分子腫瘤學第六節細胞信號轉導與腫瘤

外部信息傳入細胞內并引起細胞應答反應的過程稱為信號轉導（signaltransduction).各類信號通過細胞膜和細胞內信使分子引起一系列生物化學反應，引起細胞基因表達改變，繼而產生相應的生理病理效應。細胞信號轉導過程發生障礙或異常，可導致細胞生長、分化、代謝和生物學行為的異常，引起各種疾病，乃至腫瘤。

一、信號轉導異常與腫瘤概略

（一)促細胞增值的信號過強

1、細胞外信號分子與腫瘤細胞外信號分子如生長因子產生過的，使細胞增值的信號轉導過強，如：（1）血小板源生長因子（platelet-derivedgrowthfactor,PDGF):某些腫瘤如肉瘤、神經膠質瘤產生和釋放大量的PDGF，并表達其受體，使細胞脫離外來生長信號的調節，成為“自我刺激”生長的細胞（2）血管內皮生長因子(vascularendothelialgrowthfactor,VEGF)VEGF的高表達對腫瘤血管生成非常重要（3）成纖維細胞生長因子(fibroblastgrowthfactor,FGF)FGF家族通過“自分泌”（Auocrineeffect)機制激活受體酪氨酸激酶來參與細胞的惡性轉化2、受體改變與腫瘤（1）某些生長因子受體表達異常增多如多種腫瘤組織中發現有編碼EGFR的原癌基因c-erb-B的擴增及EGFR的過度表達；（2）突變使受體組成型激活如多種腫瘤組織中證實有RTK的組成型激活3、細胞內信號轉導蛋白的改變

如小G蛋白（Smgs)在信號轉導中起重要作用，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，導致細胞的過度增殖與腫瘤發生。二、轉錄因子與腫瘤一個細胞能在特定時間中多水平調控蛋白質表達，包括RNA轉錄、RNA加工、RNA翻譯，RNA降解及翻譯后水平調節，其中最為重要的是轉錄調控，即調控一個基因何時以及如何被轉錄。轉錄調控異常是腫瘤發病機制的重要環節。

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

（1）、核定位的調節：胞漿中的轉錄因子與抑制亞基結合，磷酸化使核定位功能區暴露，如NF-kB與IkB的結合

（2）、DNA結合活性的調節

（3）、轉錄活性的調節2、轉錄因子的活化方式

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

（2）誘導性活化：在明顯外在因素影響下，細胞內某種轉錄因子的表達和活化顯著不同于非誘導狀態（3）組成性激活突變（constitutivelyactivatedmutation某些信號轉導蛋白在突變后獲得了自發激活和持續性激活的能力。NF-kB家族與腫瘤

NF-kB家族廣泛調控一系列基因的表達，尤其是免疫反應、炎癥反應、與病毒有關的癌基因、抑癌基因的表達。在多種腫瘤組織中NF-κB是組成性活化的，NF-kB的異常活化通過干擾細胞周期、細胞凋亡等途徑在腫瘤的發生和發展中起重要作用。目前的研究表明，NF-κB參與了癌癥的惡性轉化，NF-κB還可能通過促進腫瘤血管生成、侵襲、轉移來促進腫瘤的演進，在腫瘤的抗藥機理中也起作用。

（一）NFκB家族及信號通路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錄因子的總稱，在哺乳動物細胞中已發現Rel/NF-kB家族的5個成員：p65(RelA)、RelB、c-Rel、p50(NF-kB1)、p52(NF-kB2)。NFκB家族中，異源二聚物p50/RelA(p50/p65)表達最豐富，通常把p50/p65二聚體稱為NFκB。2、NFκB的結構特點

NFκB5個成員都有一個高度保守的Rel同源結構源（Relhomologydomain,RHD），內含DNA結合區、蛋白二聚體化區、NFκB的抑制蛋白（IκB）結合區及核定位信號。其中p50，p52分別來源于前體蛋白p105，p100，它們的C端包含錨蛋白重復序列；而RelA，RelB及c-Rel的C端含有反式激活區域。NFκB在DNA的特異性結合位點稱κB位點，其核心結合序列為GGGACTTCC，NFκB家族成員的κB位點略有差異。（2）NFκB的活化的反饋調節

能夠上調IκBα的mRNA水平，新合成的IκBα進入胞漿與游離的NFκB結合并使之失活，細胞通過這種自身的反饋調節途徑調節NFκB的活性以維持細胞的正常生理功能。1、癌基因介導的惡性轉化及腫瘤的演進需要NF-κB的參與

