医药卫生通过p通路对肿瘤的抑制途径

名词解释DMBA（7,12-dimethylbenzanthracene）：一种环境诱变剂，通过化石燃料的完全燃烧形成的。这是一种小鼠肿瘤致癌模型常用物质。

TPA（12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate）：一种蛋白激酶C通路激活剂。这是一种常用的小鼠肿瘤致癌模型的启动者。ERK（Extracellularsignal–regulatedproteinkinase）：三大蛋白激酶之一。

ATM（共济失调毛细血管扩张症突变）和ATR（共济失调毛细血管扩张症突变）和Rad3：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，激活检查点信号毒性反应的压力，从而可以用作DNA损伤感应器。第1页/共33页第一页，共34页。14-3-蛋白质：蛋白适配器家族成员之一，通过结合含蛋白质的磷酸丝氨酸来调节信号转导。E1A：由腺病毒E1区编码的癌基因蛋白之一。E1A基因已知的功能包括Rb家族肿瘤抑制蛋白的失活和转录共激活因子p300和CBP。MAPK，MAPKK，MAP3K和MAP4K：一种蛋白激酶，能转导细胞外信号和介导细胞对这些信号的反应。MAPKkinases(MKKs)3and6：蛋白激酶（MKKs）3和6，MKK3和MKK6专门通过使酪氨酸和丝氨酸或苏氨酸残基的磷酸化来激活p38蛋白。第2页/共33页第二页，共34页。MEK（MAPK/ERKkinase）：为MAPKKs的别名，通过使酪氨酸和丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化激活ERK蛋白激酶。OIS（癌基因诱导的衰老器）：在正常细胞中一种被一些癌基因作为抗肿瘤防御反应诱导的过早衰老的形式。MKK4：使p38和JNK激酶通过酪氨酸和丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化激活。p27kip1：一个27kDa的蛋白，蛋白激酶抑制蛋白1（标kip1）。它通过抑制蛋白激酶活性介导细胞周期的逮捕。Wip1（野生型p53基因诱导磷酸酶1）：一个多功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶参与DNA损伤反应，基因诱导的衰老反应和肿瘤。第3页/共33页第三页，共34页。PRAK（p38的调节或激活蛋白激酶）：[也称为蛋白激酶激活蛋白激酶5（MAPKAPK5或MK5）]。这是p38的下游丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶之一，由p38磷酸化后被激活。Raf-1：一种蛋白激酶，能激活MEK-ERK蛋白激酶通路。它直接与Ras蛋白相互作用，是Ras的下游效应器之一。该基因编码Raf-1在人类癌症常常被激活。Cdc25（细胞分裂周期25）：一种蛋白质酪氨酸磷酸酶家族成员之一，包括Cdc25A，Cdc25B和Cdc25C蛋白，这对细胞周期进程至关重要。他们通过去除抑制磷酸基团来激活蛋白激酶。第4页/共33页第四页，共34页。简介除了众所周知对于炎症和应激反应的作用外,p38丝裂原蛋白激酶路径也负调控细胞的增殖和肿瘤的发生发展。