肿瘤信号通路.docx

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肿瘤信号通路

1JAK-STAT信号通路

1）JAK与STAT蛋白

JAK-STAT信号通路是最近几年来发觉的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡和免疫调剂等许多重要的生物学进程。

与其它信号通路相较，这条信号通路的传递进程相对简单，它要紧由三个成份组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。

（1）酪氨酸激酶相关受体（tyrosinekinaseassociatedreceptor）

7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生长激素）、EGF（表皮生长因子）、PDGF7（IL-2许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素2（血小板衍生因子）和IFN（干扰素）等等。

这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。

这些受体的一起特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。

受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各类靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。

（2）酪氨酸激酶JAK（Januskinase）

很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体（receptortyrosinekinase,RTK），而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。

JAK是英文Januskinase的缩写，Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。

之因此称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。

JAK蛋白家族共包括4个成员：

JAK一、JAK二、JAK3和Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAKhomologydomain,JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域（如图4）。

（3）转录因子STAT（signaltransducerandactivatoroftranscription）

STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。

顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。

目前已发觉STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。

STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：

N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。

其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。

 2p53信号

1）p53基因的发觉

p53基因是迄今发觉与肿瘤相关性最高的基因。

Lane和Crawford在感染了SV40的小鼠细胞内分离取得一个与SV40大T抗原彼此作用的蛋白，因其分子量为53kDa，故而取名为p53（人的基因称为TP53）[3]。

起初，p53被误以为是癌基因，直到上个世纪90年代，人们才熟悉到引发肿瘤形成或细胞癌变的p53蛋白是p53基因的突变产物。

野生型p53基因是一种重要的抑癌基因，它是细胞生长周期中的负调剂因子，在细胞周期调控、DNA损伤修复、细胞分化、凋亡和衰老等许多进程中发挥了重要的生物学功能，因此被誉为“细胞卫士”（如图6）。

随着研究的深切，人、猴、鸡、大鼠、非洲爪蟾和斑马鱼等多种模式动物的p53基因也接踵被克隆。

其中，人类TP53基因定位于染色体，小鼠p53基因被定位在11号染色体上，并在14号染色体上发觉无功能的假基因。

在这些进化程度迥异的动物中，它们的p53基因结构却异样保守，基因全长16-20kb，都由11个外显子和10个内含子组成。

其中第1个外显子不编码结构域，外显子二、4、五、7、8那么别离编码5个进化上高度保守的结构域，转录形成约kb的mRNA。

以后，在基因同源性的基础上又陆续发觉了p53家族的其它成员，别离是p73和p63，它们也因各自的分子量而得名，具有和p53相似的结构和功能。

2）p53信号通路 

p53基因受多种信号因子的调控。

例如：

当细胞中的DNA损伤或细胞增殖异样时，p53基因被激活，致使细胞周期停滞并启动DNA修复机制，使损伤的DNA得以修复。

但是，当DNA损伤过度而无法被修复时，作为转录因子的p53还可进一步激活下游促凋亡基因的转录，诱导细胞凋亡并杀死有DNA损伤的细胞。

不然，这些DNA损伤的细胞就可能慢慢离开正常的调控，有可能最终形成肿瘤。

3NF-κB信号

 1975年，E.A.Carswell和L.J.Old等人发觉已接种卡介苗的小鼠注射脂多糖后，小鼠血清中产生了一种可引发动物肿瘤组织出血坏死的物质，该物质对体外培育的多种肿瘤细胞株都具有细胞杀伤作用，于是他们将这种物质命名为肿瘤坏死因子（tumournecrosisfactor,TNF）[5]。

TNF是迄今发觉的抗肿瘤成效最强的细胞因子。

1984年起，欧美国家就开始把TNF的基因工程产品应用到癌症临床医治中，并一度取得轰动的功效，但是最终由于毒副作用严峻而被迫终止。

九十年代末以来，随着基础研究的深切和基因工程技术的进展，科学家研制出一些高效、低毒的TNF变构体，从而从头确立了TNF在抗肿瘤中的重腹地位，掀开了TNF在肿瘤研究和医治中的新篇章。

1）   TNF简介 

TNF是一种糖蛋白，它以两种形式存在：

TNF-a和TNF-b。

TNF-a由单核细胞和巨噬细胞产生，它可引发肿瘤组织出血坏死，而脂多糖（Lipopolysaccharides,LPS）是较强的刺激剂。

TNF-b是一种淋巴因子，又称淋巴毒素（lymphotoxin,LT）。

抗原或丝裂原都可刺激T淋巴细胞分泌TNF-b，具有肿瘤杀伤及免疫调剂功能。

人的TNF-a基因长kb，由4个外显子和3个内含子组成，定位在第六号染色体上。

人TNF-a前体由233个氨基酸组成，含有76个氨基酸残基的信号肽，切除信号肽后形成157个氨基酸的成熟型非糖基化的TNF-a。

通过基因工程方式改造后的TNF-a具有更好的生物学活性和抗肿瘤成效。

2）TNF与NF-kB信号通路

 TNF-a与TNF-b分子结构相似，所发挥的生物学效应相近。

胞外因子TNF-α以三聚体形式发挥信号转导功能，与TNF受体（TNFreceptor,TNFR）结合引发受体多聚化，这种多聚化使得TNF受体与细胞质中TRADD分子发生彼此作用。