Ras-轉化過的細胞通過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的激活可能是細胞及病毒癌基因產物發揮功能的重要基礎。支持這一觀點的實驗有:抑制了NF-κB就會抑制了許多造血系和實體瘤細胞系的生長和存活，促進凋亡。2、NF-κB活化與細胞周期異常（1）CyclinD1在多種腫瘤中過表達。CyclinD1啟動子含有3個κB位點，NF-κB活化具有促進CyclinD1表達及G1/S期轉換的功能。外界致瘤因素導致NF-κB活化繼而調節CyclinD1的過表達，縮短G1期，促進細胞轉化。（2）CyclinD1啟動子區還有兩個AP-1結合位點，3個SP1結合位點，這為從Cross-talk角度調節CyclinD1表達，導致細胞周期紊亂提供了分子基礎。3、NF-κB活化、細胞凋亡與腫瘤細胞凋亡對機體自穩態的維持和腫瘤發生的抑制起著重要作用。NF-κB的一個重要功能是參與正常細胞凋亡的調控。NF-κB是凋亡通路的核心調控成員，一方面受到死亡受體信號的調控，另一方面以反式激活的方式調節下游的抗凋亡基因。通過抑制細胞凋亡，NF-κB促進腫瘤的發生發展4、NF-κB途徑在淋巴細胞惡性腫瘤中的作用（1）NF-κB途徑是白血病細胞增殖過程中的一個非常重要的途徑,在ALL和ATL中,NF-κB在免疫和炎癥反應中起重要作用,通過調節編碼炎癥因子基因和誘導酶,如誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和環氧合酶-2(COX-2)，NF-κB也參與癌癥的發生,發展和藥物抵抗。（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細胞的生長和誘導凋亡。

（3）在多發性骨髓瘤(MM)中也有NF-κB的激活,通過PS-341對NF-κB的抑制和NF-κB的抑制劑InBa的表達,它使MM細胞對傳統的化療藥物如(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Bcr-2家族蛋白誘導惡性淋巴細胞的生長抑制,促使細胞凋亡。（5）NF-κB是對ATL和MM等淋巴細胞惡性腫瘤靶向治療的一個靶點。Ets轉錄因子家族在腫瘤發生中的作用

Ets基因最早發現于美國Frederick的國家癌癥研究所分子腫瘤學實驗室.通過研究禽類逆轉錄病毒-E26，研究者發現了一系列擁有與E26高度保守的同源序列的基因，根據E26(E-twentysix)的縮寫而將該基因命名為Ets.該基因的共同特點是含有高度保守的DNA結合域，能夠和特定序列結合調控靶基因的表達和功能.通過調節細胞的增生、分化、凋亡及上皮-間充質間的相互作用,Ets參與許多生理和病理過程.大量研究發現，Ets在哺乳動物的發育和腫瘤的侵襲轉移中發揮重要的調控作用。（一）Ets轉錄因子家族

人類Ets家族基因在進化上高度保守，其共同點是均含有一個大約85個氨基酸的DNA結合域，也就是位于C-端的Ets區.該區富含精氨酸和賴氨酸殘基，為螺旋-轉角-螺旋基序，可識別并結合富含嘌呤的DNA核心序列A/CGGAA/T，這一序列存在于許多基因的5’-側翼調節區，有反式活化功能.目前Ets轉錄因子家族包括30多個成員，根據ETS結構域構象和位置不同，Ets家族分為多個亞家族。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轉錄因子家族成員在胚胎發育中的調節作用

Ets轉錄因子家族成員在造血細胞系的建立和維持、早期分化、造血干細胞和骨髓中多能祖細胞的歸巢、淋巴細胞分化中發揮重要調節作用。

（三）Ets轉錄因子家族在腫瘤發生

中的調節作用

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

JAK可與多種細胞因子受體結合,并選擇性地激活其下游底物—STAT,使之轉位到核,與核內特異的DNA調節元件結合而指導轉錄。這一信號傳遞途徑稱之為JAK-STAT途徑。JAK-STAT傳導途徑的異常與腫瘤的發生發展關系密切。（一）JAK家族

（1）JAK是justanotherkinase或januskinase的簡稱,是一種酪氨酸激酶。JAK家族目前共發現四種:JAK1,JAK2,JAK3和Tyk2。JAK家族的特征是在C端有2個功能區,即催化功能區和激酶相關功能區,而其N端在JAK與受體蛋白偶聯的過程中能發揮調節作用。JAK幾乎在所有的細胞中表達,根據細胞受體結構的不同,JAK以不同的方式與之結合。

（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等受體均可發生偶聯反應。由于調控造血的細胞因子受體缺乏酪氨酸激酶區域,因此JAK參與的酪氨酸磷酸化就顯得尤為重要,其中JAK2與造血因子的關系似乎最為密切。（二）STAT家族

STAT(signaltransducersandactivatorsoftranscription,信號轉導子和轉錄活化子),是在研究IFN對基因表達的調控中被認識的,是一種能與DNA結合的獨特蛋白家族。該家族有六個成員：STAT1(STAT1α/β),STAT2STAT3STAT4STAT5(α/β)STAT6

（三）JAK-STAT途徑的激活

細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幾乎在所有的細胞中表達,一般在靠近膜的部位。它被活化后,能介導胞漿中STAT的SH2功能區的C端酪氨酸殘基磷酸化。STAT被磷酸化后,即脫離它所結合的受體(在受體活化過程中,STAT與受體發生短暫結合),以同源或異源二聚體的形式游向并定位于細胞核,與特異的DNA元件結合并激活靶基因的轉錄,這就是JAK-STAT途徑的激活。JAK屬非受體酪氨酸激酶，底物為STAT，即信號轉導子和轉錄激活子。配體→受體二聚化→JAK→STAT→基因表達。JAK/STATPathway（四）JAK-STAT傳導途徑與腫瘤的發生發展

多種腫瘤細胞系和實體腫瘤中有STATs的活化，尤其是STAT3，目前傾向認為是一種癌基因。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因子受體信號途徑的腫瘤發生發展中起關鍵作用

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]可能機制：

1、STAT活化與腫瘤細胞凋亡異常：