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信号转导在癌症治疗中的应用文献综述 内容摘要癌症是当今社会危害人类健康的首要疾病之一，其治疗手段有很多，一般为放疗、化疗。生物治疗作为今年来新兴的癌症治疗方法，正越来越吸引科学工作者的注意。在对癌症的生物治疗方面，利用癌细胞信号转导通路的特殊性来治疗癌症为其主要研究方向之一。本文就信号转导在癌症治疗中的应用，主要谈了癌细胞的特殊信号通路及抑制通路达到治疗的方法，并对癌症的预防和检测做了展望。关键词：信号传导JAK-STAT通路MAPK通路Wnt通路肿瘤癌症抑制基因表达引言：恶性肿瘤是当今世界上危害人体健康最严重的疾患之一。据WHO统计，全球每年因患癌症死亡约600余万人。在我国，每年约有100多万新发现的肿瘤病人，而且目前现有的治疗方法像手术、放疗、化疗对身体伤害极大，其他先进技术像生物治疗、基因治疗等有较多的禁忌症、且治疗费用较高，不能被一般百姓所接受。因此，寻找新型治疗方法仍是我国及世界各国所关注的焦点。众所周知：肿瘤的发生、发展是多种基因参与、多阶段的过程，其中细胞信号传导通路与肿瘤的演化密不可分。侵袭和转移是恶性肿瘤的生物学特性之一,涉及癌基因和抑癌基因的激活或失活,许多癌基因和抑癌基因位于不同信号传导通路的不同部位,对肿瘤的发生、发展、侵袭和转移具有重要的作用。Notch、JAK-STAT、MAPK、Wnt信号传导通路与肿瘤侵袭转移的分子机制具有密切的关系。因此,深入研究信号传导通路与肿瘤侵袭和转移的机制必将为肿瘤靶向性基因治疗提供新的分子靶点和途径。本文通过研究肿瘤的侵袭及转移与其信号传导分子的变化规律以探讨肿瘤发生的内在本质，为治疗和预防提供了科学依据，为通过信息调控系统开发研制抗癌新药提供了新的途径。信号转导在癌症治疗方面的应用很多，主要的治疗手段分为三种：直接通过物质抑制癌症细胞的信号传导诱导其凋亡；诱导或抑制基因表达产物从而抑制癌症细胞的信号传导；物理方法抑制癌症细胞的信号传导，通过物理方法如辐射，光动力等破坏癌细胞中关键物质的活性及分子结构从而阻碍信号通路的转导。本文将主要就这三种通路来谈一下信号转导在癌症治疗中的应用。1.1信号传导在肿瘤发生和治疗的作用肿瘤的发生发展是多种基因参与多阶段的过程，其中信号转导通路与肿瘤的演化密不可分。以通路为基础的功能实验研究致力于识别癌症中同信号通路的潜在癌变，这或可为更有效的治疗及更好的效果铺砌一条道路。一项有关胰腺癌的综合性遗传学分析鉴定了63种遗传变异，由这些变异确立了12个核心细胞信号通路，该12个核心信号通路在67%-100%的肿瘤中存在遗传变异。主要对Notch、JAK-STAT、MAPK、Wnt信号传导通路在肿瘤侵袭和转移中的作用作一下讲解。1.1.1Notch通路1.1.1.1 Notch通路简介Notch信号转导通路由Notch受体、Notch配体和CSL构成DNA结合蛋白3部分组成。哺乳动物有Notchl、2、3、4等4个异构体。Notch受体的细胞质部分(NIC)有4个保守区域组成。1.1.1.2 Notch通路过程DSL和Notch受体结合，Notch受体激活，-促分泌酶(-secretase)和肿瘤坏死因子-转化酶(TNF-converting enzyme,TACE)切割Notch受体蛋白，产生ICN(Intracellular domain of Notch)。ICN进入细胞核，生成CLS-ICN复合体，激活HES等分化拮抗基因的表达。1.1.1.3 Notch通路与细胞癌变据文献2报道Notch是通过Akt、P38、STAT3等基本信号通路调节干细胞增殖的。Notch和肿瘤的关系最先是在T细胞白血病中发现的：由点突变或者染色体易位t(7；9)(q34：q343)引起的T细胞白血病中，Notch通路都是持续活化的3。随后的研究表明，许多肿瘤都与Notch信号通路活性的改变有关。鉴于Notch信号通路在细胞分化、增殖以及机体发育过程中发挥极其重要的作用，其信号传递异常会导致肿瘤的发生也在意料之中。这一关系首先在人类急性T淋巴细胞白血病中得以证实，其病因是染色体易位使hNotch 1基因与T细胞受体基因融合，产生组成型活化的hNotch 1突变体导致Notch信号的过度活化4。