與肝癌有關的生物信號轉導通路

0生理生化過程生物信號轉導是指細胞通過感覺細胞外刺激后，通過細胞內信號分子的序列傳遞，最終誘導各種細胞、細胞內事件和各種生理生化反應的過程。與肝癌有關的細胞信號轉導通路有酪氨酸激酶信號轉導通路、Notch信號轉導通路、核轉錄因子kappaB(NF-κB)通路、Hedgehog(Hh)信號通路等,現將近年來的研究進展作一綜述,并重點闡述酪氨酸蛋白激酶體系在肝癌發病、轉移、治療與耐藥中的作用。1酚羥基磷酸化磷酸酪氨酸激酶(proteintyrosinekinase,PTKs)具有催化ATP的γ磷酸基,轉移到許多重要蛋白質的酪氨酸殘基上,使酚羥基磷酸化而活化。PTKs包括受體型PTKs(receptortyrosinekinase,RTKs)和非受體型PTKs兩大類。1.1mapk通路RTKs通常具有一個可以與特定配體相結合的細胞外結構域、一個跨膜區及一個可以選擇性地與底物結合并將其磷酸化的細胞內激酶域。配體與受體酪氨酸激酶的細胞外結構區域結合,引起其結構改變從而產生酶催化活性。1.1.1Ras/Raf/MAPK信號轉導通路絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activatedproteinkinases,MAPK)信號轉導通路,又稱細胞外調節蛋白激酶(Extracellular-signalregulatedkinase,ERK)級聯途徑,存在于所有生物體內的大多數細胞內,是真核生物細胞重要的信號轉導通路,可將細胞表面信號刺激轉導至細胞及其核內,與細胞增殖、分化、凋亡等生理過程密切相關;也是多種生長因子(包括EGF、PDGF、胰島素樣生長因子)、細胞因子、整合素等所共有的信號轉導通路,并且MAPK通路磷酸化級聯反應還是多種應激原的共同信號通路,MAPK通路信號的傳送是通過MAPKKK、MAPKK和MAPK連續的磷酸化作用實現的。目前在人類已鑒定了4條MAPK途徑:細胞外信號調節蛋白激酶途徑(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)/應激活化蛋白激酶(SAPK)途徑、ERK5/大絲裂素活化蛋白激酶1(BMK1)途徑和p38MAPK轉導途徑。MAPK通路Ras癌基因是目前所知最保守的一類癌基因,包括K-ras、H-ras、N-ras、R-ras、TC21等,編碼產物為一類結構相似,相對分子量為21000的小G蛋白。所有細胞都具有一條高度保守的信號轉導通路,即RTK→Ras→Raf→MEK→ERK,又稱Ras通路。越來越多的證據表明,MAPK通路的激活與人類肝癌發病機制、演進及其生物學行為關系密切,與該通路相關的激酶可作為肝癌治療中潛在的有用靶點。其中ERK、JNK、p38MAPK三條通路與腫瘤細胞凋亡關系密切,且在HCC發生、發展的各個階段及治療中都具有重要的意義。肝癌組織中p38、ERK1/2蛋白均有不同程度的高表達,且肝癌的分化程度越低,兩者的表達越高。p38主要是通過介導凋亡信號而在肝癌的發病中起重要作用的,p38MAPK通路參與了肝癌的侵襲與轉移,可能與p38引起肝癌細胞的VEGF分泌增加、促進腫瘤血管生成有關,抑制p38MAPK通路可以延緩肝癌進展,因此p38MAPK有可能成為治療肝癌的新靶標。而ERK1/2MAPK通路同樣與肝癌的侵襲轉移有關,有報道HBX誘導肝癌細胞HepG2的侵襲性正是通過ERKMAPK通路,該通路的抑制劑U0126可抑制c-met的表達,而高表達的c-met可導致腫瘤的無限生長和侵襲行為,且HepG2的相關耐藥蛋白及基因mdr1、MRP1、LRP亦有不同程度降低,抑制此通路可以逆轉肝癌耐藥,ERK1或ERK2可能是肝癌治療的潛在靶點。