ERK1/2研究进展及其与神经胶质瘤相关性

潘伟东 综 述，王东军审 校

（广东医学院，广东 湛江 524023）

MAPK信号转导通路是细胞内重要的信号转导系统。ERK作为MAPKs家族的一个重要亚族，ERK1和ERK2是其中的两个重要成员。ERK可被各种生长因子等有丝分裂原激活，进入细胞核作用于转录因子，促进某些基因的转录与表达，以及促进细胞增殖、分化、迁移、侵袭，抑制细胞凋亡。ERK的过度表达在细胞恶性转化及演进中起着重要的作用[1]。

1 ERK1/2的发现及结构特点

MAPKs家族在调节细胞增殖、分化、凋亡、生存中起着重要作用[2]，其中包括 ERK1/2、p38[MAPK]、JNK[MAPK]、ERK5/BMK1等。ERK1/2是由Boulton等[3-4]于20世纪90年代初期分离并鉴定出的一种蛋白激酶的C-DNA序列，因多种细胞外信号均可激活该蛋白激酶而得名，相对分子量分别为44 kD和42 kD。ERK定位于染色体1p34～35，全长3 118 bp，开放阅读框编码978个氨基酸残基。ERK肽链的183位苏氨酸和185位酪氨酸均发生磷酸化为该激酶活化所必须[5]，其在MAPK途径中不仅作为转录因子，而且是膜蛋白。ERK激酶家族属于酪氨酸蛋白激酶[6]，此类激酶在磷酸化以后才能发挥其活性。ERK蛋白具有丝氨酸和酪氨酸的双重磷酸化能力，是ERK通路中与细胞转录水平最为接近的一种蛋白激酶，ERK1和ERK2由激酶结构域组成，高度保守，有90%同源性，并且在体外有相同的作用底物，提示二者有功能上的重叠[5]。ERK1/2为脯氨酸导向的丝氨酸/苏氨酸激酶，可以使脯氨酸相邻的丝氨酸/苏氨酸磷酸化，且ERK1/2蛋白的表达水平与组织、细胞类型以及所处的不同阶段密切相关[7]，ERK1/2正常定位于细胞浆内，当激活后进入细胞核，作用于多种转录因子及核蛋白，参与细胞增殖、分化、迁移、侵袭和凋亡等多种生物学效应。

2 ERK1/2的信号通路

MAPK信号通路是广泛存在于各种动物细胞中的一条信号转导途径，MAPK信号途径可调节从基因表达到细胞死亡几乎所有的细胞过程[8-9]，并在细胞恶变和肿瘤浸润转移过程中起着重要作用[10]。ERK是MAPKs家族一个重要亚族（ERK又称为MAPK），遵循MAPKs三级酶促级联反应[11]，上游激活蛋白—MAPK激酶的激酶（MAPKKK）—MAPK激酶(MAPKK)—MAPK。在ERKs传递途径中，Ras作为上游激活蛋白，Raf作为MAPKKK，MAPK/ERK激酶（MEK）作为MAPKK，而ERK作为MAPK。从细胞受到刺激至细胞出现相应的生物学效应，其间就是通过上述MAPK信号转导通路多级激酶级联反应过程。Ras蛋白是最早发现的小G蛋白，是癌基因ras产物，Ras/Raf/MEK/ERK细胞信号传导通路，活化的中心是使Ras进行鸟苷酸交换变成其活化形式Ras-GTP。只有磷酸化的ERKl/2才具有活性。ERK接受上游的级联反应信号，变成磷酸化的EKR(P-ERK)，并转位入细胞核，调节核内某些的转录因子活性，如 c-fos、c-Jun、Elk-1、STATs、c-myc、Max、ATF2和NF-κB等，这些转录因子进一步调节它们各自靶基因的转录，引起特定蛋白的表达或活性改变，从而参与多种细胞生物学效应（如增殖、分化、转化和凋亡等）[12-14]。PD98059是MAPK信号传导通路的特异性阻断剂，特异地抑制ERK的上游激酶MEK1（MEK1是ERK1/2主要的活化剂[15]），它通过与非活性形式的MEK1结合抑制MEK1的激活与磷酸化[16]，因而具有阻断ERK信号通路的作用。

