消化系統(tǒng)論文醫(yī)學專科范文論文PI3K Akt mTOR信號轉(zhuǎn)導途徑與消化系統(tǒng)腫瘤

1、消化系統(tǒng)論文醫(yī)學?？品段恼撐模篜I3K Akt mTOR信號轉(zhuǎn)導途徑與消化系統(tǒng)腫瘤雷帕霉素靶蛋白( target of rapamycin, TOR)是一種從酵母到哺乳動物高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1, 2,是細胞內(nèi)多種重要信號傳導通路的樞紐,參與基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)翻譯、核糖體合成、細胞凋亡等多種生物學功能3-6。近年來的多項研究顯示,mTOR的功能失調(diào)與多種腫瘤發(fā)生密切相關7。mTOR信號轉(zhuǎn)導途徑在細胞的增殖、生長、分化和生存的調(diào)節(jié)中起到重要作用,是腫瘤治療的一個重要靶點8-11。1PI3K/Akt/mTOR信號轉(zhuǎn)導1·1PI3K/Akt/mTOR信號轉(zhuǎn)導途徑主要分子組成TOR

2、最初是1991年在啤酒酵母中發(fā)現(xiàn)的,在哺乳動物中的TOR,稱為mTOR(mammalian target ofrapamycin,mTOR),其結構和功能高度保守。人mTOR基因定位于1p36·2,編碼的蛋白質(zhì)由2 549個氨基酸組成,分子量是280 kDa,與酵母有42%和45%的同源性12, 13。mTOR屬于磷脂酰肌醇3-激酶相關激酶(phosphatidylinositol 3-kinase- relatedkinase, PIKK)蛋白質(zhì)家族成員, PIKK家族還包括ATM、ATR/FRP、DNA-PKc、TRRAP等,它們廣泛參與調(diào)控細胞生長、細胞周期和DNA損傷修復等過

3、程。mTOR的分子結構包含一個催化結構域、一個FKBP12-雷帕霉素結合域、C末端的自抑制結構域、靠近N末端的20個左右重復串聯(lián)的HEAT結構域和FAT及C端的FATC結構域。每個HEAT模體由大約40個氨基酸組成,這些HEAT模體排列形成超螺旋結構,介導蛋白質(zhì)間的相互作用。FAT和FATC在分子內(nèi)協(xié)同作用調(diào)節(jié)mTOR的激酶活性。FRB是FKBP-rapamycin復合物結合區(qū),與雷帕霉素結合特異性抑制mTOR14。mTOR在細胞內(nèi)存在兩種不同的復合體,一是mTOR與rapTOR(regulatory - assoeiated protein ofmTOR)蛋白結合形成雷帕霉素敏感的復合體;二

4、是mTOR與ricTOR(rapamycin - insensitive companionofmTOR)蛋白結合形成雷帕霉素不敏感的復合體。PI3K/Akt/mTOR信號轉(zhuǎn)導通路的上游主要信號分子是磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol3-kinase, PI3K), Akt。Akt也稱為蛋白激酶B(PKB),是一種在進化上高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,主要位于胞漿,是PI3K的關鍵下游分子,可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)合成、糖類和脂類的代謝15。在哺乳動物細胞中存在著三種Akt異構體(Aktl3),Aktl、2、3這三種異構體由不同基因編碼, 80%的氨基酸序列具有一致性

5、,功能大部分相同。Akt的PH結構域(plekstrin homology, PH)與PIP3結合使Akt磷酸化?；罨腁kt誘導正常細胞的轉(zhuǎn)化,促進腫瘤的發(fā)生16。PI3K是一種癌基因,其編碼的蛋白質(zhì)產(chǎn)物具有磷脂酞肌醇(phosphatidylinosito,l pl)激酶活性,由調(diào)節(jié)亞基p85和催化亞基pll0組成異源二聚體,普遍存在于胞質(zhì)中。PI3K家族主要包括三個亞類: PI3K型, PI3K型, PI3K型,它們在催化亞基的大小、結合亞基的性質(zhì)以及酶活性的調(diào)節(jié)方面存在差異17。PI3K在腫瘤發(fā)生、發(fā)展方面起著重要的作用18-23。mTOR下游效應分子主要是真核細胞翻譯啟始因子4E結合

