[摘要] 絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(MAPK/ERK)信號通路參與調(diào)控腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移，而腫瘤的生長需要新生血管的維持，腫瘤血管的生成需要血管內(nèi)皮細(xì)胞的參與，包括內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲。作為Ras/Raf/MEK/ERK途徑是該網(wǎng)絡(luò)信號的核心，本文就MAPK/ERK信號通路中各環(huán)節(jié)與腫瘤血管新生的聯(lián)系做一綜述，進(jìn)一步研究其在抑制腫瘤生長方面做出推論。

　　[關(guān)鍵詞] 碩士論文發(fā)表期刊,MAPK/ERK信號通路,腫瘤,血管新生

　　Relationship between MAPK/ERK signaling pathway and tumor angiogenesis

　　HAO Zhinan ZHENG Yongbin XIAO Gaochun LI Shengbo

　　Department of Gastrointestinal Surgery， Renmin Hospital of Wuhan University， Hubei Province， Wuhan 430060， China

　　[Abstract] MAPK/ERK signal pathway involves in the regulation of tumor growth and metastasis， and tumor growth cannot do without angiogenesis. Tumor angiogenesis requires the participation of vascular endothelial cells， including endothelial cell proliferation， migration and invasion. So as the core of this network signal： Ras/Raf/MEK/ERK pathway， this paper focus on the modulation between various MAPK/ERK signaling links and tumor angiogenesis， for making further study of the inferred in inhibiting tumor growth.

　　[Key words] MAPK/ERK signal pathway; Tumor; Angiogenesis

　　腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移是多階段、多基因、多因素共同參與的過程，其過程涉及到復(fù)雜的調(diào)節(jié)機制，它需要多條信號傳導(dǎo)途徑來共同完成，腫瘤不斷的生長則是通過腫瘤細(xì)胞的分裂繁殖來完成的，它可以在很少甚至完全沒有生長因子的條件下，而保持其持續(xù)增殖的能力。而腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、浸潤及血管形成受各種因素的影響，不同的信號通路抑制劑、生長因子、內(nèi)環(huán)境均可對它產(chǎn)生不同的影響，它們不僅僅需要在細(xì)胞間進(jìn)行信息的傳遞，同時還要與外界環(huán)境進(jìn)行信息的交流，故而在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，各個因素之間可以相互影響、相互制約，不同的信號通路通過不同的途徑影響和制約腫瘤的發(fā)生及發(fā)展，不同的生長因子可以激活不同的信號通路。然而在惡性腫瘤的生長過程中，需要有新生的血管來繼續(xù)維持它的生長，早期腫瘤較小，腫瘤生長緩慢，它可以通過擴(kuò)散作用進(jìn)行物質(zhì)交換以獲取營養(yǎng)物質(zhì)，但隨著腫瘤逐漸增大，僅僅靠擴(kuò)散作用不能滿足腫瘤生長的營養(yǎng)需求，它將通過各種途徑來完成血管新生，以提供充足的營養(yǎng)物質(zhì)和豐富的血液灌注來維持腫瘤的進(jìn)一步生長，為腫瘤向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移提供了重要通道，腫瘤細(xì)胞通過血管新生到達(dá)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移點[1]。近些年來研究的熱點主要集中在不同信號傳導(dǎo)通路對惡性腫瘤發(fā)展的影響[2-5]，其中有研究發(fā)現(xiàn)，絲裂原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(MAPK/ERK)信號通路通路不僅在細(xì)胞增殖、凋亡中發(fā)揮著重要的作用[6-8]，而且是血管生成各類信號通路的凋節(jié)中心，決定著血管的最終生成狀態(tài)。本研究組在前期實驗中，通過Matrigel膠模擬體內(nèi)生理狀態(tài)的環(huán)境來研究血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移、浸潤和血管形成，發(fā)現(xiàn)MAPK/ERK信號通路抑制劑能夠顯著抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的管道形成，本文就MAPK/ERK信號通路中各個因子在腫瘤血管生成中的相關(guān)聯(lián)系進(jìn)行綜述。

