路之一，這些分子的生物學功能要比這些更為復雜，還需要進行更加深入的研究和探索。

2 Wnt 信號通路

Wnt 基因作為關鍵基因是一個多基因家族，其表達產(chǎn)物則是富含半胱氨酸的分泌型脂糖蛋白家族——Wnt 蛋白，在發(fā)育和疾病中發(fā)揮著重要作用。受β-catenin 的核易位影響的經(jīng)典Wnt/βcatenin 途徑——平面細胞極性（PCP）［5］是與前列腺癌關系尤為密切的一條通路。另一途徑Wnt/Ca2+與前者相互作用，Wnt/Ca2+信號刺激雌激素受體（ER） 釋放Ca2+并激活G 蛋白、蛋白激酶C（PKC）和鈣/鈣調(diào)素依賴性激酶II，它們調(diào)節(jié)癌細胞的生長、存活、侵襲和血管生成。PCP 信號轉(zhuǎn)導包括激活Rho 相關激酶的小G 蛋白Rho 和激活Jun-N-末端激酶（JNK）和激活蛋白-1（AP-1）轉(zhuǎn)錄因子并調(diào)節(jié)細胞遷移的小GTP 結(jié)合蛋白Rac。胞膜的G 蛋白偶聯(lián)（Frizzled）受體（FZD）和多種受體（低密度脂蛋白受體相關的蛋白4-6、受體樣酪氨酸酶RYK、弓形蟲棒狀體蛋白ROP1/2）結(jié)合形成共受體后結(jié)合Wnt 配體移入胞內(nèi)，將dishevelled 蛋白（Dsh）活化，此時Dsh 便可以抑制軸抑制基因（Axin）、腺瘤性結(jié)腸息肉病基因（APC）和糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）組成的復合物的活性，導致β-catenin 由于不能通過GSK-3β磷酸化因而不能通過蛋白酶體在胞漿中被降解，積聚在胞漿中最終完成核易位。進入胞核的β-catenin 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子T 細胞因子（TCF）/淋巴增強因子（LEF），TCF 轉(zhuǎn)錄活性被激活，受到調(diào)控的基因有：細胞周期相關基因以及凋亡相關基因c-myc 和cyclinD1；生長因子如VEGF，胃泌素，HGF，間質(zhì)表皮轉(zhuǎn)化因子（c-met）等；參與腫瘤進展的基因基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP） 7，MMP26，CD44 和Nr-CAM；轉(zhuǎn)錄因子ITF-2 和Id2；其他靶基因如COX-2 等的靶基因的表達。該途徑的異常激活主要見于這幾種情況：上游各組成成分結(jié)構(gòu)與功能的改變使β-catenin 的含量增加從而激活該途徑促進腫瘤發(fā)生；過多的Wnt 信號被接收激活通路；細胞內(nèi)其他干擾因素通過直接或間接干預Wnt 途徑間接或直接被細胞內(nèi)的其余干擾因素干預，致使細胞反應異常。已有研究發(fā)現(xiàn)，Wnt 抑制劑有望成為前列腺癌治療的有效藥物，分泌型Wnt 抑制劑由幾個小蛋白組成，包括dickkopfs （DKKs）、分 泌 型fryzzled 相 關 蛋 白（sFRPs）和Wnt 抑制因子1（WIF1）［6］。抑制劑中的DKK（1-4）影響Wnt、β-catenin 級聯(lián)反應，與LRP5/6 結(jié)合后，DKK 與膜錨定分子Kremen1 和2形成復合物，最終使得Wnt/β-catenin 信號通路由于Wnt 與LRP5/6 相互作用被阻止而被抑制，因此得出DKK1 與前列腺癌生存率負相關，可以作為一種新的前列腺癌的診斷/預后生物標志物。雖然DKK2 最初鑒定為可溶性Wnt/β-連環(huán)蛋白拮抗劑，現(xiàn)在明確了它激活或抑制通路的作用取決于細胞環(huán)境。經(jīng)典Wnt 信號傳導可被DKK2 拮抗，富含半胱氨酸的DKK2 的C 末端的結(jié)構(gòu)域與Wnt 共同受體LRP5/6 的結(jié)合最終抑制了LRP5/6 與Wnt 的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)DKK2 在前列腺癌組織和細胞中上調(diào)，并且可以通過敲低DKK2 抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白信號傳導途徑達到抑制癌細胞的增殖和侵襲的目的。在原發(fā)性前列腺癌細胞，DKK-3 的表達下調(diào)與癌癥的進展相關。DKK-3 表達的缺失激活TGF-β/Smad 信號通路從而刺激了前列腺癌的進展［7］。降低sFRP5 的表達的DNA 高甲基化是前列腺癌發(fā)生的主要特點，由于PC3 細胞系中其啟動子的DNA 高甲基化可能是sFRP1 的下調(diào)的可能原因。相比于其他良性前列腺疾病如前列腺上皮內(nèi)瘤變（HGPIN），前列腺癌中sFRP2 甲基化水平增加以及表達水平下降。表明由表觀遺傳改變引起的sFRP2 表達缺失可能是確定前列腺癌癥進展的有可能的生物標志物候選者。前列腺癌細胞系PC-3 中sFRP3 高表達可以抑制腫瘤生長和集落形成。過表達的WIF-1 抑制Wnt 信號傳導減少磷酸化和AKT 的活性，并誘導化學敏感性PTEN-null PC-3 前列腺癌細胞系。提示W(wǎng)IF-1 可以是一個提高前列腺癌患者化療效率的新靶點［8］。