p38通路的失活提高了细胞转化，更使小鼠易于发生肿瘤同时破坏诱导衰老。相反地,持续的启动p38途径抑制肿瘤的发生发展。这种对于p38蛋白的额外功能机理的见解开始出现。例如，p38已被证实在癌基因诱导的衰老、复制性衰老、DNA损伤反应和接触抑制方面有至关重要的作用。此外，p38途径在控制增生和抑制肿瘤方面的作用是通过对它的几个细胞周期调控因子的影响来介导的。这些结果揭示了p38途径的肿瘤抑制功能，并指出p38途径的组件是癌症治疗的新的潜在目标疗法。第5页/共33页第五页，共34页。P38途径P38途径是有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）通路之一[除了细胞外信号调节激酶（ERK）和C-Jun基末端激酶（JNK）通路]。由于p38对炎症的研究首次被确认，其对微生物细胞的反应，炎性细胞因子和环境压力的重要作用也已经开始确立。像其他MAPK途径一样，涉及p38信号通路的激活的蛋白激酶（MAP3Ks）如MTK1（图三激酶1），MLK（混合谱系激酶）-2，MLK3，DLK、ASK1（凋亡信号调节激酶1）和TAK1（转化生长因子β-激活激酶1），和MAPK激酶（MKKs），包括MKK3，MKK4和MKK6，直接通过磷酸化某种细胞类型和刺激依赖性来激活p38。第6页/共33页第六页，共34页。与MKK无关的p38活化也已经被观察到。诱导后，p38的活性下降是通过调节双特异性蛋白激酶磷酸酶-1，-4或-5，或其他如蛋白磷酸酶2C型和野生型p53基因诱导磷酸酶1（Wip1）而实现的。许多p38的基板，包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，转录因子和细胞周期调控，已被确定为p38的功能调解员。在这里，我们回顾了p38通路在肿瘤抑制方面的作用。由于以前的资料已讨论了p38对细胞周期调控和增殖的作用，我们专注于最近发现的p38通路在参与细胞调控过程中的作用，直接有助于抑制肿瘤，包括原癌基因诱导的衰老器（OIS），复制性衰老，接触抑制和DNA损伤反应（图1）。而p38在促进血管生成和肿瘤转移中的作用将不予讨论。第7页/共33页第七页，共34页。p38和癌基因诱导的衰老在正常的非转化细胞，癌基因激活有时会触发衰老。像细胞凋亡，癌基因诱导的衰老是一种肿瘤抑制防御机制，必须对肿瘤发生失密。OIS类型的一个良好的特点是诱发ras癌基因。最近的研究揭示了p38途径在OIS中的重大的作用，OIS是由ras致癌基因或其编码MAP3K的下游效应器raf-1引起的（图2）。Ha-rasV12基因，这是一个激活的Ras基因，活跃的raf-1刺激p38在人类和小鼠成纤维细胞系的活性，与诱导衰老一致。第8页/共33页第八页，共34页。Ras基因诱导p38活性是其上游激酶MKK3和MKK6介导的。由于MKK3或MKK6的活性突变的强迫表达导致p38的本构激活导致早衰；相反，被抑制剂SB203580或由一对显性负突变MKK3或MKK6抑制的p38，至少部分是由于Ras基因诱导的衰老。此外，Ras基因没有造成MEFs细胞缺陷在生长抑制中的衰老和DNA损伤诱导的衰老，（Gadd）45a是一种能够结合并激活p38的胁迫诱导蛋白。这些研究表明，p38在OIS中的核心作用。

