甲狀腺癌相關(guān)信號通路的研究進(jìn)展

孫健瑋 向 茜

1.昆明醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院超聲科，云南個(gè)舊 661000；2.昆明醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，云南個(gè)舊 661000

甲狀腺癌（thyroid cancer，TC）的發(fā)病率約為所有惡性腫瘤的3.1%并呈上升趨勢[1-2]，在內(nèi)分泌系統(tǒng)惡性腫瘤發(fā)病率中居首位，已成為人類最常見的惡性腫瘤之一[3]。根據(jù)組織學(xué)類型TC 可分為乳頭狀癌（papillary thyroid cancer，PTC）、濾泡狀癌（follicular thyroid cancer，F(xiàn)TC）、未分化癌（anaplastic thyroid cancer，ATC）和髓樣癌（medullary thyroid cancer，MTC）。PTC 和FTC又稱為分化型TC（differentiated thyroid cancer，DTC），占TC組織學(xué)類型的90%以上[4]。研究發(fā)現(xiàn)，TC 的發(fā)生發(fā)展涉及多個(gè)基因突變并與多個(gè)信號通路的表達(dá)密切相關(guān)，其治療方案選擇及預(yù)后存在較多不確定性[5-7]，對相關(guān)信號通路的研究并篩選生物學(xué)標(biāo)志物可望為TC 的早期診斷、靶向治療及預(yù)后預(yù)測提供分子生物學(xué)依據(jù)。

絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase，MAPK/ERK）、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol-3 kinase/protein kinase B，PI3K/AKT）、信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transduction and transcription activator 3，STAT3）以及Notch等信號通路在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用，其作用機(jī)制與細(xì)胞生長、分化、凋亡、代謝等生理過程以及侵襲性、血管形成等腫瘤生物學(xué)行為有關(guān)。這些信號通路在TC 的表達(dá)已成為密切關(guān)注的熱點(diǎn)。本文就TC 與相關(guān)信號通路的研究進(jìn)展作一綜述。

1 MAPK/ERK信號通路

MAPK/ERK信號通路存在于細(xì)胞膜受體與細(xì)胞核之間，主要功能是將細(xì)胞外刺激信號傳遞至細(xì)胞內(nèi)部（細(xì)胞核），進(jìn)而對細(xì)胞增殖、分化、凋亡等一系列生理過程產(chǎn)生影響。MAPK/ERK信號通路與多種惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切[8]。在哺乳動(dòng)物有5 條并行的MAPK/ERK信號通路，分別是ERK1/2、ERK3/4、ERK5、c-Jun 氨基末端激酶/應(yīng)急活化蛋白激酶（c-Jun N-ter minal kinase/stress activated protein kinase，JNK/SAPK）和p38MAPK 通路，其中絲裂原激活的ERK 是MAPK通路的主體部分，其他通路為應(yīng)急激活的MAPK 通路。在生長因子、蛋白酶、多糖、受體酪氨酸激酶、G 蛋白偶聯(lián)受體和部分細(xì)胞因子的作用下，Ras 活化并通過高度保守的促絲裂原活化蛋白激酶激酶激酶（MAPKKK，也即Raf）、促絲裂原活化蛋白激酶激酶（MAPKK，也即MEK1/2）和MAPK（也即ERK1/2）進(jìn)行逐級磷酸化，被激活的MAPK 易位進(jìn)入細(xì)胞核后導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子磷酸化并啟動(dòng)應(yīng)答因子的轉(zhuǎn)錄和翻譯過程調(diào)控蛋白激酶活性，進(jìn)而參與細(xì)胞的增殖和分化。MAPK 活化的主要效應(yīng)包括細(xì)胞周期蛋白D1 表達(dá)增加、細(xì)胞周期G1 向S期轉(zhuǎn)換、細(xì)胞分裂加速，同時(shí)伴有細(xì)胞周期抑制蛋白表達(dá)增加和細(xì)胞周期阻滯的減低。雙特異性蛋白激酶（MKPs）對蘇氨酸和酪氨酸的磷酸化可促使MAPK 恢復(fù)基態(tài)而失活[9]。

