骨肉瘤发生发展相关信号通路研究进展

卓航宇　唐毓金

[专家介绍]唐毓金，教授，主任医师，医学博士，博/硕士研究生导师，临床骨外科专家。现任右江民族医学院附属医院（临床医学院）院长、大骨科主任、脊柱骨病外科主任。主要从事股骨头缺血性坏死、脊柱相关疾病、骨肿瘤等基础及临床研究，现为中华骨科学会广西骨科学分会常委以及广西骨科学会康复医学会常委。共发表学术论文30多篇（SCI收录7篇）。现主持国家自然科学基金2项、省级自然科学基金项目2项、厅级科研项目5项。2013、2014和2018年三次獲得广西科技进步奖（分别为三等奖、二等奖、二等奖）。参与《外科学》《临床骨外科诊疗精要》等教材著作的编写。

【摘要】 骨肉瘤是最常见的非血液系统肿瘤，约占原发性骨恶性肿瘤的20%。任何年龄都可以发生骨肉瘤，但原发性高度恶性骨肉瘤主要见于青少年，其恶性程度及侵蚀性高，易复发及转移。外科手术联合化疗药物治疗是目前公认的标准治疗方案，但骨肉瘤患者的5年生存率仍然仅为60%～75%，且转移性骨肉瘤患者预后更差，仅有30%的总生存率。因此探寻与骨肉瘤发病机制相关的信号通路对骨肉瘤的治疗有着至关重要的作用。

【关键词】 骨肉瘤;信号通路;机制

中图分类号：R738.1   文献标志码：A   DOI：10.3969/j.issn.10031-383.2019.06.002

【Abstract】   Osteosarcoma is the most common primary bone tumor in the nonhematological system，accounting for approximately 20% of primary malignant tumors.Osteosarcoma can occur at any age，but primary highgrade malignant osteosarcoma is mainly found in adolescents，its malignancy and erosion are high，and it is easy to relapse and metastasize.Surgery combined with chemotherapeutic drugs is recognized as the standard treatment at present，but the 5year survival rate of osteosarcoma patients is still only 60%～75%，and the prognosis of patients with metastatic osteosarcoma is even worse，with an overall survival rate of only 30%.Therefore，exploring the signaling pathways related to the pathogenesis of osteosarcoma plays an important role in the treatment of osteosarcoma.

【Key words】 osteosarcoma;signaling pathway;mechanism

骨肉瘤是骨的原发性恶性肿瘤，虽然骨肉瘤在各年龄组中均有报道，但原发性高度恶性骨肉瘤主要见于10～20岁的青少年。这些高度恶性骨肉瘤产生于髓腔，可以穿破骨皮质并形成软组织肿块，其恶性程度高，易复发及转移。尽管目前的治疗方法包括了术前化疗、手术和术后化疗，但在过去的40年间，患者的5年生存率一直维持在60%～75%[1]。近年来的研究显示，Akt/mTOR、MAPK、Wnt等信号通路与骨肉瘤发生发展相关，笔者对以上常见的信号通路与骨肉瘤相关的研究进展进行综述。

1 Akt/mTOR途径

mTOR是一种进化相对保守的丝/苏氨酸蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）家族的蛋白质成员。mTOR有两种不同的多蛋白复合体mTORC1和mTORC2[2]。mTORC1主要调控细胞的生长，主要由参与底物结合蛋白Raptor、负向调控的PRAS40蛋白和Deptor蛋白、正向调控的哺乳动物LST8/G蛋白β亚基样蛋白（GβL）等组成。PRAS40蛋白和Raptor是mTORC1特有的亚单位[3]。mTORC2主要介导细胞的存活和增殖，主要由参与底物结合的Rictor和哺乳动物应激激活蛋白激酶相互作用蛋白（mSIN1）、负向调控的Deptor蛋白、正向调控的GβL、调控下游分子的protor1/2等组成。mSIN1、Rictor及protor1/2是mTORC2特有的亚单位[3]。