TRADD招募相应蛋白后介导两条转导通路：

一条是通过TRAF2和RIP分子诱导NF-κB的活化，参与抗凋亡；另一条是通过FADD分子致使细胞凋亡。

TNFR只有在蛋白合成受阻的情形下才会诱导凋亡，下面咱们将着重介绍由TNF激活的NF-kB信号通路。

NF-kB（nuclearfactor-kappaB）是1986年从B淋巴细胞的细胞核抽提物中找到的转录因子[6]，它能与免疫球蛋白kappa轻链基因的增强子B序列GGGACTTTCC特异性结合，增进κ轻链基因表达，故而得名。

它是真核细胞转录因子Rel家族成员之一，普遍存在于各类哺乳动物细胞中。

迄今为止，在哺乳动物细胞内共发觉5种NF-kB/Rel家族成员，它们别离是RelA（即p65）、RelB、C-Rel、p50/NF-kB1（即p50/RelA）和p52/NF-kB2。

这些成员均有一个约300个氨基酸的Rel同源结构域（Relhomologydomain,RHD）。

那个高度保守的结构域介导Rel蛋白形成同源或异源二聚体，该结构域也是NF-kB与靶基因DNA序列的特异性结合区域。

细胞内NF-kB的活化进程受到精细调控。

通常情形下，在细胞质中的NF-kB处于失活状态，与抑制蛋白IkB（inhibitoryproteinofNF-kB）结合成三聚体复合物。

当显现TNF-a信号、炎症因子和LPS、紫外线等外界刺激时，细胞因子与细胞膜表面的TNF受体结合后，TNF受体发生多聚化并与细胞质中TRADD分子发生彼此作用。

TRADD招募TRAF（TNFR-associatedfactor）和激酶RIP（receptorinteractingprotein），由RIP将信号传递给IKK（IkBkinase）。

在NF-kB信号通路中IKK扮演了超级重要的角色，尽管上游信号途径的不同，可是最终都聚集到IKK。

IKK由a、b和g三个亚基组成，作为激酶的IKK能使IkB的a亚基的Ser32和Ser36残基和b亚基的Ser19和Ser23残基磷酸化。

IkB随即从p50/p65/IkB异源三聚体中解离出来，经泛素化修饰后通过蛋白酶体降解。

于是，受到IkB抑制的NF-kB得以暴露其核定位序列（nuclearlocalizationsignals,NLS），迅速从细胞质进入细胞核内，与核内DNA上的特异序列相结合，从而启动或增强相关基因的转录（如图9）。

4Ras、PI（3）K和mTOR信号

1）操纵肿瘤生长的Ras、PI（3）K和mTOR信号

随着人类基因组测序的完成，目前已发觉了几百种蛋白激酶。

依照它们结构上的相似性，这些激酶可分为多个蛋白家族，在细胞的增殖、生长、分化和凋亡等进程中发挥重要的生物学功能。

Ras、PI（3）K和mTOR确实是一类与细胞增殖紧密相关的蛋白激酶。

真核细胞的正常生长受到周围环境所提供的养分的限制。

Ras和PI（3）K信号通过调控下游分子mTOR，在调控细胞生长方面起着关键作用。

在绝大多数的人肿瘤细胞中，Ras和PI（3）K信号通路中的关键调控因子都发生了明显的突变。

究其缘故，人们发觉这条信号通路若是发生突变，就会致使细胞的存活和生长再也不受到养分等环境条件的限制，进而诱导细胞癌变。

Ras、PI（3）K和mTOR是目前研究得最为清楚的信号通路之一。

下面，咱们将简单地介绍一下这条信号通路中的几个关键组分：

（1）PI（3）K是英文phosphatidylinositol-3-kinase（磷脂酰肌醇-3-激酶）的缩写。

它是一个包括许多脂质激酶的家族，由一个调剂亚基（p85）和一个催化亚基（p110）组成。

当配体与膜受体结合后，受体激活p85并招募p110，进而催化膜内表面的PIP2（phosphatidylinositol4,5-bisphosphate）生成PI3P（phosphatidylinositol3-phosphate）。

PI3P作为第二信使，进一步激活AKT和PDK1（phosphoinositide-dependentkinase1）。

（2）AKT又称作PKB（proteinkinaseB），是PI3K重要的下游分子，包括至少3种形式，别离为AKT一、AKT2和AKT3。

它们关于调控细胞的生长、增殖、存活和糖代谢都起着十分重要的作用。

（3）mTOR（mammaliantargetofrapamycin）是一类丝/苏氨酸激酶。

1991年，人们在酵母中发觉了雷帕霉素（rapamycin）的作用靶点，取名为TOR[7]。

与酵母相较，哺乳动物的TOR蛋白在进化和功能上高度保守，也就相应地称为mTOR[8]。

mTOR蛋白的C结尾具有激酶活性，它是细胞生长和增殖的关键调剂分子，可接收生长因子、营养、能量等多种信号，并通过PI3K/AKT或Ras/ERK信号通路来发挥作用，而对mTOR信号通路的抑制能够使细胞停滞在G1期而触发细胞凋亡。

简单地说，当EGF、胰岛素等生长因子结合到细胞膜表面的酪氨酸激酶受体（receptortyrosinekinase,RTK）后，RTK通过其酪氨酸激酶活性别离激活两个关键的信号转导分子：

小G蛋白Ras和激酶PI（3）K，再由Ras和PI（3）K一起激活下游关键分子mTOR（如图10）。

激活后的mTOR蛋白促使底物S6K（S6kinase）和4EBP1（4Ebindingprotein1）发生磷酸化。

由于这两个底物都是蛋白翻译进程中关键性的调剂因子，它们的磷酸化致