Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在腫瘤中的研究進展

劉盟盟

Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在腫瘤中的研究進展

劉盟盟

絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶信號傳導通路(MAPK/ERK)是真核細胞中廣泛存在的一條復雜的高度保守的細胞信號傳導通路，在腫瘤的發生發展及惡性轉化過程中非常重要。其中，Ras/Raf/MEK/ERK是該通路中的一條經典通路，參與腫瘤發展的機制包括：誘導惡性腫瘤異常增殖、侵襲生長和遠處轉移。現將Ras/Raf/MEK/ERK信號通路發生、發展及作一綜述。

絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases,MAPK）是三級激酶級聯放大反應傳導信號，具有高度保守的特性，當細胞受到外界刺激后先激活MAPK激酶的激酶(MAPKKK),進一步激活 MAPK激酶(MAPKK)，MAPKK進一步磷酸化激活MAPK，其作用位點發生在蘇氨酸和酪氨酸殘基，激活后直接作用于其相應的底物，將胞漿蛋白磷酸化，產生一系列生理反映[1]。MAPK代表絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，控制著細胞的增殖、 分化以及細胞的凋亡等多種生物過程。在哺乳動物體內已被發現的MAPK家族成員包括 4類：細胞外信號調節激酶 (extracellular signal regulated kinase ERK)、P38 分裂原激活蛋白激酶P38MAPK(P38 mitogen activated protein kinase，)、c- Jun 氨基末端激酶JNK(c- Jun N- terminal kinase，)、細胞外信號調節蛋白激酶5(extracellular regulated kinase 5， ERK5)[2]。Ras-Raf-MEK-ERK作為最經典的信號通路目前研究最為廣泛，該信號通路由鳥嘌呤核苷酸結合蛋白 Ras、Raf、有絲分裂原活化蛋白激酶 MEK和細胞外活化蛋白激酶ERK組成。

1 Ras-Raf-MEK-ERK細胞信號傳導通路與腫瘤

1.1 Ras-Raf-MEK-ERK細胞信號傳導通路

Ras-Raf-MEK-ERK細胞信號傳導通路是由一個小GTP蛋白連接膜結合配體啟動受體酪氨酸激酶和胞漿蛋白組成的級聯反應。與GTP結合后活化的Ras募集級聯反應的第一個蛋白激酶 Raf蛋白到細胞膜上，經過一系列復雜的過程將其激活，此過程包括改變蛋白的磷酸化狀態、誘導與骨架蛋白及其他激酶結合等。被激活的Raf激酶繼續磷酸化并激活MAPKK蛋白激酶MEK1/2，最終磷酸化并激活ERK1/2[3]。該通路的主要蛋白激酶包括： GTP/GDP膜結合型的結合蛋白Ras，具有絲/蘇氨酸特異性的蛋白激酶Raf，具有磷酸化蘇/酪氨酸殘基雙特異功能的MEK及絲/蘇氨酸蛋白激酶ERK。

1.1.1 Ras蛋白激酶

1982年在人類癌癥中檢測出激活的Ras基因突變，發現Ras基因突變發生在 12、13和61密碼子上 [4]。人類癌癥的 30%攜帶激活的Ras基因突變，在RAS亞型之間，基因突變發生在 12密碼子類型以KRAS和HRAS突變最為常見，而第61密碼子以NRAS突變是最常見的。人類癌癥中錯位突變常見于 KRAS最常見為21%，NRAS占8%，HRAS為3%。Ras基因突變所有腫瘤中已檢測到 9-30%，根據癌癥類型與特定的 RAS亞型突變一般不同。KRAS基因突變頻率在占胰腺癌、肺癌90%，在結直腸癌，KRAS也是主要的突變型（86%），而NRAS突變較少見（14%）和HRAS突變沒有被檢測到；相反，KRAS和NRAS見于多發性骨髓瘤（MM），NRAS在皮膚黑色素瘤的突變（94%）和急性髓細胞白血病（AML；59%）是主要的亞型；HRAS突變以膀胱癌（57%）和頭頸部鱗狀細胞癌（86%）為主[4，5]。

1.1.2 Raf蛋白激酶

Raf被認為是Ras和MEK-ERK之間連接的必須途徑，作為Ras的直接效應物和MEK的直接激活物，是ERK1/2通路中高度保守的絲/蘇氨酸特異性蛋白激酶， B-Raf是人類基因組中最常見的突變蛋白激酶；大多數突變發生在激酶結構域，特別是其蛋白序列第 600密碼子上（V600E）存在著纈氨酸被谷氨酸取代的錯位替換，這種基因突變在人類癌癥中占BRAF突變的90%，主要在惡性黑色素瘤、肝癌、卵巢癌和甲狀腺乳頭狀癌等中常見[6]。BRAF V600E 比 ARAF 和 CRAF 具有更高的基礎激酶活性，B-Raf高活性不依賴 RAS 的磷酸化作用而持續激活下游MEK/ERK 信號通路，最終促進細胞的異常增殖和腫瘤形成[7]。研究表明BRAF V600E與腫瘤細胞具有更高的侵襲性和降低患者的生存率相關。一些攜帶BRAF突變的癌細胞對MEK抑制劑高度敏感，而細胞不存在BRAF突變或含有RAS或表皮生長因子受體（EGFR）突變則產生容易產生耐藥[3]。

