消化系统论文医学专科范文论文PI3K Akt mTOR信号转导.doc

消化系统论文医学专科范文论文：PI3K Akt mTOR信号转导途径与消化系统肿瘤雷帕霉素靶蛋白( target of rapamycin, TOR)是一种从酵母到哺乳动物高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1, 2,是细胞内多种重要信号传导通路的枢纽,参与基因转录、蛋白质翻译、核糖体合成、细胞凋亡等多种生物学功能3-6。近年来的多项研究显示,mTOR的功能失调与多种肿瘤发生密切相关7。mTOR信号转导途径在细胞的增殖、生长、分化和生存的调节中起到重要作用,是肿瘤治疗的一个重要靶点8-11。1PI3K/Akt/mTOR信号转导11PI3K/Akt/mTOR信号转导途径主要分子组成TOR最初是1991年在啤酒酵母中发现的,在哺乳动物中的TOR,称为mTOR(mammalian target ofrapamycin,mTOR),其结构和功能高度保守。人mTOR基因定位于1p362,编码的蛋白质由2 549个氨基酸组成,分子量是280 kDa,与酵母有42%和45%的同源性12, 13。mTOR属于磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶(phosphatidylinositol 3-kinase- relatedkinase, PIKK)蛋白质家族成员, PIKK家族还包括ATM、ATR/FRP、DNA-PKc、TRRAP等,它们广泛参与调控细胞生长、细胞周期和DNA损伤修复等过程。mTOR的分子结构包含一个催化结构域、一个FKBP12-雷帕霉素结合域、C末端的自抑制结构域、靠近N末端的20个左右重复串联的HEAT结构域和FAT及C端的FATC结构域。每个HEAT模体由大约40个氨基酸组成,这些HEAT模体排列形成超螺旋结构,介导蛋白质间的相互作用。FAT和FATC在分子内协同作用调节mTOR的激酶活性。FRB是FKBP-rapamycin复合物结合区,与雷帕霉素结合特异性抑制mTOR14。mTOR在细胞内存在两种不同的复合体,一是mTOR与rapTOR(regulatory - assoeiated protein ofmTOR)蛋白结合形成雷帕霉素敏感的复合体;二是mTOR与ricTOR(rapamycin - insensitive companionofmTOR)蛋白结合形成雷帕霉素不敏感的复合体。PI3K/Akt/mTOR信号转导通路的上游主要信号分子是磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol3-kinase, PI3K), Akt。Akt也称为蛋白激酶B(PKB),是一种在进化上高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,主要位于胞浆,是PI3K的关键下游分子,可以调控转录、蛋白质合成、糖类和脂类的代谢15。在哺乳动物细胞中存在着三种Akt异构体(Aktl3),Aktl、2、3这三种异构体由不同基因编码, 80%的氨基酸序列具有一致性,功能大部分相同。Akt的PH结构域(plekstrin homology, PH)与PIP3结合使Akt磷酸化。活化的Akt诱导正常细胞的转化,促进肿瘤的发生16。PI3K是一种癌基因,其编码的蛋白质产物具有磷脂酞肌醇(phosphatidylinosito,l pl)激酶活性,由调节亚基p85和催化亚基pll0组成异源二聚体,普遍存在于胞质中。PI3K家族主要包括三个亚类: PI3K型, PI3K型, PI3K型,它们在催化亚基的大小、结合亚基的性质以及酶活性的调节方面存在差异17。PI3K在肿瘤发生、发展方面起着重要的作用18-23。mTOR下游效应分子主要是真核细胞翻译启始因子4E结合蛋白1(the eIF4E-binding protein 1,4E-BP1)和核糖体蛋白S6激酶(ribosomal proteinS6 kinases, S6Ks)24。人的4E-BP1包含118个氨基酸残基,是翻译的负调控因子,其磷酸化位点分别为Thr37、Thr46、Ser65、Thr70、Ser83、Ser101和Ser11225。eIF4E(eukaryotic translationinitiation fac-tor4E)是真核细胞翻译起始复合物的亚单位之一,结合于mRNA的5 - cap, 4E-BP1与eIF-4E的mRNA帽端结合,抑制翻译起始。mTOR磷酸化4E-BP1而使其失活,引起与eIF-4E的解离,游离的eIF-4E与eIF-4G、eIF-4B、eIF-4A结合形成eIF-4F起始复合物,结合到mRNA 5 末端的帽结构上,促进帽结构依赖性翻译起始26, 27。哺乳动物细胞中S6Ks蛋白属于AGC(cAMPdependen,t cGMP dependent and protein kinase C,GC)激酶家族的丝氨酸/苏氨酸激酶,有两种:S6K1和S6K2,分别由两个基因所编码,其组成、结构和功能相近。S6Ks蛋白主要有5个结构域,为N末端域,催化域,连接区,自动抑制域和C末端域28。S6K1有S6K11 (p701/p85S6K)和S6K12(p702/p70S6K)两种形态。