医药卫生]通过p38通路对肿瘤的抑制途径.ppt

The pathways to tumor suppression via route p38 通过p38通路对肿瘤抑制途径 王晓娟 名词解释 DMBA（7,12 - dimethylben zanthracene）：一种环境诱 变剂，通过化石燃料的完全燃烧形成的。这是一种小鼠肿 瘤致癌模型常用物质。 TPA（12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate）：一种蛋 白激酶C通路激活剂。这是一种常用的小鼠肿瘤致癌模型 的启动者。 ERK（Extracellular signal regulated protein kinase）： 三大蛋白激酶之一。 ATM（共济失调毛细血管扩张症突变）和ATR（共济失 调毛细血管扩张症突变）和Rad3：丝氨酸/苏氨酸蛋白激 酶，激活检查点信号毒性反应的压力，从而可以用作DNA 损伤感应器。 14 - 3 - 蛋白质：蛋白适配器家族成员之一，通过结合含 蛋白质的磷酸丝氨酸来调节信号转导。 E1A：由腺病毒E1区编码的癌基因蛋白之一。E1A基因已 知的功能包括Rb家族肿瘤抑制蛋白的失活和转录共激活 因子p300和CBP。 MAPK，MAPKK，MAP3K和MAP4K：一种蛋白激酶， 能转导细胞外信号和介导细胞对这些信号的反应。 MAPK kinases (MKKs) 3 and 6：蛋白激酶（MKKs）3和 6，MKK3和MKK6专门通过使酪氨酸和丝氨酸或苏氨酸残 基的磷酸化来激活p38蛋白。 MEK（MAPK/ ERK kinase）：为MAPKKs的别名，通过 使酪氨酸和丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化激活ERK蛋白激酶 。 OIS（癌基因诱导的衰老器）：在正常细胞中一种被一些 癌基因作为抗肿瘤防御反应诱导的过早衰老的形式。 MKK4：使p38和JNK激酶通过酪氨酸和丝氨酸或苏氨酸 残基磷酸化激活。 p27kip1：一个27 kDa的蛋白，蛋白激酶抑制蛋白1（标 kip1）。它通过抑制蛋白激酶活性介导细胞周期的逮捕。 Wip1（野生型p53基因诱导磷酸酶1）：一个多功能的丝 氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶参与DNA损伤反应，基因诱导的 衰老反应和肿瘤。 PRAK（p38的调节或激活蛋白激酶）：也称为蛋白激酶 激活蛋白激酶5（MAPKAPK5或MK5）。这是p38的下游 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶之一，由p38磷酸化后被激活。 Raf-1：一种蛋白激酶，能激活MEK-ERK蛋白激酶通路。 它直接与Ras蛋白相互作用，是Ras的下游效应器之一。 该基因编码Raf - 1在人类癌症常常被激活。 Cdc25（细胞分裂周期25）：一种蛋白质酪氨酸磷酸酶家 族成员之一，包括Cdc25A，Cdc25B和Cdc25C蛋白，这 对细胞周期进程至关重要。他们通过去除抑制磷酸基团来 激活蛋白激酶。 简介 除了众所周知对于炎症和应激反应的作用外,p38丝裂原蛋白 激酶路径也负调控细胞的增殖和肿瘤的发生发展。p38通路 的失活提高了细胞转化，更使小鼠易于发生肿瘤同时破坏诱 导衰老。相反地,持续的启动p38途径抑制肿瘤的发生发展。 这种对于p38蛋白的额外功能机理的见解开始出现。例如， p38已被证实在癌基因诱导的衰老、复制性衰老、DNA损伤 反应和接触抑制方面有至关重要的作用。 此外，p38途径在控制增生和抑制肿瘤方面的作用是通过对 它的几个细胞周期调控因子的影响来介导的。