絲裂原蛋白活化激酶信號通路與癌癥相關(guān)研究進(jìn)展

程婷婷 王 成 潘效紅

濱州醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院 山東 煙臺 264003

絲裂原蛋白活化激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)是細(xì)胞內(nèi)的一類高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，通過三級級聯(lián)形式傳遞信號，包括MAPK激酶激酶(MAP kinase kinase kinase，MAP3K)、MAPK激酶(MAP kinase kinase，MAP2K)和MAPK[1-2]。在真核生物中發(fā)現(xiàn)了4種并行的MAPK信號通路：c-Jun 氨基末端激酶( Jun N-termins kinase，JNK)/應(yīng)激活化蛋白激酶(stress activatedprotein kinase，SAPK)通路、ERK5通路、ERK1/2通路、p38/MAPK通路[3]。MAPKs信號通路可經(jīng)生長因子、炎癥、細(xì)胞因子等細(xì)胞外刺激激活，不同亞家族激活后經(jīng)磷酸化轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白和酶等多種底物相互調(diào)節(jié)來介導(dǎo)各種生物過程。p38/MAPK和JNK信號通路主要參與氧化應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞分化和凋亡[4]，ERK是一種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，它通過傳遞有絲分裂原信號調(diào)節(jié)細(xì)胞的存活、增殖和分化[5]，因此MAPKs信號通路在癌癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[6]。本研究將對不同MAPKs 信號通路在腫瘤發(fā)生發(fā)展以及治療中的作用進(jìn)行綜述。

1 MAPKs信號通路與癌癥發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

由于MAPKs 活性會影響許多與癌癥起始和發(fā)生有關(guān)的過程，因此MAPKs 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的異常與許多人類惡性腫瘤相關(guān)[7]。經(jīng)典的Ras/Raf/MEK/ERK通路參與癌癥中生長信號、細(xì)胞存活和遷襲的控制，這一通路的失調(diào)是大多數(shù)癌癥類型發(fā)展的一個(gè)主要觸發(fā)器[8]。腫瘤細(xì)胞在癌變的過程中，由于脫離正常生長和分化的控制，獲得較強(qiáng)的侵襲周圍組織器官的能力。

1.1 MAPKs 信號通路在腫瘤細(xì)胞增殖中的作用 近年來，由于許多人類腫瘤惡變與通路的異常激活、突變有關(guān)，多項(xiàng)證據(jù)表明ERK/MAPK通路相比于p38/MAPK通路及JNK通路在促進(jìn)腫瘤增殖方面更具優(yōu)勢[9]。MAPKs 信號通路通過級聯(lián)形式傳遞信號，Ras作為上游信號，磷酸化后可能通過Src家族酪氨酸(Y)激酶激活Raf，Raf再通過絲氨酸/蘇氨酸磷酸化MEK。ERK是MEK的下游蛋白靶標(biāo)，當(dāng)激活ERK絲氨酸/蘇氨酸激酶時(shí)將產(chǎn)生一系列作用，因此通過抑制Ras/Raf/MEK/ERK信號通路中ERK和MEK的活性，可調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、分化和存活[10]。

原人參二醇(protopanoxadiol，PPD)是人參的主要活性代謝產(chǎn)物，其在多種腫瘤中的抗癌活性已經(jīng)被報(bào)道[11-12]。PPD通過靶向降低表皮生長因子受體(EGFR)磷酸化水平，下調(diào)下游信號ERK1/2、p38和JNK的激活，抑制三陰性乳腺癌(TNBC)細(xì)胞的增殖[13]。肝細(xì)胞生長因子(HGF)是一種細(xì)胞外信號分子，存在于人體多種組織中，已有研究表明其在體外可以有效促進(jìn)大腸癌SW620細(xì)胞的增殖和遷移[14]。HGF與c-蛋氨酸(c-Met)結(jié)合并激活后，促進(jìn)多種底物蛋白的酪氨酸磷酸化，包括MAPKs和磷脂酰肌醇3-激酶-絲氨酸/蘇氨酸激酶/蛋白激酶B(PI3K-AKT / PKB)，加入MEK抑制劑U0126 后可以通過抑制ERK/ MAPKs 信號通路阻斷HGF引起的促增殖過程[15]。NIMA相關(guān)激酶2 (NEK2)介導(dǎo)細(xì)胞的有絲分裂，目前被認(rèn)為在許多癌癥中過度表達(dá)[16]。例如，NEK2在胃癌(GC)細(xì)胞中高表達(dá)，NEK2通過磷酸化ERK，進(jìn)一步促進(jìn)c-JUN的激活和細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)的上調(diào)，促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖，此外，NEK2和ERK的聯(lián)合表達(dá)升高與胃癌患者的不良預(yù)后密切相關(guān)[17]。因此ERK/ MAPKs 信號通路激活的增加可能與腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有密切關(guān)系。

