(完整)腫瘤信通路

1、1JAKSTAT信號通路1)JAK與STAT蛋白JAK-STAT信號通路是近年來發(fā)現(xiàn)的一條由細胞因子刺激的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學(xué)過程與其它信號通路相比，這條信號通路的傳遞過程相對簡單，它主要由三個成分組成，即酪氨酸激酶相關(guān)受體、酪氨酸激酶JAK和轉(zhuǎn)錄因子STAT。(1) 酪氨酸激酶相關(guān)受體(tyrosinekinaseassociatedreceptor)刀、GMCSF(粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子)、GH(生長激素)、EGF(表皮生長因子)、PDGF7(IL2許多細胞因子和生長因子通過JAKSTAT信號通路來傳導(dǎo)信號，這包括白介素2(血小板衍生

2、因子)以及IFN(干擾素)等等。這些細胞因子和生長因子在細胞膜上有相應(yīng)的受體。這些受體的共同特點是受體本身不具有激酶活性，但胞內(nèi)段具有酪氨酸激酶JAK的結(jié)合位點。受體與配體結(jié)合后，通過與之相結(jié)合的JAK的活化，來磷酸化各種靶蛋白的酪氨酸殘基以實現(xiàn)信號從胞外到胞內(nèi)的轉(zhuǎn)遞.(2) 酪氨酸激酶JAK(Januskinase)很多酪氨酸激酶都是細胞膜受體，它們統(tǒng)稱為酪氨酸激酶受體(receptortyrosinekinase,RTK)，而JAK卻是一類非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Januskinase的縮寫，Janus在羅馬神話中是掌管開始和終結(jié)的兩面神.之所以稱為兩面神激酶,是因為JAK既能磷

3、酸化與其相結(jié)合的細胞因子受體，又能磷酸化多個含特定SH2結(jié)構(gòu)域的信號分子。JAK蛋白家族共包括4個成員：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它們在結(jié)構(gòu)上有7個JAK同源結(jié)構(gòu)域(JAKhomologydomain,JH)，其中JH1結(jié)構(gòu)域為激酶區(qū)、JH2結(jié)構(gòu)域是“假”激酶區(qū)、JH6和JH7是受體結(jié)合區(qū)域(如圖4).假就聲結(jié)杪域第1州顯干理寺1(3) 轉(zhuǎn)錄因子STAT(signaltransducerandactivatoroftranscription)STAT被稱為“信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子"。顧名思義,STAT在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活上發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。目前已發(fā)現(xiàn)STAT家族的六

4、個成員，即STAT1STAT6。STAT蛋白在結(jié)構(gòu)上可分為以下幾個功能區(qū)段:N端保守序列、DNA結(jié)合區(qū)、SH3結(jié)構(gòu)域、SH2結(jié)構(gòu)域及C一端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。其中，序列上最保守和功能上最重要的區(qū)段是SH2結(jié)構(gòu)域，它具有與酪氨酸激酶Src的SH2結(jié)構(gòu)域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。2p53信號1）p53基因的發(fā)現(xiàn)p53基因是迄今發(fā)現(xiàn)與腫瘤相關(guān)性最高的基因.Lane和Crawford在感染了SV40的小鼠細胞內(nèi)分離獲得一個與SV40大T抗原相互作用的蛋白，因其分子量為53kDa，故而取名為p53（人的基因稱為TP53）3。起初，p53被誤認為是癌基因，直到上個世紀90年代，人們才認識到引起腫

5、瘤形成或細胞癌變的p53蛋白是p53基因的突變產(chǎn)物。野生型p53基因是一種重要的抑癌基因，它是細胞生長周期中的負調(diào)節(jié)因子，在細胞周期調(diào)控、DNA損傷修復(fù)、細胞分化、凋亡和衰老等許多過程中發(fā)揮了重要的生物學(xué)功能，因而被譽為“細胞衛(wèi)士”（如圖6）.隨著研究的深入，人、猴、雞、大鼠、非洲爪蟾和斑馬魚等多種模式動物的p53基因也相繼被克隆。其中，人類TP53基因定位于染色體17P13.1，小鼠p53基因被定位在11號染色體上，并在14號染色體上發(fā)現(xiàn)無功能的假基因。在這些進化程度迥異的動物中，它們的p53基因結(jié)構(gòu)卻異常保守，基因全長1620kb,都由11個外顯子和10個內(nèi)含子組成。其中第1個外顯子不編碼