p38的激活也有助于诱导红白血病病毒同源癌基因2（erbB2）衰老，它编码一种酪氨酸激酶受体在人类癌症中经常被激活，这表明p38在由多个癌基因引起的OIS中具有重要的作用。第9页/共33页第九页，共34页。活化的ras基因转化活动，包括多个下游效应器，除其他效应器外，主要取决于Raf-1，来激活MEK和ERK。有趣的是，

Raf–MEK–ERK通路也介导ras基因诱导衰老（图2）。Raf–MEK–ERK和MKK3/6-p38代表两个独立的蛋白激酶通路。而Raf–MEK–ERK级联转导增殖信号，MKK3/6-p38级联是一种应激反应，通常是导致生长停滞或细胞凋亡的主要调解器。最初是令人费解的为何上述两种对立的途径之一的激活足以引起衰老，为什么这两个通路的激活对于ras基因诱导的衰老是必要的。进一步调查显示，ras基因诱导的衰老是跨这两个途径谈话的结果。该MKK3/6-p38级联功能，至少一部分，是Raf–MEK–ERK级联下游来调解衰老的。组成性激活MEK1诱导MKK3/6和p38的激活，并以类似的方式使ras致癌基因过早衰老；ras基因对于p38的活性诱导，不仅需要激活MKK3或MKK6，而且需要激活MEK。第10页/共33页第十页，共34页。这些研究都把MKK3/6和p38置于MEK的下游。p38激活依赖MEK-ERK途径不是唯一的诱导衰老的途径。在PC12细胞系，活跃的MEK也刺激p38的活性，这是由神经生长因子诱导神经细胞分化的需要。因此，MEK-ERK和MKK3/6-p38通路的激活顺序可能操作多个类型的细胞，细胞过程的调解与OIS的不同。其他研究表明，p53基因是p38的一种下游效应器。p38通过下游丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶即所谓的p38的调节或激活的蛋白激酶（PRAK）来介导ras基因诱导衰老，也称为蛋白激酶激活蛋白激酶5（MAPKAPK5或MK5）。第11页/共33页第十一页，共34页。被致癌Ras蛋白激活的PRAK，对于诱导初级人类和小鼠成纤维细胞的衰老至关重要。在小鼠体内，诱导衰老也受到7,12-二甲基苯并蒽（DMBA）诱导的PRAK乳头状瘤引起的皮肤损伤的影响，7,12-二甲基苯并蒽是一种环境致癌物质介导ras基因突变致癌。除了PRAK，p38的直接在体外在丝氨酸33位点和46位点磷酸化p53基因，这与ras基因在细胞中诱导衰老相同位点的磷酸化有关。像Ser37，Ser33和Ser46对于p53基因介导的OIS的能力是很重要的。另一种p38下游的蛋白激酶，酪蛋白激酶2（CK2），也在体外在Ser392磷酸化p53基因。因此，在OIS中p53的激活需要p38途径多个组件不同残基磷酸化的协调（图2）。第12页/共33页第十二页，共34页。这些数据定义了一种途径，ras致癌基因通过依次激活Raf-1，MEK，ERK，MKK3/6，p38蛋白，PRAK和p53来诱导OIS。鉴于MEK和ERK被即刻激活然后RAS或Raf-1活化，活性MKK3/6和p38的积累被推迟，后面的MEK和ERK是按小时或天的激活依据实验设置的不同而不同。这些结果表明，MKK3/6-p38的激活不是通过直接MEK-ERK途径，而是通过一个间接的慢的路线。一种在MEK-ERK和MKK3/6-p38通路之间可能的中间信号是细胞内活性氧物质（ROS），这是被ras基因和调解p38的激活和OIS诱导的（图2）。最近的一项研究表明，MINK（mis-shapen/Nck相互作用激酶相关激酶），也属于Ste20/MAP4K家族，是由ras基因诱导的活性氧激活的，随后通过激活p38来介导OIS。第13页/共33页第十三页，共34页。

图1p38通路与肿瘤的抑制。

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图2p38通路和OIS第15页/共33页第十五页，共34页。p38和复制性衰老p38在复制性衰老中的重要作用已在人成纤维细胞原中有报道。p38作为一种端粒缩短的结果被激活时，这些细胞进行复制性衰老。p38的失活，或者是由SB203580治疗或是由MKK6显性负突变体的异位表达引起的，能够延缓复制性衰老的发生机制，延长寿命。然而，p38蛋白失活的细胞不完全永生，表明p38只与转导部分衰老信号有关。而p38的参与也被证明存在于端粒长度的独立复制性衰老，在小鼠成纤维细胞原和兔关节软骨细胞中。第16页/共33页第十六页，共34页。p38和接触抑制

细胞间接触诱导的规避增生阻滞（即接触抑制）是瘤细胞的重要特征之一。p38a在维护非转化细胞接触抑制中起到至关重要的作用。该p38a激酶活性在成纤维细胞培养融合中持续增加。在人成纤维细胞和p38a-/-MEFs细胞中接触抑制是被SB203580破坏的。有趣的是，在p38a-/-MEFs细胞中接触抑制的损伤导致饱和密度增加，而且不形成灶，这是在完全转化细胞中观察到的。这表明，p38a不足未能充分赋予瘤型。接触抑制在细胞内激活的p38内的中断与p27Kip1蛋白激酶抑制剂积累减少相关，p27Kip1蛋白激酶抑制剂是一种已知的接触抑制效应器，表明p27Kip蛋白可能是p38的一个目标物。有趣的是，过度表达的显性负突变体的MKK4，JNK和p38的丝裂原活化蛋白激酶，呈现小鼠胚胎干细胞的抗接触抑制。但是，在接触抑制中MKK4是否是p38的活化激酶现在仍然未知。