1.1.3 MEK蛋白激酶

ERK的上游蛋白激酶MEK，是Ras-Raf-MEK-ERK信號通路一個組成部分， Ras激活的Raf激酶的兩個絲氨酸殘基磷酸化，在MEK活化環路，激活ERK1 / 2。MEK1和MEK2具有使底物絲氨酸/蘇氨酸和酪氨酸殘基發生磷酸化反應的特性，通過將蛋白ERK1/2的蘇氨酸202/185和酪氨酸殘基204/187發生磷酸化反應，而使ERK1/2活化。MEK1和MEK2中心結構域富含脯氨酸的區域，具有催化活性，被認為與特異性調控蛋白的相互作用的區域；其兩側分別連接N端和C端的區域，序列相似性相對低，使MEK兩個亞型功能存在顯著不同，甚至有些功能是不可相互替代的[10]。與ERK1/2的C-端結合的關鍵位點是由10個疏水性氨基酸和催化核心之間存在一個核輸出序列（nuclear export signal, NES），對 MEK的功能和亞細胞定位至關重要。如果該區域的基因組變異可能影響亞細胞的定位[8]。MEK底物單一性，ERK使其唯一的底物，由此使得MEK成為RAS/Raf/MEK/ERK信號通路的重要的連接點蛋白。

1.1.4 ERK蛋白激酶

ERK作為絲裂原活化蛋白激酶中一類重要的創始成員（MAPKs），ERK的激活需要酪氨酸和蘇氨酸激酶的磷酸化調節，其分子內一種 LooP12的環狀結構決定了雙磷酸化的特性。ERK常存在于胞漿中，當受到生長因子等有絲分裂原激活后迅速進入細胞核內，通過磷酸化作用于 ATF、NF-κB等轉錄因子，調控某些基因的轉錄與表達，發揮生物學效應[9]。Ras-Raf-MEK-ERK通路是 ERK通路的主要途徑，細胞外的各種刺激物使 Ras由失活狀態的Ras-GDP轉變為活化狀態的Ras-GTP，活化的Ras具有高的親和力，和Raf 的氨基端結構域結合后，將Raf從胞漿轉移至胞膜，在胞膜上被Raf激酶激活；活化的 Raf C端催化區域與MEK結合，使其亞區內的兩個調節性絲氨酸磷酸化，進而激活MEK1/2的磷酸化狀態[8]。MEK1/2屬于雙重特異性激酶，激活后的 MEK可以使絲氨酸/蘇氨酸和酪氨酸殘基磷酸化，最終使ERK1/2激活。參與多種生理過程[10]。

展 望

本文綜述了有關Ras/Raf/MEK/ERK信號通路在癌癥發生發展作用的最新研究進展，尤其是其對各種生物學行為的作用包括與腫瘤細胞增殖、侵襲和轉移等相關的方面。各種體外實驗已經證實Ras/Raf/MEK/ERK信號通路對于癌癥發生發展的重要作用，但在研究過程中仍有許多問題亟待解決。RAS-ERK信號通路中MEK具有底物單一性，其唯一的底物ERK，由此使得MEK成為RAS/Raf/MEK/ERK信號通路的重要的連接點蛋白。阻斷ERK可以干預腫瘤的增殖、延緩其轉移過程，抑制其遷移能力。各通路之間存在的循環通路及負反饋調節給研究帶來很大難題，參與調控Ras/Raf/MEK/ERK信號通路涉及眾多的信號分子，單純的阻斷某一通路不能完全抑制癌細胞的侵襲和轉移，各種信號通路及分子的參與又使癌細胞產生耐藥性。因此隨著診療技術的不斷進步和更新，對Ras/Raf/MEK/ERK信號通路的具體調控機制以阻斷其對腫瘤生物學行為的誘導是目前研究的重點。

[1]Min L, He B, Hui L.Mitogen-activated protein kinases in hepatocellular carcinoma development.Semin Cancer Biol, 2011; 21(1):10-20.

[2]Stephen AG, Esposito D, Bagni RK, et al.Dragging ras back in the ring.Cancer Cell, 2014; 25(3):272-81.

[3]Osborne JK, Zaganjor E, Cobb MH.Signal control through Raf: in sickness and in health.Cell Research,2012; 22(1):14-22.

[4]Bromberg-White JL, Andersen NJ, Duesbery NS.MEK genomics in development and disease.Brief Funct Genomics,2012; 11(4):300-310.

R473.5

A

1672-5018（2017）05-220-01

劉盟盟，延邊大學臨床學院研究生，研究方向口腔頜面部腫瘤

玄云澤，延邊大學附屬醫院口腔科，碩士研究生導師