分子腫瘤學(xué)5細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤課件

分子腫瘤學(xué)第六節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤

外部信息傳入細(xì)胞內(nèi)并引起細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)的過程稱為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction).各類信號(hào)通過細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)信使分子引起一系列生物化學(xué)反應(yīng)，引起細(xì)胞基因表達(dá)改變，繼而產(chǎn)生相應(yīng)的生理病理效應(yīng)。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程發(fā)生障礙或異常，可導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、代謝和生物學(xué)行為的異常，引起各種疾病，乃至腫瘤。

一、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常與腫瘤概略

（一)促細(xì)胞增值的信號(hào)過強(qiáng)

1、細(xì)胞外信號(hào)分子與腫瘤細(xì)胞外信號(hào)分子如生長(zhǎng)因子產(chǎn)生過的，使細(xì)胞增值的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過強(qiáng)，如：（1）血小板源生長(zhǎng)因子（platelet-derivedgrowthfactor,PDGF):某些腫瘤如肉瘤、神經(jīng)膠質(zhì)瘤產(chǎn)生和釋放大量的PDGF，并表達(dá)其受體，使細(xì)胞脫離外來生長(zhǎng)信號(hào)的調(diào)節(jié)，成為“自我刺激”生長(zhǎng)的細(xì)胞（2）血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)VEGF的高表達(dá)對(duì)腫瘤血管生成非常重要（3）成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)FGF家族通過“自分泌”（Auocrineeffect)機(jī)制激活受體酪氨酸激酶來參與細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化2、受體改變與腫瘤（1）某些生長(zhǎng)因子受體表達(dá)異常增多如多種腫瘤組織中發(fā)現(xiàn)有編碼EGFR的原癌基因c-erb-B的擴(kuò)增及EGFR的過度表達(dá)；（2）突變使受體組成型激活如多種腫瘤組織中證實(shí)有RTK的組成型激活3、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白的改變

如小G蛋白（Smgs)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用，Ras蛋白的基因突變使Ras自身GTP酶活性下降，造成Ras-Raf-MEK-ERK通路的過度激活，導(dǎo)致細(xì)胞的過度增殖與腫瘤發(fā)生。二、轉(zhuǎn)錄因子與腫瘤一個(gè)細(xì)胞能在特定時(shí)間中多水平調(diào)控蛋白質(zhì)表達(dá)，包括RNA轉(zhuǎn)錄、RNA加工、RNA翻譯，RNA降解及翻譯后水平調(diào)節(jié)，其中最為重要的是轉(zhuǎn)錄調(diào)控，即調(diào)控一個(gè)基因何時(shí)以及如何被轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄調(diào)控異常是腫瘤發(fā)病機(jī)制的重要環(huán)節(jié)。

（一）轉(zhuǎn)錄因子的幾個(gè)基本問題1、轉(zhuǎn)錄因子的修飾：轉(zhuǎn)錄因子的磷酸化是最重要的蛋白質(zhì)修飾方式，蛋白質(zhì)磷酸化可影響轉(zhuǎn)錄因子功能的多個(gè)方面

（1）、核定位的調(diào)節(jié)：胞漿中的轉(zhuǎn)錄因子與抑制亞基結(jié)合，磷酸化使核定位功能區(qū)暴露，如NF-kB與IkB的結(jié)合

（2）、DNA結(jié)合活性的調(diào)節(jié)

（3）、轉(zhuǎn)錄活性的調(diào)節(jié)2、轉(zhuǎn)錄因子的活化方式

（1）組成性活化（constitutiveactivation):在沒有明顯外在因素影響下，細(xì)胞中所呈現(xiàn)出的轉(zhuǎn)錄因子的活化狀態(tài)

（2）誘導(dǎo)性活化：在明顯外在因素影響下，細(xì)胞內(nèi)某種轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)和活化顯著不同于非誘導(dǎo)狀態(tài)（3）組成性激活突變（constitutivelyactivatedmutation某些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白在突變后獲得了自發(fā)激活和持續(xù)性激活的能力。NF-kB家族與腫瘤

