与肝癌有关的生物信号转导通路

与肝癌有关的生物信号转导通路

0生理生化过程生物信号转导是指细胞通过感觉细胞外刺激后，通过细胞内信号分子的序列传递，最终诱导各种细胞、细胞内事件和各种生理生化反应的过程。与肝癌有关的细胞信号转导通路有酪氨酸激酶信号转导通路、Notch信号转导通路、核转录因子kappaB(NF-κB)通路、Hedgehog(Hh)信号通路等,现将近年来的研究进展作一综述,并重点阐述酪氨酸蛋白激酶体系在肝癌发病、转移、治疗与耐药中的作用。1酚羟基磷酸化磷酸酪氨酸激酶(proteintyrosinekinase,PTKs)具有催化ATP的γ磷酸基,转移到许多重要蛋白质的酪氨酸残基上,使酚羟基磷酸化而活化。PTKs包括受体型PTKs(receptortyrosinekinase,RTKs)和非受体型PTKs两大类。1.1mapk通路RTKs通常具有一个可以与特定配体相结合的细胞外结构域、一个跨膜区及一个可以选择性地与底物结合并将其磷酸化的细胞内激酶域。配体与受体酪氨酸激酶的细胞外结构区域结合,引起其结构改变从而产生酶催化活性。1.1.1Ras/Raf/MAPK信号转导通路丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activatedproteinkinases,MAPK)信号转导通路,又称细胞外调节蛋白激酶(Extracellular-signalregulatedkinase,ERK)级联途径,存在于所有生物体内的大多数细胞内,是真核生物细胞重要的信号转导通路,可将细胞表面信号刺激转导至细胞及其核内,与细胞增殖、分化、凋亡等生理过程密切相关;也是多种生长因子(包括EGF、PDGF、胰岛素样生长因子)、细胞因子、整合素等所共有的信号转导通路,并且MAPK通路磷酸化级联反应还是多种应激原的共同信号通路,MAPK通路信号的传送是通过MAPKKK、MAPKK和MAPK连续的磷酸化作用实现的。目前在人类已鉴定了4条MAPK途径:细胞外信号调节蛋白激酶途径(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)/应激活化蛋白激酶(SAPK)途径、ERK5/大丝裂素活化蛋白激酶1(BMK1)途径和p38MAPK转导途径。MAPK通路Ras癌基因是目前所知最保守的一类癌基因,包括K-ras、H-ras、N-ras、R-ras、TC21等,编码产物为一类结构相似,相对分子量为21000的小G蛋白。所有细胞都具有一条高度保守的信号转导通路,即RTK→Ras→Raf→MEK→ERK,又称Ras通路。越来越多的证据表明,MAPK通路的激活与人类肝癌发病机制、演进及其生物学行为关系密切,与该通路相关的激酶可作为肝癌治疗中潜在的有用靶点。其中ERK、JNK、p38MAPK三条通路与肿瘤细胞凋亡关系密切,且在HCC发生、发展的各个阶段及治疗中都具有重要的意义。肝癌组织中p38、ERK1/2蛋白均有不同程度的高表达,且肝癌的分化程度越低,两者的表达越高。p38主要是通过介导凋亡信号而在肝癌的发病中起重要作用的,p38MAPK通路参与了肝癌的侵袭与转移,可能与p38引起肝癌细胞的VEGF分泌增加、促进肿瘤血管生成有关,抑制p38MAPK通路可以延缓肝癌进展,因此p38MAPK有可能成为治疗肝癌的新靶标。而ERK1/2MAPK通路同样与肝癌的侵袭转移有关,有报道HBX诱导肝癌细胞HepG2的侵袭性正是通过ERKMAPK通路,该通路的抑制剂U0126可抑制c-met的表达,而高表达的c-met可导致肿瘤的无限生长和侵袭行为,且HepG2的相关耐药蛋白及基因mdr1、MRP1、LRP亦有不同程度降低,抑制此通路可以逆转肝癌耐药,ERK1或ERK2可能是肝癌治疗的潜在靶点。