　　1 MAPK/ERK信號通路的組成及生物學(xué)特性

　　在信號通路網(wǎng)絡(luò)中，MAPK/ERK信號通路控制著細(xì)胞多種生理過程，與細(xì)胞的增殖、遷移與分化、細(xì)胞骨架的構(gòu)建、細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞惡變和細(xì)胞凋亡等密切相關(guān)，它也是將細(xì)胞表面受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)的關(guān)鍵，其中內(nèi)皮細(xì)胞在新生血管形成過程中需要MAPK/ERK信號通路的激活[9]。在MAPK/ERK信號通路的傳遞途徑中Ras作為上游激活蛋白，它需要釋放二磷酸鳥苷(GDP)并結(jié)合三磷酸鳥苷(GTP)的才能活化Ras，MAPK/ERK信號通路采用高度保守治療的三級激酶級聯(lián)傳遞信號即Raf-MEK-ERK，活化的Ras蛋白與絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Raf)的N端結(jié)構(gòu)域結(jié)合并使其激活;活化的Raf結(jié)合并磷酸化MEK亞區(qū)兩個絲氨酸，使其活化;MEK激活后使ERK的蘇氨酸和絡(luò)氨酸雙位點磷酸化而激活，即Ras/Raf/MEK/ERK途徑。許多重要應(yīng)激蛋白的生成都是由MAPK家族激活誘導(dǎo)的，它們作用于相同或不同的靶蛋白，從而產(chǎn)生一系列的生物學(xué)作用，目前已證明MAPK信號系統(tǒng)介導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)十分廣泛，有促進(jìn)細(xì)胞的增殖和分化、介導(dǎo)細(xì)胞凋亡和腫瘤形成的作用，同時參與細(xì)胞炎性反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)、促進(jìn)損傷修復(fù)、介導(dǎo)細(xì)胞凋亡甚至影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[10-12]。很多疾病和藥物在抑制血管新生等方面都是通過抑制MAPK信號通路來完成的，其中在人頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(Hincks)中，因其共同表達(dá)白細(xì)胞介素(IL)-8和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)因子，該因子可以促進(jìn)腫瘤血管生成、生長、轉(zhuǎn)移，p38 MAPK信號通路通過抑制活化可以控制癌細(xì)胞的生長以及血管生成[13];在腎細(xì)胞癌[14]中，由于抑癌基因VHL的突變或功能缺失而抑制MAPK活化，影響VEGF的表達(dá)，繼而抑制血管形成[15]，同樣它也可以通過抑制MAPK信號通路的活化，誘導(dǎo)腎細(xì)胞癌7860細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤的進(jìn)一步生長[16];非環(huán)式維生素A[17]同樣可以通過MAPK途徑抑制血管新生。以上可以看出許多組織因子參與腫瘤的生長，而這些活性因子又受到信號通路的調(diào)節(jié)，其中MAPK信號通路的活化可以誘導(dǎo)惡性腫瘤組織因子的生成，通過抑制可以減少組織因子的表達(dá)，Steffel等[18]研究表明內(nèi)皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)鐵蛋白組織因子(TF)表達(dá)活性能被p38顯著抑制，發(fā)現(xiàn)下調(diào)組織因子表達(dá)勢必會抑制腫瘤生長轉(zhuǎn)移。本研究組認(rèn)為MAPK信號通路在腫瘤的生長過程中起到重要的作用，其靶向抑制劑可以為治療惡性腫瘤提供一種新的治療方案。 　　2 MAPK/ERK信號通路各成分與腫瘤血管生成的關(guān)系

