【doc】ERK信号通路在亚砷酸盐诱导肿瘤发生发展过程中的作用

【doc】ERK信号通路在亚砷酸盐诱导肿瘤发生发展过程中的作用 ERK信号通路在亚砷酸盐诱导肿瘤发生发 展过程中的作用 234?文献综述? 志,2009,23(2):58—60. [21]赵章华.益气养阴化瘀汤对早期糖尿病肾病患者超敏C反应蛋 白,内皮素-l和尿微量蛋白排泄率的影响[J].中医研究,2009, 22(10):37?39. [22】曾慧莲.益肾汤治疗早期糖尿病肾病3O例临床观察[J].浙江中医 药大学,2009,33(1):89-90. 【23]安玲,董军梅,牛振霞.糖.肾康胶囊治疗早期糖尿病.肾病35例[J]. 世界中医药,2009,4(5):261—262. 【24】彭正清,左新河.至灵胶囊配合中医辨证治疗糖尿病肾病的临床 观察[J].湖北中医杂志,2009,31(11):23—24. 【25】王淑花,赵丽,高俊杰,等.补肾化浊胶囊治疗糖尿病肾病105例疗 效观察[J】.中国全科医学,2009,l2(9):1731-1733. 【26】华琼,关明智.茶色素胶囊对DN的微量蛋白尿,血脂,血液粘 July2011,Vo1.9,No.21 度的影响[J].中国中医药现代远程教育,2010,8(2):l12. [27】谢子琪,贾凤新,李亚秋,等.苠丹益肾降糖胶囊治疗2型糖尿病肾 病的研究[J】.现代中西医结合杂志,2009,18(25):3015—3017. [28】田沛文,王静军,王雪琴.中西医结合治疗早期糖尿病肾病临床 观察[J].山西中医,2008,24(8):24. [29]屈明,杨芳.黄芪注射液治疗糖尿病肾病54例疗效观察[J】.中医 中药,2009,16(9):89. [3O]魏玉菊,唐梅森.丹红注射液治疗糖尿病肾病的疗效观察【J】.光 明中医,2009,24(11):2l12—2114. 【31]陈世金,罗敏,冯成全.银杏达莫注射液治疗糖尿病肾病的临床 观察[J].泸州医学院,2008,31(1):70. 【32]钟慧红,黄杏芬,徐泽兰,等.中药灌肠对糖尿病肾病肾功能不全 的效果研究[J].中国实用护理杂志,2009,25(12):18.19. MAPK/ERK信号通路在亚砷酸盐诱导肿瘤发生发展过程中的作用 王珏 (中国医科大学,辽宁沈阳110006) 【摘要】砷是一种众所周知的环境污染物和毒物,在众多环境污染物中,砷位居污染有毒元素黑名单之首.砷及其化合物当中,三价无机 砷的毒性最强且通常以亚砷酸盐的形式存在.亚砷酸盐可以通过呼吸道,消化道和皮肤接触进入人体,危害很多系统的正常功能,其最严 重的危害是引起肿瘤发生.近年来,对于亚砷酸盐致癌分子机制的研究已深入至信号通路水平.在过去的2O年里,人们已发现众多与亚 砷酸盐致癌相关信号通路.其中,在多种细胞中均发现,亚砷酸盐可激活丝裂原激活蛋白激酶/细胞外信号调节激酶(MAPK/ERK)信号 通路,促进细胞生长及增殖,诱导细胞癌变.本文在此就近年来亚神酸盐对MAPK/ERK信号通路的影响做一综述,阐述亚砷酸盐如何激 活MAPK/ERK信号通路,MAPK/ERK信号通路在细胞增殖,蛋白表达及基因表达与失活中的作用,及MAPK/ERK通路对于亚砷酸盐诱 导肿瘤发生发展的影响. 【关键词】亚砷酸盐;MAPK/ERK;肿瘤 中图分类号:R73-3文献标识码:A文章编号:1671-8194(2011)21-0234-04 历史上对于砷及其化合物毒性研究已经超过了2个世纪.研究比 较深入的是砷的无机化合物,其中三价无机砷的毒性作用强且通常以 亚砷酸盐的形式存在.长期接触亚砷酸盐可以引发皮肤,膀胱,肾, 肝及肺部等部位的癌症,也会加速癌症的发展,癌症的发生与发展严 重威胁人类的健康,亚砷酸盐诱导癌变引发了人们对于其致癌及促进 癌症发展的生物学活性分子机制的研究.