6、蛋白1(the eIF4E-binding protein 1,4E-BP1)和核糖體蛋白S6激酶(ribosomal proteinS6 kinases, S6Ks)24。人的4E-BP1包含118個氨基酸殘基,是翻譯的負調(diào)控因子,其磷酸化位點分別為Thr37、Thr46、Ser65、Thr70、Ser83、Ser101和Ser11225。eIF4E(eukaryotic translationinitiation fac-tor4E)是真核細胞翻譯起始復合物的亞單位之一,結合于mRNA的5 -' cap, 4E-BP1與eIF-4E的mRNA帽端結合,抑制翻譯起始。mTOR磷酸化4

7、E-BP1而使其失活,引起與eIF-4E的解離,游離的eIF-4E與eIF-4G、eIF-4B、eIF-4A結合形成eIF-4F起始復合物,結合到mRNA 5 '末端的帽結構上,促進帽結構依賴性翻譯起始26, 27。哺乳動物細胞中S6Ks蛋白屬于AGC(cAMPdependen,t cGMP dependent and protein kinase C,GC)激酶家族的絲氨酸/蘇氨酸激酶,有兩種:S6K1和S6K2,分別由兩個基因所編碼,其組成、結構和功能相近。S6Ks蛋白主要有5個結構域,為N末端域,催化域,連接區(qū),自動抑制域和C末端域28。S6K1有S6K11 (p701/p85S

8、6K)和S6K12(p702/p70S6K)兩種形態(tài)。人和大鼠的p85S6K由525個氨基酸殘基組成, p70S6K由502個氨基酸殘基組成,二者由同一基因編碼。S6K1有7個是主要的Ser/Thr磷酸化位點(T229、S371、T389、S411、S418、T421、S424 )29-32。S6K2也有S6K21(p701)和S6K22(p702)兩種形態(tài)。S6K21含有495個氨基酸殘基, S6K22含有482個氨基酸殘基,在N端相差13個氨基酸33。1·2PI3K/Akt/mTOR信號轉(zhuǎn)導途徑當生長因子等刺激因子與細胞膜表面的受體結合后, PI3K被激活并聚集到細胞膜上將底物3

9、, 4-二磷酸磷脂酞肌醇(PIP2)磷酸化為3, 4, 5 -三磷酸磷脂酸肌醇(PIP3)34。作為第二信使的PIP3與Akt蛋白的PH結構域的相互作用,使Akt蛋白聚集到胞膜上,在3-磷脂酞肌醇依賴性蛋白激酶(PDK1)的幫助下,磷酸化Akt蛋白上的Thr308位點和ser473位點而將其激活。PTEN作為一種磷酸脂酶能夠通過使PIP3去磷酸化來拮抗PI3K的活性,所以Akt的活性同時也被腫瘤抑制因子PTEN抑制。激活的Akt通過兩種途徑激活其下游的mTOR: (1)Akt通過磷酸化mTOR的ser2448位點而激活mTOR; (2)Akt通過抑制結節(jié)性硬化復合物2(the tuberous

10、 sclerosis complex2,TSC2)和TSCl形成復合物,來激活mTOR信號,TSC1和TSC2是兩個腫瘤抑制基因,它們形成復合物而對mTOR及其介導的下游信號發(fā)生作用。激活的mTOR與mTOR的調(diào)節(jié)相關蛋白(regu-latory-associated protein ofmTOR, raptor)結合形成一個對雷帕霉素敏感的復合物,調(diào)節(jié)兩條不同的下游通路:核糖體S6蛋白激酶(S6K)和真核生物始動因子4E結合蛋白l(4E-BPl)35。(1)mTOR直接磷酸化PDK1,并與其共同活化p70S6K, p70S6K是核糖體40S小亞基S6蛋白激酶,它通過磷酸化核搪體S6蛋白,調(diào)控