有些化合物可特异性抑制Ras-MAPK信号转导通路中的某些分子,如PD98059可特异性地抑制MAPK的磷酸化而阻断细胞信号转导,将PD98059作用于SMMC-7721细胞,发现细胞活力、DNA合成均受到明显抑制,细胞恶性表型得到逆转,且MAPK活性和MAPK含量呈浓度依赖性抑制,但是继续增加其浓度,细胞的恶性表型仍然存在,说明SMMC-7721细胞的生长除与Ras-MAPK途径密切相关外,还可能存在其他的信号转导途径。索拉非尼(sorafenib)是一种多靶点的生物靶向药物,目前已被NCCN指南推荐为晚期肝细胞癌的一线标准用药,其抗肝癌重要机制就是通过抑制Raf/MEK/ERK信号转导通路中Raf-1、B-Raf的丝氨酸/苏氨酸激酶活性来抑制肝癌细胞生长,同时通过抑制多种受体酪氨酸激酶,如VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3和血小板衍生生长因子受体-β等,抑制血管生成,从而发挥抗肿瘤的作用。1.1.2PI3K/Akt、PI3K/Akt/mTOR信号转导通路PI3K/Akt通路广泛存在于细胞中,是参与细胞生长、增殖、分化调节的信号转导通路。PI3K是该信号转导途径中的关键激酶,既具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的活性,又具有磷脂酰肌醇激酶的活性。可被G蛋白偶联受体、受体蛋白酪氨酸激酶激活,也可被Ras蛋白激活。Akt是PI3K的主要下游靶蛋白,对于血管的形成具有重要作用。研究表明,Akt可以在细胞核内发生活化,进而对其靶分子实施调控。Akt在肝癌组织中的表达明显高于癌旁组织,且与临床分级呈正相关。PIK3CA基因是位于3q26.3的癌基因,其编码磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylino-sitol3-kinases,PI3Ks)的p110催化亚单位,即PI3Kp110a。PIK3CA的突变约4/5发生在螺旋区(exon9)和激酶区(exon20)这两个热点区域,其突变不仅可以减少细胞凋亡,还可以促进肿瘤的浸润、提高其下游激酶PI3Ks的活性。但PIK3CA在中国肝癌患者中低表达(1.11%),提示在此通路中有其他蛋白影响着肝癌的发展。PI3K/Akt通路同样与肝癌的侵袭、转移有关,在肝细胞癌中,乙肝病毒X蛋白(HBX)可通过刺激PI3K/Akt通路活化,调节MMP-9的转录,从而增加细胞的侵袭力。雷海鸣等使用PI3K特异性抑制剂LY294002作用于高转移性人肝癌细胞株HCCLM3,发现抑制PI3K的活性可抑制VEGF的产生,抑制肿瘤的血道转移,降低肿瘤细胞的黏附能力,从而抑制肝癌细胞的生长和侵袭转移。该通路与肝癌细胞的耐药机制亦密切相关,通过对索拉非尼耐药细胞株Huh7-R1和Huh7-R2的研究发现,PI3K/Akt通路可调节肝癌细胞的获得性耐药,Akt抑制剂MK-2206可逆转肝癌细胞对索拉非尼的耐药。另有研究显示,低氧诱导肝癌细胞的上皮间质转化(EMT)和药物抵抗与PI3K/Akt通路有关,并可被该通路抑制剂LY294002阻断,这为低氧环境诱导的肝癌治疗提供了新的治疗靶点。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)属PI3K蛋白激酶类家族,是蛋白激酶B(ProteninkinaseB,PI3K/PKB)信号通路下游的一个效应蛋白。PI3K/Akt/mTOR信号通路在进化上高度保守,是最近成为研究热点的细胞内重要信号途径,主要通过PI3K/Akt/mTOR信号通路磷酸化激活来调控细胞分裂、促进转录、信号翻译等,从而控制蛋白合成,调节细胞生长。