第17页/共33页第十七页，共34页。p38和DNA的损伤反应

在DNA损伤反应中，真核细胞进行增殖，使DNA修复逮捕，这对于维持基因组稳定和防止肿瘤发生是非常重要的。p38通路在DNA损伤反应中有突出作用。p38蛋白是由电离辐射激活，一经克照射，MKK6和p38g由共济失调毛细血管扩张症突变（ATM）激活的，ATM是一种调控DNA损伤反应的激酶，需要捕获在G2-M过渡期的分裂细胞。此外，p38介导的DNA损伤诱导的细胞凋亡通过主要残基（Ser15，Ser33和Ser46）直接磷酸化的相关特征研来激活p53基因或者是稳定的p53蛋白或者通过诱导p53转录激活的表达称为P18Hamlet。第18页/共33页第十八页，共34页。两篇论文表明，p38介导的DNA损伤反应通过使细胞分裂周期Cdc25B及Cdc25C磷酸化引起的G2-M期的停滞，二种磷酸酶通过从CDK1中消除磷酸盐的抑制以促进G2-M期的发展。经紫外线照射或用DNA-烷基化剂治疗，p38使Cdc25B在丝氨酸309位点和/或Cdc25C蛋白在丝氨酸216位点磷酸化，使他们能够绑定到适配器14-3-3蛋白上，并且以活跃的形式封存。然而，在最近的一项研究中p38蛋白介导的Cdc25B/C在14-3-3结合位点直接磷酸化遭到质疑。在体外试验中发现，p38磷酸化Cdc25B或Cdc25C蛋白的残基而不是14-3-3结合位点，这不会导致Cdc25B或Cdc25C蛋白与14-3-3的相互作用。

第19页/共33页第十九页，共34页。相反，p38的下游激酶激活蛋白激酶2（MK2，又称为MAPKAPK2）直接磷酸化14-3-3结合基序在Cdc25B或Cdc25C蛋白位点，由14-3-3蛋白引起了Cdc25B或Cdc25C蛋白的封存。MK2的下调阻止了紫外线造成G2-M，G1和S期检查点和敏感细胞对紫外线诱导的细胞调亡。由化疗药物引起的DNA损伤，通过ATM和它的同源性共济失调毛细血管扩张症和Rad3（ATR），也导致了p38-MK2途径的激活。在p53缺失的细胞中，由MK2灭活的G2-M检查点的废除与从14-3-3蛋白中分解Cdc25B有关，而S期检查点的丢失与Cdc25A受损退化相关。不过，目前还不清楚这些观点是否代表了所有细胞的通用机制或某些特定细胞系一个特殊机制。第20页/共33页第二十页，共34页。p38和肿瘤抑制

p38蛋白激酶在细胞增殖的负调控中的作用表明，该途径可能与抑制肿瘤发生有关。事实上，越来越多的证据显示，这一途径的灭活支持体外细胞转化和促进小鼠癌症模型中癌症的发展。细胞培养模型动物模型

第21页/共33页第二十一页，共34页。细胞培养模型

在具有明确致癌基因的细胞转化模型中，p38通路失调或者增强了那些已经转换的细胞的致瘤性表型或者取代了原癌基因促进肿瘤的发生。p38蛋白在某些情况下通过其凋亡功能抑制转化细胞的致瘤性。几项研究报告表明，p38能够拮抗Ras基因的致癌活性。p38a针对性删除增强通过MEFs细胞在裸鼠体内形成肿瘤，MEFs细胞已经由腺病毒编码的E1A基因和激活的Ras癌基因转化。这一发现已经被最近一项研究阐述，在被激活的Ras基因诱导的氧化应激反应之后，p38介导细胞发生凋亡。