有些化合物可特異性抑制Ras-MAPK信號轉導通路中的某些分子,如PD98059可特異性地抑制MAPK的磷酸化而阻斷細胞信號轉導,將PD98059作用于SMMC-7721細胞,發現細胞活力、DNA合成均受到明顯抑制,細胞惡性表型得到逆轉,且MAPK活性和MAPK含量呈濃度依賴性抑制,但是繼續增加其濃度,細胞的惡性表型仍然存在,說明SMMC-7721細胞的生長除與Ras-MAPK途徑密切相關外,還可能存在其他的信號轉導途徑。索拉非尼(sorafenib)是一種多靶點的生物靶向藥物,目前已被NCCN指南推薦為晚期肝細胞癌的一線標準用藥,其抗肝癌重要機制就是通過抑制Raf/MEK/ERK信號轉導通路中Raf-1、B-Raf的絲氨酸/蘇氨酸激酶活性來抑制肝癌細胞生長,同時通過抑制多種受體酪氨酸激酶,如VEGFR-1、VEGFR-2、VEGFR-3和血小板衍生生長因子受體-β等,抑制血管生成,從而發揮抗腫瘤的作用。1.1.2PI3K/Akt、PI3K/Akt/mTOR信號轉導通路PI3K/Akt通路廣泛存在于細胞中,是參與細胞生長、增殖、分化調節的信號轉導通路。PI3K是該信號轉導途徑中的關鍵激酶,既具有絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶的活性,又具有磷脂酰肌醇激酶的活性。可被G蛋白偶聯受體、受體蛋白酪氨酸激酶激活,也可被Ras蛋白激活。Akt是PI3K的主要下游靶蛋白,對于血管的形成具有重要作用。研究表明,Akt可以在細胞核內發生活化,進而對其靶分子實施調控。Akt在肝癌組織中的表達明顯高于癌旁組織,且與臨床分級呈正相關。PIK3CA基因是位于3q26.3的癌基因,其編碼磷脂酰肌醇-3激酶(phosphatidylino-sitol3-kinases,PI3Ks)的p110催化亞單位,即PI3Kp110a。PIK3CA的突變約4/5發生在螺旋區(exon9)和激酶區(exon20)這兩個熱點區域,其突變不僅可以減少細胞凋亡,還可以促進腫瘤的浸潤、提高其下游激酶PI3Ks的活性。但PIK3CA在中國肝癌患者中低表達(1.11%),提示在此通路中有其他蛋白影響著肝癌的發展。PI3K/Akt通路同樣與肝癌的侵襲、轉移有關,在肝細胞癌中,乙肝病毒X蛋白(HBX)可通過刺激PI3K/Akt通路活化,調節MMP-9的轉錄,從而增加細胞的侵襲力。雷海鳴等使用PI3K特異性抑制劑LY294002作用于高轉移性人肝癌細胞株HCCLM3,發現抑制PI3K的活性可抑制VEGF的產生,抑制腫瘤的血道轉移,降低腫瘤細胞的黏附能力,從而抑制肝癌細胞的生長和侵襲轉移。該通路與肝癌細胞的耐藥機制亦密切相關,通過對索拉非尼耐藥細胞株Huh7-R1和Huh7-R2的研究發現,PI3K/Akt通路可調節肝癌細胞的獲得性耐藥,Akt抑制劑MK-2206可逆轉肝癌細胞對索拉非尼的耐藥。另有研究顯示,低氧誘導肝癌細胞的上皮間質轉化(EMT)和藥物抵抗與PI3K/Akt通路有關,并可被該通路抑制劑LY294002阻斷,這為低氧環境誘導的肝癌治療提供了新的治療靶點。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammaliantargetofrapamycin,mTOR)屬PI3K蛋白激酶類家族,是蛋白激酶B(ProteninkinaseB,PI3K/PKB)信號通路下游的一個效應蛋白。PI3K/Akt/mTOR信號通路在進化上高度保守,是最近成為研究熱點的細胞內重要信號途徑,主要通過PI3K/Akt/mTOR信號通路磷酸化激活來調控細胞分裂、促進轉錄、信號翻譯等,從而控制蛋白合成,調節細胞生長。肝癌中存在異常活化的mTOR信號通路,mTOR在肝癌組織中的表達水平顯著高于癌旁肝組織和正常肝組織,已成為治療肝癌的靶點之一。