1.2 MAPKs 信號通路在腫瘤遷移和侵襲中的作用 近年來，有許多研究表明ERK/MEK通路與惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移過程有密切關(guān)系，腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移過程主要為細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和細(xì)胞粘附，以及表皮生長因子受體(EGFR)誘導(dǎo)的局部粘連分解，這一系列過程通過激活ERK/ MAPKs 途徑進(jìn)行調(diào)控[18]。黏著斑激酶(FAK)在腫瘤細(xì)胞黏附、增殖和遷移過程發(fā)揮重要作用，調(diào)控ERK的磷酸化[19]。MicroRNA-7(MiR-7)在多種腫瘤組織和器官中高表達(dá)，參與癌癥增殖和遷移等過程，F(xiàn)AK是MiR-7的直接靶基因，MiR-7可能通過靶向抑制FAK蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步抑制ERK/ MAPKs 信號通路，從而降低非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)細(xì)胞的遷移和侵襲能力[20]。大黃素是一種蒽醌類化合物，在不同類型的癌癥中發(fā)揮抗腫瘤作用。在肝癌中的研究發(fā)現(xiàn)，大黃素可能通過抑制ERK/ MAPKs 信號通路抑制MHCC-97H細(xì)胞的遷移[21]。緊密連接蛋白8(Claudin 8，CLDN8)在多種癌細(xì)胞和組織中過度表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。CLDN8通過激活ERK/ MAPKs 通路促進(jìn)結(jié)直腸癌(CRC)細(xì)胞的遷移和侵襲，在使用MAPKs 抑制劑后，這一作用被消除[22]。這些研究結(jié)果表明ERK/ MAPKs 信號通路在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲等過程中起到及其重要的作用。

2 MAPKs信號通路與癌癥治療的關(guān)系

當(dāng)細(xì)胞受到炎癥、細(xì)胞因子和化療藥物等細(xì)胞外刺激時(shí)，p38 MAPKs 通路激活，發(fā)揮促凋亡作用，抑制腫瘤生長[23]。同時(shí)也有研究表明，p38 MAPKs 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路參與促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長和存活[24]。MAPKs 信號通路不僅參與凋亡的調(diào)控也介導(dǎo)細(xì)胞的自噬，p38 MAPKs 和JNK信號通路能促進(jìn)細(xì)胞自噬[25]。

2.1 MAPKs 信號通路參與腫瘤細(xì)胞的凋亡 p38 MAPKs 信號通路在細(xì)胞生長抑制、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期阻滯等生物過程發(fā)揮重要作用。許多化療藥物通過激活p38誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Sara Beccafco[26]等人研究表明青蒿琥酯通過磷酸化p38和積累活性氧(ROS)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，加入抗氧劑或p38 MAPKs 抑制劑機(jī)都可以保護(hù)橫紋肌肉瘤(ERMS)細(xì)胞免受青蒿琥酯誘導(dǎo)的凋亡。Xu[27]等人試驗(yàn)證明p38 MAPKs 磷酸化復(fù)合物內(nèi)源性抑制劑RND2能夠抑制p38 MAPKs 信號的活性，從而抑制膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(U87和U251)自噬及凋亡。Oyindamola Vivian Ojulari[28]等人闡明乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)經(jīng)棕矢車菊素處理后磷酸化的p38增加，且促凋亡蛋白Bax表達(dá)增加、抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)降低。然而，也有研究表明p38發(fā)揮抗凋亡作用。Gan[29]等人研究表明，過表達(dá)p21會引起前列腺癌細(xì)胞(LNCaP)對多西他賽耐藥，而多西他賽上調(diào)p21表達(dá)依賴于p38，敲除p38可消除過表達(dá)p21引起的抗凋亡作用，因此，抑制p38可提高多西他賽對前列腺癌治療的效果。H Salim[30]等研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-214在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)中過表達(dá)導(dǎo)致其在抗腫瘤治療中對放療和化療出現(xiàn)耐藥，原因是miRNA-214增加了p38 MAPKs 蛋白水平的表達(dá)，加入p38 MAPKs 抑制劑可以逆轉(zhuǎn)miRNA-214過表達(dá)誘導(dǎo)的NSCLC耐藥。Lim[31]等闡明舒林酸通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡產(chǎn)生抗癌作用，在舒林酸耐藥的結(jié)腸癌SNU-C4細(xì)胞中，p38 MAPKs 蛋白表達(dá)較高，加入p38 MAPKs 抑制劑增強(qiáng)了舒林酸處理SNU-C4細(xì)胞的促凋亡作用。這些結(jié)果表明p38 MAPKs 信號通路在腫瘤細(xì)胞凋亡方面發(fā)揮雙重作用。