随后的研究发现在前列腺癌5、乳腺癌6、子宫颈癌7等多种肿瘤细胞及其衍生的细胞系中，均存在Notch受体及配体的异常表达。除Notch受体及配体变异可引发肿瘤外，该信号通路中介导NICD与CSL结合的辅助因子MAML突变也可导致肿瘤发生8。另外，Notch信号也可与其他信号通路互作共同诱发肿瘤。例如，Notch 1突变体通过与Myc协同作用加速淋巴瘤生成和恶化9。然而，有人发现Notch也可扮演抑癌基因的角色10，这也反映了细胞所处微环境与Notch信号发挥的具体功能密切相关。HaJlah等人应用小鼠小脑颗粒前体细胞转导sonichedgehog(SHH)信号通路的活化型smo讪end基因制备髓母细胞瘤模型，发现不但SHH通路的靶基因Glil及NInyc表达增高，而且Notcll2及其靶基因Hes5表达亦随之增高：说明sHH信号通路可诱导Notch信号通路活性增高。应用可溶性Deha配体及Y-分泌酶抑制剂可抑制细胞增殖，诱导凋亡11。1.1.2JAK-STAT通路1.1.2.1 JAK-STAT通路简介JAK是一种重要的酪氨酸蛋白激酶,STAT是一种重要的核转录因子。细胞因子与受体结合后激活JAK,再进一步激活STAT。研究发现,STAT3在多种肿瘤组织中异常表达和激活,并与肿瘤的增殖、分化、细胞凋亡、血管生成、浸润转移和免疫逃避密切相关。STAT3蛋白的活性形式在多种肿瘤的侵袭和转移过程中起着重要的作用。例如胸腺上皮细胞瘤、结直肠腺瘤、具有淋巴结转移的皮肤鳞状细胞癌等。JAK（just another kinase或janus kinase）是一类非受体酪氨酸激酶家族，已发现四个成员，即JAK1、JAK2、JAK3和TYK1，其结构不含SH2、SH3，C段具有两个相连的激酶区。1.1.2.2 JAK-STAT通路过程细胞因子与相应的受体结合后引起受体分子的二聚化，这使得与受体偶联的JAK激酶相互接近并通过交互的酪氨酸磷酸化作用而活化。JAK激活后催化受体上的酪氨酸残基发生磷酸化修饰，继而这些磷酸化的酪氨酸位点与周围的氨基酸序列形成“停泊位点”（docking site），同时含有SH2结构域的STAT蛋白被招募到这个“停泊位点”。最后，激酶JAK催化结合在受体上的STAT蛋白发生磷酸化修饰，活化的STAT蛋白以二聚体的形式进入细胞核内与靶基因结合，调控基因的转录。值得一提的是，一种JAK激酶可以参与多种细胞因子的信号转导过程，一种细胞因子的信号通路也可以激活多个JAK激酶，但细胞因子对激活的STAT分子却具有一定的选择性。例如IL-4激活STAT6，而IL-12却特异性激活STAT4。1.1.2.3 JAK-STAT通路与细胞癌变杨光等发现12：STAT3表达高的肿瘤细胞,MMP2表达也较高,通过转染STAT3至侵袭性较差的肿瘤细胞,观察到STAT3可直接与MMP2启动子结合并刺激MMP2表达上调。STAT3通过刺激MMP2的表达增加了肿瘤的侵袭和转移。在原位胰腺肿瘤动物模型中,阻断STAT3的活性可明显抑制VEGF的表达、血管生成和胰腺肿瘤的肝转移。大鼠的黑色素瘤模型中,沉默STAT3的活性可明显减少MMP-2的表达,降低黑色素瘤的肺转移。增强STAT3的活性可以使黑色素瘤细胞MMP-2、VEGF表达升高增加肿瘤的侵袭和血管生成,从而使转移能力增强。在白血病细胞中普遍存在着JAK-STAT信号通路的持续激活，因此，STAT蛋白也就成为重点检测的指标之一。激酶JAK对整个信号通路激活起着关键作用。迄今，我们已经在人体白血病细胞中发现了很多JAK基因的点突变，其中的一些点突变造成激酶JAK持续激活STAT蛋白。最典型的例子就是JAK2 V617F突变（蛋白JAK2第617位的缬氨酸突变成苯丙氨酸）造成JAK-STAT信号通路的异常激活。曾有一份针对白血病患者的统计结果显示，222例AML（acute myeloid leukemia，急性骨髓系白血病）患者中有4例出现JAK2 V617F突变，其中3例有MPD（myeloproliferative disorders，骨髓增生综合症）病史。