　　2.1 Ras蛋白

　　Ras蛋白是癌基因raps的產(chǎn)物，它具有兩種構(gòu)象，即活化態(tài)和失活態(tài)的GDP結(jié)合構(gòu)象，它們之間可以相互轉(zhuǎn)變，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮開關(guān)作用。Ras可以受許多刺激因子的激活，如果胞外信號與受體結(jié)合后，可以激活Ras，使Ras由失活態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)，啟動Ras通路。Ras癌基因主要以點突變和基因擴(kuò)增方式存在，Ras基因有K-Ras、N-Ras、H-Ras等，它是目前所知道的一類癌基因，Ras蛋白和G蛋白調(diào)轉(zhuǎn)因子(GAP)的作用位點由于突變，它與腫瘤密切相關(guān)，主要原因在于抑制了Ras的內(nèi)在的GTP活性。其中K-ras激活突變在結(jié)直腸癌是普遍存在的，K-ras編碼有K-ras4a和4b兩個亞型，Luo等[19]研究發(fā)現(xiàn)K-ras外顯子4a有一個腫瘤抑制基因能夠影響小鼠結(jié)腸腺瘤的形成;同樣范如英等[20]在結(jié)直腸癌患者的糞便中通過檢測K-ras基因突變，了解K-ras基因突變在結(jié)直腸癌中的意義，有助于臨床上腫瘤的早期診斷。目前本研究組的課題是結(jié)腸干細(xì)胞體內(nèi)突變構(gòu)建結(jié)直腸癌局部免疫研究模型，目的是培育ApcloxP/loxP+KrasLSL-G12D/LSL-G12D品系的小鼠，在該品系的小鼠中同時攜帶一個表達(dá)被LoxP+終止密碼封閉的、突變活化的Kras等位基因和1個兩端各包括1個LoxP位點的Apc等位基因，這樣導(dǎo)致突變Kras的表達(dá)和出現(xiàn)類似于ApcMin小鼠的腫瘤傾向，繼而出現(xiàn)腺瘤-腺癌-轉(zhuǎn)移的病理變化過程的小鼠模型。許多疾病的發(fā)生過程是通過Ras蛋白質(zhì)與小分子復(fù)合物而起作的，Tanaka等[21-22]通過建立小鼠模型，演示了通過藥物干擾Ras蛋白與其他物質(zhì)的相互作用從而達(dá)到抑制腫瘤生長，發(fā)現(xiàn)抑制RAS-dependent信號在癌癥治療效果上可以和腫瘤常規(guī)放療或化療達(dá)到相似的效果，在這種背景下，阻斷Ras的作用能夠有效地抑制腫瘤的生長和發(fā)展。

　　2.2 Raf蛋白

　　Raf蛋白其上游激活蛋白Ras，利用高親和力和Raf-1N-端的兩個區(qū)域結(jié)合后，使Raf被激活，它有三種類型：Raf-1、A-Raf、B-Raf，Raf的絲/蘇氨酸的磷酸化可能是Raf的激活機制之一。其中Raf-1是研究最廣泛也是功能最多的激酶，阻止Raf-1的激活能夠阻礙血管新生，Asami等[23]在血管抑制劑研究過程中發(fā)現(xiàn)，它是通過抑制Raf-1的激活而達(dá)到阻礙血管的形成;在對核糖核酸干擾(RNAinterfere)研究中，Meng等[24]發(fā)現(xiàn)，在裸鼠的動物模型中，它是通過抑制Raf-1的激活，從而抑制腫瘤的血管生成和腫瘤的生長;在其他學(xué)者研究結(jié)腸癌裸鼠模型中，Raf-1的表達(dá)也與腫瘤血管生成正相關(guān)[25]，Raf-1作為一個關(guān)鍵的節(jié)點分子在調(diào)節(jié)腫瘤血管生成過程中的起著重要作用，特定Raf-1癌癥治療-血管生成抑制劑，有可能成為腫瘤治療過程中一個重要治療方向;同樣抑制Raf-1與其他抑制蛋白間的相互作用，一樣可以抑制腫瘤血管生成，瓦解成視網(wǎng)膜細(xì)胞瘤的腫瘤抑制蛋白和Raf-1之間聯(lián)系可以減緩該腫瘤的生長和血管形成[26]。目前Raf激酶抑制成為國內(nèi)外研究的熱點，該抑制劑被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于多種生物中，與前列腺癌、乳腺癌、結(jié)直腸癌、黑色素瘤、肺癌有著密切的關(guān)聯(lián)[27]，其中最有代表性的藥物屬多靶點raf激酶抑制劑索拉非尼，索拉非尼是一種多激酶抑制劑，能夠同時抑制多種存在于細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞表面的激酶，它具有的雙重抗腫瘤效應(yīng)，一方面通過抑制信號傳導(dǎo)通路，直接抑制腫瘤生長，另一方面靶向作用于血管內(nèi)皮生長因子受體和血小板衍生生長因子受體而抑制血管形成。

