肿瘤常见信号通路

1 JAK-STAT信号通路

1) JAK与STAT蛋白

JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。

(1) 酪氨酸激酶相关受体（tyrosine kinase associated receptor）

许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素2?7（IL-2?7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生长激素）、EGF （表皮生长因子）、PDGF （血小板衍生因子）以及IFN（干扰素）等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。

(2) 酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）

很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体（receptor

tyrosine kinase, RTK），而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的缩写，Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAK homology domain, JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。

(3) 转录因子STAT（signal transducer and activator of transcription）STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。

2) JAK-STAT信号通路

与其它信号通路相比，JAK-STAT信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下：细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位

点”（docking site），同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录。值得一提的是，一种JAK 激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过程，一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK激酶，但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定的选择性。例如IL-4激活STAT6，而IL-12却特异性激活STAT4。

2 p53信号

1) p53基因的发现

p53基因是迄今发现与肿瘤相关性最高的基因。1979年，Lane和Crawford在感染了SV40的小鼠细胞内分离获得一个与SV40大T抗原相互作用的蛋白，因其分子量为53 kDa，故而取名为p53（人的基因称为TP53）[3]。起初，p53被误认为是癌基因，直到上个世纪90年代，人们才认识到引起肿瘤形成或细胞癌变的p53蛋白是p53基因的突变产物。野生型p53基因是一种重要的抑癌基因，它是细胞生长周期中的负调节因子，在细胞周期调控、DNA损伤修复、细胞分化、凋亡和衰老等许多过程中发挥了重要的生物学功能，因而被誉为“细胞卫士”。随着研究的深入，人、猴、鸡、大鼠、非洲爪蟾和斑马鱼等多种模式动物的p53基因也相继被克隆。

其中，人类TP53基因定位于染色体17P13.1，小鼠p53基因被定位在11号染色体上，并在14号染色体上发现无功能的假基因。在这些进化程度迥异的动物中，它们的p53基因结构却异常保守，基因全长16-20kb，都由11个外显子和10个内含子组成。其中第1个外显子不编码结构域，外显子2、4、5、7、8则分别编码5个进化上高度保守的结构域，转录形成约2.5 kb的mRNA。之后，在基因同源性的基础上又陆续发现了p53家族的其它成员，分别是p73和p63，它们也因各自的分子量而得名，具有和p53相似的结构和功能。

2) p53信号通路

p53基因受多种信号因子的调控。例如：当细胞中的DNA损伤或细胞增殖异常时，p53基因被激活，导致细胞周期停滞并启动DNA修复机制，使损伤的DNA得以修复。然而，当DNA损伤过度而无法被修复时，作为转录因子的p53还可进一步激活下游促凋亡基因的转录，诱导细胞凋亡并杀死有DNA损伤的细胞。不然，这些DNA损伤的细胞就可能逐渐脱离正常的调控，有可能最终形成肿瘤。

虽然正常状态下p53的mRNA水平很高，而且有大量蛋白质合成，但p53蛋白容易降解，所以正常细胞内p53蛋白水平很低。蛋白的泛素化（ubiquitination）修饰是细胞内蛋白代谢过程中的最普通的降解方式，p53蛋白的降解也是通过泛素化来实现的。

MDM2是一种特异性针对p53的泛素化E3连接酶，它可直接与p53蛋白结合来促进p53蛋白的泛素化降解，并在细胞内p53蛋白动态平衡中发挥关键的作用。MDM2本身也可被p53蛋白激活，因此MDM2是p53通路中重要的负反馈调节因子（negative feedback regulator）。

3) p53与肿瘤

p53基因敲除小鼠虽然可以产生后代，但其生长发育过程中会出现高频率的自发性肿瘤，这提示p53蛋白与肿瘤之间存在密切的关系。事实上，目前TP53基因是与人类肿瘤的相关性最高的基因，与50%以上的人类恶性肿瘤有关，而且现正已在超过51种人类肿瘤病例中发现TP53基因的异常表达和功能失活。TP53基因突变是其功能失活的主要原因，至今已发现400多种TP53基因突变类型，其中147种与胃肠道肿瘤有关，而最常见的突变方式是点突变。通过分析大量肿瘤病例中的TP53突变位点，证实肿瘤中95.1%的p53点突变位点发生在高度保守的DNA结合区，尤以第175、245、248、249、273和282位点的突变率最高。此外，某些点突变改变了p53的空间构象，影响了p53蛋白与MDM2和p300等蛋白

的相互作用。另一些点突变发生在p53的核定位信号区，使p53无法进入细胞核发挥转录激活的功能。不同肿瘤的TP53基因突变位点并不一致，例如：结肠癌中G:C→A:T 转换占到79%；在乳腺癌中，G→T颠换占到1/4，而这种突变在结肠癌十分少见；淋巴瘤和白血病的TP53基因突变方式与结肠癌相似；在肺癌中G:C→T:A突变最普遍，而食道癌中发生G→T颠换的频率很高。

目前看来，在肿瘤形成的复杂网络和调控体系中，p53是最主要的因素。有人认为p53是很好的肿瘤诊断标志物，可以作为癌症早期诊断的重要指标。认识到p53基因的重要作用后，全世界数以千计的分子生物学家正在抛开原来的课题转而研究p53，希望以此作为攻克癌症的突破口。科学家相信，利用p53基因发现并治疗癌症的前景非常广阔。除了基因治疗，研究人员正在筛选可以影响p53基因上下游调控的小分子化合物。罗氏制药公司开发的一种名为nutlins的小分子化合物，能够干扰p53和MDM2之间的调控关系，有望成为一种有效的抗癌药物。

3 NF-κB信号

1975年，E. A. Carswell和L. J. Old等人发现已接种卡介苗的小鼠注射脂多糖后，小鼠血清中产生了一种可引起动物肿瘤组织出血坏死的物质，该物质对体外培养的多种肿瘤细胞株都具有细胞杀伤作用，于是他们将这种物质命名为肿瘤坏死因子（tumour necrosis factor, TNF）。TNF是迄今发现的抗肿瘤效果最强的细胞因子。1984年起，欧美国家就开始把TNF的基因工程产品应用到癌症临床治疗中，并一度取得轰动的成

果，然而最终由于毒副作用严重而被迫终止。九十年代末以来，随着基础研究的深入和基因工程技术的发展，科学家研制出一些高效、低毒的TNF变构体，从而重新确立了TNF在抗肿瘤中的重要地位，掀开了TNF在肿瘤研究和治疗中的新篇章。

1) TNF简介

TNF是一种糖蛋白，它以两种形式存在：TNF-a和TNF-b。TNF-a由单核细胞和巨噬细胞产生，它可引起肿瘤组织出血坏死，而脂多糖（Lipopolysaccharides, LPS）是较强的刺激剂。TNF-b是一种淋巴因子，又称淋巴毒素（lymphotoxin, LT）。抗原或丝裂原均可刺激T淋巴细胞分泌TNF-b，具有肿瘤杀伤及免疫调节功能。人的TNF-a 基因长2.76 kb，由4个外显子和3个内含子组成，定位在第六号染色体上。人TNF-a 前体由233个氨基酸组成，含有76个氨基酸残基的信号肽，切除信号肽后形成157个氨基酸的成熟型非糖基化的TNF-a。通过基因工程方法改造后的TNF-a具有更好的生物学活性和抗肿瘤效果。

2) TNF与NF-kB信号通路

TNF-a与TNF-b分子结构相似，所发挥的生物学效应相近。胞外因子TNF-α以三聚体形式发挥信号转导功能，与TNF受体（TNF receptor, TNFR）结合引起受体多聚化，这种多聚化使得TNF受体与细胞质中TRADD分子发生相互作用。TRADD招募相应蛋白后介导两条转导通路：一条是通过TRAF2和RIP分子诱导NF-κB的活化，参与抗凋亡；另一条是通过FADD分子导致细胞凋亡。TNFR只有在蛋白合成受阻的情况下才会诱导凋亡，下面我们将着重介绍由TNF激活的NF-kB信号通路。

NF-kB（nuclear factor-kappa B）是1986年从B淋巴细胞的细胞核抽提物中找到的转录因子，它能与免疫球蛋白kappa轻链基因的增强子B序列GGGACTTTCC特异性结合，促进κ轻链基因表达，故而得名。它是真核细胞转录因子Rel家族成员之一，广泛存在于各种哺乳动物细胞中。迄今为止，在哺乳动物细胞内共发现5种NF-kB/Rel家族成员，它们分别是RelA（即p65）、RelB、C-Rel、p50/NF-kB1（即p50/RelA）和p52/NF-kB2。这些成员均有一个约300个氨基酸的Rel同源结构域（Rel homology domain, RHD）。这个高度保守的结构域介导Rel蛋白形成同源或异源二聚体，该结构域也是NF-kB与靶基因DNA序列的特异性结合区域。细胞内NF-kB的活化过程受到精细调控。通常情况下，在细胞质中的NF-kB处于失活状态，与抑制蛋白IkB（inhibitory protein of NF-kB）结合成三聚体复合物。当出现TNF-a信号、炎症因子以及LPS、紫外线等外界刺激时，细胞因子与细胞膜表面的TNF受体结合后，TNF受体发生多聚化并与细胞质中TRADD分子发生相互作用。TRADD招募TRAF（TNFR-associated factor）和激酶RIP（receptor interacting protein），由RIP将信号传递给IKK（IkB kinase）。在NF-kB信号通路中IKK扮演了非常重要的角色，尽管上游信号路径的不