第22页/共33页第二十二页，共34页。在这项研究中，p38a的删除大大增强了被活化RAS基因或其他的可造成自发永生化MEFs细胞活性氧积累的致癌基因的致瘤性表型。相反，p38被一个有结构活性的MKK6异位表达的激活抑制ras基因诱导的转化。在这些已转化细胞，至少p38的一部分肿瘤抑制功能是因为它能够调解细胞凋亡作为一种激活的癌基因诱导活性氧累积的结果。被RAS诱导的活性氧阻断p38的活性结果导致积累的细胞活性氧的水平增加，这是众所周知的促进转化表型。另据报道p38a能够对抗致癌基因的转化，由小鼠成纤维细胞中激活的N-ras基因和结肠癌细胞株中激活的K-ras基因诱导的，然后再通过使其凋亡起作用。第23页/共33页第二十三页，共34页。在永生化小鼠NIH3T3成纤维细胞中，p38途径提供了一个负反馈机制对抗ras致癌基因。Ras致癌基因连续激活MEK，p38和p38的两个下游激酶（MK2的和PRAK），这反过来又抑制ras基因通过阻断JNK的活化诱导细胞增殖。在正常情况下，非转化细胞中，p38途径抑制了通过调解OIS引发肿瘤。在小鼠的主要的成纤维细胞中，p38的下游激酶PRAK的针对性的缺失致使单靠致癌ras基因没有合作突变的转变。在人类细胞转化中shRNA蛋白激酶取代MDM2蛋白的能力也与发现在OIS中蛋白激酶直接把p53基因作为目标一致。RAS基因致衰老的旁路通过使与p38结合的联合作用物质生长抑制和DNA损伤诱导Gadd45a蛋白的删除也可使ras基因在MEFs细胞中转化。两者合计，这些研究明确表明，在主要细胞中p38对肿瘤启动的抑制与它能够调解OIS的能力有关。第24页/共33页第二十四页，共34页。动物模型虽然p38a删除使胚胎致死，最近在条件性敲除小鼠的研究中已经表明，在体内p38a能负调控细胞增殖和肿瘤发生。在一项研究中，p38a的缺乏提高了多起源细胞的增殖并促进化学性肝肿瘤的发展，与JNK通路上调相关联。另一项研究表明，p38a删除导致细胞增殖增加和肺干细胞有缺陷的分化增加和祖细胞增加，并使小鼠易被K-rasG12V癌基因诱导发生肺癌。第25页/共33页第二十五页，共34页。在这些模型中，发现在PRAK-/-和PRAK+/-小鼠中肿瘤发生机率提高，PRAK的肿瘤抑制功能是单倍体缺失，至少在皮肤癌变模型中是这样。对DMBA诱发的PRAK缺陷小鼠皮肤癌变的加速是伴随着衰老的妥协诱导，这表明PRAK肿瘤抑制效应是通过它能够调解癌基因诱导的衰老器实现的。DMBA诱发的皮肤癌分为三个阶段：启动（如稳定RAS癌基因激活，诱导，致癌），推广（促癌物引起的转基因细胞的增殖，例如TPA）和进展（侵入性的乳头状瘤转化为癌）。如果没有致瘤者TPA，DMBA在多数菌株中诱发肿瘤的形成是很困难的，而在TPA存在的情况下，使DMBA诱导皮肤肿瘤有效。第26页/共33页第二十六页，共34页。PRAK抑制了皮肤癌肿瘤推广阶段，因为PRAK删除并没有对DMBA和TPA双重作用诱导的皮肤肿瘤的发病或延迟产生作用，尽管它大大提高了在没有任何肿瘤启动者情况下DMBA诱导的皮肤肿瘤的发生。有趣的是，尽管事实上PRAK是由p38激活用以强调在细胞培养，PRAK缺陷小鼠正常响应到内毒素，并显示在不变的细胞因子的产生以响应脂多糖。这表明，PRAK可能只调解癌基因诱导的衰老器和抑制肿瘤，而不参与p38促发炎症的功能。p38磷酸酶Wip1的删除能抑制由于erbB2基因或病毒同源活化的Ha-ras基因引起的乳腺特异表达的小鼠的乳腺肿瘤的发生，这两种基因都是由乳腺肿瘤病毒的启动子携带的。第27页/共33页第二十七页，共34页。Wip1-/-小鼠由erbB2基因引起的对肿瘤诱导的阻力一部分归因于细胞凋亡的增加。由于SB203580的治疗导致p38的灭活恢复了MMTV-erbB2基因诱导的Wip1-/-小鼠乳腺肿瘤的形成。在互惠实验中，小鼠在乳腺上皮有针对性的表达Wip1容易被MMTV-erbB2转基因诱导乳腺肿瘤，当活性MKK6组成成分引入这些小鼠体内时，由Wip1引起的肿瘤的增强就会完全消除。这些结果表明，p38是Wip1在MMTV-erbB2的小鼠乳腺肿瘤中促进作用的目标。此外，Gadd45a蛋白缺失能加快MMTV-ras基因诱导的乳腺肿瘤的发生。在Gadd45a蛋白缺失小鼠中乳腺肿瘤发展的增强是由受损p38的活化导致OIS减少和受损JNK活化相关的细胞凋亡降低引起的。第28页/共33页第二十八页，共34页。

人类癌症

虽然