Ras/Raf/MEK/ERK通路與低氧性疾病關(guān)系的研究進(jìn)展*

韓園芳 綜述，冀林華 審校

(1.青海大學(xué)研究生院，青海西寧 810000；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院血液科，青海西寧 810001)

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Ras/Raf/MEK/ERK通路與低氧性疾病關(guān)系的研究進(jìn)展*

韓園芳1綜述，冀林華2△審校

(1.青海大學(xué)研究生院，青海西寧 810000；2.青海大學(xué)附屬醫(yī)院血液科，青海西寧 810001)

Ras/Raf/MEK/ERK；信號(hào)通路；低氧性疾病

Ras/Raf/MEK/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)信號(hào)通路又稱ERK通路，該通路主要由一個(gè)三級(jí)酶聯(lián)功能單位構(gòu)成，其通過“瀑布式”的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，將細(xì)胞外刺激信號(hào)傳至細(xì)胞內(nèi)，引起一系列細(xì)胞反應(yīng)，從而調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、轉(zhuǎn)移等功能。ERK通路與低氧性疾病的發(fā)生、發(fā)展及治療存在著不可忽視的聯(lián)系。現(xiàn)結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路的生物學(xué)特征及與多種缺血低氧性疾病關(guān)系的研究進(jìn)展綜述如下。

1　Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路的組成特征

1.1Ras蛋白超家族Ras蛋白超家族結(jié)構(gòu)上均由約190個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，僅有一個(gè)鳥苷三磷酸(guanosine triphosphate，GTP)酶結(jié)構(gòu)域。Ras家族包含3種基因類型：HRAS、NRAS和編碼21×103蛋白的KRAS。Ras基因是一種低相對(duì)分子質(zhì)量GTP結(jié)合蛋白，它有多條信號(hào)通路，包括Raf/MEK/ERK、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kenase B，PI3K/Akt)和RasG37、Ral-鳥苷酸交換因子(guanine-nucleotide exchange factor，GEF)通路，其中Ras/Raf/MEK/ERK途徑與細(xì)胞的增殖和分化密切相關(guān)[1]。Ras及相關(guān)蛋白在眾多的細(xì)胞調(diào)節(jié)過程中起著關(guān)鍵作用,包括細(xì)胞增殖與分化、胞內(nèi)胞液間運(yùn)輸、胞內(nèi)氧化酶的產(chǎn)生、細(xì)胞骨架的調(diào)控及胞外信息的跨膜傳遞等分子開關(guān)作用。

1.2Raf基因家族Raf是絲氨酸/蘇氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶又稱絲裂原活化蛋白質(zhì)激酶激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK)，Raf激酶家族是Ras的下游效應(yīng)，是公認(rèn)的介導(dǎo)增殖信號(hào)的必需成分。目前有Raf-1、A-Raf、B-Raf 3種類型，其中Raf-1是研究最廣泛也是功能最多的激酶。Raf可以通過不同的磷酸化使細(xì)胞外不同的信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)特殊的信號(hào)應(yīng)答，其通常是由一系列復(fù)雜的事件所活化，包括：(1)通過與Ras的配合招募到質(zhì)膜；(2)Raf蛋白二聚體的形成；(3)在不同的區(qū)域磷酸化或去磷酸化；(4)Raf激酶抑制劑的裂解；(5)與支架性復(fù)合物的聯(lián)系。