同，但是最终都汇集到IKK。IKK由a、b和g三个亚基组成，作为激酶的IKK能使IkB的a亚基的Ser32和Ser36残基和b亚基的Ser19和Ser23残基磷酸化。IkB随即从

p50/p65/IkB异源三聚体中解离出来，经泛素化修饰后通过蛋白酶体降解。于是，受到IkB抑制的NF-kB得以暴露其核定位序列（nuclear localization signals, NLS），迅速从细胞质进入细胞核内，与核内DNA上的特异序列相结合，从而启动或增强相关基因的转录。

3) NF-kB信号通路与癌症

NF-kB具有明显的抑制细胞凋亡的功能，与肿瘤的发生、生长和转移等多个过程密切相关。在人类肿瘤尤其是淋巴系统的恶性肿瘤中，常可发现NF-kB家族基因的突变。NF-kB家族与癌症相关性的第一个线索是c-Rel基因的发现，它是禽类逆转录病毒癌基因v-Rel在细胞内的同源基因。该病毒在鸡体中造成多种造血细胞恶性转化，引起淋巴癌的发生。由于NF-kB的下游基因包括CyclinD1和c-Myc，因此NF-kB的持续激活会刺激细胞生长，导致细胞增殖失控。NF-kB在很多癌细胞中表达异常，如在75％的乳腺癌样品中NF-kB2的表达比邻近的正常组织高很多倍。肿瘤细胞迁移并浸润到周围组织是肿瘤扩散和转移的前提条件。NF-kB对肿瘤转移具有明显的促进作用，它能促进肿瘤转移相关基因ICAM-1、VCAM-1、MMP-9等的表达。NF-kB还能诱导血管内皮生长因子VEGF的表达，促进血管形成。此外，NF-kB还能通过调节COX2等基因的表达来促进肿瘤生长。

NF-kB与肿瘤治疗息息相关。IFN-a、IFN-b、TNF-a、IL-2、G-CSF、GM-CSF和EPO 是迄今为止被批准用于临床肿瘤治疗的几种细胞因子，其中前6种生长因子已被证实与NF-kB的信号通路有关。目前，国内外主要以NF-kB为靶点，使用抗氧化剂抑制NF-kB活性以及针对p65和p50设计小分子干扰RNA（siRNA）抑制NF-kB合成等方法作为癌症的治疗策略，而且在动物实验及细胞培养中取得不同程度的疗效，但是离临床应用还有很大距离。由于TNF-a具有很好的抗肿瘤作用和多种免疫调节功能，许多国家开展了用TNF治疗癌症的临床研究。动物实验和临床实验均表明，TNF-a对某些肿瘤具有明显的抑制作用，但是由于不能很好地区分癌细胞和正常细胞，使用TNF-a 后副作用较大，这为其大规模临床应用造成困难。应用基因工程改造得到低毒高效的TNF-a变构体，对某些肿瘤的治疗效果尤佳。将TNF-a与其它具有肿瘤抑制作用的细胞因子，如IL-2、IFN-g等联合使用，既可减少用药量、降低毒副作用，又可提高疗效，因而有望更快地大量应用于临床。

4 Ras、PI(3)K和mTOR信号

1) 控制肿瘤生长的Ras、PI(3)K和mTOR信号

随着人类基因组测序的完成，目前已发现了几百种蛋白激酶。根据它们结构上的相似

性，这些激酶可分为多个蛋白家族，在细胞的增殖、生长、分化和凋亡等过程中发挥重要的生物学功能。Ras、PI(3)K和mTOR就是一类与细胞增殖紧密相关的蛋白激酶。真核细胞的正常生长受到周围环境所提供的养分的限制。Ras和PI(3)K信号通过调控下游分子mTOR，在调控细胞生长方面起着关键作用。在绝大多数的人肿瘤细胞中，Ras和PI(3)K信号通路中的关键调控因子都发生了明显的突变。究其原因，人们发现这条信号通路如果发生突变，就会导致细胞的存活和生长不再受到养分等环境条件的限制，进而诱导细胞癌变。

Ras、PI(3)K和mTOR是目前研究得最为清楚的信号通路之一。下面，我们将简单地介绍一下这条信号通路中的几个关键组分：

(1) PI(3)K是英文phosphatidylinositol-3-kinase（磷脂酰肌醇-3-激酶）的缩写。它是一个包括许多脂质激酶的家族，由一个调节亚基（p85）和一个催化亚基（p110）组成。当配体与膜受体结合后，受体激活p85并招募p110，进而催化膜内表面的PIP2（phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate）生成PI3P（phosphatidylinositol

3-phosphate）。PI3P作为第二信使，进一步激活AKT和PDK1（phosphoinositide-dependent kinase 1）。

(2) AKT又称作PKB（protein kinase B），是PI3K重要的下游分子，包括至少3种形式，分别为AKT1、AKT2和AKT3。它们对于调控细胞的生长、增殖、存活以及糖代谢都起着十分重要的作用。

(3) mTOR（mammalian target of rapamycin）是一类丝/苏氨酸激酶。1991年，人们在酵母中发现了雷帕霉素（rapamycin）的作用靶点，取名为TOR。与酵母相比，哺乳动物的TOR蛋白在进化和功能上高度保守，也就相应地称为mTOR。mTOR蛋白的C末端具有激酶活性，它是细胞生长和增殖的关键调节分子，可接收生长因子、营养、能量等多种信号，并通过PI3K/AKT或Ras/ERK信号通路来发挥作用，而对mTOR信号通路的抑制可以使细胞停滞在G1期而触发细胞凋亡。简单地说，当EGF、胰岛素等生长因子结合到细胞膜表面的酪氨酸激酶受体（receptor tyrosine kinase, RTK）后，RTK通过其酪氨酸激酶活性分别激活两个关键的信号转导分子：小G蛋白Ras和激酶PI(3)K，再由Ras和PI(3)K共同激活下游关键分子mTOR。激活后的mTOR蛋白促使底物S6K（S6 kinase）和4EBP1（4E binding protein 1）发生磷酸化。由于这两个底物都是蛋白翻译过程中关键性的调节因子，它们的磷酸化导致核糖体蛋白合成的起始和增加。此外，胞外营养物质氨基酸、ATP等也能调控mTOR的激酶活性。于是，mTOR蛋白整合生长因子和环境养分两种信号，通过严格调控细胞有丝分裂和代谢响应不同的环境条件，保证细胞只在有利的环境下增殖。

值得注意的是，一些肿瘤抑制因子，如TSC1、TSC2和LKB1在营养匮乏的条件下减

弱了mTOR信号通路的强度。相应地，TSC1、TSC2或者LKB1的失活突变，就会导致相似的癌症症状，并具有共同的临床表现。因此，这条确保细胞在环境适宜条件下发生增殖的信号通路，在被癌细胞利用后就可以使癌细胞在养料匮乏的条件下存活并生长。

在筛选激酶抑制剂的过程中，人们设计了一系列针对mTOR、PI(3)K、RTKs和Raf等激酶的药物。在癌症的分子机理研究中，尽管这条信号通路研究得最透彻，但这些激酶在细胞和生物体内的生理功能远比我们想象的要复杂。

2) Ras-Raf通路与癌症

1982年，美国科学家R.A. Weinberg等人从膀胱癌细胞中克隆得到第一个人类癌基因，由于它和之前发现的鼠肉瘤病毒基因c-ras高度同源，故而被命名为ras基因（rat sarcoma）。Ras基因在进化中高度保守，广泛存在于各种真核生物细胞中。哺乳动物的Ras蛋白家族有三个成员，分别是H-ras、K-ras和N-ras。由于Ras蛋白的相对分子量是21 kDa，故又被称为p21。Ras蛋白定位于细胞膜

内侧，为GTP/GDP结合蛋白，通过GTP与GDP的相互转化来调节信号通路的传递；之后，人们又发现了Ras的直接效应因子Raf-1[10]，这就将Ras和ERK/MAPK信号通路联系起来。在高等生物中，Raf丝/苏氨酸激酶家族由三个成员组成，分别为A-raf、B-raf和C-raf（也称Raf-1）。

