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

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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

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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。

第3期罗 威,等:靶向ER K信号转导通路抗肿瘤的研究进展 第26卷

移位至细胞核,磷酸化一系列转录因子,调控基因表达,细胞膜、细胞核、细胞骨架及内膜系统的多种功能都受其影响。因此,ERK通路中有3个关键的分子靶:Ras,Raf和MEK。

2 干预ERK信号通路的不同策略

2.1 采用功能缺失(loss o f f u nction,LOF)策略 人类所有癌症中约有30%发现Ras突变,其大多数的点突变存在于R as与鸟苷酸发生相互作用的结构域。突变型Ras蛋白对抗GAP对其内源性活性的负调节,在失控细胞中连续产生活跃的有丝分裂信号。K ras反义RNA明显抑制了胰腺肿瘤细胞的生长[3];3种突变体H ras,N ras和K ras的特异性核酶能有效降解目标Ras mRNA[4~6]。B Raf在近70%黑色素瘤、结肠、卵巢及甲状腺等肿瘤中有突变,约90%的突变为一个谷氨酸残基代替了V al599,这个位点位于激酶活化环内,导致B Raf的组成性活化(constitutive acti v ation)。用反义寡核苷酸(ASO)第一代ISI S5132和第二代ISI S13650与c raf 1mRNA3 端非翻译序列杂交,实验显示不同类型的卵巢癌细胞对ASO的敏感性不同,生长抑制的程度为10%~90%,同时伴有细胞凋亡的增加和在G2 M,S期的积聚[7]。针对B Raf的小分子干扰RNA(si R NA),能有效破坏靶标RNA;其与单克隆抗体技术结合,展示出一种突破性方法!基因组手术∀[8,9]。

上述功能缺失策略均存在脱靶!o ff target∀的非特异性问题,即除了作用于原设计的目的基因外,还可阻断其他基因[10]。有研究表明RNA i的!off tar ge t∀可达到10%[11],许多si R NA能够与序列相似的mRNA交叉反应,A#C,C#A或G#U的碱基错配亦不影响si R NA的作用[12]。因此设计si R NA时应考虑到si R NA和ds RNA的长度及位置、染色体位置、基因密度等影响其特异性的因素[11],可通过分别突变si R NA反义链的5 端、3 端和中间段,来寻找高度特异和有效的si R NA,从而将si R NA技术应用到更广的领域[13]。

2.2 破坏靶蛋白的结构和/或功能

2.2.1 Ras蛋白 真核细胞中Ras位于细胞膜内表面是其具有生物活性的先决条件。通过翻译后修饰,将法尼基或香叶香叶基的类异戊二烯部分加到Ras的C端,增加它的疏水性,使其锚定于细胞膜上。这个异戊二烯化反应由法尼基转移酶(FTase)、香叶香叶基转移酶I(GGT I)和GGT II3种不同的酶催化。这3种酶可以成为开发新型抗癌药物的靶点,尤其是FT抑制剂(FT I),临床前模型证明该抑制剂显著抑制肿瘤细胞的生长而又没有明显毒性。现有R115777(Zarnestra),SC H66336(Sarasar),L 778123,B MS 214662和AZD3409五种FT Is进入了临床试验。其中R115777有类似于Ras的CAAX基序,可与Ras竞争FTase,是第一个口服使用并进入I 期临床试验的FTI。FTIs不仅抑制Ras和其它细胞增殖蛋白如RhoB的法尼基化,而且抑制PI3K介导的信号转导,诱导过表达AKT2同源异构体肿瘤细胞的凋亡[14]。进一步研究发现FT Is的抗肿瘤活性不仅依赖于信号中Ras的状态,还取决于Ras突变体的类型,其活性大小依次为:H ras>N ras>>K ras[15],但R115777在晚期胰腺癌患者,尤其K ras 突变发生率高的病人III期临床试验中缺乏有效反应[16]。因为K ras也是一种GGT抑制剂(GGT I)的相关底物,针对K ras组合FT I和GGTI可有力阻止K ras的膜定位。由于部分香叶香叶基化的蛋白为正常细胞生理所必需,因此需要考虑GGTI的细胞毒性。CAAX内蛋白酶Rce1催化所有异戊二烯化蛋白释放最后3个氨基酸,亦成为一个潜在的新靶标[17]。

2.2.2 Raf 在人类肿瘤中发现了B Raf的广泛突变,选择性B Raf抑制剂的开发吸引了越来越多研究者们的关注。许多Ra f 1的抑制剂与ATP竞争目标激酶的ATP结合位点,最新从组合化学库中筛选出来的Ra f 1抑制剂,GW5074和双芳香基脲BAY43 9006最具发展潜力,其中B AY43 9006是第一个口服使用并已进入I,II期临床试验。在体外实验中G W5074抑制Raf 1激酶活性的I C50值是9nmo l/L,而BAY43 9006的I C50值是12nm o l/ L[18,19]。Raf的同源激酶区域高度保守,B R af和Raf 1的激酶区域有81%的相似性,可能BAY43 9006也抑制B R af。实验发现B AY43 9006可同B Raf的非活性组成部分相互作用,因此,B Raf的致癌性突变体对Raf抑制剂的敏感性不如野生型B Ra,f但B AY43 9006缺乏特异性,还抑制其它调控肿瘤细胞生长、增殖的激酶,像PDGF受体酪氨酸激酶和KD受体酪氨酸激酶;而且R af在信号转导中对MEK存在非依赖性,不需激活ERK通路就可产生生物学效应,因此,R af抑制剂比MEK抑制剂有更广的抗肿瘤谱。

Raf 1的功能需要热休克蛋白90(H sp90)的参

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