在這條通路中的另一個關注熱點是PTEN,作為一種腫瘤抑制基因,PTEN對PI3K/Akt/mTOR的調控起著負調控作用,PTEN功能的喪失引起第二信使PIP3的大量聚集,過度激活下游通路,賦予細胞癌的特性。PTEN的缺失會導致Akt通路的激活,反之PTEN的表達能夠抑制Akt通路的活化,抑制腫瘤的生長和增殖,促進腫瘤的凋亡。在肝癌細胞和組織中,PTEN基因突變或缺失,Akt和pAkt表達增高,因此通過調節PTEN與Akt的平衡,可以起到治療肝癌的效果。雷帕霉素是mTOR通路的抑制劑,能夠抑制由于PI3K或Akt異常引起的癌基因的轉化、抑制腫瘤的轉移生長和腫瘤血管生成。其衍生物RAD001(Afinito,依維莫司)已被批準為晚期腎癌的二線治療藥物。臨床前研究表明,該藥對多種肝癌細胞株和移植瘤有抑制作用,能減慢腫瘤生長,提高生存率。多項Ⅱ期臨床研究初步顯示對肝癌有較好的療效,一項索拉非尼治療失敗后應用依維莫司對照安慰劑治療晚期肝癌的全球多中心隨機對照Ⅲ期臨床研究正在進行之中,結果值得關注。1.1.3EGFR家族介導的信號轉導通路表皮生長因子受體(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)家族屬于I型跨膜酪氨酸激酶生長因子受體,包括EGFR(Her-1/erbB-1)、erbB-2(Her-2)/neu、erbB-3(Her-3)、erbB-4(Her-4)四個成員,分別是原癌基因C-erbB-1~4的表達產物。該家族成員在多種腫瘤中過度表達,EGFR在肝癌細胞中的陽性表達高達68%,且腫瘤體積越大、腫瘤分化程度越低,其陽性率越高,可能與腫瘤進展及預后不良相關。EGFR的激活主要通過受體酪氨酸激酶磷酸化完成,活化的p-EGFR能通過ERK/MAPK下游信號通路傳遞信息,調控肝癌的發生發展。PI3K/AKT/mTOR信號通路亦是EGFR重要的下游信號通路之一,EGFR等多個受體家族都能夠激活此通路,從而促進肝癌細胞的生長,阻斷此通路有可能抑制肝癌的進展。EGFR還與肝癌的耐藥有關,EGFR可上調三磷酸腺苷結合盒轉運蛋白(ATP-bindingcassetteprotein:ABC-transportprotein,ABC轉運蛋白)的表達而增加肝癌細胞的耐藥性,而靶向EGFR家族的小分子酪氨酸激酶抑制劑吉非替尼則可恢復肝癌細胞對化療藥物的敏感度。EGFR靶向藥物分為小分子的化合物(Iressa、Erlotinib等)和單克隆抗體(Cetuximab、ABX-EGF、EMD55900等)兩類,其中厄洛替尼(Erlotinib)是一種口服的選擇性EGFR-TKI小分子藥物,用于有EGFR突變的非小細胞肺癌患者有較好的療效。多項Ⅱ期臨床研究證實此藥單用或與其他藥物聯合運用對肝癌有一定效果。一項比較厄洛替尼聯合索拉非尼與單用索拉非尼治療不可手術的晚期或轉移性肝細胞肝癌的Ⅲ期臨床研究已在全球完成入組,結果令人期待。1.2jak-stat的結構及表達NRTKs不是跨膜受體,一般沒有細胞外結構,它們通常持續或暫時位于胞質,或在細胞膜內側與跨膜受體結合,所以又稱為胞質型酪氨酸激酶。Janus蛋白酪氨酸激酶(Janusproteintyrosinekinase,JAK)/信號轉導和轉錄活化蛋白(signaltransducerandactivatoroftranscription,STAT)是非受體酪氨酸蛋白激酶途徑的代表,廣泛參與細胞增殖、分化、凋亡以及免疫調節等過程,是眾多細胞因子信號轉導的重要途徑。促進細胞增殖并調節基因轉錄的Ras-MAPK途徑和調節效應基因轉錄的JAK-STAT途徑在肝癌細胞的信號轉導鏈中起主要作用,其中MAPK級聯反應是這兩條信號轉導途徑的最后共同通路。