　　2.3 MEK

　　MEK分為MEK1和MEK2兩種亞型，它的激活需要上游蛋白Raf的激活，主要是因為Raf的C端催化區(qū)能與MEK結(jié)合，并使MEK第Ⅷ亞區(qū)中兩個Ser磷酸化，從而使MEK激活，我們知道ERK的Tyr/Thr雙特異性磷酸化具有重要的生理意義，它對細(xì)胞信號傳導(dǎo)中處于核心地位，異常的磷酸化都會對細(xì)胞生命活動產(chǎn)生不同的影響。PD98059是一種特異性的MEK抑制劑，也是目前研究較多的一種抑制劑，它主要通過與MEKl/2的非活化形式結(jié)合阻止其磷酸化，從而抑制ERK的Tyr/Thr雙特異性磷酸化而達(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞的增殖[28]，本研究組所做的實驗發(fā)現(xiàn)，PD98059能夠顯著抑制結(jié)腸癌血管內(nèi)皮細(xì)胞在matrigel膠上管道形成能力[29]，從而抑制腫瘤血管新生的能力，PD98059不僅僅對結(jié)腸癌細(xì)胞有作用，同時發(fā)現(xiàn)PD98059對肝癌HepG2細(xì)胞的抑制作用隨濃度的升高而增強，細(xì)胞的生長明顯受到抑制，同時誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的數(shù)目也增多[30]。MEK1和MEK2表達(dá)過度也與腫瘤組織發(fā)生相關(guān)，在食管鱗狀細(xì)胞癌組織中MEK1表達(dá)明顯增高，引起食管癌變過程中提示MEK1的異常表達(dá)，從而激活對MAPK信號傳導(dǎo)途徑的正調(diào)控，使食管上皮細(xì)胞過度增殖，進(jìn)而發(fā)生惡變，并伴有腫瘤血管新生[31];張輝等[32]通過實驗發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌患者中MEK2的表達(dá)都明顯增高，結(jié)直腸癌組織中MEK2蛋白表達(dá)水平明顯高于對照正常腸黏膜組織，同時結(jié)直腸癌Dukes分期、分化及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移也與MEK2表達(dá)水平有關(guān)。MEK抑制劑也可以通過抑制活性因子表達(dá)，增強抗腫瘤血管活性，在對非小細(xì)胞性肺癌(NSCLC)研究中[33]，MEK抑制劑可以通過減少VEGF能夠增強抗腫瘤血管的形成，達(dá)到抑制腫瘤生長;炭疽致死因子[34]是一種MEK通路的蛋白水解酶抑制劑，它可以通過抑制該途徑達(dá)到抑制腫瘤的生長和腫瘤血管的形成。

　　2.4 ERK

　　ERK即細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶，可分為ERK1和ERK2，主要通過各種生長因子、離子射線、過氧化氫等磷酸化而激活，通過作用于轉(zhuǎn)錄因子而促進(jìn)某些基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，并且和細(xì)胞的增殖、遷移、血管形成密切相關(guān)。同樣ERK的失活需要通過蘇氨酸和酪氨酸殘基上的磷酸的移除，腫瘤進(jìn)一步生長需要有新生血管形成，而ERK通路在腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移中是重要的一環(huán)節(jié)，ERK能否進(jìn)入細(xì)胞核作于于轉(zhuǎn)錄因子，促使相關(guān)信號的表達(dá)，從而影響腫瘤血管新生。有些物質(zhì)能夠通過阻止ERK磷酸化激活抑制血管形成，如水楊苷(Salicin)[35]，它是一種從柳樹樹皮提煉出來的植物生化素，可作為抗發(fā)炎的藥物，與阿司匹林結(jié)構(gòu)相似，在體中會被代謝成水楊酸;5-和厚樸酚衍生物能顯著抑制細(xì)胞外MEK磷酸化的激酶表達(dá)，從而不能激活ERK，表明5-和厚樸酚衍生物可能通過抑制MEK磷酸化而具有抗血管生成的能力[36];Sun等[37]研究提供的證據(jù)表明，EPOX導(dǎo)致ERK失活，從而形成血管生成的抑制作用，EPOX是一種新型的抗血管新生代理，使其進(jìn)一步發(fā)展成為治療血管新生方面疾病的先導(dǎo)化合物。在對骨髓瘤和其腫瘤血管形成的研究中[38]，血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子對ERK磷酸化也相關(guān)，發(fā)現(xiàn)通過下調(diào)ERK磷酸化活性可以抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子的分泌，從而達(dá)到抑制骨髓瘤生長和抑制骨髓瘤腫瘤血管形成。 　　3 MAPK/ERK信號通路與惡性腫瘤的關(guān)系