亚砷酸盐作为肿瘤的启动 子,可以激活丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)家族中的细胞外信号调 节激酶(ERK),c—Jun氮端激酶(JNK)和P38,产生不同的影响. 其中MAPK/ERK~路主要转导导致细胞分化和增殖的生长因子信号, 诱导细胞增殖,具有直接引起细胞癌变的作用,为近年来人们研究亚 砷酸盐诱导细胞癌变的主要切人点.从使用亚砷酸盐处理细胞时间进 程角度来看,ERK的激活发生在亚砷酸盐处理细胞的早期而其他通路 的激活则发生的较晚;从使用亚砷酸盐浓度角度来看,使用较低浓度 的亚神酸盐就可将细胞中的MAPK/ERK信号通路激活,而只有在高浓 度的亚砷酸盐(>50m)作用下,其他信号通路才会被激活].说 明在众多信号通路中,MAPK/ERK信号通路最易被亚砷酸盐激活.亚 砷酸盐激活MAPK/ERK信号通路会产生一系列与致细胞癌变有关的效 应.从细胞层面,MAPK/ERK信号通路的激活可通过加速细胞周期进 程,从而加速细胞增殖,从蛋白水平,其激活可增加某些蛋白的表达 而诱导细胞快速增殖,并导致肿瘤的发生及肿瘤细胞的侵袭和转移; 从基因角度,可导致原癌基因的表达异常和抑癌基因的失活,诱导细 胞癌变. 1亚砷酸盐激活MAPK/ERK信号通路的途径 亚砷酸盐诱导ERK激活的最常见的信号通路是Raf/MEK/ERK,这 三种激酶定位于细胞膜上,通过Ras与其上游被激活的酪氨酸激酶受 体相连.激活的ERK可使包括转录因子,其他的激酶,磷酸酶和调节 细胞增殖,分化,细胞周期进程,细胞转化,迁移,生存,死亡的细 胞骨架蛋白等多种底物发生磷酸化,发挥对下游元件的调节作用. 此外,亚砷酸盐可与细胞膜S1P受体结合】,激活Rac通路,进而 激活ERK信号通路.这个过程受到了3个不同家族的蛋白的调节,其 中一个为激活剂一瓜氨酸交换因子(GEF),另外的两种为抑制剂一 GTPase激活蛋白(GAP)和瓜氨酸核苷酸解离抑制剂(GDIs).之 后,ERK与其下游的效应分子相互作用,启动一系列的细胞信号转导 通路,实现其对于细胞的生长,迁移,转化,增殖等等的调控. 亚砷酸盐可诱导人类很多种细胞中活性氧自由基(ROS)的形 成J,ROS的形成会导致细胞的损伤及DNA的损伤,也可诱导ERK 的激活,GuanwuLi[4等人进行了如下实验,向使用亚砷酸盐处理 过的大鼠肺上皮细胞中加入抗氧化剂,恶变的肺上皮细胞均减少. ROS可以通过Raf/ERK信号通路激活ERK,也有研究认为ROS可以 通过改变EGFR的构象,激活EGFR,间接诱导ERK的激活.此外, ROS还可能通过激活非受体酪氨酸激酶Src间接激活MAPK家族. 在使用亚砷酸盐处理过的人表皮角化细胞中,亚砷酸盐可通过 激活EGFR,Shc和Ras来激活ERK.ERK1/2的上游激酶MEK1/2以与 ERK1/2相同的动力学参数被亚砷酸盐激活,说明MEK为ERK的上游 2011年7月第9卷第21期?文献综述?235 236?文献综述? 调节原件.对EGFR和Shc的酪氨酸磷酸化蛋白进行检测发现,亚砷酸 钠可刺激EGFR和Shc的酪氨酸磷酸化.在使用亚砷酸盐处理过的细胞 中,对Shc进行免疫共沉淀实验,发现EGFR和Grb2发生共沉淀,说明 亚砷酸盐可诱导EGFR-Shc—Grb2复合物的形成J. 在使用亚砷酸盐处理过的人上皮细胞中,亚砷酸盐可以激活非受 体性酪氨酸激酶Src,从而诱导ERK的激活,Src的抑制会影响亚砷酸 盐诱导的EGFR和ERK的激活,但是,EGFR的抑制对于亚砷酸盐处理 时Src的激活却没有影响,即EGFR和ERK的激活依赖于Src.进,步 研究发现,Src既可以通过EGFR来激活MAPK也可以不依赖于EGFR 激活MAPK,ErJSrc可通过两条平行的信号通路来激活MAPK,一个为 EGFR~赖的信号通路,另一个为EGFR~依赖的信号通路]. 