3 TGF-β/Smads 途徑

轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-β）信號通路發(fā)揮的功能不僅僅與細胞生長，分化，凋亡等生物學過程相關，而且可以誘導新血管生成，促進轉(zhuǎn)移并有效抑制免疫系統(tǒng)。盡管作用范圍廣，但原理相對簡單。此分子Ⅱ型受體與TGF-β 信號分子配體相結(jié)合，而后Ⅱ型受體連接跨膜Ⅰ型受體，I 型受體發(fā)生磷酸化后，使得下游的受體調(diào)節(jié)型R-Smad 蛋白（包括Smad1,2,3,5,8）被激活，或激活抑制型受體Ⅰ-Smad （Smad6,7）。其中Smad2/3 調(diào)控TGF-β、激活素信號通路，而Smad1/5/8 調(diào)控BMP、AMH 等信號通路，均需要與共同調(diào)節(jié)受體（Co-Smad）Smad4 結(jié)合才能進入細胞核，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄［9］。這是一條由TGF-β，BMP 和Activin 等信號分子啟動的信號通路。腫瘤的分期決定了TGF-β 的作用。TGF-β 對正常人的前列腺細胞以及早期的癌細胞的生長是抑制的，誘導其凋亡。抑制TGF-β1/Smads 信號通路中斷增殖信號是前列腺癌發(fā)生發(fā)展的可能機制。但在中晚期的前列腺癌細胞中，TGF-β 和Smads 表達上調(diào)卻能促進了前列腺癌的骨轉(zhuǎn)移［10］。而與其他信號相關聯(lián)，如Rho/ROCK 信號通路，可促進腫瘤轉(zhuǎn)移；協(xié)同促進PI3K/AKT/mTOR 信號通路；介導上皮間質(zhì)化（EMT），可增加腫瘤細胞的侵襲性［11］，也能通過NF-κB 信號通路介導腫瘤細胞的EMT。不僅如此，TGF-β 信號轉(zhuǎn)導異常激活也導致前侵襲因子如MMPs 的表達，而Dkk-3 抑制MMP 的表達和活性，MMP 抑制劑拮抗了DKK3 基因敲除對前列腺上皮細胞腺泡形態(tài)發(fā)生的影響。因此內(nèi)源性Dkk-3通過限制TGF-β/Smad/MMP 信號傳導在前列腺癌中發(fā)揮保護作用。Dkk-3 的缺失可能會影響腫瘤微環(huán)境中其他蛋白質(zhì)的活性和/或表達。間質(zhì)Dkk-3的表達水平也與前列腺癌有關，有研究在前列腺基質(zhì)細胞內(nèi)確定了兩種分泌蛋白，轉(zhuǎn)化生長因子β誘導（TGFBI）和細胞外基質(zhì)蛋白1（ECM-1），其水平受到Dkk-3 沉默的影響不同，而在前列腺癌中似乎起相反的作用［12］。

4 Notch 信號通路

Notch 信號通路由三部分組成：跨膜受體蛋白Notch，一種高度保守的蛋白，具有Notch1、Notch2、Notch3、Notch4 四種受體，29～36 種串聯(lián)的EGF 以及三個Lin Notch 重復序列構(gòu)成其蛋白結(jié)構(gòu)域。臨近細胞的配體將其受體活化并結(jié)合觸發(fā)一系列的級聯(lián)反應，在分化中起至關重要的作用。其中，Notch1 通路是前列腺癌的發(fā)生發(fā)展過程中的重要因素。Notch1 的3 個裂解位點：S1、S2、S3，在高爾基體內(nèi)，堿性氨基酸蛋白酶樣轉(zhuǎn)化酶在S1 位上將Notch1 分成2 個亞基后，通過配體-受體相互作用或Notch 受體突變，結(jié)合成為異二聚體Notch1 受體蛋白，需要對Notch 受體進行兩次連續(xù)的蛋白水解裂解。激活Notch 通路。Notch1受體胞外區(qū)的結(jié)構(gòu)改變，暴露出S2 裂解位點，再由去整合素和金屬蛋白酶家族的兩個成員ADAM10 或ADAM17 介導裂解后，通過γ-分泌酶復合物來介導S3 位點第二次裂解。使得Notch 細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域（NICD）得以釋放，NICD 轉(zhuǎn)移至核內(nèi)，與DNA 結(jié)合蛋白CSL 和MAML 結(jié)合成三聚體，進行基因轉(zhuǎn)錄。下游關鍵靶基因之一是HES1［13-17］。盡管ADAM10 以配體依賴的方式介導S2 的裂解，但ADAM17 在缺乏配體的情況下會裂解Notch，這一過程可能在腫瘤中過度表達ADAM17 蛋白中很重要。有研究表明Notch1 激活可以抑制PTEN 水平，從而引發(fā)腫瘤。PTEN 的丟失增強了ADAM17 的水平，從而促進了Notch 信號的激活。此通路可通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子如：TGF-β，PDGF，Snail 等促進細胞進行EMT［18］?？梢钥闯鐾分g的關系錯綜復雜，甚至存在著蛋白質(zhì)串擾現(xiàn)象［19］。Notch 信號通路與Hedgehog、Wnt 信號通路有極大關聯(lián)，Hedgehog 信號通路在BMP 蛋白的影響下，SFRP-1，JAG-2，F(xiàn)OXL-1 的表達被Hedgehog 蛋白上調(diào)，JAG2 對Notch 信號通路具有促進作用，Wnt 信號通路則受到SFRP-1 的抑制。而Notch 通路的下游因子同樣也會受到其他兩種通路的影響［20］。