NF-kB家族廣泛調(diào)控一系列基因的表達(dá)，尤其是免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)、與病毒有關(guān)的癌基因、抑癌基因的表達(dá)。在多種腫瘤組織中NF-κB是組成性活化的，NF-kB的異?；罨ㄟ^干擾細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡等途徑在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。目前的研究表明，NF-κB參與了癌癥的惡性轉(zhuǎn)化，NF-κB還可能通過促進(jìn)腫瘤血管生成、侵襲、轉(zhuǎn)移來促進(jìn)腫瘤的演進(jìn)，在腫瘤的抗藥機(jī)理中也起作用。

（一）NFκB家族及信號(hào)通路1、NFκB家族

NFκB是由一系列同源或異源Rel家族成員形成的二聚體轉(zhuǎn)錄因子的總稱，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)Rel/NF-kB家族的5個(gè)成員：p65(RelA)、RelB、c-Rel、p50(NF-kB1)、p52(NF-kB2)。NFκB家族中，異源二聚物p50/RelA(p50/p65)表達(dá)最豐富，通常把p50/p65二聚體稱為NFκB。2、NFκB的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

NFκB5個(gè)成員都有一個(gè)高度保守的Rel同源結(jié)構(gòu)源（Relhomologydomain,RHD），內(nèi)含DNA結(jié)合區(qū)、蛋白二聚體化區(qū)、NFκB的抑制蛋白（IκB）結(jié)合區(qū)及核定位信號(hào)。其中p50，p52分別來源于前體蛋白p105，p100，它們的C端包含錨蛋白重復(fù)序列；而RelA，RelB及c-Rel的C端含有反式激活區(qū)域。NFκB在DNA的特異性結(jié)合位點(diǎn)稱κB位點(diǎn)，其核心結(jié)合序列為GGGACTTCC，NFκB家族成員的κB位點(diǎn)略有差異。（2）NFκB的活化的反饋調(diào)節(jié)

能夠上調(diào)IκBα的mRNA水平，新合成的IκBα進(jìn)入胞漿與游離的NFκB結(jié)合并使之失活，細(xì)胞通過這種自身的反饋調(diào)節(jié)途徑調(diào)節(jié)NFκB的活性以維持細(xì)胞的正常生理功能。1、癌基因介導(dǎo)的惡性轉(zhuǎn)化及腫瘤的演進(jìn)需要NF-κB的參與

Ras-轉(zhuǎn)化過的細(xì)胞通過H-Ras激活NF-κB來抑制凋亡；HTLV-1TAX使得大鼠成纖維母細(xì)胞惡變也需要NF-κB的激活；癌基因激活后BCR-ABL溶合蛋白形成也需要NF-κB的激活；NF-κB的激活可能是細(xì)胞及病毒癌基因產(chǎn)物發(fā)揮功能的重要基礎(chǔ)。支持這一觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)有:抑制了NF-κB就會(huì)抑制了許多造血系和實(shí)體瘤細(xì)胞系的生長(zhǎng)和存活，促進(jìn)凋亡。2、NF-κB活化與細(xì)胞周期異常（1）CyclinD1在多種腫瘤中過表達(dá)。CyclinD1啟動(dòng)子含有3個(gè)κB位點(diǎn)，NF-κB活化具有促進(jìn)CyclinD1表達(dá)及G1/S期轉(zhuǎn)換的功能。外界致瘤因素導(dǎo)致NF-κB活化繼而調(diào)節(jié)CyclinD1的過表達(dá)，縮短G1期，促進(jìn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化。（2）CyclinD1啟動(dòng)子區(qū)還有兩個(gè)AP-1結(jié)合位點(diǎn)，3個(gè)SP1結(jié)合位點(diǎn)，這為從Cross-talk角度調(diào)節(jié)CyclinD1表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞周期紊亂提供了分子基礎(chǔ)。3、NF-κB活化、細(xì)胞凋亡與腫瘤細(xì)胞凋亡對(duì)機(jī)體自穩(wěn)態(tài)的維持和腫瘤發(fā)生的抑制起著重要作用。NF-κB的一個(gè)重要功能是參與正常細(xì)胞凋亡的調(diào)控。NF-κB是凋亡通路的核心調(diào)控成員，一方面受到死亡受體信號(hào)的調(diào)控，另一方面以反式激活的方式調(diào)節(jié)下游的抗凋亡基因。通過抑制細(xì)胞凋亡，NF-κB促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展4、NF-κB途徑在淋巴細(xì)胞惡性腫瘤中的作用（1）NF-κB途徑是白血病細(xì)胞增殖過程中的一個(gè)非常重要的途徑,在ALL和ATL中,NF-κB在免疫和炎癥反應(yīng)中起重要作用,通過調(diào)節(jié)編碼炎癥因子基因和誘導(dǎo)酶,如誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧合酶-2(COX-2)，NF-κB也參與癌癥的發(fā)生,發(fā)展和藥物抵抗。（2）NF-κB的蛋白酶體抑制劑PS-341或Bay11-7082可以抑制NF-κB從而抑制ATL細(xì)胞的生長(zhǎng)和誘導(dǎo)凋亡。