新近研究发现.亚砷酸盐还可通过肿瘤进展位点2(TPL2)诱 导MEK/ERK信号通路的激活.TPL2在多个信号通路中发挥其调节 作用,使用TPL2的抑制剂TKI会显着抑制MEK/ERK信号通路的磷酸 化J,~TPI2为调节ERK激活的上游元件.亚砷酸盐刺激会导致细 胞的TPL2表达量增加,激活MEK/ERK信号通路,使NF-kB和AP一1 的表达量增加,诱导COX一2的表达,增加PGE2量发挥其炎症介质的 作用,诱导肿瘤发生. 2亚砷酸盐激活MAPK/ERK信号通路对其下游效应因子的影响 2.1亚砷酸盐激活MAPK/ERK信号通路加速细胞增殖诱导细胞癌变 ?细胞周期蛋白的过表达:细胞周期蛋白D可调节细胞由G期到S 期的过渡,他们通过与细胞周期蛋白依赖激酶4(CDK4)或细胞周期 蛋白依赖激酶6(CDK6)结合,增加激酶的活性,从而发挥对细胞周 期的调节作用.研究证明在细胞周期蛋白Dl的持续表达中起到正向作 用的为MAPK的亚家族…一ERK信号通路,MAPK/ERK通路是细胞周期 蛋白Dl调控过程中的一个关键步骤,共激活与细胞周期蛋白DI启动子 的活化具有十分密切的关系.有研究表明,亚砷酸盐可引起细胞周期蛋 白D1的水平发生改变.Brantley等网将HaCaT细胞和WI38JE常人类成纤 维细胞用亚砷酸钠处理,发现细胞周期蛋I~ID1的转录和蛋白质表达的 增加.Schwartz[1~]提出,亚砷酸盐主要是通过MAPK/ERK~号通路调节 细胞周期蛋白D1的表达,从而对细胞增殖过程发挥重要作用.?加速 细胞周期:使用亚砷酸盐处理过的细胞,在细胞周期G.期和G.期会发生 ERK的持续磷酸化,使细胞周期加速,诱导细胞癌变.细胞周期的G期 是对于亚砷酸盐的细胞毒性最不敏感的时期,但亚砷酸盐处理会导致 细胞微核的形成.细胞微核形成以后,G期成为细胞周期中对亚砷酸盐 的毒性最易感的时期.亚砷酸盐刺激会延长细胞周期G期,同时亚砷 酸盐可通过MAPK/ERK信号通路导致G期细胞中微核形成,而激活的 MAPK/ERK信号通路可通过多方途径(比如易化具有无法修复的DNA 损伤的细胞进入下一个细胞周期)来抵消G的延长,造成遗传不稳定 性,为亚砷酸盐诱导细胞癌变打下基础. 2.2亚砷酸盐激活MAPK/ERK信号通路诱导原癌基因的异常表达和抑 癌基因的失活导致细胞癌变 ?原癌基因异常表达:亚砷酸盐处理细胞过程中,可通过MAPK/ ERK信号通路改变染色质的结构,干扰原癌基因的表达,其中受影响 最大的是原癌基因C-fos和c-jun.c-fos和c-jun的异常表达会加快细胞 周期由G】期到s期的进程,加速细胞增殖,这两种原癌基因的主要作 用是编码活化蛋白AP-1,AP—l在细胞癌变中发挥重要作用.此外, c-jun基因表达异常还会下调抑癌基因P53和细胞周期蛋白依赖激酶抑 制剂p21/WAF一1/CIP1的表达,诱导细胞癌变.有关亚砷酸盐诱导原癌 基因异常表达的机制,JiLi[121等人通过实验证明,亚砷酸盐的刺激作 用于EGFR及蛋白She和Ras,激活MAPK/ERK信号通路,加速组蛋白 H3的乙酰磷酸化,影响核小体中c.fos和c-j~m基因染色质修饰过程,加 July2011,Vo1.9,No.21 快c.fos和c-ju.的表达,增加AP一1表达从而诱导细胞癌变.?抑癌基因 失活:Wang等将敲除了P53基因的人类永生化支气管上皮细胞暴露 于低浓度的亚砷酸盐溶液(2.5"M)导致了细胞的恶变及上皮细胞的 问皮化.说明在亚砷酸盐的刺激与抑癌基因P53失活同时发生时会导 致细胞的癌变.而亚砷酸盐可以通过ERK信号通路导致抑癌基因P53 的失活,激活ERK,上调蛋白Mdm2的表达.Mdm2作用于P53,使其 发生泛素化并被26S蛋白体降解,使P53对遗传毒性的应激能力丧失, 面对DNA损伤时无法诱导细胞凋亡.