随着研究的深入，Ras信号通路构成一个复杂的网络。简单地说，被生长因子激活的酪氨酸激酶受体RTKs以直接或间接的方式结合GRB2（growth factor receptor-bound protein 2）。GRB2与受体RTK结合后招募鸟苷酸交换因子SOS蛋白定位在与Ras相邻的细胞膜上。这样，SOS与Ras形成复合体后，GTP取代GDP与Ras结合，Ras被激活；而当GTP被水解成GDP后，Ras失活。Ras蛋白被激活后，产生一系列级联放大反应。首先，它招募细胞浆内的Raf1蛋白至细胞膜上。之后，Raf激酶磷酸化MAPK 激酶（MAPKK，又称MEK），再由MEK激活ERK1/2（extracellular signal regulated kinase，又称MAPK）。ERK被激活后，转至细胞核内并直接激活转录因子，产生相应的生物学效应。需要特别指出的是，Raf的激活并不完全依赖于Ras，ERK也能被除Ras之外的其它蛋白激活。这表明信号通路级联反应中的每一个信号蛋白都可能被多个上游蛋白所控制，而它们也可以有多个下游的靶蛋白，从而形成一个极其复杂的网络调控结构。

随着信号通路研究的拓展，人们开始研究Ras信号致癌的机理。在超过60%的人类恶性黑色素瘤中，都发现了B-raf的激活突变，这种突变还存在于一些直肠癌以及甲状腺和肺部的肿瘤中。B-raf突变后，在某些情况下与C-raf形成异源二聚体，随后持续地激活下游的ERK信号，并最终激活蛋白激酶mTOR。肿瘤细胞中也存在不涉及Ras本

身的突变而又持续激活Ras的情况。NF1基因是最早被发现的肿瘤抑制基因之一，它是一个GAP蛋白（GTPase-activating protein）。NF1基因缺失突变后，由于GTP水解的减少而导致GTP结合形式的Ras蛋白的积累，从而提高Ras的活性。除此之外，降低miRNA let-7的表达使靶基因Ras mRNA增加，也能提高Ras的活性。这里所提到的这些蛋白成分都是未来很好的药物靶点分子。

3) Ras-PI(3)K信号通路与癌症

早在20年前，PI(3)K信号就被视为一条与病毒癌基因密切相关的信号通路。最近5年，人们发现在所有的散发性肿瘤中这条信号通路最常见。在淋巴瘤、卵巢癌、乳腺癌、胰腺癌、肾癌、肺癌、前列腺癌以及其它癌症中这条通路都具异常性。PI(3)K信号通路可以通过激活RTK和Ras，进而活化下游的靶蛋白mTOR。需要指出的是，丝/苏氨酸蛋白激酶AKT家族的很多成员都是PI(3)K信号通路在癌症中的重要靶点，例如在10%～20%的胰腺癌、40%的肝癌和50%的结肠癌中都可以检测到AKT2基因的大量表达，这是PI(3)K信号通路在癌细胞中异常激活的有力证据。在一些原发性结肠癌和卵巢癌中也检测到PI(3)K调控亚基p85?的突变。这条通路中另一个关键的调节因子是PTEN（phosphatase and tensin homolog），作为重要的肿瘤抑制基因，它的突变将会导致第二信使PIP3的大量积累，过度激活下游的mTOR通路而使细胞发生癌变。

4) 结语

Ras-Raf和Ras-PI(3)K以及其所激活的mTOR信号通路涉及了多个癌基因和抑癌基因的激活和失活，与肿瘤的发生密切相关，日益成为肿瘤研究的热点。这些基础研究将为癌症的治疗提供更多的方案。在过去的几年中，激酶mTOR的三种抑制剂，分别是雷帕霉素的类似物everolimus、deforolimus和前体temsirolimus已经进入临床试验阶段。随着这些研究的深入，我们相信会有更多的针对这些信号通路中的分子药物被筛选出来，为最终诊治癌症提供良方。

5 Wnt信号

Wnt信号通路广泛存在于无脊椎动物和脊椎动物中，是一类在物种进化过程中高度保守的信号通路。Wnt信号在动物胚胎的早期发育、器官形成、组织再生和其它生理过程中，具有至关重要的作用。如果这条信号通路中的关键蛋白发生突变，导致信号异常活化，就可能诱导癌症的发生。1982年，R. Nusse和H.E. Varmus在小鼠乳腺癌细胞中克隆得到第一个Wnt基因，最初它被命名为Int1（integration 1）。后来的研究发现小鼠Int基因与果蝇的无翅基因wg

（wingless）为同源基因，因而将两者合称为Wnt。H.E. Varmus 本人也因他在癌症研究中的杰出贡献而获得1989年的诺贝尔生理医学奖。

1) Wnt信号通路

Wnt是一类分泌型糖蛋白，通过自分泌或旁分泌发挥作用。Wnt信号通路的主要成分包括：分泌蛋白Wnt家族、跨膜受体Frizzled家族、CK1、Deshevelled、GSK3、APC、Axin、β-Catenin、以及转录因子TCF/LEF家族。

Wnt信号通路是一个复杂的调控网络，目前认为它包括三个分支：经典Wnt信号通路，通过β-Catenin激活基因转录；Wnt/PCP通路（planner cell polarity pathway），通过小G蛋白激活JNK（c-Jun N-terminal kinase）来调控细胞骨架重排；Wnt/Ca2+通路，通过释放胞内Ca2+来影响细胞粘连和相关基因表达。一般提到Wnt信号通路主要指的是由β-Catenin介导的经典Wnt信号通路。下面我们将简单介绍一下经典Wnt信号通路的主要成分：

(1) Frizzled（Fzd或Frz）：分泌型糖蛋白Wnt的细胞膜上受体，为7次跨膜蛋白，结构类似于G蛋白偶联型受体。FZD胞外的N端有一个富含半胱氨酸的结构域（cysteine rich domain, CRD），能与Wnt结合。

(2)Dishevelled（Dsh或Dvl）：Dsh蛋白在细胞质中接受上游信号，通过抑制APC、Axin以及GSK3β等蛋白形成的复合物的功能，稳定细胞质中游离状态的β-Catenin蛋白。细胞质中积累的β-Catenin蛋白进入细胞核与TCF/LEF家族的转录因子结合，从而开启了下游靶基因的转录。

(3)GSK3β：是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。在没有Wnt信号时，GSK3β能将磷酸基团加到β-Catenin N端的丝氨酸/苏氨酸残基上，磷酸化的β-Catenin经β-TRCP泛素化共价修饰后，被蛋白酶体（proteasome）降解。

(4) CK1（casein kinase 1，酪蛋白激酶1）：能将β-Catenin的Ser45位点磷酸化，随后GSK3β将β-Catenin的Thr41、Ser37、Ser33位点磷酸化。

(5) Axin：是一种支架蛋白，具有多个与其它蛋白作用的位点，能与APC、GSK3β、CK1等形成β-Catenin降解复合物。此外它还与Dishevelled、PP2A（protein phosphatase 2A）等wnt信号的其它组分相互作用。

TCF/ LEF：是一类具有双向调节功能的转录因子，它与Groucho结合可以抑制基因转录，而与β-Catenin结合则促进下游靶基因的转录。

当细胞没有接受Wnt信号刺激时，细胞质内大部分的β-Catenin与细胞膜上Cadherin 蛋白结合使之附着于细胞骨架蛋白肌动蛋白上，参与细胞的黏附作用。而少部分的β-Catenin被磷酸化后，与GSK3β等形成降解复合物，最终通过泛素化修饰而降解。Wnt信号的激活就是指分泌型的配体蛋白Wnt与膜表面受体蛋白FZD结合后，激活胞内蛋白DVL。DVL通过抑制GSK3β等蛋白形成的β-Catenin降解复合物的降解活性，稳定细胞质中游离状态的β-Catenin蛋白。胞浆中稳定积累的β-Catenin进入细胞核后

结合LEF/TCF转录因子家族，启动下游靶基因（如c-myc、Cyclin D1等）的转录。我们可以把Wnt信号通路简单概括为：Wnt→FZD→DVL→β-Catenin降解复合体解散→β-Catenin入核→TCF/LEF→下游基因转录。

2) 经典Wnt信号通路与癌症

虽然研究人员很早就发现了Wnt信号通路的许多成员，但是直到十年之后，人们才真正将Wnt信号通路和癌症联系起来。1993年，Vogelstein等人报道肿瘤抑制因子APC （adenomatous polyposis coli，腺瘤性结肠息肉病蛋白）和β

-Catenin之间存在着相互作用。他们发现大约85%的人结肠癌中APC基因都发生了突变，其缺失突变会导致结肠癌中的腺瘤性息肉。在Wnt信号通路中，β

-Catenin的稳定性与APC蛋白密切相关。APC蛋白可作为一个载体将β-Catenin和GSK3β联系起来，促进GSK3β磷酸化β-Catenin氨基端保守的Ser/Thr位点，并促使β-Catenin降解。在肿瘤细胞中，APC基因的突变导致APC蛋白不能与β-Catenin相互作用，同时也失去了对β-Catenin表达水平的调节。Β-Catenin在胞浆内大量积聚并进入细胞核，与TCF/LEF转录因子结合，激活相关基因的转录，从而导致了细胞增殖异常和肿瘤发生。