（3）在多發(fā)性骨髓瘤(MM)中也有NF-κB的激活,通過PS-341對(duì)NF-κB的抑制和NF-κB的抑制劑InBa的表達(dá),它使MM細(xì)胞對(duì)傳統(tǒng)的化療藥物如(阿霉素)更敏感。（4）冬凌草素甲,一種天然的二萜化合物，通過抑制NF-κB和下調(diào)Bcr-2家族蛋白誘導(dǎo)惡性淋巴細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制,促使細(xì)胞凋亡。（5）NF-κB是對(duì)ATL和MM等淋巴細(xì)胞惡性腫瘤靶向治療的一個(gè)靶點(diǎn)。Ets轉(zhuǎn)錄因子家族在腫瘤發(fā)生中的作用

Ets基因最早發(fā)現(xiàn)于美國(guó)Frederick的國(guó)家癌癥研究所分子腫瘤學(xué)實(shí)驗(yàn)室.通過研究禽類逆轉(zhuǎn)錄病毒-E26，研究者發(fā)現(xiàn)了一系列擁有與E26高度保守的同源序列的基因，根據(jù)E26(E-twentysix)的縮寫而將該基因命名為Ets.該基因的共同特點(diǎn)是含有高度保守的DNA結(jié)合域，能夠和特定序列結(jié)合調(diào)控靶基因的表達(dá)和功能.通過調(diào)節(jié)細(xì)胞的增生、分化、凋亡及上皮-間充質(zhì)間的相互作用,Ets參與許多生理和病理過程.大量研究發(fā)現(xiàn)，Ets在哺乳動(dòng)物的發(fā)育和腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。（一）Ets轉(zhuǎn)錄因子家族

人類Ets家族基因在進(jìn)化上高度保守，其共同點(diǎn)是均含有一個(gè)大約85個(gè)氨基酸的DNA結(jié)合域，也就是位于C-端的Ets區(qū).該區(qū)富含精氨酸和賴氨酸殘基，為螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋基序，可識(shí)別并結(jié)合富含嘌呤的DNA核心序列A/CGGAA/T，這一序列存在于許多基因的5’-側(cè)翼調(diào)節(jié)區(qū)，有反式活化功能.目前Ets轉(zhuǎn)錄因子家族包括30多個(gè)成員，根據(jù)ETS結(jié)構(gòu)域構(gòu)象和位置不同，Ets家族分為多個(gè)亞家族。亞族