5 JAK/STAT 信號通路

信號傳導與轉(zhuǎn)錄激活因子（STAT3）作為轉(zhuǎn)錄因子家族的一員，在以往的研究中STAT3 展現(xiàn)其促進腫瘤生長、增殖［21］、侵襲與遷移、生成血管［22］和抑制腫瘤免疫［23］等功能，使得STAT3 作為腫瘤靶向治療的靶點具有巨大的研究價值。攜帶影響因子如干擾素或生長因子的胞外配體與同源受體結(jié)合后導致受體STAT 募集，STAT 蛋白的SH2 結(jié)構(gòu)域在單個酪氨酸上的Janus 激酶家族JAKs 或Scr 激酶的磷酸化（STAT3 內(nèi)的Tyr705）介導下結(jié)合并被激活，觸發(fā)STAT 蛋白的二聚和核移位。在核內(nèi)，磷酸化STATs（P-STAT）與名為干擾素γ 的DNA 應答元件結(jié)合——在目標基因的啟動子中激活序列GAS 及啟動特定基因表達程序［24-25］。下游靶點有Ras/MAPK/PI3k/TGF-β 等。在正常細胞中，細胞因子誘導的STAT3 活化只是暫時的，因為這種活性可以由負反饋環(huán)控制，而負反饋環(huán)又由多種蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)，包括活化STAT PIAS 家族的蛋白抑制劑，特別是與STAT3 特異性結(jié)合并終止其活性的PIAS3［26］。然而在腫瘤細胞中，由于生長因子信號傳導失調(diào)，STAT 蛋白被酪氨酸磷酸化組成性激活。最早發(fā)現(xiàn)，STAT3 是細胞因子白細胞介素6（IL-6）的轉(zhuǎn)錄因子［27］，后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，IL-6 并不是唯一能激活STAT3 的細胞因子［28］。阻斷STAT3 是有效治療前列腺癌的一種可行方式［29］。其中阻斷劑可以有多種作用，包括抑制輸入蛋白相互作用；抑制STAT3 上的DNA 結(jié)構(gòu)域/SH2 結(jié)構(gòu)域；去除N 端結(jié)構(gòu)域；抑制上游酶的活性等。近期多個機構(gòu)聲明JAK-STAT3和GPCRs 比STAT3 GPCR 更易于制作阻斷劑。應用臨床的阻滯劑是多個小分子JAK 激酶抑制劑［30］。阻斷上游催化劑的IL-6 等不能全面治療腫瘤，需要同時有多個上游阻斷劑才能延緩腫瘤的進展。需要優(yōu)化的是針對JAK-STAT3 信號通路選擇最佳的治療靶點改善前列腺癌的預后。

6 討論

研究信號通路，最終目的是尋找針對前列腺癌治療最佳的靶點。但信號通路的機制本身錯綜復雜，包含的作用因子多，并且通路之間相互作用，如Wnt 信號通路中Dkk-3 表達的缺失能激活TGF-β/Smad 信號通路從而刺激了前列腺癌的進展；TGF-β/Smads 途徑過表達與Rho/ROCK 信號通路相關聯(lián)，促進腫瘤轉(zhuǎn)移；上述多條通路都不同程度影響了PI3K-Akt-mTOR/FOXO/NF-κB 信號通路的生物學作用等。都可以看出單純對單個作用因子或者機制內(nèi)任意一個作用因子的阻斷都不能保證有效抑制前列腺癌的發(fā)生和發(fā)展。所以在更深入研究各個信號通路的因子間相互作用的同時，如何選擇有效的信號通路的抑制或激活靶點仍是關鍵，重要的靶點不僅對于治療作用顯著，對于疾病的監(jiān)控和預測也同樣重要。