Β-Catenin本身的突变也可能造成癌症。Β-Catenin基因的突变可以造成β

-Catenin蛋白无法被磷酸化和泛素化降解，致使β-Catenin在胞浆内大量聚集，从而进入细胞核并激活与细胞分裂和生长调控相关的基因（如c-myc和Cyclin D1等基因），导致细胞增殖失控而致癌。最初，人们只在大约10%的散发性大肠癌样本中发现了β-Catenin基因的突变。随后，研究人员检查了超过3500份的癌症样本，包括结肠癌、黑色素瘤、肝细胞瘤、脊髓母细胞瘤、消化道肿瘤等，发现在超过700个癌症病例中出现β-Catenin的多种突变。Β-Catenin的N端序列可能是其致癌的关键位点，这些位点的突变使得β-Catenin在胞内表达失控，导致Wnt信号异常激活，从而诱发包括结直肠癌、肝母细胞瘤、卵巢癌和前列腺癌等在内的多种癌症。

目前看来，超过90%的结肠癌以及很高比例的其它癌症均与Wnt信号通路的异常激活密切相关，而且细胞实验也证明如果阻断Wnt信号通路可以抑制肿瘤细胞的增殖。因此，人们开始尝试把Wnt/β-Catenin信号通路中的关键蛋白作为药物靶点，筛选分子药物治疗癌症。目前，已有多种分子靶向药物进入临床试验阶段。然而癌症的发生是一个多因素、多阶段、多基因变异积累的复杂过程，多种信号通路可能同时参与了癌症的发生。随着未来研究的深入，我们期待更多Wnt信号通路新成员的发现。细胞内信号通路相互协同机制的研究，能够为我们设计更加有效的抗癌药物提供更多的理论基础。

6 BMP信号

1) BMP信号通路

BMP（骨形态发生蛋白，bone morphogenetic protein）是TGF-β（转化生长因子，transforming growth factor-β）超家族中的重要成员。它通过调节一系列下游基因的活性，控制着诸如中胚层形成、神经系统分化、牙齿和骨骼发育以及癌症发生等许多重要的生物学过程。BMP信号的传递主要通过配体BMP与细胞膜上的丝氨酸/苏氨酸激酶受体（BMP receptor, BMPR）特异性结合，形成配体受体二元复合物。同时，Ⅱ型受体（BMPR2）能够活化I型受体（BMPR1），并进一步将信号传递给细胞内的Smad分子。在BMP和TGF-β信号由细胞膜传递至细胞核的过程中，Smad蛋白起到了关键性的作用。活化的I型受体（BMPR1）进一步磷酸化Smad蛋白（Smad1、Smad5和Smad8），促使Smad分子从细胞膜受体上脱离下来，并在胞质内结合Smad4分子（common Smad，Co-Smad）后进入细胞核。在细胞核内，Smad多元复合物在其它DNA结合蛋白的参与下作用于特异的靶基因，调控靶基因的转录。

2) 结肠中的BMP信号

结肠（colon）是大肠的主要部分，它的解剖结构由内向外依次为粘膜层及粘膜下层、肌层及外膜。粘膜和部分粘膜下层向肠腔内的突起为半环形皱襞的断面，凹陷处即称为结肠隐窝（colonic crypt）。结肠隐窝处的细胞类型依次为单层柱状上皮细胞、干细胞、肌成纤维细胞（myofibroblast）和粘膜肌（muscularis mucosae）。结肠中的干细胞位于隐窝底部，不断分裂增殖后形成的子细胞边分化边向内移动，当到达肠腔表面时就分化成为成熟的肠上皮细胞。许多研究证据显示，多种BMP信号通路中的关键蛋白都在结肠隐窝的细胞中表达。例如，位于结肠粘膜层的柱状上皮细胞表达BMP 蛋白和BMP受体。同时通过免疫组化方法可以在这些细胞中检测到Smad1、Smad5和Smad8蛋白的磷酸化形式，这表明在分化成熟的柱状上皮细胞中，BMP信号是被激活的。而肌成纤维细胞和结肠干细胞则通过表达BMP信号的拮抗分子Noggin来抑制这些细胞内的BMP信号，这些结果提示BMP信号可能促进成熟的结肠上皮细胞走向凋亡。

3) 结肠癌与BMP信号

结肠癌是一种高发病率的恶性肿瘤，在工业化国家里，它是仅次于肺癌的第二大杀手。据美国国立癌症研究院估计，2008年全美新增结肠癌约11万例，死亡约5万人。健康成年人体肠道每天大约有1×1010个细胞更新，是人体细胞更新最快的器官。这个更新速度甚至远远超过了肿瘤组织，这反映肠道具有非常卓越和精细的细胞增殖与分化的调控机制，但这种无与伦比的更新速率如同一把“双刃剑”，一方面可以迅速地更新和修复肠粘膜细胞，另一方面却大大增加了肠道细胞因增殖失控而癌变的可能性。近

些年来，人们从基因水平、转录水平、蛋白质水平以及细胞信号通路等方面对肿瘤进行了大量的研究，肿瘤的发病机制逐渐被阐明。从分子遗传机制角度看，结肠癌可能是目前研究最为透彻的肿瘤之一。最初发现BMP分子是因为这类蛋白能诱导异位的软骨和骨的形成，但目前由于其在大多数肿瘤，特别是结肠癌中的异常表达而成为研究的新热点。早在十多年前，人们发现结肠癌病例中常有Smad4基因的缺失，不过当时这被认为是结肠癌的发生与TGF-β信号相关，而不是BMP信号。幼年性息肉综合症（juvenile polyposis syndrome, JPS）是一种常染色体显性遗传病，多见于儿童和青少年。患者的结肠部位通常有50-200个息肉，息肉被大量的基质包围，呈现慢性炎症状态，沿着整个肠管线性分布。JPS 患者很高的结肠癌患病风险，其家族成员中得结肠癌的可能性约为9%-50%，患胃癌和胰腺癌也有报道。目前超过50%的JPS病例中发现Smad4和BMPR1A基因发生缺失和错义突变，导致BMP信号传递受阻。这就说明BMP信号通路在肠道上皮细胞的增殖平衡中起着关键的调节作用，而BMP信号过低或失活是JPS病发的缘由。目前，通过检测细胞内Smad蛋白的磷酸化水平，发现约70%的结肠癌病例中BMP信号是失活和降低的，这就为肿瘤特别是结肠癌的临床诊断提供了重要的指标。

（4) 结语

尽管BMP信号通路在动物胚胎发育、组织分化和细胞增殖更新中发挥关键作用，但有关BMP信号在结肠癌的成癌机制中扮演的角色还有待阐明。Schwarte等人

利用裸鼠作为动物模型，在结肠癌和胰腺癌细胞中过量表达Smad4能够有效降低血管内皮生长因子的表达，进而减少肿瘤组织周围血管的生成，起到抑制肿瘤生长的效果。因此，通过Smad4和BMP信号通路中的其它分子来调控肿瘤血管生成可以作为抑制肿瘤的一种新方法。深入研究肠道上皮系统的分子生理机制可能为肠道疾病治疗提供一个新的思路。

5 Ras2MAPK信号转导途径

5.1 Ras上游通路

Ras能被复杂的网络激活.首先,被磷酸化激活的受体

如PDGFR,EGFR直接结合生长因子受体结合蛋白(Grb2), 这些受体也可以间接结合并磷酸化含有src同源区2(SH2) 结构域的蛋白质(例如Shc,Syp)后,再激活Grb2.第二, Grb2的src同源区3(SH3)结构域与靶蛋白如mSos1, mSos2,C3G及发动蛋白(dynamin)结合.C3G与连接蛋白Crk的SH3结构域结合后耦联酪氨酸磷酸化而激活Ras. Crk也能结合mSos1激活Ras.Grb2与激活的受体结合促进鸟苷酸交换因子(Sos)

蛋白定位在与Ras相邻的细胞膜上.这样,Sos与Ras形成复合体,GTP取代GDP与Ras 结合后,Ras被激活,当GTP水解成GDP后Ras失活.Ras具有内在GTPase活性,它的活性可被RasGAPs调节,因而RasGAPs扮演Ras活性调节剂的角色.另外,Ras失活也受到高度调节.目前,有三种蛋白质能水解GTP使Ras失活, 它们分别是

P120GAP,neurofibromin和GAP1m,统称为RasGAPs.

