以Ras信号通路为靶标的抗肿瘤治疗研究进展.doc

肿瘤药理学论文以Ras信号通路为靶标的抗肿瘤治疗研究进展（综述）To Ras signaling pathways as target anti-tumor therapy progress(Review)以Ras信号通路为靶标的抗肿瘤治疗研究进展摘要：Ras在信号转导、细胞增殖、恶性转化、肿瘤侵袭转移等方面起重要作用。本文着重介绍了Ras基因、Ras蛋白的生化特性以及Ras信号转导通路中信号分子的具体作用和潜在的治疗作用靶点。关键词：Ras 信号转导 肿瘤 研究进展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。Ras是人类癌症基因中最容易突变的基因之一，因此发展以Ras信号转导通路为靶点的抗肿瘤抑制剂具有很好的药学前景。在所有的人类肿瘤细胞中，Ras基因的变异占2O 30，Ras变异发生率最高的是胰腺癌(90 )，其次为结肠癌(50 )和肺癌(30 )。Ras突变最常见的位点是12、13、61密码子1 Szu-Hsien Yu，Tong-Hong WSpeeific repression of mutant K-RAS by 10-23 DNAzyme：Sensitizing cancer cell to anti-cancer therapies JBiochemical and Biophysical Research Communications，2009，378 (2)：230234。 研究发现大约30 的人类肿瘤存在Ras基因突变，且多种肿瘤均检测到p21Ras过表达，表明Ras基因突变和p21Ras过表达确实与恶性肿瘤的发生有关。因此，针对Ras蛋白的肿瘤靶向治疗也成为肿瘤治疗学的研究热点。本文将以Ras信号通路为靶标的抗肿瘤治疗研究综述如下。一、Ras基因概述1Ras基因结构Ras基因家族成员包括H-Ras、K-Ras和N-Ras三种，属于细胞内信号传导蛋白类原癌基因2 Krishnaraj AlbertRas oncogenes and their downstream targetsJBiochimica et Biophysica Acta，2007，1773(4)：11771l95。人类大多数细胞中都表达Ras基因，特别是在不成熟细胞和某些末期分化细胞中有高水平表达，且其表达具有组织特异性3 Mendelshon J，Baselga JEpidermal growth factor targeting in cancerJSemin Oncol，2006，33(4)：369385：H-Ras主要表达于表皮和骨骼肌，K-Ras主要表达于大肠和胸腺，N-Ras主要表达于男性胚胎时期的胸腺。研究已证实 4 Scartozzi M，Bearzi I，Berardi R，et a1Epidermal growth factor receptor(EGFR) downstream signalling pathway in primary colorectal tumours and related metastatic sites：optimising EGFR-targeted treatment optionsJBritish Journal of Cancer，2007，(97)，92-97N-Ras定位于1号染色体短臂上(1 p22p32)，而H-Ras与K-Ras分别定位于1l号染色体(1lp15.1-pl5.3)上和12号染色体(12p1.1-pter)上，除了K-Ras第四个外显子有变异外，每个Ras基因编码p21的序列都平均分配在四个外显子上，而内含子的序列及大小相差很大5 何太平，严卫红. Ras信号转导通路J.国外医学临床生物化学与检验学分册，2004,1（25）：74-76.。三种Ras基因结构相似，都含有4个编码的外显子和一个5末端不表达的外显子，编码由1 89个氨基酸组成的结构相似的蛋白，分子量为21 KD，通称p21 Ras蛋白。K-Ras基因由于第四个外显子拼接方式不同，可由l 88和1 89个氨基酸的两种产物：K-RasA和K-RasB。2Ras基因功能正常生理情况下，Ras基因所编码的Ras蛋白以软脂酸共价键形式固定于细胞膜的内表面，其在功能上与G蛋白相似，具有与鸟苷酸结合的能力，对GTP和GDP具有高度亲和力。通常情况下细胞内的Ras蛋白处于非活化状态，此状态下的Ras蛋白的特征是具有能够与GTP结合的构象，在受到信号传递通路上游某一外界因子刺激时，使GDP变成GTP，随后Ras蛋白发生构象改变，成为活化状态。活化的Ras蛋白与效应分子相互作用，实现生长信号的传递。一般活化的Ras蛋白在自身的GTP酶催化水解作用下会迅速失活，转变为GDP结合的非活化状态。