人和大鼠的p85S6K由525个氨基酸残基组成, p70S6K由502个氨基酸残基组成,二者由同一基因编码。S6K1有7个是主要的Ser/Thr磷酸化位点(T229、S371、T389、S411、S418、T421、S424 )29-32。S6K2也有S6K21(p701)和S6K22(p702)两种形态。S6K21含有495个氨基酸残基, S6K22含有482个氨基酸残基,在N端相差13个氨基酸33。12PI3K/Akt/mTOR信号转导途径当生长因子等刺激因子与细胞膜表面的受体结合后, PI3K被激活并聚集到细胞膜上将底物3, 4-二磷酸磷脂酞肌醇(PIP2)磷酸化为3, 4, 5 -三磷酸磷脂酸肌醇(PIP3)34。作为第二信使的PIP3与Akt蛋白的PH结构域的相互作用,使Akt蛋白聚集到胞膜上,在3-磷脂酞肌醇依赖性蛋白激酶(PDK1)的帮助下,磷酸化Akt蛋白上的Thr308位点和ser473位点而将其激活。PTEN作为一种磷酸脂酶能够通过使PIP3去磷酸化来拮抗PI3K的活性,所以Akt的活性同时也被肿瘤抑制因子PTEN抑制。激活的Akt通过两种途径激活其下游的mTOR: (1)Akt通过磷酸化mTOR的ser2448位点而激活mTOR; (2)Akt通过抑制结节性硬化复合物2(the tuberous sclerosis complex2,TSC2)和TSCl形成复合物,来激活mTOR信号,TSC1和TSC2是两个肿瘤抑制基因,它们形成复合物而对mTOR及其介导的下游信号发生作用。激活的mTOR与mTOR的调节相关蛋白(regu-latory-associated protein ofmTOR, raptor)结合形成一个对雷帕霉素敏感的复合物,调节两条不同的下游通路:核糖体S6蛋白激酶(S6K)和真核生物始动因子4E结合蛋白l(4E-BPl)35。(1)mTOR直接磷酸化PDK1,并与其共同活化p70S6K, p70S6K是核糖体40S小亚基S6蛋白激酶,它通过磷酸化核搪体S6蛋白,调控5TOPmRNA翻译蛋白的起始。5TOPmRNA占细胞总mRNA的20%,这些mRNA编码一些核糖体蛋白和其他翻译调节蛋白,如延伸因子EF1、EF2和poly(A)结合蛋白等。(2)4E-BPl通过和真核细胞翻译启动因子4E(eIF-4E)结合,从而抑制蛋白翻译。4E-BPl经mTOR作用后发生磷酸化,引起与eIF-4E的解离,从而降低了4E-BPl对elF-4E依赖的翻译起始的抑制作用,增加了促进细胞生长的关键蛋白的翻译36。mTOR在哺乳动物中主要生物学功能是参与蛋白翻译的调节。2mTOR与消化系统肿瘤在mTOR信号通路中,生长因子受体、PI3K、AKT、eIF-4E、Cyclin D等都是癌基因所编码的蛋白。现已发现,许多肿瘤都伴有mTOR信号通路的调控异常,与肿瘤发生密切相关的细胞生长增殖、细胞周期调控、细胞迁移等都受到mTOR的调控。在肿瘤发生中,mTOR通路出现相关受体组成性激活、PI3K的催化亚基P110扩增、Akt扩增、PTEN功能缺失、TSC1-TSC2突变缺失、eIF-4E和S6K扩增或过表达。研究表明,PI3K/Akt/mTOR信号通路在消化道肿瘤的发生发展过程中过度激活,有报道mTOR在肝癌、直结肠癌中呈现高表达37,在胃癌的发生、发展中呈现过度表达38, 39。p-mTOR是胆道肿瘤的一种预后指标, p-mTOR阳性的肿瘤患者比阴性的患者生存期明显缩短40。LKB1基因失活与胰腺癌的发生有关41,在PTEN杂合型小鼠中直结肠癌和肝癌的发生率较高42。S6K1在多种消化道肿瘤中呈高表达, S6K1高表达的肿瘤预后较差43。3mTOR抑制剂作为肿瘤发生过程中的一个关键因子,mTOR成为肿瘤治疗中的一个重要靶点。PI3K/Akt/mTOR信号转导通路中mTOR特异性抑制剂包括:Rapamycin、CCI-779、RAD00l和AP-23573等。雷帕霉素及其衍生物通过与FK506的结合蛋白FKBP12结合形成复合物,该复合物抑制mTOR的活性,从而抑制肿瘤的发生。Rapamycin(雷帕霉素)又名西罗莫司( siroli-mus),是早期研究出的mTOR特异抑制剂,是从复活岛土壤的细菌(Streptomyces hygroscopicus)培养液中提取的一种大环内酯类药物,具有抗感染、免疫抑制及抗肿瘤的作用44, 45。CCI-779 (Temsirolimus, Torisel )是惠氏公司研发生产用于治疗肾细胞癌的药物。CCI-779是雷帕霉素酯的衍生物,其活性代谢物为雷帕霉素。CCI-779在体内和体外实验表明对多种肿瘤有效,能够延长中位生存期46。RAD001 (依维莫司everolimus ) RAD001为诺华公司研究开发的口服雷帕霉素衍生物,是在雷帕霉素40位引入一个2羟乙基。主要作用是抗肿瘤增殖。AP23573是小分子mTOR抑制剂,但不是雷帕霉素前体类似物。AP23573在多种PTEN失活的细胞株中有抗肿瘤增殖活性47。4小结与展望随着对mTOR的分子生物学机制及临床应用的深入研究,可以更进一步了解其作用机制,探讨与其他细胞信号转导通路的联系,将其作为肿瘤治疗的新靶点。参考文献： 1 WullschlegerS, LoewithR, HallMN. 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