6、結(jié)構(gòu)域，外顯子2、4、5、7、8則分別編碼5個進化上高度保守的結(jié)構(gòu)域，轉(zhuǎn)錄形成約2O5kb的mRNA。之后，在基因同源性的基礎(chǔ)上又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了p53家族的其它成員，分別是p73和p63,它們也因各自的分子量而得名，具有和p53相似的結(jié)構(gòu)和功能。備種應(yīng)滋剌淤stress粧石as蕨月1I障習(xí)押蒲洞NAtofS|11粒眶短SABj1L11j城矗(S3細胞陋齧（response酥2幻的功能圖占真鬲NatureWs7J'e-i>5Camer2）p53信號通路p53基因受多種信號因子的調(diào)控。例如：當細胞中的DNA損傷或細胞增殖異常時，p53基因被激活，導(dǎo)致細胞周期停滯并啟動DNA修復(fù)機制，使損

7、傷的DNA得以修復(fù)。然而，當DNA損傷過度而無法被修復(fù)時，作為轉(zhuǎn)錄因子的p53還可進一步激活下游促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)細胞凋亡并殺死有DNA損傷的細胞.不然，這些DNA損傷的細胞就可能逐漸脫離正常的調(diào)控，有可能最終形成腫瘤。3NF-kB信號1975年，E。A.CarswelI和L.J.Old等人發(fā)現(xiàn)已接種卡介苗的小鼠注射脂多糖后，小鼠血清中產(chǎn)生了一種可引起動物腫瘤組織出血壞死的物質(zhì)，該物質(zhì)對體外培養(yǎng)的多種腫瘤細胞株都具有細胞殺傷作用，于是他們將這種物質(zhì)命名為腫瘤壞死因子（tumournecrosisfactor,TNF）5。TNF是迄今發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤效果最(完整)腫瘤信號通路強的細胞因子。198

8、4年起，歐美國家就開始把TNF的基因工程產(chǎn)品應(yīng)用到癌癥臨床治療中，并一度取得轟動的成果，然而最終由于毒副作用嚴重而被迫終止。九十年代末以來，隨著基礎(chǔ)研究的深入和基因工程技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家研制出一些高效、低毒的TNF變構(gòu)體，從而重新確立了TNF在抗腫瘤中的重要地位，掀開了TNF在腫瘤研究和治療中的新篇章。1) TNF簡介TNF是一種糖蛋白，它以兩種形式存在：TNFa和TNFb.TNF-a由單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，它可引起腫瘤組織出血壞死，而脂多糖(Lipopolysaccharides,LPS)是較強的刺激劑。TNF-b是一種淋巴因子，又稱淋巴毒素(lymphotoxin,LT)?？乖蚪z裂原均

9、可刺激T淋巴細胞分泌TNFb，具有腫瘤殺傷及免疫調(diào)節(jié)功能。人的TNF-a基因長2.76kb，由4個外顯子和3個內(nèi)含子組成，定位在第六號染色體上。人TNFa前體由233個氨基酸組成，含有76個氨基酸殘基的信號肽，切除信號肽后形成157個氨基酸的成熟型非糖基化的TNFa。通過基因工程方法改造后的TNF-a具有更好的生物學(xué)活性和抗腫瘤效果。2) TNF與NFB信號通路kTNFa與TNFb分子結(jié)構(gòu)相似，所發(fā)揮的生物學(xué)效應(yīng)相近.胞外因子TNFa以三聚體形式發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，與TNF受體(TNFreceptor,TNFR)結(jié)合引起受體多聚化，這種多聚化使得TNF受體與細胞質(zhì)中TRADD分子發(fā)生相互作用.T