5.2 Ras下游通路

5.2.1 Ras/Raf通路至今,Ras/Raf通路是最明确的信号转导通路.当GTP取代GDP与Ras结合,Ras被激活后, 再激活丝苏氨酸激酶级联放大效应,招集细胞浆内Raf1丝苏氨酸激酶至细胞膜上,Raf激酶磷酸化MAPK激酶(MAPKK),MAPKK激活

MAPK.MAPK被激活后,转至细胞核内,直接激活转录因子.另外,MAPK刺激Fos,Jun 转录因子形成转录因子AP1,该因子与myc基因旁的特异的DNA序列结合,从而启动转录.myc基因产物也是转录因子,它能激活其他基因.最终,这些信号集中起来诱导D 型Cyclin的表达和活性.D型Cyclin与Cyclin依赖性激酶(如CDK4和CDK6)形成复合体,该复合体的形成促使细胞从G1期进入S期.因此,Ras/Raf通路在受体信号和G1期进展之间起着关键作用.然而,Ras/Raf通路不是调控G1 期进展的惟一通路.Ras与Raf单独结合不能促进Raf激酶活性,同时,Raf能被不依赖Ras的机制所激活(例如能被Src酪氨酸激酶和PKC所激活),MAPK也能被不依赖Ras 机制(如通过调节整合素的活性)所激活.表明级联反应每一个信号蛋白质都能被多个上游蛋白质所激活,而它们也可能有另外的靶蛋白.另一个重要的Ras通路效应物是Cyc2

lin依赖性激酶抑制剂P21Waf1/cip1,它被Ras所诱导,抑制

Cdk2CyclinE和Cdk2CyclinA复合体的活性,从而阻断DNA

的合成.

5.2.2 Rho/Rac通路Rho家族蛋白质是小G蛋白的Ras

超家族成员,其氨基酸序列大约有30%与Ras蛋白相同,三

个主要的Rho蛋白是Cdc42,Rho,Rac.Cdc42刺激Rac,

Rac接下来刺激Rho.然而,这个直线模型对于精确的信号

转导通路来说过于简单,因为有证据显示交叉联系存在,例

如Cdc42不通过Rac能影响Rho的活性.下游靶点Rho激

酶α的激活,导致肌动蛋白的重新构建和P21激活的丝苏氨

基酸激酶参与应力纤维的分解.最后Rac和Cdc42利用

MAPK传递信号至核内,Rho通过刺激Src和fos启动子达

到转录调节的作用.另外,Rac和Cdc42激活JunN端激

酶,该酶结合Jun,EIk1和ATF2等转录因子,这就是Rho

在细胞癌变过程中起重要作用的可能机制.另一个重要

Rho下游靶点是P21Waf1/cip1.Rho抑制P21Waf1/cip1诱导,有利

于Ras驱动细胞进入S期[10],P21Waf1/cip1阴性细胞不需要

Rho进行Ras激活的DNA合成,降低了通过诱导P21Waf1/cip1

在Ras转化过程中的重要性.

Ras2MAPK信号途径与肿瘤的关系

肿瘤发生与调控细胞增殖的信号发生异常有关.一些肿瘤病人生长因子或其受体的表达或功能出现异常,如卵巢癌病人血清中EGF和胰岛素样生长因子含量升高;EGF增高影响细胞间连接,促进细胞转移和浸润[11].临床资料表明,酪氨酸蛋白激酶受体过表达与肿瘤相关,ErbB22在乳癌病人中30%过表达;起源于上皮的肺癌,乳癌等EGFR过表达,并与高转移率,低生存率以及差的预后相关,通过降低EGFR表达可抑制EGFR过表达的卵巢癌细胞的增殖

[12].肿瘤细胞ras基因突变率大约为25%,而胰腺癌和结肠癌分别达到85%和40%.ras 癌基因主要以点突变和基因扩增方式存在,突变位点在第11,12,13,18,59,61密码子,是Ras蛋白和GAP的作用位点,由于突变,抑制了Ras内在的GTP酶活性,突变的Ras锁定在持续激活的Ras2GTP状态,引起细胞的恶性转化.raf癌基因与人类肿瘤关系密切, 很少突变,但Raf持续活化,可导致细胞恶性转化;在小细胞肺癌病人的组织标本中,Raf 在mRNA和蛋白水平均过表达,活性增高.

在肿瘤治疗的研究中,可从以下几方面阻断Ras2

MAPK信号转导途径:①酪氨酸蛋白激酶抑制剂,如Radici2

col抑制V2Ha2ras转化的NIH3T3细胞的MAPK活性,使

细胞表型逆转;新研究的酪氨酸蛋白激酶抑制剂能双重作用

ErbB22和EGFR[13],广泛抑制ErbB22或(和)EGFR过表达

的肿瘤生长.②抑制Ras法尼基化:法尼基转移酶抑制剂

(FTIs)是目前研究的分子水平抗癌药,抑制ras翻译后修

饰,已有多种FTIs用于动物模型和临床前期实验,有明显的

抗肿瘤作用,如SCH66336对表达高水平H2Ras2GTP和ras

是否突变的肿瘤都有生长抑制作用,已进入临床试验[14].

③反义核苷酸技术:C2H2ras反义RNA质粒降低人胃癌

BGC2823细胞的H2ras表达并抑制细胞生长和部分恶性表型逆转;Raf21反义DNA抑制人白血病细胞的增殖.④其他:针对受体酪氨酸激酶与底物作用的SH2区或SH3区设计多肽,在体外实验抑制酶和底物结合.

常见的信号通路

1JAK-STAT信号通路 1)JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。(1)酪氨酸激酶相关受体（tyrosinekinaseassociatedreceptor） 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素2?7（IL-2?7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生 长激素）、EGF（表皮生长因子）、PDGF（血小板衍生因子）以及IFN（干扰素）等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK 的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2)酪氨酸激酶JAK（Januskinase） 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体（receptor tyrosinekinase,RTK），而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Januskinase的缩写，Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸、JAK1个成员：4蛋白家族共包括JAK结构域的信号分子。SH2化多个含特定

JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAKhomologydomain,JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。 (3)转录因子STAT（signaltransducerandactivatoroftranscription）STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2)JAK-STAT信号通路 与其它信号通路相比，JAK-STAT信号通路的传递过程相对简单。信号传 递过程如下：细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”（dockingsite），同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。最后，激酶JAK 催化结合在受体上的STAT蛋白发生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二 聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录。值得一提的是，一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过程，一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK激酶，但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定的选择性。例如IL-4激活STAT6，而IL-12 。STAT4却特异性激活

肿瘤常见信号通路

1 JAK-STAT 信号通路 1) JAK 与STAT 蛋白 JAK-STAT 信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体( tyrosine kinase associated receptor ) 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT 信号通路来传导信号，这包括白介素2?7 (IL-2?7 )、GM-CSF (粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子)、GH (生长激素)、EGF (表皮生长因子)、PDGF (血小板衍生因子)以及IFN (干扰素)等等。这些细胞 因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK 的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK 的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK ( Janus kinase ) 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体( receptor tyrosine kinase, RTK )，而JAK 却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK 是英文Janus kinase 的缩写，Janus 在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定 SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域(JAK homology domain, JH )，其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。 (3) 转录因子STAT ( signal transducer and activator of transcription ) STAT 被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性 的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具 有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“ GTFLLRFSS ”。 2) JAK-STAT 信号通路 与其它信号通路相比，JAK-STAT 信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下：细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残 基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位

肿瘤细胞信号转导

摘要 细胞信号转导的存在及其过程是近年细胞生物学、分子生物学和医学领域的研究热点之一。细胞信号转导异常与肿瘤等多种疾病的发生、发展和预后直接相关。综述与肿瘤发生相关的几条主要信号通路, 阐明它们的作用机制对于探索肿瘤发病机制并最终攻克肿瘤具有重要的意义。 关键词:肿瘤;细胞信号转导

Abstract The existence and the process of cell signal transduction is one of the hot topics in cell biology, molecular biology and medicine. Cell signal transduction is directly related to the occurrence, development and prognosis of many diseases, such as cancer. Summary of several major signaling pathways associated with tumor development, to clarify their role in the pathogenesis of cancer and to explore the ultimate tumor has important significance. Key word: tumor cell signal transduction