11、5TOPmRNA翻譯蛋白的起始。5TOPmRNA占細胞總mRNA的20%,這些mRNA編碼一些核糖體蛋白和其他翻譯調(diào)節(jié)蛋白,如延伸因子EF1、EF2和poly(A)結合蛋白等。(2)4E-BPl通過和真核細胞翻譯啟動因子4E(eIF-4E)結合,從而抑制蛋白翻譯。4E-BPl經(jīng)mTOR作用后發(fā)生磷酸化,引起與eIF-4E的解離,從而降低了4E-BPl對elF-4E依賴的翻譯起始的抑制作用,增加了促進細胞生長的關鍵蛋白的翻譯36。mTOR在哺乳動物中主要生物學功能是參與蛋白翻譯的調(diào)節(jié)。2mTOR與消化系統(tǒng)腫瘤在mTOR信號通路中,生長因子受體、PI3K、AKT、eIF-4E、Cyclin D等都

12、是癌基因所編碼的蛋白?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn),許多腫瘤都伴有mTOR信號通路的調(diào)控異常,與腫瘤發(fā)生密切相關的細胞生長增殖、細胞周期調(diào)控、細胞遷移等都受到mTOR的調(diào)控。在腫瘤發(fā)生中,mTOR通路出現(xiàn)相關受體組成性激活、PI3K的催化亞基P110擴增、Akt擴增、PTEN功能缺失、TSC1-TSC2突變?nèi)笔?、eIF-4E和S6K擴增或過表達。研究表明,PI3K/Akt/mTOR信號通路在消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中過度激活,有報道m(xù)TOR在肝癌、直結腸癌中呈現(xiàn)高表達37,在胃癌的發(fā)生、發(fā)展中呈現(xiàn)過度表達38, 39。p-mTOR是膽道腫瘤的一種預后指標, p-mTOR陽性的腫瘤患者比陰性的患者生存期明顯縮短40

13、。LKB1基因失活與胰腺癌的發(fā)生有關41,在PTEN雜合型小鼠中直結腸癌和肝癌的發(fā)生率較高42。S6K1在多種消化道腫瘤中呈高表達, S6K1高表達的腫瘤預后較差43。3mTOR抑制劑作為腫瘤發(fā)生過程中的一個關鍵因子,mTOR成為腫瘤治療中的一個重要靶點。PI3K/Akt/mTOR信號轉(zhuǎn)導通路中mTOR特異性抑制劑包括:Rapamycin、CCI-779、RAD00l和AP-23573等。雷帕霉素及其衍生物通過與FK506的結合蛋白FKBP12結合形成復合物,該復合物抑制mTOR的活性,從而抑制腫瘤的發(fā)生。Rapamycin(雷帕霉素)又名西羅莫司( siroli-mus),是早期研究出的mT

14、OR特異抑制劑,是從復活島土壤的細菌(Streptomyces hygroscopicus)培養(yǎng)液中提取的一種大環(huán)內(nèi)酯類藥物,具有抗感染、免疫抑制及抗腫瘤的作用44, 45。CCI-779 (Temsirolimus, Torisel )是惠氏公司研發(fā)生產(chǎn)用于治療腎細胞癌的藥物。CCI-779是雷帕霉素酯的衍生物,其活性代謝物為雷帕霉素。CCI-779在體內(nèi)和體外實驗表明對多種腫瘤有效,能夠延長中位生存期46。RAD001 (依維莫司everolimus ) RAD001為諾華公司研究開發(fā)的口服雷帕霉素衍生物,是在雷帕霉素40位引入一個2羥乙基。主要作用是抗腫瘤增殖。AP23573是小分子mT

15、OR抑制劑,但不是雷帕霉素前體類似物。AP23573在多種PTEN失活的細胞株中有抗腫瘤增殖活性47。4小結與展望隨著對mTOR的分子生物學機制及臨床應用的深入研究,可以更進一步了解其作用機制,探討與其他細胞信號轉(zhuǎn)導通路的聯(lián)系,將其作為腫瘤治療的新靶點。參考文獻： 1 WullschlegerS, LoewithR, HallMN. TOR signaling in growth andmetabolismJ. Cel,l 2006, 124(2)471-484. 2 Oldham S, Montagne J, RadimerskiT, eta.l Genetic and biochemi-c

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