PI3K/Akt/TSC/mTORC1途径，可被胰岛素、类胰岛素生长因子（IGF）激活。生长因子与其同源细胞表面的酪氨酸激酶受体相结合使IRS（insulin receptor substrate）磷酸化，IRS激活PI3K使膜内表面的磷酸肌醇二磷酸（PI2P）生成的磷酸肌醇三磷酸（PI3P）脂质增加。PI3P作为第二信使，通过PI3K依赖的激酶1（PDK1）激活蛋白激酶B（PKB/Akt）。活化的Akt 通过磷酸化结节性硬化复合物2（TSC2），从而减弱了其对脑内Ras同系物（Rheb）的抑制作用，进而活化mTORC1[4]。第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因（phosphatase and tensinhomologdeleted on chromosome ten，PTEN）为此通路的负调节因子，将PI3P还原为PI2P，使PI3P的浓度降低，通过抑制PI3K和Akt的活性实现其负调节作用[5]。

Ras/MAPK/TSC/mTORC1途径，可被表皮生长因子（EGF）激活，首先EGF与同源细胞表面的酪氨酸激酶受体相结合，从而激活RasGTP酶。RasGTP酶通过募集活化的Raf 分子，依次激活MEK（MAPK/ERK kinase）、磷酸腺苷激活的蛋白激酶（mitogen activated protein kinase，MAPK）又名ERK、RSK。活化的MAPK（ERK）及RSK通过并行的途径不同的位点使TSC2磷酸化，减弱其对Rheb 的抑制作用，进而激活mTORC1[6]。

mTOR信号通路参与细胞RNA的翻译、转录和蛋白的合成，在细胞生长、增殖、分化等重要生物功能方面起着调控作用。通过对骨肉瘤细胞的mTOR信号通路进行靶向抑制，能对骨肉瘤的发生发展起到一定的抑制作用。BZW2作为bZIP转录因子家族的成员，它通过钙粘蛋白调控着细胞间的黏附。在骨肉瘤组织中BZW2的表达高于相应的非肿瘤组织，通过敲除HOS、U2OS细胞的BZW2，细胞中Akt/mTOR信号传导下调，致使骨肉瘤细胞的G2/M期阻滞，抑制了骨肉瘤细胞增殖、集落形成[7]。同样通过敲除HOS、U2OS、MG63细胞的真核翻译延伸因子EEF1D，mTOR信号通路的Akt、mTOR、Bad蛋白，能使其磷酸化水平降低，骨肉瘤细胞的生长、增殖能力减弱[8]。Fibulin4是糖蛋白的fibulin家族的成员，参与膜、弹性纤维、疏松结缔组织等的形成，对细胞外基质的稳定性起着重要的调控作用。骨肉瘤组织和细胞系中的fibulin4表达远高于正常组织和细胞系，fibulin4的过表达可以上调PI3K、Akt和mTOR的磷酸化，从而促进骨肉瘤细胞的EMT过程[9]。而在骨肉瘤组织中细胞外基质Fibulin4的表达远低于细胞质中的表达，细胞外基质中fibulin4的减少会降低细胞外基质的稳定性，促进癌细胞的侵袭和转移。PTEN作为Akt/mTOR信号通路的负调节因子，其通过miRNA、lncRNA等上调PTEN的表达，下调了Akt相关的信号传导，从而抑制了骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭等能力[10]。

2 MAPK

MAPK是生物体内广泛存在的丝/苏氨酸蛋白激酶，可被物理应激、炎症反应等刺激或细胞信号所激活。MAPK信号通路家族主要包括细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）1/2、cJun 氨基末端激酶（cJun Nterminal kinase，JNK）、p38MAPK和ERK5 四条途径[11]。ERK1/2对细胞的生长、分化、增殖等方面起着重要作用;JNK在细胞分化、凋亡以及应激等方面起着关键作用;p38MAPK参与着细胞因子的产生、转录调节、细胞凋亡等;ERK5在细胞生存、增殖、分化等重要生理病理过程中起着调控作用。MAPK信号通路并不是各自独立，通路间存在着协同或抑制的交互作用。