这些结果揭示 了p38途径的肿瘤抑制功能，并指出p38途径的组件是癌症治 疗的新的潜在目标疗法。 P38途径 P38途径是有丝分裂原激活蛋白激酶（MAPK）通路之 一除了细胞外信号调节激酶（ERK）和C - Jun 基末端 激酶（JNK）通路。由于p38对炎症的研究首次被确认 ，其对微生物细胞的反应，炎性细胞因子和环境压力的 重要作用也已经开始确立。 像其他MAPK途径一样，涉及p38信号通路的激活的蛋 白激酶（MAP3Ks）如MTK1（图三激酶 1），MLK（ 混合谱系激酶）-2，MLK3，DLK、ASK1（凋亡信号调 节激酶1）和TAK1（转化生长因子-激活激酶1），和 MAPK激酶（MKKs），包括MKK3，MKK4和MKK6， 直接通过磷酸化某种细胞类型和刺激依赖性来激活p38 。 与MKK无关的p38活化也已经被观察到。诱导后，p38的活性 下降是通过调节双特异性蛋白激酶磷酸酶-1，- 4或- 5，或其 他如蛋白磷酸酶2C型和野生型p53基因诱导磷酸酶1（Wip1 ）而实现的。许多p38的基板，包括丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 ，转录因子和细胞周期调控，已被确定为p38的功能调解员。 在这里，我们回顾了p38通路在肿瘤抑制方面的作用。由于以 前的资料已讨论了p38对细胞周期调控和增殖的作用，我们专 注于最近发现的p38通路在参与细胞调控过程中的作用，直接 有助于抑制肿瘤，包括原癌基因诱导的衰老器（OIS），复制 性衰老，接触抑制和DNA损伤反应（图1）。 而p38在促进血管生成和肿瘤转移中的作用将不予讨论。 p38和癌基因诱导的衰老 在正常的非转化细胞，癌基因激活有时会触发衰老。像细 胞凋亡，癌基因诱导的衰老是一种肿瘤抑制防御机制，必 须对肿瘤发生失密。OIS类型的一个良好的特点是诱发ras 癌基因。 最近的研究揭示了p38途径在OIS中的重大的作用，OIS是 由ras致癌基因或其编码MAP3K的下游效应器raf-1引起的 （图2）。Ha- ras V12基因，这是一个激活的Ras基因，活 跃的raf-1刺激p38在人类和小鼠成纤维细胞系的活性，与 诱导衰老一致。 Ras基因诱导p38活性是其上游激酶MKK3和MKK6介导的 。由于MKK3 或MKK6的活性突变的强迫表达导致p38的 本构激活导致早衰；相反，被抑制剂SB203580或由一对 显性负突变MKK3或MKK6抑制的p38，至少部分是由于 Ras基因诱导的衰老。 此外，Ras基因没有造成MEFs细胞缺陷在生长抑制中的 衰老和DNA损伤诱导的衰老，（Gadd）45a是一种能够结 合并激活p38的胁迫诱导蛋白 。这些研究表明，p38在 OIS中的核心作用。 p38的激活也有助于诱导红白血病病毒同源癌基因2（ erbB2）衰老，它编码一种酪氨酸激酶受体在人类癌症中 经常被激活，这表明p38在由多个癌基因引起的OIS中具 有重要的作用。 活化的ras基因转化活动，包括多个下游效应器，除其他效 应器外，主要取决于Raf- 1，来激活 MEK和ERK 。 有趣的是， RafMEKERK通路也介导ras基因诱导衰老（ 图2）。RafMEKERK和MKK3/6-p38代表两个独立的蛋白 激酶通路。而RafMEKERK级联转导增殖信号，MKK3/6- p38级联是一种应激反应，通常是导致生长停滞或细胞凋亡 的主要调解器。 最初是令人费解的为何上述两种对立的途径之一的激活足以 引起衰老，为什么这两个通路的激活对于ras基因诱导的衰 老是必要的。进一步调查显示，ras基因诱导的衰老是跨这 两个途径谈话的结果。该MKK3/6-p38级联功能，至少一部 分，是RafMEKERK级联下游来调解衰老的。