3 ERKl/2与细胞生物学反应的关系

3.1 ERKl/2参与细胞增殖和分化 Luo等[17]在探究bFGF刺激胃部上皮细胞增殖可能的机制中发现bFGF首先上调成纤维细胞生长因子受体（FGFR1和FGFR2），继之激活ERK1/2信号传导通路，从而增加COX-2表达引起RGM-1细胞增殖，且这个过程和p38[MAPK]、PI3K信号通路无关，同时观察到地塞米松能够抑制bFGF诱导的ERK1/2和COX-2表达，来阻止RGM-1细胞增殖。ERK1/2信号途径，主要是通过影响细胞周期机制来调节细胞增殖[18]。Khan等[19]的研究也证实了这一点，他们研究DHA（Docosahexaenoic acid，二十二碳六烯酸）在FM3A老鼠乳腺癌细胞中调节细胞生长增殖过程中的作用时发现ERK1/2活性受抑制和P27Kip1水平上调，它们通过作用参与细胞周期G1-to-S转化调节的CDK2/cyclin E，起着抑制细胞周期末期G1向S期转化，阻止细胞生长增殖的作用，其中DHA诱导的ERK1/2活性受抑制是上调P27Kip1水平所必须的。ERK的功能是控制细胞分化[20]，其在细胞分化中的作用，国内学者也做了较多研究。何艳等[21]应用Western blot法检测到经蛇毒神经生长因子（NGF）处理的PC12细胞，在10 min后ERK1/2明显磷酸化而活化；且培养液中加入NGF作用96 h，见PC12细胞，明显分化，出现多个突起；而在NGF作用前30 min，使用20 μmol/L，PD98059预处理PC12细胞后，观察到细胞以圆形或椭圆形居多，无明显分化。

3.2 ERKl/2参与细胞迁移过程 以往的研究显示，在正常组织中检测不到ERK的激活，在多种恶性肿瘤中发生ERK的活化，ERK信号通路参与细胞迁移能力的调节[22]。Rodriguez等[23]在利用海拉癌细胞株研究人类癌基因Cot和细胞迁移关系时发现，人类癌基因Cot能特异性引起ERK1/2磷酸化水平增加，是细胞发生迁移的必须因素；并且ERKl/2的特异阻断剂U0126，能降低Cot诱导的ERK1/2磷酸化引起的细胞迁移能力。先前Eliopoulos等[24]利用小鼠巨噬细胞应用Western blot法分析Cot和LPS（lipopolysaccharide，脂多糖）诱导的前列腺素合成关系证实：Cot通过活化的ERK1/2信号途径激活p90RSK和Msk1，后者能依次磷酸化和活化CREB和COX2催化剂，促使COX2蛋白表达，并进一步促进细胞迁移过程发生[22]。

3.3 ERKl/2参与细胞侵袭与核转位 Piette等[25]在研究巨噬细胞移动抑制因子（MIF）在肿瘤细胞生长、侵袭过程中作用时观察到：MIF通过活化ERK1/2信号传导途径来增强神经胶质瘤U373 MG细胞的迁移和侵袭能力；而地塞米松阻止神经胶质瘤U373 MG细胞迁移、侵袭过程是通过GR受体介导抑制ERK1/2途径完成的。但是较多的研究表明，不同的趋化因子活化多条相互不重叠的信号传导通路参与到神经胶质瘤侵袭作用中[26]，表皮生长因子（EGF）引起的神经胶质瘤细胞株侵袭能力依赖于ERK1/2和PI3K活性，而趋化因子CXCL12引起的神经胶质瘤细胞移动侵袭过程中，发现ERK1/2信号通路参与其中，而未见PI3K信号通路。先前研究多致力于特异性激酶如何调节ERK1/2活性[27]，近来研究发现：肿瘤细胞中ERK1/2信号传导通路引起的生物学效应可通过内生性ERK1/2“调制器”的表达发生变化，另外抗凋亡因子PEA-15，通过抑制Caspases级联激活发挥作用[28]，另外，PEA-15对肿瘤细胞侵袭能力和发展演进过程影响，是通过PEA-15和ERK1/2结合，阻止ERK1/2细胞核转位完成的，预示着ERK1/2细胞核转位在肿瘤细胞侵袭过程中的重要性[29]。