1.3MEK與ERKMEK即絲裂原活化蛋白質(zhì)激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK)，是絲裂原活化蛋白激酶的一種，主要包括即MEK1和MEK2兩種類型，雖然MEK1和MEK2有90%的氨基酸序列相似，但發(fā)現(xiàn)cDNA的核苷酸序列存在差異，表明它們是不同的基因產(chǎn)物。MEK1與MEK2被Ras和Raf下游位于激活結(jié)構(gòu)域的兩個(gè)磷酰化的絲氨酸殘基所活化[2]。ERK屬于絲裂原活化蛋白質(zhì)激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)家族，又被稱為MAPK，具有兩種異構(gòu)體：ERK1和ERK2[3]，其可在多種不同的信號(hào)傳導(dǎo)途徑中充當(dāng)一種共同的信號(hào)傳導(dǎo)成份，且在細(xì)胞周期調(diào)控中發(fā)揮重要的作用。ERK1和ERK2在細(xì)胞周期進(jìn)展和細(xì)胞增殖中的作用被很好地建立在許多類型的細(xì)胞，包括免疫細(xì)胞。此外，ERK的激活需要3個(gè)階段：(1)Ras激活Raf；(2)活化的Raf激活MEK1/2，MEK1/2磷酸化；(3)磷酸化的MEK1/2激活ERK1/2[4-7]。ERK是細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)過程中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，ERK活化后可將細(xì)胞外信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)。

2　Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路的傳導(dǎo)過程

被生長因子激活的酪氨酸激酶受體(receptor tyrosine kinases,RTKs)以直接或間接的方式結(jié)合生長因子受體結(jié)合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，GRB2)。GRB2與受體酪氨酸激酶結(jié)合后招募SOS(son of seven-less)蛋白定位在與Ras相鄰的細(xì)胞膜上。SOS與Ras形成復(fù)合體后，GTP取代鳥苷二磷酸(GDP)與Ras結(jié)合，Ras被激活，Ras-GTP可募集一種Ser/Thr磷酸化激酶Raf，其通過與膜結(jié)合的Ras-GTP和額外的修飾如磷酸化在質(zhì)膜被激活，Raf被激活后，依次激活MEK1和MAPK。MEK經(jīng)磷酸化最終激活ERK，活化的ERK入核，啟動(dòng)相應(yīng)轉(zhuǎn)錄子的轉(zhuǎn)錄。活化的MAPK可催化活化蛋白1(activating protein 1，AP-l)、核因子白細(xì)胞介素-6(nuclear factor interleukin-6，NF-IL-6)和E26轉(zhuǎn)錄因子(E26 transformation-specific，Ets)家族中的成員等多種核轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化而活化,調(diào)節(jié)多種基因的表達(dá)。借此磷酸化級(jí)聯(lián)反應(yīng)，細(xì)胞外刺激信號(hào)傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，引起一系列細(xì)胞反應(yīng)，從而調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡、轉(zhuǎn)移等功能[8-10]。

3　Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)傳導(dǎo)通路與多種低氧相關(guān)性疾病的關(guān)系

3.1Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路與腫瘤人類癌癥是癌基因和抑癌基因與癌癥易感基因多態(tài)性遺傳引起體細(xì)胞突變的一起復(fù)雜的多基因遺傳病。在不同類型的癌癥中，許多癌基因和抑癌基因突變已被詳細(xì)研究。然而，在疾病的發(fā)生和發(fā)展中，遺傳背景的作用卻知之甚少。因此，確定致癌特性和相關(guān)自然變異之間的功能鏈接仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)[11]。最近，許多研究發(fā)現(xiàn)腫瘤的發(fā)生與一些信號(hào)傳導(dǎo)通路的異常激活有關(guān)，如Ras基因的突變?cè)谌祟惏┌Y中占很大比例[12]。信號(hào)傳導(dǎo)途徑的改變導(dǎo)致不受控制的細(xì)胞增殖、存活、侵入和轉(zhuǎn)移是致癌過程的標(biāo)志[13]。Ras/ Raf /MEK/ERK途徑由于各成分的遺傳改變或細(xì)胞表面受體上游的激活，其在人類癌癥中通常是失調(diào)的[14]，如在皮膚腫瘤中Ras蛋白表達(dá)水平增高。Raf蛋白的過度表達(dá)與細(xì)胞生長、細(xì)胞周期停滯甚至凋亡有關(guān)，目前研究顯示,ERK在肝癌、頭頸部鱗癌及前列腺癌等多種腫瘤組織中異常表達(dá)或活性增強(qiáng)。此外，Ras/Raf/MEK/ERK的異常激活也能誘導(dǎo)造血細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。通過多種疾病的征象表明，Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路在臨床腫瘤發(fā)展中與一些小分子抑制劑有很大關(guān)系。大量研究結(jié)果表明，Ras/Raf/MEK/ERK在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起重要作用，對(duì)指導(dǎo)腫瘤臨床治療具有重大意義。