組成

Ets

Ets1Ets2EGR

Erg2Fli-1FevELG

GABPaETS4

TEL(ETV6) PEA3

E1AFERMETV1ERB1 TCFs

E1k-1SaplaNET/ERP/SapElf

Elf-1NERF1bMEFSpi

PU.1Spi-BERF

ERFPE-1ESX

ESX/ESE-1 （二）Ets轉(zhuǎn)錄因子家族成員在胚胎發(fā)育中的調(diào)節(jié)作用

Ets轉(zhuǎn)錄因子家族成員在造血細(xì)胞系的建立和維持、早期分化、造血干細(xì)胞和骨髓中多能祖細(xì)胞的歸巢、淋巴細(xì)胞分化中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。

（三）Ets轉(zhuǎn)錄因子家族在腫瘤發(fā)生

中的調(diào)節(jié)作用

Ets基因在整個(gè)進(jìn)化過程中是一個(gè)保守基因，其正常功能發(fā)生改變時(shí)，可導(dǎo)致分化和發(fā)育異常及腫瘤發(fā)生，在某些類型的腫瘤中，有許多與腫瘤相關(guān)的Ets突變發(fā)生，一個(gè)易位染色體將Ets基因片段與一個(gè)不相關(guān)的基因融合，導(dǎo)致了嵌合癌蛋白的表達(dá)，該類蛋白分為兩類，第一類Ets蛋白可使他們的癌基因效應(yīng)作為轉(zhuǎn)錄因子，來下調(diào)Ets調(diào)控的基因，這對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控十分重要.第二類Ets嵌合腫瘤蛋白，通過永久的激活某些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑或抑制一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的活性來促進(jìn)癌基因1、Ets家族的重要成員Ets-1的表達(dá)與胰腺癌、甲狀腺癌、乳腺癌、胃癌、子宮內(nèi)膜癌、口腔鱗癌、肝細(xì)胞性肝癌(HCC)的發(fā)生、轉(zhuǎn)移顯著相關(guān).2、Erg基因在髓細(xì)胞白血病、Ewing’肉瘤、兒童長(zhǎng)骨腫瘤中發(fā)生重排.3、發(fā)生浸潤(rùn)的腫瘤組織基質(zhì)細(xì)胞中存在Ets1和MMP-1（MatrixMetalloproteinase1）、MP-3、MMP-7共表達(dá)，并且隨腫瘤的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移，這些基因表達(dá)明顯上調(diào)，而在良性和非浸潤(rùn)的腫瘤中，就很少檢測(cè)到Ets14、血管生成是多階段過程，其中Ets參與了內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移過程。阻斷Ets1表達(dá)可抑制血管上生成5、Ets也通過調(diào)節(jié)癌基因或抑癌基因的表達(dá)來參與腫瘤的發(fā)生，。如Met(控制侵襲性生長(zhǎng)的癌基因）、N-Myc等JAK-STAT傳導(dǎo)途徑與腫瘤

JAK可與多種細(xì)胞因子受體結(jié)合,并選擇性地激活其下游底物—STAT,使之轉(zhuǎn)位到核,與核內(nèi)特異的DNA調(diào)節(jié)元件結(jié)合而指導(dǎo)轉(zhuǎn)錄。這一信號(hào)傳遞途徑稱之為JAK-STAT途徑。JAK-STAT傳導(dǎo)途徑的異常與腫瘤的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。（一）JAK家族

（1）JAK是justanotherkinase或januskinase的簡(jiǎn)稱,是一種酪氨酸激酶。JAK家族目前共發(fā)現(xiàn)四種:JAK1,JAK2,JAK3和Tyk2。JAK家族的特征是在C端有2個(gè)功能區(qū),即催化功能區(qū)和激酶相關(guān)功能區(qū),而其N端在JAK與受體蛋白偶聯(lián)的過程中能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。JAK幾乎在所有的細(xì)胞中表達(dá),根據(jù)細(xì)胞受體結(jié)構(gòu)的不同,JAK以不同的方式與之結(jié)合。

