Rho GTPases与肿瘤生长和转移

[收稿日期]20061015　
[
基金项目]教育部留学归国人员科研基金(编号:301170272)。

　
[作者简介]彭小春(1981),男,硕士,现主要研究方向为细胞骨架与肿瘤。

　[通讯作者]魏蕾(1969),女,副教授,硕士生导师,研究方向为细胞骨架与肿瘤,E 2mail :leiweifr @hot mail 1com 。

Rho GTPases 与肿瘤生长和转移
彭小春　(长江大学医学院,
湖北荆州434000) 魏　蕾　(武汉大学医学院,湖北武汉430071)
[摘要]Rho GTPases 通过各种信号途径影响肿瘤细胞的恶性转型、肿瘤细胞无限增殖以及肿瘤血管生
成,从而与肿瘤生长密切相关。

Rho GTPases 参与肿瘤细胞的移动,Rho GTPases 中Rac/Tiam1、Rho/
Rock 、Rac/Cdc42/PA K 、IQ GA P 和Rho/N F κB 等信号通路在肿瘤侵袭和转移中起着重要作用。

[关键词]Rho GTPases ;肿瘤;生长;转移
[中图分类号]R73237[文献标识码]A [文章编号]16731409(2006)04034004
Rho GTPases 是Ras 超家族中小分子量G 蛋白的成员之一,主要包括Rho (RhoA ,RhoB ,RhoC ),Rac (Rac1,Rac2,Rac3,Rho G ),Cdc42(Cdc42H ,G25K ,Tc10),Rnd (Rnd1/Rho6,Rnd2/Rho7,Rnd3/Rho E ,RhoD ),TIF5个亚家族共10余种。

Rho GTPases 通过调节肌动蛋白相关蛋白和介导细胞骨架构建来参与肿瘤的恶性转型、生长、侵袭、转移等各个方面,因而在肿瘤病理生理过程中发挥重要的作用。

本文将就近十年来Rho GTPases 在肿瘤生长转移中的研究做一综述。

1　Rho GTPases 与肿瘤生长
Rho GTPases 通过各种信号途径影响肿瘤细胞的恶性转型、肿瘤细胞无限增殖以及肿瘤血管生成,从而与肿瘤生长密切相关。

111　Rho GTPases 与肿瘤恶性转型
肿瘤的生长离不开肿瘤细胞的恶性转型,研究发现在肿瘤细胞的恶性转型过程中,Rho GTPases
及其下游信号通路RhoA/Stat5a 、Rho/SRF 和Rho/N F κB 发挥着重要作用。

在人上皮细胞中,RhoA 、Rac1、Cdc42和RhoC 是通过激活STA T 家族中的Stat5a 而不是Stat5b 起作用的[1]。

其中,RhoA 活化后通过J A K2酪氨酸激酶把信号传递给Stat5a ,使其分子中696位酪氨酸磷酸化,增强其转录活性;特别的是,RhoA 还能够通过使其分子中的726位丝氨酸和780位丝氨酸去磷酸化使转录活性增强,但其机理还不清楚。

Stat5a 的活化能促使上皮细胞向间质细胞转化并使RhoA 转化的Madine 2Darby canine kidney (MDC K )细胞移动能力增强。

另外,在Drosop hila 卵巢细胞迁移模型中还发现J A K 和Stat 蛋白是Drosop hila 卵巢边界细胞从非移动的上皮细胞向浸润表型细胞转化所必须的[2]。

Rho GTPases 的活化可以使SRF (serum response factor ,SRF )转录活性增加,SRF 的活性在肿瘤细胞表型转化过程中是必须的:Psichari 等[3]在小鼠皮肤癌多阶段发展模型中发现,从上皮到间质转化的肿瘤细胞中,SRF 的活性增强是依赖RhoA 的;Ding 等[4]发现SRF 在肿瘤平滑肌和间质干细胞转化中活性是增强的。