10、RADD招募相應(yīng)蛋白后介導(dǎo)兩條轉(zhuǎn)導(dǎo)通路：一條是通過TRAF2和RIP分子誘導(dǎo)NF-kB的活化，參與抗凋亡；另一條是通過FADD分子導(dǎo)致細胞凋亡。TNFR只有在蛋白合成受阻的情況下才會誘導(dǎo)凋亡，下面我們將著重介紹由TNF激活的NFkB信號通路。NF一B(nuclearfactorkappaB)是1986年從B淋巴細胞的細胞核抽提物中找到的轉(zhuǎn)錄因子6，它能k與免疫球蛋白kappa輕鏈基因的增強子B序列GGGACTTTCC特異性結(jié)合，促進k輕鏈基因表達，故而得名。它是真核細胞轉(zhuǎn)錄因子Rel家族成員之一，廣泛存在于各種哺乳動物細胞中.迄今為止,在哺乳動物細胞內(nèi)共發(fā)現(xiàn)5種NF-B/Rel家族成員，它們分

11、別是RelA(即p65)、RelB、C-Rel、p50/NFB1(即p50/RelA)和kkp52/NFB2.這些成員均有一個約300個氨基酸的Rel同源結(jié)構(gòu)域(Relhomologydomain,RHD)。這個高k度保守的結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)Rel蛋白形成同源或異源二聚體，該結(jié)構(gòu)域也是NF-B與靶基因DNA序列的特異性結(jié)合k區(qū)域。細胞內(nèi)NF-B的活化過程受到精細調(diào)控。通常情況下，在細胞質(zhì)中的NF-B處于失活狀態(tài)，與抑制蛋白IBkkk(inhibitoryproteinofNB)結(jié)合成三聚體復(fù)合物。當出現(xiàn)TNF一a信號、炎癥因子以及LPS、紫外線k等外界刺激時，細胞因子與細胞膜表面的TNF受體結(jié)合后，T

12、NF受體發(fā)生多聚化并與細胞質(zhì)中TRADD分子發(fā)生相互作用。TRADD招募TRAF(TNFR-associatedfactor)和激酶RIP(receptorinteractingprotein),由RIP將信號傳遞給IKK(IBkinase)。在NFkB信號通路中IKK扮演了非常重要的角色，盡管上游信號k路徑的不同，但是最終都匯集到IKK。IKK由a、b和g三個亞基組成，作為激酶的IKK能使IB的a亞基的kSer32和Ser36殘基和b亞基的Ser19和Ser23殘基磷酸化。IkB隨即從p50/p65/lB異源三聚體中解離出來，k經(jīng)泛素化修飾后通過蛋白酶體降解.于是，受到IB抑制的NF-B得以

13、暴露其核定位序列(nuclearkk（完整）腫瘤信號通路localizationsignals,NLS），迅速從細胞質(zhì)進入細胞核內(nèi)，與核內(nèi)DNA上的特異序列相結(jié)合，從而啟動或增強相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄（如圖9）。ffli?TNF-，一ftF的信號透黯:?IP.3R：.佛5它4Ras、PI（3）K和mTOR信號1）控制腫瘤生長的Ras、PI（3）K和mTOR信號隨著人類基因組測序的完成，目前已發(fā)現(xiàn)了幾百種蛋白激酶。根據(jù)它們結(jié)構(gòu)上的相似性，這些激酶可分為多個蛋白家族,在細胞的增殖、生長、分化和凋亡等過程中發(fā)揮重要的生物學(xué)功能°Ras、PI（3）K和mTOR就是一類與細胞增殖緊密相關(guān)的蛋白激酶。真