（2）JAK受體：JAK1與IFNα、IFNβ、GM-CSF、IL22等受體JAK2與GM-CSF、Epo、IL23等受體JAK3與IL22、IL24、IL21等受體Tyk2與IFNα等受體均可發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。由于調(diào)控造血的細(xì)胞因子受體缺乏酪氨酸激酶區(qū)域,因此JAK參與的酪氨酸磷酸化就顯得尤為重要,其中JAK2與造血因子的關(guān)系似乎最為密切。（二）STAT家族

STAT(signaltransducersandactivatorsoftranscription,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄活化子),是在研究IFN對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控中被認(rèn)識(shí)的,是一種能與DNA結(jié)合的獨(dú)特蛋白家族。該家族有六個(gè)成員：STAT1(STAT1α/β),STAT2STAT3STAT4STAT5(α/β)STAT6

（三）JAK-STAT途徑的激活

細(xì)胞因子的受體本身如果不具有酪氨酸激酶的作用,則在被活化后,即具備了激活與其相連接的一種或幾種JAK的能力。JAK幾乎在所有的細(xì)胞中表達(dá),一般在靠近膜的部位。它被活化后,能介導(dǎo)胞漿中STAT的SH2功能區(qū)的C端酪氨酸殘基磷酸化。STAT被磷酸化后,即脫離它所結(jié)合的受體(在受體活化過程中,STAT與受體發(fā)生短暫結(jié)合),以同源或異源二聚體的形式游向并定位于細(xì)胞核,與特異的DNA元件結(jié)合并激活靶基因的轉(zhuǎn)錄,這就是JAK-STAT途徑的激活。JAK屬非受體酪氨酸激酶，底物為STAT，即信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子。配體→受體二聚化→JAK→STAT→基因表達(dá)。JAK/STATPathway（四）JAK-STAT傳導(dǎo)途徑與腫瘤的發(fā)生發(fā)展

多種腫瘤細(xì)胞系和實(shí)體腫瘤中有STATs的活化，尤其是STAT3，目前傾向認(rèn)為是一種癌基因。在多種人類血液疾病包括白血病和淋巴瘤中有特定的JAK、STAT活化STAT3組成性活化可能在具有激活的生長(zhǎng)因子受體信號(hào)途徑的腫瘤發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用

JAKproteins,arestringentlymaintainedininactivecomplexes.Cytokine-mediatedreceptoractivationandsubsequentJAKactivationtriggeracascadeofsignalingevents,whichcontrolsurvival,proliferationanddifferen-tiationofdifferentcelltypes.Duringthepastseveralyears,severalJAKmutationshavebeenidentifiedthatencodeconstitutivelyactiveorhyperactiveJAKproteins,whichhavecrucialrolesinhematopoieticmalignancies,especiallymyeloproliferativeneoplasms.Whenexpressedincellsandboundtomembranecytokinereceptors,mutantJAKproteinsarenolongermaintainedinaninactivestate,andtheypersistentlyactivateSTATproteins.Thisactivitypromotesoncogenictransformationanduncontrolledbloodcellproduction.TheroleofJAK–STATmutationsincancerhasonlyrecentlybeguntobeexplored,anditispossiblethatmutationsincomponentsofthispathwayarepresentinawidevarietyofcancers.-MutationsinJAKsanddiseaseassociationJAKsSubstitutionDiseaseassociationJAK2(human)V617FMPDsK539L(andtheregionF537–E543)PVT875NAcutemegakaryoblasticmyeloidleukemia

DeletionofIREEDAcutelymphoblasticleukemia(position682–686)JAK3(human)A572VAcutemegakaryoblasticmyeloidleukemiaV722IAcutemegakaryoblasticmyeloidleukemiaP132TAcutemegakaryoblasticmyeloidleukemiaJAK1(human)G871EUterineleiomyosarcomas[45]可能機(jī)制：

1、STAT活化與腫瘤細(xì)胞凋亡異常：