Rho GTPases 还可激活转录因子N F κB 。

N F κB (nuclear factor 2kappaB )是由Rel 蛋白家族中的成
员以同源或异源二聚体形成的一组转录因子,是炎症反应和肿瘤发展过程中的重要信号分子。

Rho GT 2
Pases 通过促进N F κB 磷酸化、p50/p50及p50/p65二聚体从胞浆转移到胞核使N F κB 转录活性增强。

除此之外,依赖RhoA 的Db 1和ROC K ,依赖Cdc 42的Ost 和依赖Rac 1的Vav 蛋白也能激活N F κB 。

・043・长江大学学报(自科版)　
2006年12月第3卷第4期医学卷Journal of Yangtze U niversity (N at Sci Edit)　Dec 12006,Vol 13No 14Medicine V
在肿瘤的恶性变中N F κB 是通过激活COX2(环氧化酶2)而起其作用的:Benita 等发现在结肠癌细胞
系中是通过RhoA/ROC K/N F κB/COX2途径实现的,这条通路也可能在前列腺癌和黑色素瘤的发生中起作用[5～7]。

此外,转录因子A TF2和M EF2A 的激活是RhoA 介导的小鼠成纤维细胞恶性转型所必须的,它通过激活c 2jun 基因的转录来实现的[8]。

同样,Rac1介导的成纤维细胞转型通过激活前癌基因c 2myc 来实现,但它的机制是通过PD GF 信号途径[9]。

112　Rho GTPases 与肿瘤细胞增殖
Rho GTPases 通过Stat3而不是Stat1信号转导通路来控制基因转录进而促进肿瘤细胞非瞄定点依赖的生长。

其中,RhoA 不仅通过J A K2酪氨酸激酶导致Stat3酪氨酸磷酸化,而且通过J N K 通路来引起Stat3丝氨酸磷酸化进而活化Stat3,Stat3活化依赖RhoA 的效应区域和其效应蛋白ROC K 相结合。

此外,Rac1通过p382Stat3丝氨酸磷酸化或者N F κB 2IL 262Stat3酪氨酸磷酸化来引起Stat3转录活性增
强:Turkson 等发现在成纤维细胞中Rac1促进Stat3丝氨酸磷酸化增强Stat3的转录活性,它是通过活化p38起作用的;另外报道Rac1还能通过促进机体IL 26的自分泌,进而促进Stat3酪氨酸磷酸化而使Stat3的转录活性增强[10]。

113　Rho GTPases 与肿瘤血管生成
肿瘤的生长需要肿瘤血管的营养供应,目前Rho 蛋白与肿瘤血管生成的关系主要集中于以下两个方面:一是Rho 蛋白通过调节内皮细胞的运动来参与血管生成,此作用主要得益于Rho 蛋白对细胞骨架的重组作用。

其中,Cdc42调节丝状伪足,Rac1调节片状伪足,RhoA 参与膜皱褶和应力纤维的生成。

在血管生成过程中,三者相互协调,调控血管形成过程中不同的形态改变[11]。

二是Rho 蛋白通过调节肿瘤血管生成分子HIF21、V EGF 和P53的表达来促进肿瘤血管的生成。

H IF21是肿瘤生长过程中的一个重要调节因子,活化的HIF21可与缺氧反应元件(HREs )结合,促进许多血管生成相关基因如V EGF 、V EGFR 、F GF 、T GF 、COX2和NOS 的转录,从而促进肿瘤血管的生成,并且增强肿瘤细胞能量代谢,促进肿瘤的增殖和转移;V EGF 和P53也是肿瘤血管生成的重要分子。

研究发现负显性的Rho 家族蛋白分子RhoA 、Rac1和Cdc42在常氧和缺氧情况下可不同程度地抑制V EGF 的分泌,从而抑制肿瘤血管生成,但具体机制可能有所不同:负显性RhoA 主要是通过增强抑癌基因P53的表达而抑制V EGF 的表达;而负显性Rac1和Cdc42除增强P53的表达外,在缺氧情况下还可明显抑制
H IF21
α的蛋白表达,从而抑制V EGF 的转录,降低V EGF mRNA 表达水平,从双重途径来抑制V EGF 产生[12]。