3.1.1兒童急性淋巴細(xì)胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)ALL如果發(fā)生于小于1歲的嬰幼兒，則表示此種早發(fā)類型的白血病具有極強(qiáng)的攻擊性，并且容易復(fù)發(fā)，預(yù)后效果較差[15]。兒童ALL均表現(xiàn)出Ras/Raf/MEK/ERK途徑失調(diào)，其由點(diǎn)突變、基因缺失和基因類型繁多的染色體易位造成，強(qiáng)調(diào)了該通路在白血病發(fā)生中的重要性。在ALL中，基因突變導(dǎo)致Ras通路被反復(fù)激活，這些突變因子包括NRAS、KRAS、BRAF、FMS相關(guān)酪氨酸激酶3(FMS-like tyrosine kinase-3,FLT3)、蛋白酪氨酸磷酸酶、非受體型11、B系淋巴瘤和NF1。其中NRAS、KRAS突變較常見[16-18]。NRAS基因突變多見于ALL和其他血液系統(tǒng)惡性腫瘤，而KRAS突變多見于上皮的惡性腫瘤[10]。Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路的激活可以應(yīng)用于疾病的治療，為復(fù)發(fā)性ALL和其他高風(fēng)險(xiǎn)的亞群提供新療法[19]。

3.1.2黑色素瘤黑色素瘤(melanoma)又稱為惡性黑色素瘤，是一種能產(chǎn)生黑色素的高度惡性腫瘤，發(fā)生于皮膚者以足底部和外陰及肛門周圍多見。近幾十年，惡性黑色素瘤的患病率逐漸上升。據(jù)估計(jì)，2012年美國診斷出約76 250例新發(fā)病例，其中約9 180例患者可能死于該病[20]。黑色素瘤的預(yù)后較差，對(duì)系統(tǒng)治療的反應(yīng)率極低[21]，其中位生存期僅為6～9個(gè)月。然而，隨著靶向治療和免疫治療的發(fā)展，黑色素瘤的治療效果得到很大程度地提高。其中，靶向治療主要針對(duì)BRAF基因突變進(jìn)行治療。BRAF是Ras/Raf/MEK/ERK途徑的一個(gè)重要因子，并且是MEK的主要激動(dòng)劑，其突變率在黑色素瘤中可達(dá)到40%，是已知主要的癌癥驅(qū)動(dòng)力[22-23]。BRAF最常見的突變位于15號(hào)外顯子和由谷氨酸替代纈氨酸的第600位密碼子上，V600K和V600G/R突變不太常見。NRas在黑色素瘤中的突變率約為20%。新近報(bào)道的數(shù)據(jù)表明，BRAF抑制劑獲得的抗性往往與MAP激酶途徑的活化相關(guān)聯(lián)，這使得BRAF抗性黑色素瘤細(xì)胞抑制劑易與BRAF和MEK結(jié)合。目前，已經(jīng)開發(fā)出兩種選擇性BRAF抑制劑化合物，其臨床有效性高，而兩種非選擇性BRAF抑制劑還處于臨床試驗(yàn)評(píng)估階段。RAF-265就是針對(duì)突變/野生型BRAF和血管內(nèi)皮生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)的一種小分子多激酶抑制劑[24]。

3.2Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路與阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD)在神經(jīng)系統(tǒng)中,Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路在神經(jīng)祖細(xì)胞的生成、學(xué)習(xí)和記憶等方面發(fā)揮重要作用。AD是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，主要表現(xiàn)為漸進(jìn)性記憶障礙、認(rèn)知功能障礙、人格改變及語言障礙等神經(jīng)精神癥狀，Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路在AD患者易感神經(jīng)元內(nèi)可以被激活,提示ERK信號(hào)傳導(dǎo)通路在AD的病理生理和發(fā)病機(jī)制中具有重要作用，如Tau蛋白磷酸化、β淀粉樣蛋白(amyloid β-protein,Aβ)沉積。在早期認(rèn)知功能減退，如學(xué)習(xí)、記憶等方面，Aβ通過擾動(dòng)突觸功能和認(rèn)知過程引起AD。畢勝等[25]通過ERK蛋白質(zhì)印跡法證明AD患者ERK蛋白水平高于帕金森癡呆患者及健康老年人。