14、核細胞的正常生長受到周圍環(huán)境所提供的養(yǎng)分的限制。Ras和PI（3）K信號通過調(diào)控下游分子mTOR，在調(diào)控細胞生長方面起著關(guān)鍵作用。在絕大多數(shù)的人腫瘤細胞中，Ras和PI（3）K信號通路中的關(guān)鍵調(diào)控因子都發(fā)生了明顯的突變。究其原因，人們發(fā)現(xiàn)這條信號通路如果發(fā)生突變,就會導(dǎo)致細胞的存活和生長不再受到養(yǎng)分等環(huán)境條件的限制，進而誘導(dǎo)細胞癌變。Ras、PI（3）K和mTOR是目前研究得最為清楚的信號通路之一。下面，我們將簡單地介紹一下這條信號通路中的幾個關(guān)鍵組分：(完整)腫瘤信號通路(1) PI(3)K是英文phosphatidylinositol3-kinase(磷脂酰肌醇一3-激酶)的縮寫.它是一個

15、包括許多脂質(zhì)激酶的家族，由一個調(diào)節(jié)亞基(p85)和一個催化亞基(p110)組成。當配體與膜受體結(jié)合后，受體激活p85并招募p110，進而催化膜內(nèi)表面的PIP2(phosphatidylinositol4,5-bisphosphate)生成PI3P(phosphatidylinositol3一phosphate)。PI3P作為第二信使，進一步激活A(yù)KT和PDK1(phosphoinositide-dependentkinase1).(2) AKT又稱作PKB(proteinkinaseB)，是PI3K重要的下游分子，包括至少3種形式，分別為AKT1、AKT2和AKT3。它們對于調(diào)控細胞的生長、增

16、殖、存活以及糖代謝都起著十分重要的作用。(3)mTOR(mammaliantargetofrapamycin)是一類絲/蘇氨酸激酶。1991年，人們在酵母中發(fā)現(xiàn)了雷帕霉素(rapamycin)的作用靶點，取名為T0R7。與酵母相比，哺乳動物的TOR蛋白在進化和功能上高度保守，也就相應(yīng)地稱為mT0R8。mTOR蛋白的C末端具有激酶活性，它是細胞生長和增殖的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子，可接收生長因子、營養(yǎng)、能量等多種信號，并通過PI3K/AKT或Ras/ERK信號通路來發(fā)揮作用，而對mTOR信號通路的抑制可以使細胞停滯在G1期而觸發(fā)細胞凋亡。簡單地說，當EGF、胰島素等生長因子結(jié)合到細胞膜表面的酪氨酸激酶受體(

17、receptortyrosinekinase,RTK)后，RTK通過其酪氨酸激酶活性分別激活兩個關(guān)鍵的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子：小G蛋白Ras和激酶PI(3)K,再由Ras和PI(3)K共同激活下游關(guān)鍵分子mTOR(如圖10).激活后的mTOR蛋白促使底物S6K(S6kinase)和4EBP1(4Ebindingprotein1)發(fā)生磷酸化。由于這兩個底物都是蛋白翻譯過程中關(guān)鍵性的調(diào)節(jié)因子，它們的磷酸化導(dǎo)致核糖體蛋白合成的起始和增加。此外，胞外營養(yǎng)物質(zhì)氨基酸、ATP等也能調(diào)控mTOR的激酶活性。于是,mT0R蛋白整合生長因子和環(huán)境養(yǎng)分兩種信號，通過嚴格調(diào)控細胞有絲分裂和代謝響應(yīng)不同的環(huán)境條件，保證細胞只在

18、有利的環(huán)境下增殖。4Ras、PI(3)K和mTOR信號1)控制腫瘤生長的Ras、PI(3)K和mTOR信號隨著人類基因組測序的完成，目前已發(fā)現(xiàn)了幾百種蛋白激酶。根據(jù)它們結(jié)構(gòu)上的相似性，這些激酶可分為多個蛋白家族，在細胞的增殖、生長、分化和凋亡等過程中發(fā)揮重要的生物學(xué)功能Ras、PI(3)K和mTOR就是一類與細胞增殖緊密相關(guān)的蛋白激酶。真核細胞的正常生長受到周圍環(huán)境所提供的養(yǎng)分的限制。Ras和PI(3)K信號通過調(diào)控下游分子mTOR，在調(diào)控細胞生長方面起著關(guān)鍵作用.在絕大多數(shù)的人腫瘤細胞中，Ras和PI(3)K信號通路中的關(guān)鍵調(diào)控因子都發(fā)生了明顯的突變.究其原因,人們發(fā)現(xiàn)這條信號通路如果發(fā)生突