组成性激活 MEK1诱导MKK3 / 6和p38的激活，并以类似的方式使ras致 癌基因过早衰老；ras基因对于p38的活性诱导，不仅需要 激活MKK3或MKK6，而且需要激活MEK。 这些研究都把MKK3 / 6和p38置于MEK的下游。p38激活 依赖MEK- ERK途径不是唯一的诱导衰老的途径。在 PC12细胞系，活跃的MEK也刺激p38的活性，这是由神 经生长因子诱导神经细胞分化的需要。 因此，MEK- ERK和MKK3/6-p38通路的激活顺序可能操 作多个类型的细胞，细胞过程的调解与OIS的不同。 其他研究表明， p53基因是p38的一种下游效应器。p38 通过下游丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶即所谓的p38的调节或激 活的蛋白激酶（PRAK）来介导 ras基因诱导衰老，也称 为蛋白激酶激活蛋白激酶5（MAPKAPK5或MK5）。 被致癌Ras蛋白激活的PRAK，对于诱导初级人类和小鼠成 纤维细胞的衰老至关重要。在小鼠体内，诱导衰老也受到 7,12 -二甲基苯并蒽（DMBA）诱导的PRAK乳头状瘤引起 的皮肤损伤的影响，7,12 -二甲基苯并蒽是一种环境致癌物 质介导ras基因突变致癌。 除了PRAK，p38的直接在体外在丝氨酸33位点和46位点磷 酸化p53基因，这与ras基因在细胞中诱导衰老相同位点的 磷酸化有关。像Ser37，Ser33和Ser46对于p53基因介导的 OIS的能力是很重要的 。另一种p38下游的蛋白激酶，酪蛋 白激酶2（CK2），也在体外在Ser392磷酸化p53基因 。因 此，在OIS中p53的激活需要p38途径多个组件不同残基磷 酸化的协调（图2）。 这些数据定义了一种途径，ras致癌基因通过依次激活Raf- 1，MEK，ERK，MKK3/6，p38蛋白，PRAK和p53来诱导 OIS。鉴于MEK和ERK被即刻激活然后RAS或Raf-1活化， 活性MKK3/6和p38的积累被推迟，后面的MEK和ERK是按 小时或天的激活依据实验设置的不同而不同。 这些结果表明，MKK3/6-p38的激活不是通过直接MEK- ERK途径，而是通过一个间接的慢的路线。一种在MEK- ERK和MKK3/6-p38通路之间可能的中间信号是细胞内活性 氧物质（ROS），这是被ras基因和调解p38的激活和OIS 诱导的（图2）。最近的一项研究表明，MINK（mis- shapen/Nck相互作用激酶相关激酶），也属于Ste20 / MAP4K家族，是由ras基因诱导的活性氧激活的，随后通过 激活p38来介导OIS 。 图1 p38通路与肿瘤的抑制。 图2 p38通路和OIS p38和复制性衰老 p38在复制性衰老中的重要作用已在人成纤维细胞原中有 报道 。p38作为一种端粒缩短的结果被激活时，这些细胞 进行复制性衰老。p38的失活，或者是由SB203580治疗 或是由MKK6显性负突变体的异位表达引起的，能够延缓 复制性衰老的发生机制，延长寿命。然而，p38蛋白失活 的细胞不完全永生，表明p38只与转导部分衰老信号有关 。而p38的参与也被证明存在于端粒长度的独立复制性衰 老，在小鼠成纤维细胞原和兔关节软骨细胞中 。 p38和接触抑制 细胞间接触诱导的规避增生阻滞（即接触抑制）是瘤细胞的 重要特征之一。p38a在维护非转化细胞接触抑制中起到至关 重要的作用。该p38a激酶活性在成纤维细胞培养融合中持续 增加。在人成纤维细胞和p38a -/- MEFs细胞中接触抑制是被 SB203580破坏的。有趣的是，在p38a -/- MEFs细胞中接触抑 制的损伤导致饱和密度增加，而且不形成灶，这是在完全转 化细胞中观察到的。 