3.3Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路與循環(huán)系統(tǒng)疾病心肌肥厚是心肌工作量增加而導(dǎo)致的不同心血管疾病的一種適應(yīng)性反應(yīng)。雖然對(duì)該應(yīng)力的代償反應(yīng)被視為支持心輸出量增加的有效手段，但長時(shí)間的心肌肥大最終會(huì)導(dǎo)致猝死或進(jìn)展為心臟衰竭。Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路的激活在許多增殖性疾病如心肌肥厚中起著至關(guān)重要的作用，心肌肥大的發(fā)生與局部RAS的激活聯(lián)系密切，其主要活性物質(zhì)血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)的生物學(xué)作用是通過位于組織細(xì)胞上的特異性受體介導(dǎo)的，ERK就是其中一種被AngⅡ激活的信號(hào)物質(zhì)。ERK活化后參與多種刺激因素的促心肌肥大和增殖，進(jìn)而演變成慢性心力衰竭，而心錨蛋白重復(fù)序列蛋白會(huì)通過抑制ERK通路的表達(dá)來減弱心臟肥大。以上證據(jù)表明心力衰竭與Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路密切相關(guān)。

3.4Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路與皮膚光老化皮膚是人體最大的器官，它的自我修復(fù)能力貫穿人的一生。隨著年齡的增加及某些外界因素的影響，皮膚會(huì)逐漸老化。紫外線輻射可導(dǎo)致皮膚成纖維細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞產(chǎn)生大量的活性氧簇，活性氧簇可介導(dǎo)細(xì)胞表面表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)激活，EGFR激活后可介導(dǎo)Ras的激活，從而激活Ras/Raf/MEK/ERK傳導(dǎo)通路。有研究表明，成年皮膚駐留在干細(xì)胞/祖細(xì)胞，生長停滯、衰老、凋亡性死亡和功能障礙由關(guān)鍵信號(hào)的突變引起，如Ras/Raf/MEK/ERK、PI3K/Akt信號(hào)通路，以及Wnt信號(hào)、p21和p53等已經(jīng)在皮膚再生中顯示出重要的功能[26]。

4　展　　望

綜上所述，低氧是人類眾多疾病中常見的一個(gè)重要病理生理過程，了解ERK通路在低氧性疾病中的作用機(jī)制能為這類疾病的治療提供新的思路和方法。通過對(duì)ERK通路多年來的研究積累，了解到ERK通路主要是通過在不同時(shí)間、不同空間條件下的激活實(shí)現(xiàn)其對(duì)細(xì)胞應(yīng)答的調(diào)節(jié),阻斷其信號(hào)傳導(dǎo)鏈中的任何一個(gè)環(huán)節(jié),就有可能阻斷相應(yīng)疾病的發(fā)生。據(jù)此可以認(rèn)為，隨著對(duì)細(xì)胞通路機(jī)制研究的不斷深入，將會(huì)有更多的針對(duì)該通路的新型治療藥物不斷涌現(xiàn)出來。除此之外,Ras/Raf/MEK/ERK通路信號(hào)分子的變化及對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的影響，相關(guān)通路信號(hào)分子抑制劑干預(yù)的效應(yīng)都需要引起高度的關(guān)注和進(jìn)行深入的研究。

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2014年青海省科技廳國際合作項(xiàng)目(2014-HZ-808)。作者簡介：韓園芳(1989-)，在讀碩士，主要從事血液病學(xué)研究。△

，E-mail：lindaji1@163.com。

R363

A

1671-8348(2016)21-3004-04

2016-01-08

2016-03-26)

·綜述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.21.041