另外,研究还发现Rho GTPases 和c 2Myc 在肿瘤血管生成中起重要作用,在人上皮来源的肿瘤中,发现RhoA 2ROC K/c 2Myc 信号路径可作用其下游的Ras 癌基因而抑制抗血管生成因子、Tsp 21(t hrom 2bospondin 21)的生成,而促进肿瘤血管的生成[13]。

2　Rho GTPases 与肿瘤侵袭转移
细胞迁移与机体的多种生命活动密切相关,在胚胎期参与胚胎发育和组织形成,在机体发育成熟后还参与炎症反应、伤口愈合、免疫监视、动脉粥样硬化、肿瘤的转移等多种生理、病理过程。

研究发现Rho GTPases 参与肿瘤细胞的移动,进而在肿瘤的侵袭转移中发挥着重要作用。

211　Rho GTPases 与细胞移动
肿瘤侵袭转移首要是肿瘤细胞的移动,而细胞迁移与MA P K 激酶、磷脂酶、丝氨酸/苏氨酸和酪氨酸激酶等多种胞内信号分子相关,Rho GTPases 途径是其上游最为重要的调控分子。

细胞移动过程中,Arp2/3复合体、capping (盖帽)蛋白以及cofilin 协调作用、调控的actin (肌动蛋白)聚合:其中,Arp2/3复合体促进已形成的actin 丝产生分支,最终诱使actin 丝网的形成;capping 蛋白给actin 丝的末端加帽,以阻止自发性actin 聚合;cofilin 驱动actin 丝解聚集。

研究发现Rho GTPases 通过三条不同的信号通路分别调控Arp2/3复合体、capping 蛋白、cofilin 参与细胞骨架调控。

Miki 等[14]报道Rac 与IRsp53(Insulin recepetor substrate of 53kDa )相互作用,进而通过其SH3区与WAV E 关联而激活Arp2/3复合体,最终促进actin 形成分支。

Cdc42活化后可与IRsp53的CRIB
・
143・第3卷第4期彭小春等:Rho GTPases 与肿瘤生长和转移　
序列(cdc42/rac interactive binding motif )结合而促进Mena 蛋白与IRsp53的SH3区结合,最终导致丝状伪足的形成[15]。

除与Arp2/3复合体相作用外,Rac 还通过Pt dIns (4,5)P2(4,5二磷酸磷脂酰肌醇)与cap 2ping 蛋白结合来抑制capping 蛋白的加帽作用,进而促进actin 聚合[16]。

研究还证明骨架调节蛋白Me 2na/Vasp 可能通过WAV E 蛋白抑制capping 蛋白的加帽作用而促进actin 延长。

另外,Rac/Cdc42和Rho 还可分别通过其下游靶分子PA K (P21激活激酶)和ROC K (Rho 相关卷曲螺旋形成蛋白激酶,Rho associated coiled coil forming p rotein kinase )来失活L IM K ,进而磷酸化并失活cofilin ,最终抑制actin 丝的解聚[17]。

Rho/Rac/Cdc42正是通过促进actin 丝聚合与抑制actin 丝的解聚来诱使头部伪足的形成和延伸。

目前认为,Rac 主要参与扇形扁平伪足的形成,Cdc42主要调控丝状伪足的产生,Rho 主要调控应力纤维的形成,并且它们之间有很重要的交叉作用,其活性存在着递增关系,如Cdc42可激活Rac1(因此丝状伪足与扁平足密切相连),而Rac1又可激活RhoA 。

212　Rho GTPases 与肿瘤侵袭和转移
肿瘤侵袭包括细胞之间、细胞与基底膜之间黏附性的变化,细胞基质的水解、肌动蛋白细胞骨架的重组以及细胞运动能力增加等过程。

研究表明Rho GTPases 中Rac/Tiam1、Rho/Rock 、Rac/Cdc42/
PA K 、IQ GA P 和Rho/N F κB 等信号通路在肿瘤侵袭和转移中起着重要作用。