这表明，p38a不足未能充分赋予瘤型。接触抑制在细胞内激 活的p38内的中断与p27Kip1蛋白激酶抑制剂积累减少相关， p27Kip1蛋白激酶抑制剂是一种已知的接触抑制效应器，表明 p27Kip蛋白可能是p38的一个目标物。有趣的是，过度表达的 显性负突变体的MKK4，JNK和p38的丝裂原活化蛋白激酶， 呈现小鼠胚胎干细胞的抗接触抑制。但是，在接触抑制中 MKK4是否是p38的活化激酶现在仍然未知。 p38和DNA的损伤反应 在DNA损伤反应中，真核细胞进行增殖，使DNA修复逮 捕，这对于维持基因组稳定和防止肿瘤发生是非常重要的 。p38通路在DNA损伤反应中有突出作用。p38蛋白是由 电离辐射激活，一经克照射， MKK6和p38g由共济失调毛 细血管扩张症突变（ATM）激活的，ATM是一种调控 DNA损伤反应的激酶，需要捕获在G2 - M过渡期的分裂细 胞。 此外，p38介导的DNA损伤诱导的细胞凋亡通过主要残基 （Ser15，Ser33和Ser46）直接磷酸化的相关特征研来激 活p53基因或者是稳定的p53蛋白或者通过诱导p53转录激 活的表达称为P18Hamlet。 两篇论文表明，p38介导的DNA损伤反应通过使细胞分裂 周期Cdc25B及Cdc25C磷酸化引起的G2-M期的停滞，二种 磷酸酶通过从CDK1中消除磷酸盐的抑制以促进G2- M期的 发展。经紫外线照射或用DNA -烷基化剂治疗，p38使 Cdc25B在丝氨酸309位点和/或Cdc25C蛋白在丝氨酸216 位点磷酸化，使他们能够绑定到适配器14-3-3蛋白上，并 且以活跃的形式封存。 然而，在最近的一项研究中p38蛋白介导的Cdc25B / C在 14 - 3 - 3结合位点直接磷酸化遭到质疑 。 在体外试验中发现，p38磷酸化Cdc25B或Cdc25C蛋白的 残基而不是14 - 3 - 3结合位点，这不会导致Cdc25B或 Cdc25C蛋白与14 - 3 - 3的相互作用。 相反，p38的下游激酶激活蛋白激酶2（MK2，又称为 MAPKAPK2）直接磷酸化14 - 3 - 3结合基序在Cdc25B或 Cdc25C蛋白位点，由14-3-3蛋白引起了Cdc25B或Cdc25C蛋 白的封存。MK2的下调阻止了紫外线造成G2 - M，G1和S期 检查点和敏感细胞对紫外线诱导的细胞调亡。 由化疗药物引起的DNA损伤，通过ATM和它的同源性共济失 调毛细血管扩张症和Rad3（ATR），也导致了p38- MK2途径 的激活。在p53缺失的细胞中，由MK2灭活的G2-M检查点的 废除与从14-3-3蛋白中分解Cdc25B有关，而S期检查点的丢 失与Cdc25A受损退化相关。不过，目前还不清楚这些观点是 否代表了所有细胞的通用机制或某些特定细胞系一个特殊机 制。 p38和肿瘤抑制 p38蛋白激酶在细胞增殖的负调控中的作用表明 ，该途径可能与抑制肿瘤发生有关。事实上，越 来越多的证据显示，这一途径的灭活支持体外细 胞转化和促进小鼠癌症模型中癌症的发展。 细胞培养模型 动物模型 细胞培养模型 在具有明确致癌基因的细胞转化模型中，p38通路失调或 者增强了那些已经转换的细胞的致瘤性表型或者取代了原 癌基因促进肿瘤的发生。 p38蛋白在某些情况下通过其凋亡功能抑制转化细胞的致 瘤性。几项研究报告表明，p38能够拮抗Ras基因的致癌 活性。p38a针对性删除增强通过MEFs细胞在裸鼠体内形 成肿瘤，MEFs细胞已经由腺病毒编码的E1A基因和激活 的Ras癌基因转化。 这一发现已经被最近一项研究阐述，在被激活的Ras基因 诱导的氧化应激反应之后，p38介导细胞发生凋亡。 在这项研究中，p38a的删除大大增强了被活化RAS基因或 其他的可造成自发永生化MEFs细胞活性氧积累的致癌基因 的致瘤性表型。 