[摘要] 絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調節蛋白激酶(MAPK/ERK)信號通路參與調控腫瘤的生長和轉移，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皮細胞的參與，包括內皮細胞的增殖、遷移、侵襲。作為Ras/Raf/MEK/ERK途徑是該網絡信號的核心，本文就MAPK/ERK信號通路中各環節與腫瘤血管新生的聯系做一綜述，進一步研究其在抑制腫瘤生長方面做出推論。

　　[關鍵詞] 碩士論文發表期刊,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，其過程涉及到復雜的調節機制，它需要多條信號傳導途徑來共同完成，腫瘤不斷的生長則是通過腫瘤細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，而保持其持續增殖的能力。而腫瘤細胞的增殖、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、內環境均可對它產生不同的影響，它們不僅僅需要在細胞間進行信息的傳遞，同時還要與外界環境進行信息的交流，故而在腫瘤的發生發展過程中，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生及發展，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維持它的生長，早期腫瘤較小，腫瘤生長緩慢，它可以通過擴散作用進行物質交換以獲取營養物質，但隨著腫瘤逐漸增大，僅僅靠擴散作用不能滿足腫瘤生長的營養需求，它將通過各種途徑來完成血管新生，以提供充足的營養物質和豐富的血液灌注來維持腫瘤的進一步生長，為腫瘤向遠處轉移提供了重要通道，腫瘤細胞通過血管新生到達遠處轉移點[1]。近些年來研究的熱點主要集中在不同信號傳導通路對惡性腫瘤發展的影響[2-5]，其中有研究發現，絲裂原活化蛋白激酶/細胞外調節蛋白激酶(MAPK/ERK)信號通路通路不僅在細胞增殖、凋亡中發揮著重要的作用[6-8]，而且是血管生成各類信號通路的凋節中心，決定著血管的最終生成狀態。本研究組在前期實驗中，通過Matrigel膠模擬體內生理狀態的環境來研究血管內皮細胞的遷移、浸潤和血管形成，發現MAPK/ERK信號通路抑制劑能夠顯著抑制血管內皮細胞的管道形成，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聯系進行綜述。

　　1 MAPK/ERK信號通路的組成及生物學特性

　　在信號通路網絡中，MAPK/ERK信號通路控制著細胞多種生理過程，與細胞的增殖、遷移與分化、細胞骨架的構建、細胞形態的維持、細胞惡變和細胞凋亡等密切相關，它也是將細胞表面受體信號轉導至細胞內的關鍵，其中內皮細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端結構域結合并使其激活;活化的Raf結合并磷酸化MEK亞區兩個絲氨酸，使其活化;MEK激活后使ERK的蘇氨酸和絡氨酸雙位點磷酸化而激活，即Ras/Raf/MEK/ERK途徑。許多重要應激蛋白的生成都是由MAPK家族激活誘導的，它們作用于相同或不同的靶蛋白，從而產生一系列的生物學作用，目前已證明MAPK信號系統介導的生物學效應十分廣泛，有促進細胞的增殖和分化、介導細胞凋亡和腫瘤形成的作用，同時參與細胞炎性反應、免疫調節、促進損傷修復、介導細胞凋亡甚至影響腫瘤的發生和發展[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胞癌(Hincks)中，因其共同表達白細胞介素(IL)-8和血管內皮生長因子(VEGF)因子，該因子可以促進腫瘤血管生成、生長、轉移，p38 MAPK信號通路通過抑制活化可以控制癌細胞的生長以及血管生成[13];在腎細胞癌[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，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，誘導腎細胞癌7860細胞凋亡，抑制腫瘤的進一步生長[16];非環式維生素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節，其中MAPK信號通路的活化可以誘導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，Steffel等[18]研究表明內皮細胞的轉鐵蛋白組織因子(TF)表達活性能被p38顯著抑制，發現下調組織因子表達勢必會抑制腫瘤生長轉移。本研究組認為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系