基因突變與重排是TC 特別是甲狀腺乳頭狀癌發(fā)生最多的相關(guān)遺傳改變[5]。研究發(fā)現(xiàn)，BRAF、Ras 或ALK 的突變或RET/PTC 的重排，均可導(dǎo)致MAPK信號通路的激活以及細(xì)胞的惡性增殖[10]。B-Raf 原癌基因（B-Raf proto-oncogene，BRAF）突變存在于MTC 以外的各型TC 中，BRAF 基因激活非編碼RNA（BRAFactivated non-coding RNA，BANCR）通過激活MAPK/ERK信號通路可促使甲狀腺濾泡細(xì)胞向乳頭狀癌的轉(zhuǎn)化并影響細(xì)胞的增殖和遷移，在TC 的發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用[11-12]。研究提示，BRAFV600E突變約占所有TC 基因突變的60%，并且與甲狀腺乳頭狀癌的發(fā)生密切相關(guān)[13-14]。BRAFV600E基因突變后600 密碼子編碼的纈氨酸被谷氨酸替代，其編碼產(chǎn)物導(dǎo)致絲氨酸/蘇氨酸激酶以及MAPK 及其下游分子的逐級磷酸化，促進(jìn)甲狀腺乳頭狀癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化與增殖；與此同時(shí)，ISP1 蛋白的釋放作用于細(xì)胞外基質(zhì)中的相關(guān)細(xì)胞膜受體、細(xì)胞因子、基質(zhì)蛋白、血管生長因子等通過MAPK/ERK 的調(diào)控導(dǎo)致腫瘤的惡化和轉(zhuǎn)移[15]。此外，BRAFV600E基因突變所導(dǎo)致的MAPK/ERK信號通路效應(yīng)可負(fù)調(diào)控碘代謝基因的表達(dá)，通過促甲狀腺激素推進(jìn)TC 的演變并增加腫瘤細(xì)胞的侵襲性而影響其預(yù)后[16]。RET 基因重排在TC 的發(fā)生率僅次于BRAF 突變，易位的RET/PTC 可激活Ras 基因并出現(xiàn)構(gòu)型改變進(jìn)而啟動(dòng)MAPK 通路中各信號蛋白的磷酸化，促進(jìn)甲狀腺濾泡細(xì)胞的惡性增殖[17]。RET/PTC 重排對甲狀腺濾泡細(xì)胞的作用是否僅存在于TC 尚無明確定論[18-19]，但RET/PTC 重排可通過MAPK/ERK 和PI3K/AKT 雙信號通路促進(jìn)TC 的惡性進(jìn)展[20]。

2 PI3K/AKT信號通路

PI3K 存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)且具有磷脂激酶和蛋白激酶雙重活性。PI3K 的激活主要通過與含磷酸化酪氨酸殘基生長因子受體結(jié)合二聚體變構(gòu)、解除催化亞基P110 的抑制，也可Ras/P110 結(jié)合體直接激活。激活的PI3K 經(jīng)由第二信使3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）與AKT 結(jié)合后在細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)繼續(xù)調(diào)控靶向下游信號，如mTOR、Bad、周期蛋白D1、核轉(zhuǎn)錄因子等，在細(xì)胞生長、增殖、存活和代謝等方面發(fā)揮重要作用。PI3K/AKT信號通路激活后，活化的AKT 通過下游靶分子的磷酸化以及天冬氨酸半胱氨酸激酶Caspase的負(fù)調(diào)控進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡[21]；AKT 激活的mTOR 對特定的mRNA 翻譯和蛋白質(zhì)合成進(jìn)行調(diào)控；通過細(xì)胞周期蛋白的表達(dá)控制細(xì)胞G1期和S期的轉(zhuǎn)換以調(diào)節(jié)細(xì)胞生長。PI3K/AKT信號通路的持續(xù)或過度激活狀態(tài)常見于TC，表現(xiàn)為其信號蛋白較正常甲狀腺組織出現(xiàn)高表達(dá)量以及PI3K 和AKT 的遺傳學(xué)改變[22-23]。