Rac1特异的GEF ,即Tiam1,可以使非侵袭性T 淋巴细胞向侵袭性表型转化,并且促进MDA 2
MB 2435细胞中整合素α6β4表达,从而增强细胞侵袭能力,这种作用是Rac 和PI3K 依赖的;Rho/Rock
通过促进局部黏附形成和微丝介导的细胞运动来调节肿瘤细胞的浸润和转移。

阻断Rho/Rock 信号通路则可以改变肿瘤细胞的浸润表型。

PA K 受Rac/Cdc42激活,它通过其下游分子ML C K (myo sin light chain 2kinase )调节肌动蛋白细胞骨架的重组,促进肿瘤的侵袭和转移。

ML C K 可以使actin 解聚蛋白cofilin 失活,而且与粘附复合体关联的PIX 发生作用。

ML C K 还可使肌球蛋白磷酸化来促进其活性增加。

IQ GA P 为Rac1和Cdc42下游调控分子,它可以与粘附复合体β2catenin/E 2cadherin 相互作用而引起α2catenin 的解离,进而破坏细胞骨架与β2catenin/E 2cadherin 复合体的连接,从而利于肿瘤的侵入和转移。

Rac1和Cdc42被激活后能阻止IQ GA P 对catenin 的作用,从而使β2catenin/E 2cadherin 粘附复合体稳定。

Rho GTPases 的效应分子N F κB ,通过促进其下游调控基因uPAR (urokinase plasminogen recep 2
tor gene )的表达,降解细胞外基质,促进肿瘤细胞的侵袭和转移,此时uPAR 的转录和表达都是依赖Rho 基于层粘连蛋白和纤维连接蛋白对细胞的刺激[10]。

此外,还有一些信号分子也可能介导了Rho GTPases 调控的肿瘤细胞转移:活性型Rac 突变体可以诱导T47D 乳癌上皮细胞穿过胶原基质;Pten 是一种肿瘤抑制基因,Pten 2/2细胞运动能力增加,且Rac GTPases 水平比正常细胞增高,而Rac 缺失可以抑制Pten 2/2细胞运动能力的增强。

Rac 还可以通过增加collagenase 21(CL 21)和CL 22的表达促进肿瘤的转移。

最近的研究提示一些受Rho GTPasest 调控的肌动蛋白可能在侵袭转移发挥着重要作用,当然其调控通路还有待进一步的研究:威奥综合症蛋白WASP/Scar 成员为Rho 与Arp2/3复合体相联的接头蛋白,Yanagawa 等[18]运用基因芯片技术分析提示,在转移性结肠癌细胞系中,WASP 明显上调。

EMS1基因位于11q13,在乳腺癌及其它多种肿瘤中扩增,且编码cortactin 蛋白,而cortactin 参与肿瘤转移的机制是其与Arp2/3复合体直接作用,刺激actin 单体的成核[19]。