　　2.1 Ras蛋白

　　Ras蛋白是癌基因raps的產物，它具有兩種構象，即活化態和失活態的GDP結合構象，它們之間可以相互轉變，在信號轉導過程中發揮開關作用。Ras可以受許多刺激因子的激活，如果胞外信號與受體結合后，可以激活Ras，使Ras由失活態轉變為活化態，啟動Ras通路。Ras癌基因主要以點突變和基因擴增方式存在，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蛋白調轉因子(GAP)的作用位點由于突變，它與腫瘤密切相關，主要原因在于抑制了Ras的內在的GTP活性。其中K-ras激活突變在結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]研究發現K-ras外顯子4a有一個腫瘤抑制基因能夠影響小鼠結腸腺瘤的形成;同樣范如英等[20]在結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腸干細胞體內突變構建結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，這樣導致突變Kras的表達和出現類似于ApcMin小鼠的腫瘤傾向，繼而出現腺瘤-腺癌-轉移的病理變化過程的小鼠模型。許多疾病的發生過程是通過Ras蛋白質與小分子復合物而起作的，Tanaka等[21-22]通過建立小鼠模型，演示了通過藥物干擾Ras蛋白與其他物質的相互作用從而達到抑制腫瘤生長，發現抑制RAS-dependent信號在癌癥治療效果上可以和腫瘤常規放療或化療達到相似的效果，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-端的兩個區域結合后，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現，它是通過抑制Raf-1的激活而達到阻礙血管的形成;在對核糖核酸干擾(RNAinterfere)研究中，Meng等[24]發現，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;在其他學者研究結腸癌裸鼠模型中，Raf-1的表達也與腫瘤血管生成正相關[25]，Raf-1作為一個關鍵的節點分子在調節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，瓦解成視網膜細胞瘤的腫瘤抑制蛋白和Raf-1之間聯系可以減緩該腫瘤的生長和血管形成[26]。目前Raf激酶抑制成為國內外研究的熱點，該抑制劑被發現廣泛存在于多種生物中，與前列腺癌、乳腺癌、結直腸癌、黑色素瘤、肺癌有著密切的關聯[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胞內和細胞表面的激酶，它具有的雙重抗腫瘤效應，一方面通過抑制信號傳導通路，直接抑制腫瘤生長，另一方面靶向作用于血管內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端催化區能與MEK結合，并使MEK第Ⅷ亞區中兩個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，它對細胞信號傳導中處于核心地位，異常的磷酸化都會對細胞生命活動產生不同的影響。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的非活化形式結合阻止其磷酸化，從而抑制ERK的Tyr/Thr雙特異性磷酸化而達到抑制腫瘤細胞的增殖[28]，本研究組所做的實驗發現，PD98059能夠顯著抑制結腸癌血管內皮細胞在matrigel膠上管道形成能力[29]，從而抑制腫瘤血管新生的能力，PD98059不僅僅對結腸癌細胞有作用，同時發現PD98059對肝癌HepG2細胞的抑制作用隨濃度的升高而增強，細胞的生長明顯受到抑制，同時誘導細胞凋亡的數目也增多[30]。MEK1和MEK2表達過度也與腫瘤組織發生相關，在食管鱗狀細胞癌組織中MEK1表達明顯增高，引起食管癌變過程中提示MEK1的異常表達，從而激活對MAPK信號傳導途徑的正調控，使食管上皮細胞過度增殖，進而發生惡變，并伴有腫瘤血管新生[31];張輝等[32]通過實驗發現在結直腸癌患者中MEK2的表達都明顯增高，結直腸癌組織中MEK2蛋白表達水平明顯高于對照正常腸黏膜組織，同時結直腸癌Dukes分期、分化及淋巴結轉移也與MEK2表達水平有關。MEK抑制劑也可以通過抑制活性因子表達，增強抗腫瘤血管活性，在對非小細胞性肺癌(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到抑制腫瘤的生長和腫瘤血管的形成。

　　2.4 ERK

　　ERK即細胞外調節蛋白激酶，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，通過作用于轉錄因子而促進某些基因的轉錄與表達，并且和細胞的增殖、遷移、血管形成密切相關。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，腫瘤進一步生長需要有新生血管形成，而ERK通路在腫瘤侵襲和轉移中是重要的一環節，ERK能否進入細胞核作于于轉錄因子，促使相關信號的表達，從而影響腫瘤血管新生。有些物質能夠通過阻止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，可作為抗發炎的藥物，與阿司匹林結構相似，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胞外MEK磷酸化的激酶表達，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]研究提供的證據表明，EPOX導致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，使其進一步發展成為治療血管新生方面疾病的先導化合物。在對骨髓瘤和其腫瘤血管形成的研究中[38]，血管內皮細胞生長因子對ERK磷酸化也相關，發現通過下調ERK磷酸化活性可以抑制血管內皮細胞生長因子的分泌，從而達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系

　　MAPK/ERK信號傳導通路有3個重要分子靶：Ras、Raf及MEK。理論上，干預Ras/Raf/MEK/ERK任何一種激酶都有可能阻止腫瘤的生長，同時ERK調節著細胞的增殖、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生和發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信號通路發揮生物學作用[39]，TSG101的下調可以抑制ERK的表達，同時發現TSG101和p-ERK在乳腺癌組織中的蛋白表達存在正相關。垂體腫瘤轉化基因(PTTG)是一種新型原癌基因，它也是通過MAPK/ERK信號通路發揮促進鼻咽癌細胞增殖及抑制凋亡的生物學作用[40]。同時MAPK/ERK信號通路也與消化道腫瘤密切相關，在肝細胞癌發生過程中，乙肝病毒感染可以上調感染細胞內的Ras-ERK通路的磷酸化水平，同時伴隨相關癌基因表達的增多，導致細胞周期調節紊亂，細胞生長不能得到有效控制;在食管癌轉變進展過程中，脫氧膽酸(DCA)可以促進Barrett食管癌變[41]，主要是通過活化ERK/MAPK通路而誘導抗凋亡蛋白環氧合酶(cox)-2的表達;在結腸惡性腫瘤中，它能夠抑制結腸癌細胞的生長而促進其凋亡，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現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導途徑之一，該級聯反應是經典的激酶單向和線性傳遞信號，不僅因為它涉及到調節細胞的生命活動和各種功能，而且還在多種疾病的發病機制及病理生理過程中發揮著重要的作用，與其他蛋白和其他信號通路存在復雜的關系，但Ras/Raf/MEK/ERK途徑是復雜網絡信號的核心，其中任何一個環節無法激活，將導致信號通路的中斷，無法發揮生理學效應。Ras需要由失活態轉變為活化態才能激活，我們現在的課題是構建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探索;Raf的活化目前只知道與絲/蘇氨酸的磷酸化有關，但具體機制不詳，需要進一步明確。此信號通路最終需要通過ERK發揮作用，需要Ras依賴的，但有些是不需要Ras依賴的，比如成纖維細胞中佛波醇脂對ERK的激活，同樣其他信號通路和細胞活性因子也可以對ERK激活，因此要了解該信號轉導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。今后的目標是尋找針對MAPK/ERK信號傳導通路中各個環節的抑制物，以切斷信號轉導的途徑，從而達到治療疾病的目的。相信MAPK/ERK信號傳導通路中某些關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，需要不斷地發現和探索。

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