肝癌中存在异常活化的mTOR信号通路,mTOR在肝癌组织中的表达水平显著高于癌旁肝组织和正常肝组织,已成为治疗肝癌的靶点之一。在这条通路中的另一个关注热点是PTEN,作为一种肿瘤抑制基因,PTEN对PI3K/Akt/mTOR的调控起着负调控作用,PTEN功能的丧失引起第二信使PIP3的大量聚集,过度激活下游通路,赋予细胞癌的特性。PTEN的缺失会导致Akt通路的激活,反之PTEN的表达能够抑制Akt通路的活化,抑制肿瘤的生长和增殖,促进肿瘤的凋亡。在肝癌细胞和组织中,PTEN基因突变或缺失,Akt和pAkt表达增高,因此通过调节PTEN与Akt的平衡,可以起到治疗肝癌的效果。雷帕霉素是mTOR通路的抑制剂,能够抑制由于PI3K或Akt异常引起的癌基因的转化、抑制肿瘤的转移生长和肿瘤血管生成。其衍生物RAD001(Afinito,依维莫司)已被批准为晚期肾癌的二线治疗药物。临床前研究表明,该药对多种肝癌细胞株和移植瘤有抑制作用,能减慢肿瘤生长,提高生存率。多项Ⅱ期临床研究初步显示对肝癌有较好的疗效,一项索拉非尼治疗失败后应用依维莫司对照安慰剂治疗晚期肝癌的全球多中心随机对照Ⅲ期临床研究正在进行之中,结果值得关注。1.1.3EGFR家族介导的信号转导通路表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)家族属于I型跨膜酪氨酸激酶生长因子受体,包括EGFR(Her-1/erbB-1)、erbB-2(Her-2)/neu、erbB-3(Her-3)、erbB-4(Her-4)四个成员,分别是原癌基因C-erbB-1~4的表达产物。该家族成员在多种肿瘤中过度表达,EGFR在肝癌细胞中的阳性表达高达68%,且肿瘤体积越大、肿瘤分化程度越低,其阳性率越高,可能与肿瘤进展及预后不良相关。EGFR的激活主要通过受体酪氨酸激酶磷酸化完成,活化的p-EGFR能通过ERK/MAPK下游信号通路传递信息,调控肝癌的发生发展。PI3K/AKT/mTOR信号通路亦是EGFR重要的下游信号通路之一,EGFR等多个受体家族都能够激活此通路,从而促进肝癌细胞的生长,阻断此通路有可能抑制肝癌的进展。EGFR还与肝癌的耐药有关,EGFR可上调三磷酸腺苷结合盒转运蛋白(ATP-bindingcassetteprotein:ABC-transportprotein,ABC转运蛋白)的表达而增加肝癌细胞的耐药性,而靶向EGFR家族的小分子酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼则可恢复肝癌细胞对化疗药物的敏感度。EGFR靶向药物分为小分子的化合物(Iressa、Erlotinib等)和单克隆抗体(Cetuximab、ABX-EGF、EMD55900等)两类,其中厄洛替尼(Erlotinib)是一种口服的选择性EGFR-TKI小分子药物,用于有EGFR突变的非小细胞肺癌患者有较好的疗效。多项Ⅱ期临床研究证实此药单用或与其他药物联合运用对肝癌有一定效果。一项比较厄洛替尼联合索拉非尼与单用索拉非尼治疗不可手术的晚期或转移性肝细胞肝癌的Ⅲ期临床研究已在全球完成入组,结果令人期待。1.2jak-stat的结构及表达NRTKs不是跨膜受体,一般没有细胞外结构,它们通常持续或暂时位于胞质,或在细胞膜内侧与跨膜受体结合,所以又称为胞质型酪氨酸激酶。Janus蛋白酪氨酸激酶(Janusproteintyrosinekinase,JAK)/信号转导和转录活化蛋白(signaltransducerandactivatoroftranscription,STAT)是非受体酪氨酸蛋白激酶途径的代表,广泛参与细胞增殖、分化、凋亡以及免疫调节等过程,是众多细胞因子信号转导的重要途径。促进细胞增殖并调节基因转录的Ras-MAPK途径和调节效应基因转录的JAK-STAT途径在肝癌细胞的信号转导链中起主要作用,其中MAPK级联反应是这两条信号转导途径的最后共同通路。