前言 信号转导(signal transduction)是20世纪90年代以来生命科学研究领域的热点问题和前沿。信号转导的基本概念是细胞外因子通过与受体(膜受体或核受体)结合,所引发细胞内的一系列生物化学反应,直至细胞生理反应所需基因的转录表达开始的过程[1]。随着癌基因和抑癌基因的发现,细胞信号转导通路的阐明,极大地丰富了人们对细胞癌变机制的认识。通过对癌基因产物(癌蛋白,oncopro- tein)功能的分析,发现许多癌蛋白位于正常细胞信号转导通路的不同部位,对促进细胞分裂增殖起着重要的作用。在肿瘤发生发展的过程中,由于正常的基因调控紊乱,可导致细胞信号传递网络的异常。与正常细胞相比,往往一些通路处于异常活跃状态, 而有一些通路却传递受阻。 1与肿瘤发生相关的几条主要信号通路 1.1 Hedgehog信号通路:Hedgehog信通路是近年来备受关注的一个调控胚胎发育的信号转导途径,而且与人类肿瘤的发生与发展紧密相关。Hedgehog信号通路的异常激活可以导致多种肿瘤的形成, 如基底细胞癌、髓母细胞瘤、肺小细胞癌、胰腺癌、前列腺癌、胃肠道恶性肿瘤等[2]。Hedgehog信号通路主要由3部分组成:Hh信号肽(Shh、Ihh、Dhh)、跨膜受体(Ptch、Smo)和下游转录因子(Gli)。在正常状态下,Hh蛋白由其经过自我裂解产生的N末端裂解物(Hh-N)与胆固醇或脂酰基结合, 附着于细胞模表面。Hh信号通路的激活是通过配体Hh与跨膜蛋白Ptch结合, 进而解除Ptch对另一跨膜蛋白Smo的抑制作用,Smo再通过下游转录 因子Gli来调控基因转录。Hedgehog信号通路成员Shh、Ptch、Smo和Gli-1在结肠癌、胰腺癌及结肠腺瘤细胞中有不同程度的表达, 环靶明(Smo受体特异性小分子抑制剂)对Smo高表达细胞的生长有明显抑制作用,从而说明Hedgehog信号通 路可能在部分消化道肿瘤细胞中被活化[3]。在肝癌组织和肝癌细胞系中,Ihh、Ptch、Smo、Gli基因的转录和蛋白表达可检测到差异,环靶明可使Hedgehog信号转导通路各成员的表达出现不同程度的降低,从而说明原发性肝癌中Hedgehog 信号转导通路是活化的,并且环靶明有阻断Hedgehog信号转导通路的作用[4]。 1.2 Wnt信号通路:Wnt信号通路是一条在进化上保守的信号途径,在胚胎发育和中枢神经系统的形成中起关键作用,可调控细胞的生长、迁移和分化。目前研究表明,在乳腺癌、结直肠癌、胃癌、肝癌、黑色素瘤及子宫内膜癌、卵巢癌中都存在Wnt信号通路异常[5]。Wnt信号通路主要分为3种类型:(1)经典的Wnt 信号途径:通过β-连环蛋白(β-catenin)核易位。激活靶基因的转录活性。(2)细胞平面极性途径:此途径涉及RhoA蛋白和Jun激酶,主要控制胚胎的发育时间和空间。在细胞水平上,此途径通过重排细胞骨架来调控细胞极性。(3)Wnt/Ca2+途径:此途径可诱导细胞内Ca2+浓度增加并激活Ca2+敏感的信号转导组分,如信赖钙调蛋白的蛋白激酶Ⅱ、钙调蛋白敏感的蛋白磷酸酶和活化T细胞核因子NF-AT。在Wnt通路中任何一步发生障碍都可致癌。一是组成Wnt信号途径的蛋白、转录因子或基因被破坏或变异导致该途径关闭或局部途径异常活跃;二是过多的Wnt

肿瘤常见信通路

1 JAK-STAT信号通路 1) JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体（tyrosine kinase associated receptor） 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素2?7（IL-2?7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生长激素）、EGF （表皮生长因子）、PDGF （血小板衍生因子）以及IFN（干扰素）等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK（Janus kinase） 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体（receptor tyrosine kinase, RTK），而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的缩写，Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAK homology domain, JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。(3) 转录因子STAT（signal transducer and activator of transcription）STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2) JAK-STAT信号通路 与其它信号通路相比，JAK-STAT信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下：细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK

靶向ERK信号转导通路抗肿瘤的研究进展

第26卷第3期2006年6月国际病理科学与临床杂志 In ternati onal Journal ofPat h ol ogy and C li n i calM ed ici ne Vo.l 26 N o .3Jun . 2006 y 靶向ERK 信号转导通路抗肿瘤的研究进展 罗 威 综述 曹 亚 审校 (中南大学湘雅医学院肿瘤研究所分子生物室,长沙410078) [摘要] R as ,R af 基因突变及MA PK 的过度激活与人类肿瘤的发生密切相关,而且由于ERK 通路在细胞信 号转导中的枢纽地位,其作为抗肿瘤的分子靶受到基础研究与药物开发工作者的广泛关注,为肿瘤治疗提供了可 喜的前景。 [关键词] M APK; ERK; 蛋白激酶; 抑制剂; 肿瘤 [中图分类号] R 73 3 [文献标识码] A [文章编号] 1673 2588(2006)03 0200 04 Advance in anti cancer therapy targeted the ERK signal transducti on pathway LUO W e,i CAO Ya (Cancer R esearc h In stit u te ,C entra l Sou t h Un i versit y,Chang s ha 410078,China ) [Abstract] The m utati o n o fRas and Raf gene and the over activation ofMAP K are closely re lated w it h the occurrence o f hum an cancers i n recent years .B ecause of the pivota l status of ERK pathw ay i n cell signal transduction,m any basic sc i e ntific researchers and dr ug deve l o pers who regar d ERK pathw ay as anti cancer m o lecu lar targets pay m ore attention to it and present a pro m isi n g future . [Key w ords] MAPK; ERK; pr o te i n k i n ase ; i n h i b itor ; cancer [Int J Pathol C li n M ed,2006,26(3):0200 04] 丝裂原活化蛋白激酶通路(m itogen activated pro tein k i n ase pathw ay ,MAP K pathw ay )代表了一连串磷酸化级联事件,涉及3种关键激酶,即MAPK 激酶的激酶(MAPKKK ),MAPK 激酶(MAP KK ),MAPK 。真核细胞中,已确定出ERK (p42/p44MAPK),J NK /SAPK,p38MAPK 及ERK5四条MAPK 信号转导通路。J NK 和p38MAPK 两条通路主要与细胞的应激和凋亡有关,而在细胞信号转导网络中处于枢纽地位的ERK 通路主要与细胞的增殖和分化密切相关。MAP K 通路是一重要信号转导通路,近年来发现Ras ,Raf 基因突变及MAPK 的过度激活与肿瘤发生有关,以这些激酶作为肿瘤治疗的靶点 来阻断增殖信号的传递,显示出多效性[1,2] 。1 ERK 信号通路 上游激活蛋白R as 为21kD 的小G 蛋白;Raf/MAPKKK 是40~75kD 的Ser /Thr 蛋白激酶,有Raf 1/C Ra,f A R a,f B Raf 3种类型;ERK 激酶(M EK )/MAPKK 有分子量为44kD 和45kD 的M E K1和MEK2两种,属于少有的双重特异性蛋白激酶(dua l specificity pr o te i n kinase),既为Tyr 蛋白激酶,又为Ser /Thr 蛋白激酶;胞外信号调节激酶(ex tracell u lar si g na l regulated k i n ase ,ERK )/M AP K 是一种Ser /Thr 蛋白激酶,有ERK1和ERK2两个亚族。R as 被生长因子、细胞因子激活,由失活态Ras GDP 结合构象转变为活化态Ras GTP 结合构象,招募Ra f 激酶家族到胞膜并激活Ra,f 启动Ras 通路。Raf 通过其C 端的激酶功能域催化MEK1/2的丝氨酸残基磷酸化而激活,其中M E K1的两个丝氨酸活化位点是S217和S221;继而MEK1/2的激酶功能域催化ERK1/2亚功能区8中的酪氨酸和苏氨酸残基磷酸化而激活,ERK1的酪氨酸和苏氨酸活化位点分别是Y204和T202,以及ERK2的Y186和T184;ERK1/2由胞浆 200 y 收稿日期:2006 03 22 修回日期:2006 04 19 作者简介:罗威(1981 ),女,湖南湘潭人,硕士研究生,主要从事分子癌变机制的研究。

Hedghog信号通路与肿瘤发生.