亚砷酸盐还可通过激活ERK信号 通路导致Rb抑癌基因的失活.亚砷酸盐会促使细胞周期蛋白D1的过 表达,使细胞周期蛋白D1与CDK4或CDK6结合形成的异源二聚体增 加,导致肿瘤抑制基因Rb基因的失活,诱导细胞周期蛋白E等其他的 启动细胞周期进程的基因的转录. 2-3亚砷酸盐激活MAPK/ERK信号通路增加某些蛋白的表达诱导肿瘤 的发生及发展 ?COX一2和PGE2的过表达:亚砷酸盐处理过的细胞中,亚砷 酸盐通过激活MEK/ERK信号通路诱导细胞产生转录因子NF-kB和 AP-1,刺激COX一2的表达.在多种人类或动物表皮细胞发生癌变的 早期,都可观察~lcox一2的表达量增高".COX一2会诱导PGE2的产 生,PGE2可通过刺激细胞增殖,侵袭,组织血管新生,诱导肿瘤 的发生和转移.?MMP-9的过表达:亚砷酸盐刺激MAPK/ERK 信号通路激活不仅可以诱导肿瘤的发生,也可以诱导肿瘤的侵袭和 转移.肿瘤的侵袭与转移需要基底膜和细胞外基质分别被蛋白裂解 酶和基质金属蛋白激酶(MMP)降解.生理状态下的正常细胞中, MMP的表达水平很低,在亚砷酸盐等刺激因素的作用下,其表达水 平明显升高.KarenLl】"等的研究发现,使用低剂量的亚砷酸钠长时 间(24h)处理人类自发永生角化细胞系(HaCat),可诱导ERK的 持续激活,其激活依赖于EGFR和Src家族激酶,ERK信号通路激活 后,诱导AP-1的表达,导致MMP一9表达量增加. 综上所述,亚砷酸盐可通过多途径激活MAPK/ERK~号通路,活 化的MAPK/ERK可作用于其下游元件调控细胞生长,增殖的效应因 子,引起细胞过度增殖,促进肿瘤发生;可刺激血管新生,诱导肿瘤 的发生和转移;可诱导原癌基因异常表达,抑癌基因失活,最终促进 肿瘤的发生发展. 参考文献 [1】HuangC,MaWLiJ,eta1.RequirementofErk,butnotJNK,for arsenite?inducedcelltransformation[J]-JBiolChem,1999,274(21): 14595.14601. 【2]StraubAC,KleiLR,StolzDB,eta1.Arsenicrequiressphingosine一1一 phosphatetype1receptorstoinduceangiogenicgenesandendo— thelialcellremodeling[J].AmJPathol2009,174(5):1949-1958. 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MSCTU可能从不同角度显示病变位置,大小,范围以及周围结构的 毗邻关系,弥补各种影像检查的不足].由于MSCTU不仅能够清晰显 示走形迂曲的泌尿系的全程及其周围组织结构,而且能清楚地显示泌 尿系器官的病变及先天性变异或畸形,并可在一定程度上反映肾脏分 泌,排泄功能,故对泌尿系梗阻性疾病的诊断和治疗有着非常重要的 应用价值. 2MSCTU的技术特点 MSCTU具有快速采集,单次扫描覆盖范围大,微体素成像,亚 秒扫描及强大后处理功能建出高质量的尿路立体图像等优点p】.所 以对于泌尿系梗阻性疾病确诊率高.其技术特点主要表现如下:? MSCTU可从不同角度观察肾盂,输尿管梗阻的情况,准确地对上尿 路梗阻进行定位,定性.?MSCTU采用薄层容积扫描及多排探测器 接收,十几秒钟就可以完成全泌尿系的检查.?MSCTU最薄层扫描 可达到0.75mm,即使是输尿管内直径为2mm的结石也可以显示清晰. ?MSCTU可通过进行延迟扫描,如显影仍不佳可按照病变处解剖位 置对原始图像进行重建,对于伴有肾功能不全的患者,仍能清楚显示 梗阻部位,泌尿系统积水程度,还可直观了解管内情况.?MsCTu