4 ERKl/2和PI3K关系

ERK1/2和PI3K是细胞内重要信号传导途径[30]，ERK1/2和PI3K的表达与肿瘤的增殖、癌性转化、肿瘤细胞耐药等方面有密切关系[31]。Failly等[32]在培养神经胶质瘤细胞株中应用ELISA法和流式细胞仪分别观察细胞增殖、凋亡情况时发现：ERK1/2和PI3K在体外胶质瘤细胞存活、抗凋亡过程中起着重要作用；ERK1/2和PI3K抑制剂单一或(和)联合处理LN215和LN229细胞，引起大量（85%～95%）细胞凋亡；实验中应用Western blot方法还观察到：经过U0126处理的U373和LN229细胞中AKT磷酸化水平下降，表明了RAS/MEK/ERK和PI3K/AKT信号途径间存在某种相互联系。

Allen等[33]的研究表明，ERK1/2和PI3K两条信号途径之间存在交叉关系，且两条信号途径间相互作用形式具体表现为协同或拮抗。May等[34]研究证实：ATP激活ERK1/2，活化过程依赖于PI3K活性，应用PI3K抑制剂（Ly294002）能够阻止ATP对ERK1/2磷酸化作用。对c-myc诱导的细胞转化和凋亡研究中发现ERK1/2信号途径的成员Raf促进凋亡，PI3-K信号途径的成员Akt抑制凋亡[35]，而Akt通过磷酸化Raf Ser259，使Raf活性丧失，进而Raf与其负调控因子14-3-3蛋白结合，抑制ERK1/2信号途径[36]。

5 ERKl/2与神经胶质瘤细胞凋亡的关系

许多癌基因和抑癌基因相关产物是细胞生长、增殖、分化等信号转导途径中的因子，如：ERK1/2信号途径的Ras、Raf、C-Myc以及PI-3K信号途径的Akt等均为原癌基因产物[37]，其中细胞信号转导通路的异常是细胞癌变的主要原因之一。ERK1/2在细胞转化、存活、抗凋亡过程中起着至关重要的作用[38]，ERK1/2的激活使转录因子磷酸化来调节基因的表达，促进细胞增殖，阻止细胞凋亡。对神经鞘氨醇诱导的神经胶质瘤C6细胞凋亡研究发现ERK1/2信号途径介导细胞凋亡过程，且细胞的凋亡只发生于ERK1/2活性降低或消失时[39]。Tian等[40]研究也证实：PKCα-ERK1/2信号途径在三苯氧胺（TAM）诱导的神经胶质瘤C6细胞凋亡中起消极（负性）作用，使用ERK1/2抑制剂能有效增强TAM抑制肿瘤细胞生长、增殖作用。深入研究发现：ERK1/2在细胞生存和凋亡过程中的作用，依靠于ERK1/2持续的激活和亚细胞定位[41]，且在所有神经胶质瘤细胞系细胞凋亡中发现ERK1/2和PKB/AKT磷酸化水平下降，但与U373和LN401发生细胞凋亡无关系，提示还有另外促使细胞凋亡的机制节点存在[32]。

6 展 望

神经胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发恶性肿瘤，年发病率为5/100 000左右[42]，具有侵袭性生长，恶性程度高、易复发、手术切除率低等特点，放疗、传统细胞毒性化疗药物缺乏特异性，是预后最差的恶性肿瘤之一。ERK信号传导通路是细胞存活和抗凋亡信号途径，可被多种细胞外刺激信号激活,参与调节细胞的增殖、分化、迁移、侵袭和凋亡等细胞生理活动。尽管ERK1/2信号通路与神经胶质瘤的发生密切相关，但其确切的作用机制尚不完全清楚。相信随着基因组学和生物学技术的进一步发展，其在神经胶质瘤的发生发展中的作用机制将会越来越清晰，也将会为临床上神经胶质瘤的治疗及预后判断提供新的思路和方法。

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