Ras/Raf/MEK/ERK信号通路在肿瘤中的研究进展

刘盟盟

Ras/Raf/MEK/ERK信号通路在肿瘤中的研究进展

刘盟盟

丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶信号传导通路(MAPK/ERK)是真核细胞中广泛存在的一条复杂的高度保守的细胞信号传导通路，在肿瘤的发生发展及恶性转化过程中非常重要。其中，Ras/Raf/MEK/ERK是该通路中的一条经典通路，参与肿瘤发展的机制包括：诱导恶性肿瘤异常增殖、侵袭生长和远处转移。现将Ras/Raf/MEK/ERK信号通路发生、发展及作一综述。

丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases,MAPK）是三级激酶级联放大反应传导信号，具有高度保守的特性，当细胞受到外界刺激后先激活MAPK激酶的激酶(MAPKKK),进一步激活 MAPK激酶(MAPKK)，MAPKK进一步磷酸化激活MAPK，其作用位点发生在苏氨酸和酪氨酸残基，激活后直接作用于其相应的底物，将胞浆蛋白磷酸化，产生一系列生理反映[1]。MAPK代表丝氨酸/苏氨酸激酶家族，控制着细胞的增殖、 分化以及细胞的凋亡等多种生物过程。在哺乳动物体内已被发现的MAPK家族成员包括 4类：细胞外信号调节激酶 (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，)、细胞外信号调节蛋白激酶5(extracellular regulated kinase 5， ERK5)[2]。Ras-Raf-MEK-ERK作为最经典的信号通路目前研究最为广泛，该信号通路由鸟嘌呤核苷酸结合蛋白 Ras、Raf、有丝分裂原活化蛋白激酶 MEK和细胞外活化蛋白激酶ERK组成。

1 Ras-Raf-MEK-ERK细胞信号传导通路与肿瘤

1.1 Ras-Raf-MEK-ERK细胞信号传导通路

Ras-Raf-MEK-ERK细胞信号传导通路是由一个小GTP蛋白连接膜结合配体启动受体酪氨酸激酶和胞浆蛋白组成的级联反应。与GTP结合后活化的Ras募集级联反应的第一个蛋白激酶 Raf蛋白到细胞膜上，经过一系列复杂的过程将其激活，此过程包括改变蛋白的磷酸化状态、诱导与骨架蛋白及其他激酶结合等。被激活的Raf激酶继续磷酸化并激活MAPKK蛋白激酶MEK1/2，最终磷酸化并激活ERK1/2[3]。该通路的主要蛋白激酶包括： GTP/GDP膜结合型的结合蛋白Ras，具有丝/苏氨酸特异性的蛋白激酶Raf，具有磷酸化苏/酪氨酸残基双特异功能的MEK及丝/苏氨酸蛋白激酶ERK。

1.1.1 Ras蛋白激酶

1982年在人类癌症中检测出激活的Ras基因突变，发现Ras基因突变发生在 12、13和61密码子上 [4]。人类癌症的 30%携带激活的Ras基因突变，在RAS亚型之间，基因突变发生在 12密码子类型以KRAS和HRAS突变最为常见，而第61密码子以NRAS突变是最常见的。人类癌症中错位突变常见于 KRAS最常见为21%，NRAS占8%，HRAS为3%。Ras基因突变所有肿瘤中已检测到 9-30%，根据癌症类型与特定的 RAS亚型突变一般不同。KRAS基因突变频率在占胰腺癌、肺癌90%，在结直肠癌，KRAS也是主要的突变型（86%），而NRAS突变较少见（14%）和HRAS突变没有被检测到；相反，KRAS和NRAS见于多发性骨髓瘤（MM），NRAS在皮肤黑色素瘤的突变（94%）和急性髓细胞白血病（AML；59%）是主要的亚型；HRAS突变以膀胱癌（57%）和头颈部鳞状细胞癌（86%）为主[4，5]。