19、變,就會導(dǎo)致細胞的存活和生長不再受到養(yǎng)分等環(huán)境條件的限制,進而誘導(dǎo)細胞癌變。Ras、PI(3)K和mTOR是目前研究得最為清楚的信號通路之一.下面，我們將簡單地介紹一下這條信號通路中的幾個關(guān)鍵組分:(1)PI(3)K是英文phosphatidylinositol-3kinase(磷脂酰肌醇一3一激酶)的縮寫。它是一個包括許多脂質(zhì)激酶的家族，由一個調(diào)節(jié)亞基(p85)和一個催化亞基(p110)組成。當配體與膜受體結(jié)合后，受體激活p85并招募p110，進而催化膜內(nèi)表面的PIP2(phosphatidylinositol4,5-bisphosphate)生成PI3P(phosphatidylinosi

20、tol3一phosphate)。PI3P作為第二信使，進一步激活A(yù)KT和PDK1(phosphoinositidedependentkinase1)。(2) AKT又稱作PKB(proTeinkinaseB)，是PI3K重要的下游分子，包括至少3種形式，分別為AKT1、AKT2和AKT3。它們對于調(diào)控細胞的生長、增殖、存活以及糖代謝都起著十分重要的作用。(3) mTOR(mammalianTargeTofrapamycir)是一類絲/蘇氨酸激酶。1991年，人們在酵母中發(fā)現(xiàn)了雷帕霉素(rapamycin)的作用靶點，取名為T0R7。與酵母相比，哺乳動物的TOR蛋白在進化和功能上高度保守，也就相

21、應(yīng)地稱為mTOR8。mTOR蛋白的C末端具有激酶活性，它是細胞生長和增殖的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子，可接收生長因子、營養(yǎng)、能量等多種信號，并通過PI3K/AKT或Ras/ERK信號通路來發(fā)揮作用，而對mTOR信號通路的抑制可以使細胞停滯在G1期而觸發(fā)細胞凋亡。簡單地說，當EGF、胰島素等生長因子結(jié)合到細胞膜表面的酪氨酸激酶受體(recepTorTyrosinekinase,RTK)后，RTK通過其酪氨酸激酶活性分別激活兩個關(guān)鍵的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子：小G蛋白Ras和激酶PI(3)K,再由Ras和PI(3)K共同激活下游關(guān)鍵分子mT0R(如圖10)。激活后的mTOR蛋白促使底物S6K(S6kinase)和4EBP1

22、(4EbindingproTein1)發(fā)生磷酸化。由于這兩個底物都是蛋白翻譯過程中關(guān)鍵性的調(diào)節(jié)因子，它們的磷酸化導(dǎo)致核糖體蛋白合成的起始和增加。此外，胞外營養(yǎng)物質(zhì)氨基酸、ATP等也能調(diào)控mTOR的激酶活性.于是,mT0R蛋白整合生長因子和環(huán)境養(yǎng)分兩種信號，通過嚴格調(diào)控細胞有絲分裂和代謝響應(yīng)不同的環(huán)境條件，保證細胞只在有利的環(huán)境下增殖。1腫瘤與癌癥專題譯述細胞信號通路與癌癥發(fā)生二癌癥發(fā)生中的關(guān)鍵信號通路5Wnt信號2癌基因與抑癌WnT信號通路廣泛存在于無脊椎動物和脊椎動物中，是一類在物種進化過程中高度保守的信基因號通路.WnT信號在動物胚胎的早期發(fā)育、器官形成、組織再生和其它生理過程中，具有至&