另外，116例CML（chronic myeloid leukemia，慢性骨髓系白血病）患者中有9例出现JAK2 V617F突变。此外，JAK蛋白的其它突变形式也与很多白血病类型紧密相关。1.1.3通路1.1.3.1通路简介MAPK信号通路是真核细胞介导细胞外信号到细胞内反应的重要信号传导系统,受刺激后发生磷酸化而活化。调节着细胞的生长、分化、分裂、死亡以及细胞间功能同步化过程。在真核细胞已经确定出4条MAPK信号传导通路,即ERK(extracellular signal regulatedkinase)、JNK(c-JunN-terminal kinase)、p38MAPK(p38mitogen activatedprotein ki2nase)、ERK5(extracellular regulatedkinase 5)。ERK通路,即Ras-to-MAPK通路,是MAPK系统主要的和经典的通路,主要传递细胞丝裂原信号,参与调节细胞周期及促进细胞增殖分化。1.1.3.2通路过程ERK级联反应包括典型的3个层次MAPKs的序贯激活过程。Raf蛋白(MAPKKK)的激活能磷酸化MEKl2(MAPKK)，并使后者激活，从而使随后的ERKl2(MAPK)发生双重磷酸化而被缉获。1.1.3.3通路与细胞癌变近年来发现MAPK在细胞恶变和肿瘤侵袭转移过程中起重要作用。Mehta研究发现与良性前列腺组织相比,ERK5上游激酶MEK5在前列腺癌细胞中表达增加,也证实MEK5的高表达与前列腺癌细胞骨转移相关。MEK5的转染实验可以诱导前列腺癌细胞增殖、增强癌细胞活性并促进癌细胞转移。因此证实MEK5是一个与前列腺癌转移有关的关键的信号分子。在早期的肠道肿瘤发生过程中,MAPK途径活化促进MMP-7的表达。在大肠癌中,活化Ras-to-MAPK通路在诱导VEG的表达起重要的作用。这些基因均可促进肠道肿瘤的侵袭和转移。有人研究乳腺癌的癌细胞经TGF-刺激可进一步增殖侵袭和转移,它的分子机制是通过激活p38MAPK信号途径促进了侵袭转移相关的基因表达。Tanaka研究发现,在卵巢癌细胞株TGF-可促进u-PA的表达,从而增加肿瘤细胞的侵袭性,其机制是TGF-通过激活MAPK通路上调u-PA的表达,增加肿瘤细胞的侵袭。阻断MAPK信号通路,可抑制雌激素依赖性妇科肿瘤如子宫内膜癌、卵巢癌细胞的增殖。Hsiao通过体内和体外实验,MAPK抑制剂可使肿瘤细胞株的MMP-2和u-PA表达下降,降低肿瘤细胞的侵袭性。说明在肿瘤细胞侵袭和转移的过程中,MAPK信号通路可能是起重要作用的信号通路,阻断MAPK途径为肿瘤侵袭转移的治疗提供了新的方向。1.1.4 Wnt通路1.1.4.1 Wnt通路简介Wnt是一类分泌型糖蛋白，通过自分泌或旁分泌发挥作用。Wnt信号通路的主要成分包括：分泌蛋白Wnt家族、跨膜受体Frizzled家族、CK1、Deshevelled、GSK3、APC、Axin、-Catenin、以及转录因子TCF/LEF家族。Wnt信号通路是一个复杂的调控网络，目前认为它包括三个分支：经典Wnt信号通路，通过-Catenin激活基因转录；Wnt/PCP通路（planner cell polarity pathway），通过小G蛋白激活JNK（c-Jun N-terminal kinase）来调控细胞骨架重排；Wnt/Ca2+通路，通过释放胞内Ca2+来影响细胞粘连和相关基因表达。1.14.2Wnt通路过程当细胞没有接受Wnt信号刺激时，细胞质内大部分的-Catenin与细胞膜上Cadherin蛋白结合使之附着于细胞骨架蛋白肌动蛋白上，参与细胞的黏附作用。而少部分的-Catenin被磷酸化后，与GSK3等形成降解复合物，最终通过泛素化修饰而降解。Wnt信号的激活就是指分泌型的配体蛋白Wnt与膜表面受体蛋白FZD结合后，激活胞内蛋白DVL。DVL通过抑制GSK3等蛋白形成的-Catenin降解复合物的降解活性，稳定细胞质中游离状态的-Catenin蛋白。胞浆中稳定积累的-Catenin进入细胞核后结合LEF/TCF转录因子家族，启动下游靶基因（如c-myc、Cyclin D1等）的转录。我们可以把Wnt信号通路简单概括为：WntFZDDVL-Catenin降解复合体解散-Catenin入核TCF/LEF下游基因转录。