JAK有4個家族成員,即JAK1~3及Tyk2,STATs是JAKs的直接底物,其自身磷酸化后能將信號直接傳遞到核內,調節特定基因的表達,其家族共有6個成員,即STAT1~6,其中最具生物學效應的是STAT3。JAK能通過使c-jun激活區域的絲氨酸63和73位點雙磷酸化而提高其轉錄活性,在包括細胞增殖、分化和腫瘤轉化等過程中起著重要作用,該通路異常活化可導致細胞異常增殖和惡性轉化。張斌等檢測了196例肝細胞癌組織及20例正常肝臟組織標本中JAK-1蛋白和STAT-3蛋白的表達,結果表明JAK-1蛋白和STAT-3蛋白在正常肝臟組織中的陽性表達率分別為5%和10%,而肝癌組織中兩者的表達率分別為65.3%和67.3%,且隨著肝癌發展或侵襲轉移,兩者的表達陽性率進一步增高,說明它們與肝癌的病情進展關系密切。JAK/STAT信號通路有可能是肝癌治療的潛在靶點,阻斷此通路可以起到控制肝癌的作用,STAT3抑制劑Picetannol能通過抑制JAK-STAT3信號通路途徑抑制肝癌細胞Huh7的增殖和誘導HepG2細胞凋亡,且能阻斷JAK1激酶的活性和抑制STAT3的磷酸化和二聚化,增加化療藥物的敏感度。2顯色劑質細胞機Notch信號通路(notchsignaling,以下簡稱N-S)由一組在進化上相對保守的細胞膜配體、受體及下游分子組成,是許多重要信號通路的交點,許多腫瘤的發生均與此信號通路的異常有關。N-S在腫瘤發生發展中作用十分復雜,在不同組織細胞中作用不同,在同一組織細胞的不同發展階段作用也可能不同。有文獻報道,Notch在肝癌中作為抑癌基因抑制腫瘤的生長,其機制初步認為是Notch1使JNK活化、p53高表達以及Bcl-2表達下調,從而誘導肝癌細胞凋亡,提示Notch基因通過作用于細胞內的多條信號轉導通路而抑制肝癌細胞的增殖和促進凋亡。但也有報道認為Notch信號在肝癌中起著促進的作用,肝癌組織中Notch1、Notch3、Jagged1以及Notch下游靶基因HES-1的表達高于相應癌旁組織,提示這些分子可能有利于肝癌的發病和播散。還有研究表明,肝癌中N-S位于HBx的下游,活化后參與了HBx的致癌通路。目前關于N-S與肝癌的相關性還不十分清楚,Notch的作用可能與細胞的種類有關,即同一種Notch受體在相同組織但不同類型細胞中的作用不同,對其進行深入研究,將為肝癌的分子發生機制研究提供新的線索,為肝癌的治療提供新的靶點。3肝胰腺組織中nf-b的表達NF-κB是一種廣泛存在于細胞中的具有多向調節作用的蛋白質分子,參與細胞激酶、生長因子、細胞黏附因子及早期反應的蛋白質分子基因的轉錄。古巧燕等檢測41例肝癌組織中NF-κB的表達,結果陽性表達率73.17%,而正常肝組織中無NF-κB表達,且與肝癌的臨床分期、病理分級、淋巴結轉移、血中AFP水平有關。張克君等研究發現,NF-κB表達水平與肝癌細胞的浸潤轉移能力有關,抑制NF-κB的活性,細胞浸潤轉移能力就會下降。還有研究表明,HBV、HCV感染患者發展成為肝癌亦與此通路有關。沙利度胺是一種抗血管生成藥物,在大鼠模型中,沙利度胺可以通過降低此通路中NF-κB的表達而延遲肝癌發生。4hh信號通路Hh信號通路是一經典的胚胎發育和分化信號系統,近年來研究發現該信號的異常激活在多種腫瘤的發生、發展過程中發揮著重要作用,Hh信號轉導途徑與肝癌的發生發展密切相關。成熟的正常肝細胞中Hh信號通路處于抑制狀態,而在肝癌細胞中,Hh信號通路活性增強,通路中Shh、Ptch、Smo、Gli-1、Gli-2等相關基因蛋白的表達顯著上調。成薇婷等研究認為,Hh信號通路可能通過Gli-2上調Snail的表達,增強肝癌細胞增殖力和侵襲力,促進肝癌的發生和發展。Eichenmüller等研究