相反，p38被一个有结构活性的MKK6异位表达的激活抑制 ras基因诱导的转化。在这些已转化细胞，至少p38的一部分 肿瘤抑制功能是因为它能够调解细胞凋亡作为一种激活的癌 基因诱导活性氧累积的结果。 被RAS诱导的活性氧阻断p38的活性结果导致积累的细胞活 性氧的水平增加，这是众所周知的促进转化表型。 另据报道p38a能够对抗致癌基因的转化，由小鼠成纤维细胞 中激活的N - ras基因和结肠癌细胞株中激活的K - ras基因诱 导的，然后再通过使其凋亡起作用。 在永生化小鼠NIH3T3成纤维细胞中，p38途径提供了一个 负反馈机制对抗ras致癌基因 。Ras致癌基因连续激活MEK ，p38和p38的两个下游激酶（MK2的和PRAK），这反过 来又抑制ras基因通过阻断JNK的活化诱导细胞增殖。 在正常情况下，非转化细胞中，p38途径抑制了通过调解 OIS引发肿瘤。在小鼠的主要的成纤维细胞中，p38的下游 激酶PRAK的针对性的缺失致使单靠致癌ras基因没有合作 突变的转变。 在人类细胞转化中shRNA蛋白激酶取代MDM2蛋白的能力 也与发现在OIS中蛋白激酶直接把p53基因作为目标一致。 RAS基因致衰老的旁路通过使与p38结合的联合作用物质生 长抑制和DNA损伤诱导Gadd45a蛋白的删除也可使ras基因 在MEFs细胞中转化。两者合计，这些研究明确表明，在主 要细胞中p38对肿瘤启动的抑制与它能够调解OIS的能力有 关。 动物模型 虽然p38a删除使胚胎致死，最近在条件性敲除小鼠的研究 中已经表明，在体内p38a能负调控细胞增殖和肿瘤发生。 在一项研究中， p38a的缺乏提高了多起源细胞的增殖并 促进化学性肝肿瘤的发展，与JNK通路上调相关联。另一 项研究表明，p38a删除导致细胞增殖增加和肺干细胞有缺 陷的分化增加和祖细胞增加，并使小鼠易被K - rasG12V癌 基因诱导发生肺癌 。 在这些模型中，发现在PRAK -/-和PRAK+/-小鼠中肿瘤发生 机率提高，PRAK的肿瘤抑制功能是单倍体缺失，至少在 皮肤癌变模型中是这样。 对DMBA诱发的PRAK缺陷小鼠皮肤癌变的加速是伴随着 衰老的妥协诱导，这表明PRAK肿瘤抑制效应是通过它能 够调解癌基因诱导的衰老器实现的。DMBA诱发的皮肤癌 分为三个阶段：启动（如稳定RAS癌基因激活，诱导，致 癌），推广（促癌物引起的转基因细胞的增殖，例如TPA ）和进展（侵入性的乳头状瘤转化为癌）。 如果没有致瘤者TPA，DMBA在多数菌株中诱发肿瘤的形 成是很困难的，而在TPA存在的情况下，使DMBA诱导皮 肤肿瘤有效。 PRAK抑制了皮肤癌肿瘤推广阶段，因为PRAK删除并没 有对DMBA和TPA双重作用诱导的皮肤肿瘤的发病或延迟 产生作用，尽管它大大提高了在没有任何肿瘤启动者情况 下DMBA诱导的皮肤肿瘤的发生。 有趣的是，尽管事实上PRAK是由p38激活用以强调在细 胞培养，PRAK缺陷小鼠正常响应到内毒素，并显示在不 变的细胞因子的产生以响应脂多糖。 这表明，PRAK可能只调解癌基因诱导的衰老器和抑制肿 瘤，而不参与p38促发炎症的功能。 p38磷酸酶Wip1的删除能抑制由于erbB2基因或病毒同源 活化的Ha-ras基因引起的乳腺特异表达的小鼠的乳腺肿瘤 的发生，这两种基因都是由乳腺肿瘤病毒的启动子携带的 。 Wip1 -/-小鼠由erbB2基因引起的对肿瘤诱导的阻力一部分 归因于细胞凋亡的增加。由于SB203580的治疗导致p38 的灭活恢复了MMTV-erbB2基因诱导的Wip1 -/-小鼠乳腺肿 瘤的形成。 在互惠实验中，小鼠在乳腺上皮有针对性的表达Wip1容 易被MMTV- erbB2 转基因诱导乳腺肿瘤，当活性MKK6组 成成分引入这些小鼠体内