1.1.4.3Wnt通路与细胞癌变在正常成熟细胞中,Wnt通路处于关闭状态,胞浆中的-catenin大部分与突出于细胞膜的E-cadherin结合。目前发现Wnt信号途径激活有三条途是:Wnt/Ca2+途径、平面细胞极性途径和正规Wnt途径。当Wnt通路处于激活状态时,-catenin不被降解,而是逐渐积聚进入细胞核,与转录因子相互作用,启动转录过程,调控相应的基因表达。人类肿瘤如乳腺癌、食管癌、结直肠癌、恶性黑色素瘤、白血病、前列腺癌、子宫内膜癌、原发性肝癌、甲状腺癌、胰腺癌等均存在Wnt通路异常。有许多研究己经证明在肿瘤的发生和进展中Wnt信号通路发挥着作用。结肠癌、黑色素瘤、原发性肝癌信号通路中成分改变，即：APC、轴蛋白、-连环蛋白的突变或缺失。Wnt通路的激活突变是小肠早期恶性前病变的主要遗传改变。1.2信号转导在癌症治疗中的应用由于基因突变导致错误产物异常表达和激活或一些产物的过度表达，影响了细胞正常的信号传导，而导致细胞增生变形并凋亡延迟引起癌症。故癌症的治疗可以通过降低这类物质在生物体内的含量和活性，抑制其信号传导途径，使其细胞周期被人为的阻断在G1期，而触发癌症细胞凋亡。在肿瘤发生时,如果能成功诱导肿瘤细胞的凋亡,不仅对原发肿瘤的治疗,对肿瘤的复发和转移的治疗也有积极的意义。如抑制PI3K-Akt-mTOR信号通路13或用TET（粉防己碱抑制PI3K-Akt-GSK3B信号通路14，从而促进癌症细胞的凋亡达到治疗癌症的目的。表1.mTOR抑制剂15mTOR Inhibitors抑制剂RAD-001Docetaxel Zoledronic acidC4-2 intra-tibialSignificant decreases in tumor growth with addition of drugs in combinationRAD-001Akt1 transgenicReversed high grade PIN lesionsRapamycin雷帕霉素IRS-1 ASOPC-3 s.c.Significant growth inhibition by rapamycin;additive effect with IRS-1 ASO;IHC-20%decreased proliferative index by rapamycinRapamycinHDAC inhibitorPC-3 s.c53%tumor volume reduction alone;80%reduction in combinationCCI-779DocetaxelPC-3DU 145 s.c.Inhibited growthsignificant decrease in Ki-67 indexCCI-779DoxorubicinPC-3 s.c.Reduced tumor growth by 40%alone and by 69%in combination with doxorubicin on doxorubicin resistant cells.总的来说，降低这类物质在生物体内含量和活性的方法主要有三种：(1).直接通过物质抑制癌症细胞的信号传导诱导其凋亡。如一些抗癌药物能抑制信号转导中关键酶或物质的活性从而抑制癌症细胞的生长使其死亡。(2).诱导或抑制基因表达产物从而抑制癌症细胞的信号传导。抑制某些基因位点的过表达，从而阻止其对信号通路的不良影响，从而阻止癌细胞的生长。(3).物理方法抑制癌症细胞的信号传导，通过物理方法如辐射，光动力等破坏癌细胞中关键物质的活性及分子结构从而阻碍信号通路的转导。1.2.1通过物质抑制癌症细胞的信号转导抑制癌细胞信号传导并诱导其凋亡的物质有很多，包括神经生长因子，酪丝亮肽（YSL），以及一些从中药材中提取出来的物质如：白花蛇草提取物（它可影响EGF介导的Erk信号传导通路中Erk1/2蛋白磷酸化16），表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin3-gallate,EGCG)和染料木黄酮（两者均可抑制特异的酪氨酸激酶(RTKs)及其相应的下游信号通路RAS/MAPK和PI3K/AKT途径,从而发挥其抗肿瘤作用17）等。