Hedghog信号通路与肿瘤发生 【关键词】 Hedgehog Signaling Pathway Patched Smoothened Cubitus interruptus Gli 0 引言 Hh是由英文“刺 猬”(hedgehog)简写而来的。这类基因最早是在果蝇里发现，果蝇和其他动物一样身体分成多个节段，幼虫的每个节段内一部分有毛、一部分无毛，Hh基因突变使无毛部分变成有毛部分，所以被戏称为“刺猬”基因。果蝇Hh基因是美国霍普金斯大学毕淇实验室在90年代初克隆的，在果蝇只有一个Hh基因，以后多个实验室在高等动物发现有三个Hh基因。Hedgehog通路不仅在胚胎正常发育中起着重要作用，通路的异常还可引发畸形和肿瘤。本文就Hedgehog通路的构成、途径及在胚胎发育和肿瘤形成中的作用、肿瘤治疗的进展进行综 述。 1 Hedgehog通路的基本构成 1.1 Hedgehog蛋白家 族果蝇只有一个hedgehog基因，脊椎动物有3种hedgehog基因，包括：Desert hedgehog(Dhh), Indian hedgehog(Ihh), Sonic hedgehog(SHh)。Dhh与果蝇的Hedgehog基因的关系最近；Ihh和SHh之间的关系较 近。 Hedgehog蛋白是一种分泌蛋白，必须经过自身的修饰才能获得活性。 Hh蛋白包含一个N端信号结构域，和一个C端催化结构域。C端催化结构域可以共价结合胆固醇，并使其结合到N端信号结构域，再将N端信号结构域一个半胱氨酸棕榈酰化，这个过程需要Skinny hedgehog酰基转移酶。从鸡的sonic hedgehog (SHh)蛋白出发,用BLAST法找到其在人、小鼠、大鼠等脊椎动物的同源蛋白共16个,组成Hedgehog蛋白家族。 1.2 Patched(Ptch)蛋白 Ptch蛋白是细胞表面接受Hh信号蛋白的受体，具有二种功能，一是与Hh结合，二是抑制Smoothened(Smo)。在人类中Patched基因有两个同源基因， Ptch1、 Ptch2，分别编码Ptch1、 Ptch2蛋白。 Ptch2细胞内的氨基和羧基端结构域与Ptch1不同，包括在羧基端区域缺少150个氨基酸残基。 1.3 Smoothened（Smo）蛋白 Smo基因编码一个有1024个氨基酸组成的蛋白质，它的作用是Hh信号的转换器。Smo蛋白有7个疏水跨膜区，1个细胞外氨基端区域和1个细胞内的羧基端区域。Smo蛋白具有一些与G结合蛋白受体的相似性，与蜿蜒蛋白的Frizzled家族有同源性。当没有Hh 蛋白时，Ptch通过下游信号抑制Smo。当Hh蛋白结合到Ptch时，Smo可以上调下游基因表达[1]。 1.4 Patched和Smoothened之间的关 系关于Patched和Smoothened(Smo)之间关系有四种解释: (1) Ptch通过下游信号抑制Smo。Hh蛋白与Ptch结合通过构象改变减轻了对Smo的抑制，使之可以调整下游信号。(2) 假设是Hh通过引起Ptch/Smo复合体分裂来激活Smo。(3) Ptch通过一种可播散的媒介来抑制Smo，Hh结合到Ptch后改变了媒介的活性，使Smo激活。(4) Ptch通过一种小分子物质催化来抑制Smo，Hh结合Ptch后，Smo与Ptch和小分子物质分离从而被激活 [2]。 1.5 Cubitus interruptus(Ci)和Gli蛋白，Costal 2(Cos2)蛋白，Fused(Fu)激酶，Suppressor of Fused(Sufu)的复合体在果蝇中具有锌指结构的Cubitus interruptus(Ci)基因是脊椎动物中Gli基因家族的同源基因，它们所编码的蛋白在Hh通路中起着关键作用。 Ci是一种 155kDa有5个锌指结构的蛋白质。它有两种形式，一种是截去75kDa的抑制剂，另一种是全长155kDa的催化剂。结构上有Sufu结合区(SF)，锌指DNA结合区(ZF)，核定位信号(NLS)，分裂点，核输出信号(NES)，磷酸化点(P)，

肿瘤细胞信号转导通路

肿瘤细胞的信号转导通路 信号传导通路是将胞外刺激由细胞表面传入细胞内，启动了胞浆中的信号转导通路，通过多种途径将信号传递到胞核内，促进或抑制特定靶基因的表达。 一、MAPK信号通路 MAPK信号通路介导细胞外信号到细胞内反应。 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)主要位于细胞浆，很多生长因子所激活，活化后既可以磷酸化胞浆内的靶蛋白，也能进入细胞核作用于对应的转录因子，调节靶基因的表达。 调节着细胞的生长、分化、分裂、死亡各个阶段的生理活动以及细胞间功能同步化过程，并在细胞恶变和肿瘤侵袭转移过程中起重要作用，阻断MAPK途径是肿瘤侵袭转移的治疗新方向。 MAPK信号转导通路是需要经过多级激酶的级联反应，其中包括3个关键的激酶，即MAPK激酶激酶（MKKK）→MAPK激酶（MKK）→MAPK。 （一）MKKK： 包括Raf、Mos、Tpl、SPAK、MUK、MLK和MEKK等，其中Raf又分为A-Raf、B-Raf、Raf-1等亚型； MKKK是一个Ser/Thr蛋白激酶，被MAPKKKK、小G蛋白家族成员Ras、Rho激活后可Ser/Thr磷酸化激活下游激酶MKK。MKK识别下游MAPK分子中的TXY序列（“Thr-X-Tyr”模序，为MAPK第Ⅷ区存在的三肽序列Thr-Glu-Tyr、Thr-Pro-Tyr或Thr-Gly-Tyr），将该序列中的Thr和Tyr分别磷酸化后激活MAPK。

注：TXY序列是MKK活化JNK的双磷酸化位点，MKK4和MKK7通过磷酸化TXY 序列的第183位苏氨酸残基(Thr183)和第185位酪氨酸残基(Tyr185)激活JNK1。 （二）MKK：包括MEK1-MEK7，主要是MEK1/2； （三）MAPK： MAPK是一类丝氨酸/苏氨酸激酶，是MAPK途径的核心，它至少由4种同功酶组成，包括：细胞外信号调节激酶(Extracellular signal Regulated Kinases，ERK1/2）、C-Jun 氨基末端激酶（JNK）/应激激活蛋白激酶（Stress-activated protein kinase，SAPK）、p38（p38MAPK）、ERK5/BMK1(big MAP kinase1)等MAPK亚族，并根据此将MAPK 信号传导通路分为4条途径。 1、MAPK /ERK通路：即Ras-to-MAPK（Ras/MAPK）通路。 细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated kinase，ERK)包括5个亚组，ERK3/4和ERK5。ERK1/2与细胞增殖最为密切,其上游激酶为MAPK激酶(MEK1/2)，MEK1与细胞分化有关,而MEK2与细胞增殖有关。 ERK1/2是MAPK系统主要的、经典的通路，也是研究较多的一条通路，ERK1/2的活化是将细胞丝裂原信号从细胞膜表面受体转导至细胞核的关键，参与调节细胞周期及促进细胞增殖分化。 ERK1/2（ERK1/ERK2）包括两种异构体ERK1和ERK2，相对分子量分别为44kD和42kD，它们有将近90%的同源性。ERK1/2为脯氨酸导向的丝氨酸/苏氨酸激酶，可以使脯氨酸相邻的丝氨酸/苏氨酸磷酸化。 未激活的ERK1/2位于胞浆内，激活后迅速进入细胞核内，再激活与其偶联的转录因子（Elk-1、c-Myc、Jun、c-Fos、ATF2等），通过调节各自靶基因mRNA的转录及翻译过

常见信号通路

常见的几种信号通路 1 JAK-STAT信号通路 1) JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK 和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体（tyrosine kinase associated receptor） 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素2?7（IL-2?7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生长激素）、EGF（表皮生长因子）、PDGF （血小板衍生因子）以及IFN（干扰素）等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK（Janus kinase） 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体（receptor tyrosine kinase, RTK），而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase 的缩写，Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAK homology domain, JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。 (3) 转录因子STAT（signal transducer and activator of transcription）STAT被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具有与酪氨酸激酶Src 的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2) JAK-STAT信号通路