ERK1/2信號通路可被多种生长因子激活，生长因子与受体结合后活化酪氨酸激酶，并将信号传递给Ras蛋白，当Raf在与RasGTP结合活化后通过磷酸化MEK的丝/苏氨酸残基，活化后的MEK再通过磷酸化ERK进而激活更多的细胞分子;JNK信号通路可被细胞因子、生长因子和多种刺激等激活，活化后的MAP3K通过激活MAP2K的异构体MKK4和MKK7，进而使JNK被磷酸化;p38MAPK信号通路被炎症、应激等细胞外信号激活后与相应受体结合，致使磷酸化的PAK和MLK通过促进MKK3、MKK6等的基因表达，其表达的蛋白磷酸化后特异性地激活p38MAPK。ERK5信号通路被多种生长因子和一些应激刺激等激活后依次激活MAPKKK、MAPKK（MKK5）到ERK5[12]。

研究[13]发现，通过靶向使用MAPK/ERK抑制剂U0126作用于B143细胞造模的小鼠左胫骨骨肉瘤，其Akt、p38MAPK、IGF1R和MEK的表达下调，生长、转移和侵袭能力减弱，厚朴酚（HNK）可作用于ERK1/2信号通路致使HOS和U2OS细胞的G0/G1期阻滞，致使Cyclin D1、Cyclin E和CDK4的表达下调，诱导细胞的自噬和凋亡[14]。鞣花酸（EA）和番泻苷B可以抑制MG63和Saos2细胞中JNK的表达，致使细胞的G1期阻滞，Cyclin D1的表达减少，抑制了骨肉瘤细胞的生长、转移和侵袭[15]。飞燕草素在非常低的浓度下对HOS和U2OS细胞具有毒性作用[16]，可通过降低ERK1/2和p38MAPK的磷酸化水平，抑制骨肉瘤细胞的增殖和EMT。Cheng 等[17]研究发现，通过敲低骨肉瘤HOS、U2OS、MG63细胞的核糖体蛋白S9（RPS9）下调了JNK和p38MAPK蛋白的表达，减弱了骨肉瘤细胞的增殖能力。王建澍等[18]研究发现ERK5在骨肉瘤组织样品中高表达，可能参与了骨肉瘤的发生发展。

3 Wnt信号

Wnt信号通路是高度保守的信号通路，对细胞增殖、分化、迁移、器官形成和干细胞更新以及组织环境稳态等方面起着重要的调控作用。Wnt信号通路可归纳为2类：βcatenin依赖性经典途径Wnt/βcatenin、非βcatenin依赖性途径Wnt/PCP和Wnt/Ca2+。βcatenin不参与任何非经典Wnt途径。目前在哺乳动物中发现Wnt存在10种主要受体和19种配体，Wnt4、Wnt5a、Wnt7a、Wnt11和Wnt16等配体参与了Wnt非经典途径的活化[19]。

转录共激活因子βcatenin是Wnt经典传导途径的核心。当Wnt信号通路未被激活时，adenomatous polyposis coli（APC）和Axis inhibition protein （AXIN）以及糖原合成酶激酶GSK3β和CK1结合形成胞质降解复合物作用于不断生成的βcatenin，致使βcatenin的丝氨酸、苏氨酸残基被磷酸化，随后被E3连接酶βTrCP泛素化后降解。当Wnt可以与细胞膜上的7次跨膜卷曲蛋白Frizzled（Fzd）和低密度脂蛋白受体相关蛋白LRP5/6相结合时，活化的Fzd和LRP5/6通过募集Disheveled 蛋白（DVL）到质膜干扰了胞质降解复合物AXIN1GSK3β的合成。因此，不再被降解的βcatenin可以从细胞质稳定地转移到细胞核，先与转录辅助因子pygopus和BCL9结合后，再与LEF/TCF等转录因子结合，激活下游靶基因的表达。非经典Wnt/PCP途径可通过Fzd受体激活，也可以通过Wnt11等配体与酪氨酸激酶Ryk和Ror受体激活，活化的受体通过募集DVL活化GTP酶RhoA、Rac和Cdc42等，调节着细胞骨架的重排和细胞的极性运动。而RhoA和Rac也可以通过Jun激酶（JNK）激活AP1和NFAT介导的相关转录程序。非经典Wnt/Ca2+途径通过异源三聚体G蛋白的活化，致使内质网的钙释放入细胞质，钙依赖信号分子PKC、camKII和CaN等被激活并作用于相关的级联信号途径，该通路调节着背轴形成以及组织分离。PKC、camKII也能激活NFAT介导的相关转录程序[19]。