23、quot;、口關(guān)重要的作用。如果這條信號通路中的關(guān)鍵蛋白發(fā)生突變，導(dǎo)致信號異?；罨涂赡苷T導(dǎo)3細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)癌癥的發(fā)生。1982年，R.Nusse和H.E。Varmus在小鼠乳腺癌細胞中克隆得到第一個WnT二癌癥發(fā)生中基因，最初它被命名為Intl(inTegraTion1)11。后來的研究發(fā)現(xiàn)小鼠InT基因與果蠅的關(guān)鍵信號通的無翅基因wg(wingless)為同源基因，因而將兩者合稱為Wnt。H.E。Varmus本人也因他路在癌癥研究中的杰出貢獻而獲得1989年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。1JAKSTAT信1)Wnt信號通路WnT是一類分泌型糖蛋白，通過自分泌或旁分泌發(fā)揮作用。WnT信號通路的主要成分

24、包括:2p53信號分泌蛋白WnT家族、跨膜受體Frizzled家族、CK1、Deshevelled、GSK3、APC、Axin、BCaTenin、以及轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF家族。3 NFkB信號WnT信號通路是一個復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，目前認為它包括三個分支：經(jīng)典WnT信號通路，通過4 Ras、PI(3)KB一CaTenin激活基因轉(zhuǎn)錄；WnT/PCP通路(plannercellpolariTypaThway),通過小G和mTOR信號蛋白激活JNK(c-JunNTerminalkinase)來調(diào)控細胞骨架重排；WnT/Ca2+通路，通過釋放胞內(nèi)Ca2+來影響細胞粘連和相關(guān)基因表達.5WnT信號6BM

25、P信號一般提到WnT信號通路主要指的是由B-CaTenin介導(dǎo)的經(jīng)典WnT信號通路。下面我們將簡單介紹一下經(jīng)典Wnt信號通路的主要成分：（完整）腫瘤信號通路三信號通路與（1）Frizzled（Fzd或Frz）:分泌型糖蛋白Wnt的細胞膜上受體，為7次跨膜蛋白，結(jié)構(gòu)藥物靶點類似于G蛋白偶聯(lián)型受體。FZD胞外的N端有一個富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域（cysteinerichdomain,CRD），能與Wnt結(jié)合。四癌癥基因治療（2）Dishevelled（Dsh或Dvl）:Dsh蛋白在細胞質(zhì)中接受上游信號，通過抑制APC、Axin以及GSK30等蛋白形成的復(fù)合物的功能，穩(wěn)定細胞質(zhì)中游離狀態(tài)的0Cateni

26、n蛋白。細胞質(zhì)五經(jīng)典文獻導(dǎo)中積累的0_catenin蛋白進入細胞核與TCF/LEF家族的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而開啟了下游靶基讀因的轉(zhuǎn)錄。六中英文對照（3）GSK3B：是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。在沒有Wnt信號時，GSK30能將磷酸基團加到0CateninN端的絲氨酸/蘇氨酸殘基上，磷酸化的0-Catenin經(jīng)0TRCP泛素化共價修飾后，被蛋白酶體（proteasome）降解。(4)CK1(caseinkinase1,酪蛋白激酶1):能將0-Catenin的Ser45位點磷酸化，隨后GSK30將0Catenin的Thr41、Ser37、Ser33位點磷酸化。（5）Axin:是一種支架蛋白，具有多

27、個與其它蛋白作用的位點，能與APC、GSK30、CK1等形成0-Catenin降解復(fù)合物。此外它還與Dishevelled、PP2A（proteinphosphatase2A）等wnt信號的其它組分相互作用.6BMP信號與結(jié)腸癌1）BMP信號通路BMP（骨形態(tài)發(fā)生蛋白，bonemorphogeneticprotein）是TGF0（轉(zhuǎn)化生長因子，transforminggrowthfactor0）超家族中的重要成員。它通過調(diào)節(jié)一系列下游基因的活性，控制著諸如中胚層形成、神經(jīng)系統(tǒng)分化、牙齒和骨骼發(fā)育以及癌癥發(fā)生等許多重要的生物學(xué)過程。BMP信號的傳遞主要通過配體BMP與細胞膜上的絲氨酸/蘇氨酸激酶受體（BMPrec