Ras蛋白通过与GDP和GTP结合并水解GTP完成其对正常生长信号的传递和调节功能6 Davis RJThe Mitogen-activated protein kinase signal transduction pathwayJJBiol Chem，1993，268(20)：14553-14556。二、RasMAPK信号转导通路Ras能被复杂的网络激活。正常的Ras信号转导系统包括：Ras活化、Ras蛋白生成及信号转导、Ras下游效应分子。在其上游有依赖GrbSos的Ras激活通路，下游靶点有RasMAPK(丝裂原活化蛋白激酶)通路、RhoRac通路及一些潜在的靶点(如P13K、Raf、Rho、等)。RasMAPK信号转导通路是一个典型的核内激活转录因子的级联反应通路，在受体信号和Gl期进展之间起着关键作用，是细胞外信号引起细胞核反应的重要通路同时也是多种信号途径会合点之一7 Lowy DR，Willumsen BMFunction and regulation of rasJAnnu Rev Bioehem，1993，62(3)：851-891。p21Ras是一种信号传递蛋白，其功能是调节细胞的分化增殖。正常情况下为与GDP结合的非活化状态，与GTP结合后则变成活化状态。p21Ras的信号传递过程如下：外源性增殖信号如表皮生长因子(EGF)与其细胞膜上的受体(her2)结合后，该受体胞膜内侧的酪氨酸残基发生磷酸化，磷酸化的酪氨酸残基又与其适配蛋白如Grb2的SH2区结合，Grb2分子的SH3区又与SOS蛋白相合。SOS蛋白是鸟嘌呤分离刺激因子，在其作用下，p21 Ras与GDP分离然后与GTP结合而活化。活化的p21Ras又激活下游的效应子如丝氨酸一苏氨酸激酶raf-1、磷酸肌醇3激酶PI3K、磷酸脂酶C(PLC)，这些下游效应子的激活启动了相应的效应链，从而导致细胞的增殖8 甄时建 ，杨举伦. 以ras信号通路为靶标的抗肿瘤治疗研究进展J. 16床与实验病理学杂志2008,24(5):607-611。正常情况下Ras信号链只有短暂的活性，因为细胞内的GTP酶激活蛋白(GAP)能激活GTP酶，及时降解与p21Ras结合的GTP；此外p21Ras自身也有低度GTP酶活性，能够降解与其结合的GTP，从而使p21Ras转变成与GDP结合的非活性状态。可是一旦出现下列情况，p21Ras将与GTP长时间结合使细胞增殖失去控制，导致细胞恶性转化。三：以Ras信号通路为靶标的抗肿瘤治疗1. Ras基因家族及其相关酶系在细胞生长过程中的活动Ras蛋白作为细胞浆的前体蛋白，发挥全部的生物学活性需要进行一些翻译后的修饰。这些修饰包括异戊二烯化、蛋白水解、羧甲基化和棕榈化9 Yu cHan W，Shi T，et a1PTPIP51.a novel 14-3-3 bindingprotein，regulates cell morphology and motility via Raf-ERK pathway JCellular Signalling，2008，2O(12)：22082220。蛋白的异戊二烯化是通过类异戊二烯为中间体的生物合成途径，这个过程被以下3种不同的酶催化：法尼酰基转移酶FTase、二牛龙牛儿基转移酶I(GGTase)、二牛龙牛儿基转移酶H (GGTase)。法尼基化是Ras翻译后修饰的第一步。这个修饰通过以硫醚共价键将一个15碳的法尼基残基连接到包含有CAAX序列的半胱氨酸蛋白的羧基端。该过程被法尼酰基转移酶催化，该酶是由45千道尔顿和48千道尔顿两个亚单位组成的异源二聚体(FGGI和F)。酶底物的结合位点FPP和CAAX序列均存在于F-和F-单位上10 Basso A DKirschmeier P。Bishop W R Lipid posttranslational modificationsFamesyl transferase inhibitorsJLipid Respect，2006,47(1)：1531。许多Ras蛋白在法尼基化的羧基末端的1或2个半胱氨酸附近进行棕榈化，从而进一步类脂化。类似于法尼基化，HRas的棕榈化在体内信号功能中起重要作用11 Semir Kumar PRas regulation of DNA-methylation and cancerJ.Experimental cell research，2008，314(6)：11931201。与法尼基化和蛋白水解作用相反，Ras蛋白的棕榈化和甲基化均是可逆的，而且是有一定的规律。 21 法尼基化转移酶(FTIs)抑制剂Ras蛋白翻译后羧基端的法尼基化是Ras蛋白定位于细胞膜内侧所必需的首要的修饰过程。因此，Ras蛋白翻译后羧基端的法尼基化是开发新的合理的抗Ras信号通路治疗药物的早期靶标。