研究顯示，PI3K/AKT信號通路與PTC 細(xì)胞增殖顯著相關(guān)[24]。定位于3q26.3 的PIK3CA 基因拷貝數(shù)的增加是甲狀腺腫瘤發(fā)生的早期事件，其表達(dá)增加與PI3K/AKT 通路異常激活TC 的進(jìn)展有關(guān)并且這種改變存在一定的地區(qū)差異[25-26]，PIK3CA 基因拷貝數(shù)增加同時(shí)可見于良性甲狀腺腺瘤（benign thyroid adenoma，BTA），但是否也存在對PI3K/AKT 通路的異常激活以及在BTA 到TC 進(jìn)程中所發(fā)揮的作用尚有待進(jìn)一步的研究。定位于10q23.3 的抑癌基因PTEN 具有雙重特異性磷酸酶活性，在多個(gè)系統(tǒng)的腫瘤中表達(dá)減低或缺失，并經(jīng)多個(gè)信號通路作用于細(xì)胞的生長、生存和侵襲性?；蛲蛔?、甲基化、缺失以及轉(zhuǎn)錄異常均可導(dǎo)致PTEN 表達(dá)減低或缺失，在TC 的不同病理類型、不同地區(qū)分布中PTEN 表達(dá)減低或缺失的機(jī)制不盡相同[27]。研究顯示，PTEN 基因下調(diào)、PI3K/AKT 通路的異常活化與ATC、甲狀腺乳頭狀癌濾泡變型、腫瘤的侵襲和血管生長等多個(gè)及TC 有關(guān)的惡性生物學(xué)行為和晚期關(guān)聯(lián)評價(jià)指標(biāo)關(guān)系密切[28]，源于血管內(nèi)皮生長因子受體、表皮生長因子受體以及血小板源生長因子受體等所導(dǎo)致的PI3K/AKT信號通路的異常激活或過度表達(dá)也多見于FTC 和ATC[29]，進(jìn)一步證實(shí)PI3K/AKT信號通路與FTC 惡性進(jìn)展和侵襲性密切相關(guān)。

3 STAT3信號通路

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of transcription proteins，STATs）存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，可被多種細(xì)胞外信號或細(xì)胞因子激活后進(jìn)入細(xì)胞核發(fā)揮信號傳遞和轉(zhuǎn)錄調(diào)控的雙重功能。STAT3 是STATs 家族中的重要成員，在多種惡性腫瘤中呈過度表達(dá)和持續(xù)激活狀態(tài)。在STAT3 膜受體經(jīng)內(nèi)源或外源途徑磷酸化后進(jìn)一步激活JAK 激酶，STAT3 酪氨酸殘基磷酸化并形成二聚體進(jìn)入細(xì)胞核，結(jié)合目標(biāo)基因的啟動(dòng)子區(qū)域進(jìn)而調(diào)控包括白細(xì)胞介素、干擾素以及細(xì)胞因子等轉(zhuǎn)導(dǎo)過程[30]。STAT3 表達(dá)產(chǎn)物多以磷酸化的激活狀態(tài)存在于人類的多種惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)，通過進(jìn)化保守的JAK2/STAT3 通路誘導(dǎo)組織同質(zhì)性調(diào)節(jié)，減少細(xì)胞應(yīng)激損傷；上調(diào)Bcl-2、Bcl-xl、survivin 等細(xì)胞凋亡抑制因子和c-myc、cyclin-D、cyclin-E 等細(xì)胞周期因子促進(jìn)細(xì)胞的存活、腫瘤的生長[31]；上調(diào)血管內(nèi)皮因子VEGF 的表達(dá)促進(jìn)腫瘤血管的生成[32]；上調(diào)MMP-2 的表達(dá)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲[33]。經(jīng)典的JAK-STAT 途徑、Ras-MAPK 和非受體型酪氨酸激酶途徑均可激活STAT3 通路，同時(shí)可經(jīng)表觀遺傳修飾、細(xì)胞因子信號抑制物、STAT 蛋白抑制因子、蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶以及非磷酸化STAT3 進(jìn)行負(fù)性調(diào)控。包括Ras-MAPK 在內(nèi)的多個(gè)酪氨酸激酶相關(guān)的信號通路最終可匯聚于STAT3，再疊加STAT3 負(fù)性調(diào)控因素的下調(diào)和抑制，STAT3 被認(rèn)為是腫瘤形成和進(jìn)展中的重要信號通路，主要影響腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移。

研究表明，PTC 中普遍存在STAT3 的高活化現(xiàn)象，而在轉(zhuǎn)移性PTC 中其活性更高。STAT3信號通路中STAT3 蛋白在TC 的組織中呈現(xiàn)高表達(dá)并與淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移或TNM 分期呈正相關(guān)，促進(jìn)TC 的發(fā)生發(fā)展，而抑制STAT3 的磷酸化水平可對TC 的生長產(chǎn)生抑制作用[34]。也有研究顯示，STAT3 在PTC 臨床前模型中的表達(dá)和活性較正常對照組減低，具有抑制TC細(xì)胞生長的作用[35-36]。STAT3信號通路對TC 負(fù)性調(diào)節(jié)效應(yīng)與TC 的亞型、臨床分期等影響因素是否相關(guān)有待進(jìn)一步深入研究。