肿瘤信号通路图

肿瘤信号转导基因芯片包含了与肿瘤形成15个信号转导通路特定标志物基因。这些信号通路包括：MAPK通路、WNT通路、Hedgehog通路、STAT通路、应激通路（DNA损伤通路、p53通路、缺氧通路、热激通路、及p38 / JNK通路）、炎症通路（Cox-2通路与NF-κB 通路）、survival通路（NF-κB通路与PI3K / AKT通路）、激素通路（雌激素与雄激素通路），以及抗细胞增殖通路（TGFβ通路）。肿瘤的特征取决于原发组织及遗传和环境因素。每种肿瘤都是特定的信号通路组合的激活或失活所致。对多重信号通路的分析可以快速了解决定肿瘤生成的可能路径。这张芯片不仅用于检测与特定肿瘤相关的信号通路，而且可用于检测肿瘤类型。使用这一芯片试剂盒检测RNA实验标本，操作者通过简便的杂交反应技术，即可同时检测上述和肿瘤形成相关的信号转导通路内标志物基因的表达水平变化。 Androgen Pathway: CDK2, CDKN1A (p21Waf1/p21Cip1), EGFR, FOLH1, KLK2 (hGK2), KLK3 (PSA), TMEPAI. Cox-2 Pathway: FOS, HSPA4 (hsp70), MCL1, PPARG, PTGS2 (Cox-2), TNFRSF10B (DR5). DNA Damage / p53 Pathways: BAX, BCL2, CDKN1A (p21Waf1/p21Cip1), GADD45A (gadd45), HIF1A, HSPA4 (hsp70), IGFBP3, MDM2, PIG3, TNFRSF6 (Fas), TNFRSF10B (TrailR/DR5), TRAF1, WIG1. Estrogen Pathway: BCL2, BRCA1, CTSD (cathepsin D), EGFR, PGR (PR), ZNF147 (Efp). Hedgehog Pathway: BMP2, BMP4, EN1 (engrailed), HHIP, FOXA2 (HNF3B), PTCH, PTCH2, WNT1, WNT2, WSB1. Hypoxia Pathway: ADRA1B, CDKN1A, EDN1, EPO, HK1, HMOX1 (HO-1), IGFBP3, NOS2A (iNOS), SLC2A1, TF, TFRC, VEGF. Inflammation / NF-κB Pathways: ICAM1, IL2, LTA (TNFb), NF-ΚB1 (NF-κB), NF-ΚBIA (IκBa), NOS2A (iNOS), PECAM1, TNF (TNFa), VCAM1. MAP Kinase Pathway: COL1A1 (Collagen I), EGR1 (egr-1), FOS (c-fos), JUN (c-jun). PI-3 Kinase / AKT Pathways: BCL2, CCND1 (cyclin D1), FN1 (fibronectin), HIF1A, JUN (c-jun), MMP7 (matrilysin), MYC (c-myc), TNFSF10 (TRAIL) STAT Pathway: A2M (a2macroglobulin), BCL2, BCL2L1 (Bcl-XL), CSN2 (b –casein), CXCL9 (MIG), IL4, IL4R, IRF1, MMP10 (stromelysin-2), NOS2A (iNOS). Stress / Heat Shock Pathways: HSF1 (tcf5), HSPA4 (hsp70), HSPB1 (hsp27), HSPB2, HSPCA (hsp90) Stress / p38 & JNK Pathways: ABCB1 (Mdr1), ATF2, COL1A1 (Collagen I), DUSP1 (MKP1), ENPP2 (Autotaxin), FOS, HSPA4 (hsp70), HSPA5 (Grp78), HSPB1 (hsp27), HSPB2, MYC, TP53.

2021年肿瘤常见信号通路

1 JAK-STAT信号通路 欧阳光明（2021.03.07） 1) JAK与STAT蛋白 JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路，参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。与其它信号通路相比，这条信号通路的传递过程相对简单，它主要由三个成分组成，即酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK和转录因子STAT。 (1) 酪氨酸激酶相关受体（tyrosine kinase associated receptor） 许多细胞因子和生长因子通过JAK-STAT信号通路来传导信号，这包括白介素2?7（IL-2?7）、GM-CSF（粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子）、GH（生长激素）、EGF（表皮生长因子）、PDGF （血小板衍生因子）以及IFN（干扰素）等等。这些细胞因子和生长因子在细胞膜上有相应的受体。这些受体的共同特点是受体本身不具有激酶活性，但胞内段具有酪氨酸激酶JAK的结合位点。受体与配体结合后，通过与之相结合的JAK的活化，来磷酸化各种靶蛋白的酪氨酸残基以实现信号从胞外到胞内的转递。 (2) 酪氨酸激酶JAK（Janus kinase） 很多酪氨酸激酶都是细胞膜受体，它们统称为酪氨酸激酶受体（receptor tyrosine kinase, RTK），而JAK却是一类非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的缩写，Janus在罗马神话中是掌管开始和终结的两面神。之所以称为两面神激酶，是因为JAK既能磷酸化与其相结合的细胞因子受体，又能磷酸化多个含特定SH2结构域的信号分子。JAK蛋白家族共包括4个成员：JAK1、JAK2、JAK3以及Tyk2，它们在结构上有7个JAK同源结构域（JAK homology domain, JH），其中JH1结构域为激酶区、JH2结构域是“假”激酶区、JH6和JH7是受体结合区域。 (3) 转录因子STAT（signal transducer and activator of transcription） STAT 被称为“信号转导子和转录激活子”。顾名思义，STAT在信号转导和转录激活上发挥了关键性的作用。目前已发现STAT家族的六个成员，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在结构上可分为以下几个功能区段：N-端保守序列、DNA结合区、SH3结构域、SH2结构域及C-端的转录激活区。其中，序列上最保守和功能上最重要的区段是SH2结构域，它具有与酪氨酸激酶Src的SH2结构域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”。 2) JAK-STAT信号通路 与其它信号通路相比，JAK-STAT信号通路的传递过程相对简单。信号传递过程如下：细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”（docking site），同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录。值得一提的是，一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过程，一种细胞因子的信号通路也可以

细胞信号转导与肿瘤的研究

细胞信号转导与肿瘤的研究 摘要：细胞信号转导的存在及其过程是近年细胞生物学、分子生物学和医学领域的研究热点之一。细胞信号转导异常与肿瘤等多种疾病的发生、发展和预后直接相关。综述细胞信号转导和与肿瘤发生相关的几条主要信号通路，阐明它们的作用机制对于探索肿瘤发病机制并最终攻克肿瘤具有重要的意义。 关键词：细胞信号转导；肿瘤；信号通路 生物细胞每时每刻都在接受来自细胞内外的各种各样的信号,细胞信号转导(cellsignal transduction, CST)是生命活动的一种最基本最主要的方式。相同的信号作用于不同的细胞可以引发完全不同的生理反应；不同的信号作用于一种细胞可引发相同的生理反应。随着癌基因和抑癌基因的发现，细胞信号转导通路的阐明，极大地丰富了人们对细胞癌变机制的认识。通过对癌基因产物(癌蛋白,oncoprotein)功能的分析，发现许多癌蛋白位于正常细胞信号转导通路的不同部位，对促进细胞分裂增殖起着重要的作用。在肿瘤发生发展的过程中，由于正常的基因调控紊乱，可导致细胞信号传递网络的异常。与正常细胞相比，往往一些通路处于异常活跃状态，而有一些通路却传递受阻。了解CST的机制及与肿瘤相关的信号通路对于加深认识生命过程和揭示生命的本质具有重要意义。 1细胞信号转导的概念 细胞信号转导系统由能接受信号的特定受体( recep tor) 、受体后的信号转导通路以及其作用的终端所组成。细胞信号通过受体或类似于受体的物质激活细胞内的信号转导通路，触发离子通道的开放、蛋白质( p rotein) 可逆磷酸化反应以及基因( gene)表达改变等变化，进而导致一系列生物效应。不同的信号转导通路间具有相互的联系和作用，形成极其复杂的网络，主要包括物理信号、化学信号和生物信号[1]。 2细胞内信号分子 2.1 G蛋白G蛋白(Gprotein)是由一种分子量10万的可溶性膜蛋白，G蛋白分为典型G 蛋白和小分子量G蛋白。典型G蛋白是由γ、β、r三个亚单位共同构成异源性聚体，其中Gα是G蛋白的主要功能亚单位。Gα主要包括两个结构域：三磷酸乌苷( guanosine triphosphate, GTP)酶结构域和螺旋结构域。GTP酶结构域包括核苷酸结合口袋、受体、效应物以及Gβγ亚单位的结合位点。G蛋白在静息状态下处于GV - GDP /Gβγ的无活性三聚体状态。当刺激信号被GPCRs识别后，核苷酸结合口袋发生构象转变， GTP与GDP交换，G 、蛋白激活，Gα - GTP与Gαβγ分离，调节下游分子的生物活性。Gα亚单位含有的GTP酶水解GTP，Gα - GDP与Gβγ又重新结合成无活性的三聚体。小分子量G蛋白的分子量在2万左右，分子量亚基约为20～26 kDa。小分子量G蛋白由单条肽链(亚基)构成，可根据序列同源性以及生物学特性，将小分子量G蛋白分成不同的亚家族( subfamily)。小分子量G蛋白能与GDP或GTP结合，并具有GTP酶活性，但GTP酶活性比三聚体的G蛋白低。小分子量G蛋白参与了细胞的生长、分化、增殖、黏附、变形运动、细胞骨架调整、蛋白转运、膜泡运输，以及细胞的胞吞和胞吐等一系列重要的细胞生命活运过程。 2.2 联结蛋白联结蛋白( connexin, CX)在介导细胞内蛋白质与蛋白质的相互作用中起着非常重要的作用，CX本身不具有催化活性，含有一些特殊的结构，如蛋白结合结构域(p rotein binding domains, PBD) 。因此，具有使细胞内不同功能的蛋白相互结合，甚至形成多个蛋白组成的复合体的作用。 2.3 第二信使第二信使是指细胞外刺激信号，如生长因子等与受体结合后，在细胞内产生的具有生物活性的一些小分子化学物质，主要包括cAMP、环鸟苷酸( cyclic