3　结束语
Rho GTPases 在肿瘤中的异常表达,可以激活多条信号路径,从而在肿瘤的恶性转型、异常增殖、侵袭和转移以及肿瘤血管生成各个方面发挥着重要作用。

深入探讨Rho GTPases 家族在肿瘤生长和转移中的作用必将为肿瘤临床治疗提供新的策略和途径。

・243・　长江大学学报(自科版)2006年12月
[参考文献]
[1]Benitah S A ,Valero ’n P F ,Rui H ,et al 1Stat5a mediates t he epit helial to mesenchymal transition induced by oncogenic RhoA [J ]1
Mol Biol Cell ,2003,14:40～531
[2]Silver D L ,Montell D J 1Paracrine signaling t hrough t he J A K/STA T pat hway activates invasive behavior of ovarian epit helial cells in
Drosophila [J ]1Cell ,2001,107:831～8411
[3]Psichari E ,Balmain A ,Plows D ,et al 1High activity of serum response factor in t he mesenchymal t ransition of epit helial t umor cells is
regulated by RhoA signaling [J ]1J Biol Chem ,2003,277:29490～294951
[4]Phiel C J ,Gabbeta V ,Parsons L M ,et al 1Differential binding of an SRF/N K 22/MEF2transcription factor complex in normal versus
neoplastic smoot h muscle tissues [J ]1J Biol Chem ,2001,276:34637～346501
[5]Benitah S A ,Valeron P F ,Lacal J C ,et al 1ROCK and N FkB dependent activation of COX 22by Rho GTPases :effect s on tumor growt h
and t herapeutic consequences [J ]1Mol Biol Cell ,2003,14:3041～30541
[6]Somlyo A V ,Phelps C ,ipierro C D ,et al 1Rho kinase and matrix metalloproteinase inhibitors cooperate to inhibit angiogenesis and
growt h of human prostate cancer xenot ransplant s [J ]1FASEB J ,2003,17:223～2341
[7]Hodgson L ,Henderson A J ,Dong C 1Melanoma cell migration to type IV collagen requires activation of N F 2kappaB [J ]1Oncogene ,
2003,22:98～1081
[8]Marinissen M J ,Chiariello M ,Gut kind S ,et al 1Regulation of gene expression by t he small GTPase Rho t hrough t he ER K6(p38g )
MAP kinase pat hway [J ]1Genes and Dev ,2001,15:535～5531
[9]Chiariello M ,Marinissen M J ,Gut kind S ,et al 1Regulation of c 2myc expression by PD GF t hrough Rho GTPases [J ]1Nat Cell Biol ,
2001,3:580～5861
[10]Salvador A B ,Pilar F V ,Linda van A ,et al 1Rho GTPases in human cancer :an unresolved link to upstream and downstream tran 2
scriptional regulation [J ]1Bilchimica et Biophysica Acta ,2004,1705:121～1321
[11]Cascone I ,G iraudo E ,Caccavari F ,et al 1Temporal and spatial modulation of Rho GTPases during in vitro formation of capillary vas 2
cular network 1Adherens junctions and myosin light chain as target s of Rac1and RhoA [J ]1J Biol Chem ,2003,278(50):50702～507131
[12]薛妍,毕锋,刘娜等1Rho GTPases 对肿瘤血管生成相关分子的作用[J ]1中国生物化学与分子生物学报,2004,20(5):664～
6691
[13]Wat nick R S ,Cheng Y N ,Rangarajan A ,et al 1Ras modulates Myc activity to repress t hrombospondin 21expression and increase
tumor angiogenesis [J ]1Cancer Cell ,2003,3:219～2311
[14]Miki H ,Yamaguchi H ,Suet sugu S ,et al 1IRSp53is an essential intermediate between Rac and WAV E in t he regulation of mem 2
brane ruffling [J ]1Nat ure ,2000,408:732～7351
[15]Sonja K ,Ingrid J ,Kris G ,et al 1Cdc42induces filopodia by promoting t he formation of an IRSp53:Mena complex [J ]1Current Bi 2
ology ,2001,11:1645～16551
[16]Tolias K F ,Hartwug J H ,Ishihara H ,et al 1Type alpha phosphatidylinositol 242phosphate 52kinase mediates Rac 2dependent actin as 2
sembly [J ]1Curr Biol ,2000,10:153～1561
[17]Wang W G ,G oswami S ,Sahai E ,et al 1Tumor cells caught in t he act of invading :t heir strategy for enhanced cell motility [J ]1
Trends in cell Biology ,2005,15:1421
[18]Yanagawa R ,Furukawa Y ,Tsunoda T ,et al 1Genome 2wide screening of genes showing altered expression in liver metastases of hu 2
man colorectal cancers by cDNA microarray [J ]1Neoplasis ,2001,3:395～4011
[19]Uruno T ,Liu J ,Zhang P ,et al 1Activation of Arp2/3complex mediated polymerization by cortactin [J ]1Nat Cell Biol ,2001,3:
259～2661
[编辑]　一　凡・
343・第3卷第4期彭小春等:Rho GTPases 与肿瘤生长和转移　。