由配體GAS6 激活的TAM 家族受體酪氨酸激酶成員AXL 可激活包括MAPK/ERK、PI3K/AKT 在內(nèi)的多個(gè)腫瘤相關(guān)信號通路[37-38]，其在正常甲狀腺組織中不表達(dá)而在PTC 中呈高表達(dá)。GAS6/AXL 高表達(dá)的PTC 中可檢測到異常活化的p-STAT3 以及顯著增強(qiáng)的核內(nèi)轉(zhuǎn)錄活性，提示AXL 可激活STAT3 通路作用于PTC 的腫瘤生長、侵襲等環(huán)節(jié)[39]；而STAT3 新型抑制劑WP1066 可通過誘導(dǎo)細(xì)胞G1期阻滯和凋亡、抑制細(xì)胞周期蛋白cyclinD1 和p-STAT3 活性進(jìn)而發(fā)揮抗TC BCPAP 細(xì)胞的作用[40]。

4 Notch信號通路

Notch 是一個(gè)高度保守的細(xì)胞信號通路，它的激活無需第二信使且無級聯(lián)放大效應(yīng)，其信號產(chǎn)生于微環(huán)境間隔的交界面。人類相關(guān)的Notch信號通路包括Notch1、Notch2、Notch3、Notch4 四種受體和Delta-1、Delta-3、Delta-4 以及Jagged1、Jagged2 五種配體。Notch配體很少突變而其受體的突變較為頻繁，以Notch1基因尤為顯著[41]。Notch信號通路與MAPK/ERK、PI3K/AKT、Wnt、GSK-3β、NF-κB 以及Hedgehog 等多個(gè)信號通路交互作用，主要對細(xì)胞增殖、分化、遷移和凋亡以及腫瘤血管生成等進(jìn)行調(diào)控[42]。Notch信號通路在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中所發(fā)揮的作用尚存在較多爭議，對其受體和配體突變后產(chǎn)生腫瘤生物學(xué)行為影響的研究結(jié)論不一，Notch 受體的特異性突變對于不同類型的腫瘤可能產(chǎn)生抑癌或促癌的截然不同的生物學(xué)效應(yīng)[43]。

Notch信號通路在TC 不同的病理類型中所發(fā)揮的作用不盡相同。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為在PTC 中Notch1 具有促癌的作用并影響其預(yù)后，其表達(dá)水平與PTC 遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、包膜侵襲等惡性因素有關(guān)[44]，Notch1 參與PTC腫瘤的血管生成和細(xì)胞增殖并接受MAPK信號通路的調(diào)控，Notch1信號通路的激活在一定范圍內(nèi)促進(jìn)了甲狀腺乳頭狀癌細(xì)胞向淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[45]。也有研究顯示，Notch1 通路的表達(dá)在PTC 和頸部轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)組織內(nèi)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，Notch1 有可能是PTC的抑癌因素[46]。Notch1 在FTC 則通過調(diào)控細(xì)胞周期和抑制細(xì)胞增殖發(fā)揮抑癌作用[47]；而在起源于甲狀腺C細(xì)胞、具有神經(jīng)內(nèi)分泌功能的MTC 中，Notch1 可減少神經(jīng)內(nèi)分泌相關(guān)因子的表達(dá)、抑制MTC 細(xì)胞增殖而發(fā)揮抑癌作用[48]；在ATC組織中Notch1 呈低水平表達(dá)趨勢而可能具有抑癌效應(yīng)[49]。Notch信號通路在TC發(fā)生發(fā)展過程中所發(fā)揮的具體作用以及其下游靶基因的調(diào)控機(jī)制目前尚不明確，研究樣本量、研究對象的一致性以及腫瘤病理類型、分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等相關(guān)危險(xiǎn)因素與Notch信號通路中關(guān)鍵因子的相關(guān)性有待于進(jìn)一步深入研究。

5 結(jié)語與展望

TC 的發(fā)生發(fā)展是極為復(fù)雜的過程，多個(gè)信號通路參與其中，主要對腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、遷移和凋亡等關(guān)鍵環(huán)節(jié)密切相關(guān)。BRAFV600E突變、RET/PTC 重排等所導(dǎo)致的MAPK/ERK信號通路效應(yīng)促進(jìn)PTC 細(xì)胞增殖和分化；多因素激活的PI3K/AKT 通路與FTC惡性進(jìn)展和侵襲性有關(guān)；而STAT3 和Notch 通路則在TC 不同的病理類型、臨床分期以及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等條件下所產(chǎn)生的效應(yīng)不盡相同。

綜上所述，MAPK/ERK、PI3K/AKT、STAT3 和Notch信號通路在TC 的演進(jìn)過程中具有重要的作用，對相關(guān)信號通路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和機(jī)制的進(jìn)一步研究可為TC的分子標(biāo)志物檢測、靶向治療和預(yù)后評估提供重要的分子生物學(xué)理論依據(jù)。