　　MAPK/ERK信號傳導(dǎo)通路有3個重要分子靶：Ras、Raf及MEK。理論上，干預(yù)Ras/Raf/MEK/ERK任何一種激酶都有可能阻止腫瘤的生長，同時ERK調(diào)節(jié)著細(xì)胞的增殖、分化和存活，是多種生長因子的下游蛋白，故該信號通路在惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中有著重要的作用。乳腺癌中的腫瘤易感基因101(TSG101)可能通過MAPK/ERK信號通路發(fā)揮生物學(xué)作用[39]，TSG101的下調(diào)可以抑制ERK的表達(dá)，同時發(fā)現(xiàn)TSG101和p-ERK在乳腺癌組織中的蛋白表達(dá)存在正相關(guān)。垂體腫瘤轉(zhuǎn)化基因(PTTG)是一種新型原癌基因，它也是通過MAPK/ERK信號通路發(fā)揮促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞增殖及抑制凋亡的生物學(xué)作用[40]。同時MAPK/ERK信號通路也與消化道腫瘤密切相關(guān)，在肝細(xì)胞癌發(fā)生過程中，乙肝病毒感染可以上調(diào)感染細(xì)胞內(nèi)的Ras-ERK通路的磷酸化水平，同時伴隨相關(guān)癌基因表達(dá)的增多，導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)節(jié)紊亂，細(xì)胞生長不能得到有效控制;在食管癌轉(zhuǎn)變進(jìn)展過程中，脫氧膽酸(DCA)可以促進(jìn)Barrett食管癌變[41]，主要是通過活化ERK/MAPK通路而誘導(dǎo)抗凋亡蛋白環(huán)氧合酶(cox)-2的表達(dá);在結(jié)腸惡性腫瘤中，它能夠抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長而促進(jìn)其凋亡，主要是通過ERK這條信號通路來完成的;同樣在其他許多人類的癌癥中都可發(fā)現(xiàn)ERK的過度激活(如口腔癌、黑色素瘤等)[42]。

　　綜上所述，Ras/Raf/MEK/ERK途徑是最重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一，該級聯(lián)反應(yīng)是經(jīng)典的激酶單向和線性傳遞信號，不僅因為它涉及到調(diào)節(jié)細(xì)胞的生命活動和各種功能，而且還在多種疾病的發(fā)病機制及病理生理過程中發(fā)揮著重要的作用，與其他蛋白和其他信號通路存在復(fù)雜的關(guān)系，但Ras/Raf/MEK/ERK途徑是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)信號的核心，其中任何一個環(huán)節(jié)無法激活，將導(dǎo)致信號通路的中斷，無法發(fā)揮生理學(xué)效應(yīng)。Ras需要由失活態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)才能激活，我們現(xiàn)在的課題是構(gòu)建K-Ras基因突變模型，而Ras基因還有N-Ras、H-Ras等很多種類，它們有沒有類似的作用，需要我們在以后工作中繼續(xù)探索;Raf的活化目前只知道與絲/蘇氨酸的磷酸化有關(guān)，但具體機制不詳，需要進(jìn)一步明確。此信號通路最終需要通過ERK發(fā)揮作用，需要Ras依賴的，但有些是不需要Ras依賴的，比如成纖維細(xì)胞中佛波醇脂對ERK的激活，同樣其他信號通路和細(xì)胞活性因子也可以對ERK激活，因此要了解該信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中上游蛋白和各種激酶的激活機制，明白生命活動中一些基本機制和過程，以便尋找出針對性的治療措施。今后的目標(biāo)是尋找針對MAPK/ERK信號傳導(dǎo)通路中各個環(huán)節(jié)的抑制物，以切斷信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑，從而達(dá)到治療疾病的目的。相信MAPK/ERK信號傳導(dǎo)通路中某些關(guān)鍵信號元件的抑制劑成為近年來惡性腫瘤治療中的一個新策略，需要不斷地發(fā)現(xiàn)和探索。

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