下面以表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin3-gallate,EGCG)对特异的酪氨酸激酶(RTKs)及其相应的下游信号通路RAS/MAPK和PI3K/AKT途径的抑制作用为例来说明这类物质对癌症治疗的作用机理。靳西凤等发现17，EGCG可通过下调肿瘤细胞EGFR/PI3K/AKT/Sp-1信号通路，抑制FAS表达,同时抗乳腺癌细胞增殖。此外,EGCG也可通过增强PI3K/AKT信号通路，抑制糖原合成酶(G S K)对神经细胞发挥保护作用使细胞发生G1期阻滞。持久的EGCG处理则导致凋亡细胞死亡.1.2.2诱导或抑制基因表达产物抑制癌症细胞的信号传导目前认为人类肿瘤的发生是控制正常细胞增殖，分化和凋亡的多个基因突变的结果。这种突变包括致癌基因的活化和抑癌基因的失活。因此，癌症的治疗可以从制致癌基因的表达或促进抑癌基因的表达方面入手。1.2.2.1致癌基因与抑癌基因肿瘤的发生、发展与癌基因的异常激活和(或)抑癌基因失活密切相关,其基因产物涉及生长因子、生长因子受体、信号传导分子、转录因子、细胞周期调节因子等方面。致癌基因是指形成与细胞癌化有直接关系的蛋白质的基因，包括肉瘤基因，急性白血病基因。抑癌基因则与之相反，主要包括：转录调节因子，如Rb、p53；负调控转录因子，如WT；周期蛋白依赖性激酶抑制因子（CKI），如p15、p16、p21；信号通路的抑制因子，如ras GTP酶活化蛋白（NF-1），磷脂酶（PTEN）；DNA修复因子，如BRCA1、BRCA2。与发育和干细胞增殖相关的信号途径组分，如：APC、Axin等。1.2.2.2抑制致癌基因突变细胞中存在一些致癌基因较其他基因极易突变，如Ras就是人类癌症基因中最容易突变的基因之一，因此发展以这类基因信号转导通路为靶点的抗肿瘤剂具有很好的药学前景。宋艳等发现18Ras信号抑制剂如法尼酰基转移酶抑制剂可逆转Ras依赖的转化比干导致肿瘤细胞的退化。该抑制剂具有选择性抑制Ras翻译后修饰的作用，且动物实验已证明没有全身系统性。1.2.2.3诱导抑癌基因突变研究发现某些药物可以通过影响抑癌基因的突变从而达到治疗癌症的目的。安宁等发现19Rg3对人肺腺癌A549细胞株的基因表达有显著影响。基因芯片检测到Rg3干预后,A549细胞有24个基因发生差异表达,其中2个细胞信号和传递蛋白基因以及2个细胞骨架和运动基因上调,原癌基因和抑癌基因下调的有3个,蛋白翻译合成的基因2个下调、1个上调,DNA合成修复重组和代谢相关基因1个、免疫相关基因1个下调,代谢基因1个上调。该结果表明Rg3对肺腺癌A549细胞株的作用是多基因、多靶点的,通过影响肿瘤细胞信号传导相关基因的表达也可能是Rg3抗肿瘤作用的机制之一。1.2.3诱导或抑制基因表达产物抑制癌症细胞的信号传导一些物理方法，如光动力疗法（PDT）也能影响癌细胞信号传导通路，从而达到治疗癌症的作用。PDT等外界刺激因素的作用会导致细胞多种信号传导系统产生变化，例如磷酸化与去磷酸化,钙离子或cAMP等第二信使活性的改变，蛋白酶的激活。同时，PDT还可以改变粘附因子、细胞因子的表达。故可影响肿瘤细胞信号传递而诱导其凋亡。1.3展望现今癌症已成为世界上死亡率最高的疾病之一，而且国内所诊断的癌症病人大多发现于中晚期。鉴于中晚期癌症的治疗难度，我们可以向人类预防天花一样寄希望于癌症疫苗，以及癌症早期的检测手段。目前已经有部分癌症疫苗如宫颈癌疫苗在部分发达国家广泛接种,但是该疫苗原理为宫颈癌是为数不多的病毒感染性癌症之一。对于其他非病毒感染的癌症，我们希望能够运用癌症细胞的信号传导的特殊性研究出新型疫苗。因为癌细胞突变的位点仍有规律可循，突变所表达产生的错误蛋白种类也掌握较多，我们希望有疫苗能结合常见易突变的位点错误的突变产物，以此达到抑制癌症发生的目的。另外，提高仪器对错误突变产物，以及其所影响的信号传导途径而造成体内物质种类和水平的变化的识别作用，早发现早治疗。参考文献1Rric 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