1.1.2 Raf蛋白激酶

Raf被认为是Ras和MEK-ERK之间连接的必须途径，作为Ras的直接效应物和MEK的直接激活物，是ERK1/2通路中高度保守的丝/苏氨酸特异性蛋白激酶， B-Raf是人类基因组中最常见的突变蛋白激酶；大多数突变发生在激酶结构域，特别是其蛋白序列第 600密码子上（V600E）存在着缬氨酸被谷氨酸取代的错位替换，这种基因突变在人类癌症中占BRAF突变的90%，主要在恶性黑色素瘤、肝癌、卵巢癌和甲状腺乳头状癌等中常见[6]。BRAF V600E 比 ARAF 和 CRAF 具有更高的基础激酶活性，B-Raf高活性不依赖 RAS 的磷酸化作用而持续激活下游MEK/ERK 信号通路，最终促进细胞的异常增殖和肿瘤形成[7]。研究表明BRAF V600E与肿瘤细胞具有更高的侵袭性和降低患者的生存率相关。一些携带BRAF突变的癌细胞对MEK抑制剂高度敏感，而细胞不存在BRAF突变或含有RAS或表皮生长因子受体（EGFR）突变则产生容易产生耐药[3]。

1.1.3 MEK蛋白激酶

ERK的上游蛋白激酶MEK，是Ras-Raf-MEK-ERK信号通路一个组成部分， Ras激活的Raf激酶的两个丝氨酸残基磷酸化，在MEK活化环路，激活ERK1 / 2。MEK1和MEK2具有使底物丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸残基发生磷酸化反应的特性，通过将蛋白ERK1/2的苏氨酸202/185和酪氨酸残基204/187发生磷酸化反应，而使ERK1/2活化。MEK1和MEK2中心结构域富含脯氨酸的区域，具有催化活性，被认为与特异性调控蛋白的相互作用的区域；其两侧分别连接N端和C端的区域，序列相似性相对低，使MEK两个亚型功能存在显著不同，甚至有些功能是不可相互替代的[10]。与ERK1/2的C-端结合的关键位点是由10个疏水性氨基酸和催化核心之间存在一个核输出序列（nuclear export signal, NES），对 MEK的功能和亚细胞定位至关重要。如果该区域的基因组变异可能影响亚细胞的定位[8]。MEK底物单一性，ERK使其唯一的底物，由此使得MEK成为RAS/Raf/MEK/ERK信号通路的重要的连接点蛋白。

1.1.4 ERK蛋白激酶

ERK作为丝裂原活化蛋白激酶中一类重要的创始成员（MAPKs），ERK的激活需要酪氨酸和苏氨酸激酶的磷酸化调节，其分子内一种 LooP12的环状结构决定了双磷酸化的特性。ERK常存在于胞浆中，当受到生长因子等有丝分裂原激活后迅速进入细胞核内，通过磷酸化作用于 ATF、NF-κB等转录因子，调控某些基因的转录与表达，发挥生物学效应[9]。Ras-Raf-MEK-ERK通路是 ERK通路的主要途径，细胞外的各种刺激物使 Ras由失活状态的Ras-GDP转变为活化状态的Ras-GTP，活化的Ras具有高的亲和力，和Raf 的氨基端结构域结合后，将Raf从胞浆转移至胞膜，在胞膜上被Raf激酶激活；活化的 Raf C端催化区域与MEK结合，使其亚区内的两个调节性丝氨酸磷酸化，进而激活MEK1/2的磷酸化状态[8]。MEK1/2属于双重特异性激酶，激活后的 MEK可以使丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸残基磷酸化，最终使ERK1/2激活。参与多种生理过程[10]。

展 望

本文综述了有关Ras/Raf/MEK/ERK信号通路在癌症发生发展作用的最新研究进展，尤其是其对各种生物学行为的作用包括与肿瘤细胞增殖、侵袭和转移等相关的方面。各种体外实验已经证实Ras/Raf/MEK/ERK信号通路对于癌症发生发展的重要作用，但在研究过程中仍有许多问题亟待解决。RAS-ERK信号通路中MEK具有底物单一性，其唯一的底物ERK，由此使得MEK成为RAS/Raf/MEK/ERK信号通路的重要的连接点蛋白。阻断ERK可以干预肿瘤的增殖、延缓其转移过程，抑制其迁移能力。各通路之间存在的循环通路及负反馈调节给研究带来很大难题，参与调控Ras/Raf/MEK/ERK信号通路涉及众多的信号分子，单纯的阻断某一通路不能完全抑制癌细胞的侵袭和转移，各种信号通路及分子的参与又使癌细胞产生耐药性。因此随着诊疗技术的不断进步和更新，对Ras/Raf/MEK/ERK信号通路的具体调控机制以阻断其对肿瘤生物学行为的诱导是目前研究的重点。

[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

刘盟盟，延边大学临床学院研究生，研究方向口腔颌面部肿瘤

玄云泽，延边大学附属医院口腔科，硕士研究生导师