可以开发以下几种Ras蛋白法尼基化抑制剂：(1)Ras蛋白C端的CAAX序列类似物，这种CAAX序列类似物能与法尼基化转移酶竞争性结合；(2)开发一些能与已经法尼基化的焦磷酸基团竞争性结合的化合物；(3)开发被称作为双底物类似物的药物同时具有法尼基化的焦磷酸盐和CAAX序列的特性，从而模拟Ras蛋白法尼基化过程中的转变状态12 甄时建 ，杨举伦. 以ras信号通路为靶标的抗肿瘤治疗研究进展J. 16床与实验病理学杂志2008,24(5):607-611.。 22 抗Ras和RAF的反义寡核苷酸 目前已进入临床试验阶段以Ras蛋白信号通路为靶标的另一种治疗方法是抑制H-Ras和下游靶标c-RAF1的表达。Crooke13 Crooke S TPotential roles of antisense technology in cancer chemotherapyJOncogene，2000，19(56)：66516659 研究显示合成的小分子反义寡核苷酸能特异地与表达H-Ras蛋白和c-RAF1蛋白的mRNA结合并能抑制H-Ras蛋白和c-RAF1蛋白的表达。ISIS药物(ISI$2503、ISIS5132)已经被成功开发成几种稳定的能有效地减少细胞内H-Ras或c-RAF1表达的寡核苷酸磷硫酰衍生物14 Chen G，Oh S，Monia B P，et a1Antisense oligonucleotides demonstrate a dominant role of c-Ki-RAS proteins in regulating the proliferation of diploid humanfibroblastsJJ Biol Chem，1996，271(45)：282592826515 Mania B P，Johnston J F，Geiger T，et a1Antitumor activity of a phosphorothioate antisense oligodeoxynucleotide targeted against C-raf kinaseJNat Med，1996，2(6)：668675.。 23 以Ras效应子通路为靶标的激酶抑制剂近几年，制药公司一直努力研发有效的蛋白激酶抑制剂，临床上印象最深的蛋白激酶抑制剂是BCR-ABL抑制剂，这种抑制剂应用于治疗慢性髓细胞性白血病是一个巨大飞跃16 Sawyers C LRational therapeutic intervention in cancer：kinasesas drugtargetsJCurr Opin Genet Dev，2002，12(1)：111一l15。由于MAPKs ERK1和ERK2的磷酸化状态决定了RAF-MAPK 通路的活化17 Hoshino R，Chatani Y，Yamori T，et a1Constitutive activation ofthe 41-/43-kDa mitogenactivated protein kinase signaling pathwayin human tumorsJOncogene，1999，18(3)：813822 ，并且大约30的人类肿瘤中RAFMAPK通路处于活化状态。PD98059和UO126是高度特异性的非ATP竞争MEK抑制，被广泛应用于科研，这二种药物有效地抑制ERK活性并且在某些条件下能抑制一些肿瘤细胞的增生、生存和活力18 Seboh-Leopold J SDevelopment of anticancer drugs targeting theMAP kinase pathwayJOncogene，2000，19(56)：65946599。MEK抑制剂也证实能有效地抑制裸鼠体内的肿瘤生长，如MEK抑制剂PD184352已广泛用于结肠癌的研究 19 SebohLeopold J S，Dudtey D T，Herrera R，et a1Blockade of the MAP kinase pathway suppresses growth of colon tumors in vivoJNat Med，1999，5(7)：81081.。目前，PD184352已完成临床期试验，研究表明PD184352能有效地治疗伴有活化的ERK-MAPK信号通路的肿瘤。 24 抗体药物 自从1975年Kohler和Milstein建立杂交瘤技术生产单克隆抗体以来，以肿瘤特异性蛋白为靶标的抗体药物也得到长足发展，其中以Ras蛋白为靶标的抗体药物开发也成为研究热点。以与Ras蛋白信号通路有关的ERBB蛋白家族受体为靶标的治疗药物就是人源化的单克隆抗体。单克隆抗体药物能与受体分子的胞外结构域结合，从而阻止配体与受体的结合而抑制受体的活化并且促进受体的内化和下调。最好的抗EGFR单克隆抗体药物是嵌合抗体西妥昔单抗(IMC-C225)，I期试验表明该药具有相当好的耐受性20 Robea F，Ezeki