JAK有4个家族成员,即JAK1~3及Tyk2,STATs是JAKs的直接底物,其自身磷酸化后能将信号直接传递到核内,调节特定基因的表达,其家族共有6个成员,即STAT1~6,其中最具生物学效应的是STAT3。JAK能通过使c-jun激活区域的丝氨酸63和73位点双磷酸化而提高其转录活性,在包括细胞增殖、分化和肿瘤转化等过程中起着重要作用,该通路异常活化可导致细胞异常增殖和恶性转化。张斌等检测了196例肝细胞癌组织及20例正常肝脏组织标本中JAK-1蛋白和STAT-3蛋白的表达,结果表明JAK-1蛋白和STAT-3蛋白在正常肝脏组织中的阳性表达率分别为5%和10%,而肝癌组织中两者的表达率分别为65.3%和67.3%,且随着肝癌发展或侵袭转移,两者的表达阳性率进一步增高,说明它们与肝癌的病情进展关系密切。JAK/STAT信号通路有可能是肝癌治疗的潜在靶点,阻断此通路可以起到控制肝癌的作用,STAT3抑制剂Picetannol能通过抑制JAK-STAT3信号通路途径抑制肝癌细胞Huh7的增殖和诱导HepG2细胞凋亡,且能阻断JAK1激酶的活性和抑制STAT3的磷酸化和二聚化,增加化疗药物的敏感度。2显色剂质细胞机Notch信号通路(notchsignaling,以下简称N-S)由一组在进化上相对保守的细胞膜配体、受体及下游分子组成,是许多重要信号通路的交点,许多肿瘤的发生均与此信号通路的异常有关。N-S在肿瘤发生发展中作用十分复杂,在不同组织细胞中作用不同,在同一组织细胞的不同发展阶段作用也可能不同。有文献报道,Notch在肝癌中作为抑癌基因抑制肿瘤的生长,其机制初步认为是Notch1使JNK活化、p53高表达以及Bcl-2表达下调,从而诱导肝癌细胞凋亡,提示Notch基因通过作用于细胞内的多条信号转导通路而抑制肝癌细胞的增殖和促进凋亡。但也有报道认为Notch信号在肝癌中起着促进的作用,肝癌组织中Notch1、Notch3、Jagged1以及Notch下游靶基因HES-1的表达高于相应癌旁组织,提示这些分子可能有利于肝癌的发病和播散。还有研究表明,肝癌中N-S位于HBx的下游,活化后参与了HBx的致癌通路。目前关于N-S与肝癌的相关性还不十分清楚,Notch的作用可能与细胞的种类有关,即同一种Notch受体在相同组织但不同类型细胞中的作用不同,对其进行深入研究,将为肝癌的分子发生机制研究提供新的线索,为肝癌的治疗提供新的靶点。3肝胰腺组织中nf-b的表达NF-κB是一种广泛存在于细胞中的具有多向调节作用的蛋白质分子,参与细胞激酶、生长因子、细胞黏附因子及早期反应的蛋白质分子基因的转录。古巧燕等检测41例肝癌组织中NF-κB的表达,结果阳性表达率73.17%,而正常肝组织中无NF-κB表达,且与肝癌的临床分期、病理分级、淋巴结转移、血中AFP水平有关。张克君等研究发现,NF-κB表达水平与肝癌细胞的浸润转移能力有关,抑制NF-κB的活性,细胞浸润转移能力就会下降。还有研究表明,HBV、HCV感染患者发展成为肝癌亦与此通路有关。沙利度胺是一种抗血管生成药物,在大鼠模型中,沙利度胺可以通过降低此通路中NF-κB的表达而延迟肝癌发生。4hh信号通路Hh信号通路是一经典的胚胎发育和分化信号系统,近年来研究发现该信号的异常激活在多种肿瘤的发生、发展过程中发挥着重要作用,Hh信号转导途径与肝癌的发生发展密切相关。成熟的正常肝细胞中Hh信号通路处于抑制状态,而在肝癌细胞中,Hh信号通路活性增强,通路中Shh、Ptch、Smo、Gli-1、Gli-2等相关基因蛋白的表达显著上调。成薇婷等研究认为,Hh信号通路可能通过Gli-2上调Snail的表达,增强肝癌细胞增殖力和侵袭力,促进肝癌的发生和发展。Eichenmüller等研究