2.2 MAPKs 信號通路參與腫瘤細(xì)胞的自噬 MAPKs 信號通路和自噬通路均可增強(qiáng)腫瘤對化療治療的耐受性[32]。研究發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可誘導(dǎo)NSCLC發(fā)生自噬，p38 MAPKs 的激活是白藜蘆醇引起細(xì)胞自噬反應(yīng)的關(guān)鍵因素。白藜蘆醇通過增加p38磷酸化增加自噬水平，這表明自噬在白藜蘆醇誘導(dǎo)的化療應(yīng)激條件下上調(diào)，誘導(dǎo)細(xì)胞保護(hù)性自噬，從而抑制白藜蘆醇的抗腫瘤作用[33]。自噬通路與ERK/ MAPKs 信號通路之間的關(guān)聯(lián)在阿霉素治療乳腺癌的作用中被闡明，經(jīng)阿霉素治療后產(chǎn)生的ROS激活血小板衍生生長因子受體(PDGFRα)，增加ERK/ MAPKs 通路及其他MAPKs 信號通路的激活，如JNK和p38 MAPKs 通路，從而增強(qiáng)乳腺癌對阿霉素的耐藥性[34]。也有研究提出，抑制ERK可以刺激胰腺導(dǎo)管腺癌自噬表達(dá)增加，同時(shí)抑制ERK和自噬則增強(qiáng)胰腺導(dǎo)管腺癌的治療效果[35]，進(jìn)一步表明，ERK信號通路和自噬通路之間相互作用，促進(jìn)腫瘤對藥物治療的耐藥性。

3 總結(jié)與展望

腫瘤的發(fā)生發(fā)展及死亡機(jī)制非常復(fù)雜，MAPKs 信號通路在腫瘤的發(fā)展及死亡過程中發(fā)揮及其重要的作用，該通路由不同細(xì)胞外信號刺激激活，參與腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲、死亡等過程。MAPKs 核心主要由三個(gè)激酶MAP3K、MAP2K和MAPK組成，包括ERK、JNK、p38三個(gè)不同又相互聯(lián)系的信號通路，不同亞家族的調(diào)控作用非常復(fù)雜。ERK經(jīng)生長因子等一系列反應(yīng)被激活，持續(xù)活化下游蛋白從而促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，在促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲等過程中起到及其重要的作用，因此阻斷此信號通路可作為抑制腫瘤發(fā)展的策略之一。JNK和p38信號通路主要參與應(yīng)激反應(yīng)，如炎癥因子、細(xì)胞因子、紫外線、化療藥物等多種刺激都可以引起細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶一系列連鎖反應(yīng)，從而引起炎癥、細(xì)胞增殖分化、細(xì)胞死亡等反應(yīng)(圖1)。此外，在腫瘤治療過程中，p38和JNK通路既參與腫瘤細(xì)胞的凋亡過程又參與細(xì)胞的自噬過程，而細(xì)胞自噬和凋亡又存在多種相互作用關(guān)系，如自噬抑制凋亡、自噬促進(jìn)凋亡、凋亡依賴自噬等。在腫瘤治療過程中，自噬與凋亡是哪種作用關(guān)系取決于不同的治療手段和不同的治療藥物，因此，p38和JNK通路參與的細(xì)胞自噬在腫瘤治療上發(fā)揮何種作用也取決于不同的治療方法，根據(jù)不同的治療方法給予特異性自噬阻斷劑/激活劑來調(diào)控通路蛋白的表達(dá)和活性將成為癌癥治療的新途徑。

綜上所述，不同的腫瘤細(xì)胞類型MAPKs 相關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式也不同，對MAPKs 信號通路進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)對腫瘤的有效治療具有重要的臨床意義。充分了解MAPKs 信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制，將此信號通路作為抗腫瘤藥物研究靶點(diǎn)，開發(fā)可有效干預(yù)腫瘤細(xì)胞的生長、提高腫瘤治療效果的方法，是解決腫瘤治療難題的關(guān)鍵。