Ras/Raf/MEK/ERK通路与低氧性疾病关系的研究进展*

韩园芳 综述，冀林华 审校

(1.青海大学研究生院，青海西宁 810000；2.青海大学附属医院血液科，青海西宁 810001)



Ras/Raf/MEK/ERK通路与低氧性疾病关系的研究进展*

韩园芳1综述，冀林华2△审校

(1.青海大学研究生院，青海西宁 810000；2.青海大学附属医院血液科，青海西宁 810001)

Ras/Raf/MEK/ERK；信号通路；低氧性疾病

Ras/Raf/MEK/细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal-regulated protein kinase，ERK)信号通路又称ERK通路，该通路主要由一个三级酶联功能单位构成，其通过“瀑布式”的级联反应，将细胞外刺激信号传至细胞内，引起一系列细胞反应，从而调控细胞增殖、分化、凋亡、转移等功能。ERK通路与低氧性疾病的发生、发展及治疗存在着不可忽视的联系。现结合相关文献，对Ras/Raf/MEK/ERK信号通路的生物学特征及与多种缺血低氧性疾病关系的研究进展综述如下。

1　Ras/Raf/MEK/ERK信号通路的组成特征

1.1Ras蛋白超家族Ras蛋白超家族结构上均由约190个氨基酸残基构成，仅有一个鸟苷三磷酸(guanosine triphosphate，GTP)酶结构域。Ras家族包含3种基因类型：HRAS、NRAS和编码21×103蛋白的KRAS。Ras基因是一种低相对分子质量GTP结合蛋白，它有多条信号通路，包括Raf/MEK/ERK、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kenase B，PI3K/Akt)和RasG37、Ral-鸟苷酸交换因子(guanine-nucleotide exchange factor，GEF)通路，其中Ras/Raf/MEK/ERK途径与细胞的增殖和分化密切相关[1]。Ras及相关蛋白在众多的细胞调节过程中起着关键作用,包括细胞增殖与分化、胞内胞液间运输、胞内氧化酶的产生、细胞骨架的调控及胞外信息的跨膜传递等分子开关作用。

1.2Raf基因家族Raf是丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)蛋白激酶又称丝裂原活化蛋白质激酶激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase kinase，MAPKKK)，Raf激酶家族是Ras的下游效应，是公认的介导增殖信号的必需成分。目前有Raf-1、A-Raf、B-Raf 3种类型，其中Raf-1是研究最广泛也是功能最多的激酶。Raf可以通过不同的磷酸化使细胞外不同的信号转化为细胞内特殊的信号应答，其通常是由一系列复杂的事件所活化，包括：(1)通过与Ras的配合招募到质膜；(2)Raf蛋白二聚体的形成；(3)在不同的区域磷酸化或去磷酸化；(4)Raf激酶抑制剂的裂解；(5)与支架性复合物的联系。

1.3MEK与ERKMEK即丝裂原活化蛋白质激酶激酶(mitogen-activated protein kinase kinase，MAPKK)，是丝裂原活化蛋白激酶的一种，主要包括即MEK1和MEK2两种类型，虽然MEK1和MEK2有90%的氨基酸序列相似，但发现cDNA的核苷酸序列存在差异，表明它们是不同的基因产物。MEK1与MEK2被Ras和Raf下游位于激活结构域的两个磷酰化的丝氨酸残基所活化[2]。ERK属于丝裂原活化蛋白质激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)家族，又被称为MAPK，具有两种异构体：ERK1和ERK2[3]，其可在多种不同的信号传导途径中充当一种共同的信号传导成份，且在细胞周期调控中发挥重要的作用。ERK1和ERK2在细胞周期进展和细胞增殖中的作用被很好地建立在许多类型的细胞，包括免疫细胞。此外，ERK的激活需要3个阶段：(1)Ras激活Raf；(2)活化的Raf激活MEK1/2，MEK1/2磷酸化；(3)磷酸化的MEK1/2激活ERK1/2[4-7]。ERK是细胞信号传导过程中的一个重要节点，ERK活化后可将细胞外信号传递到细胞内。

2　Ras/Raf/MEK/ERK信号通路的传导过程

被生长因子激活的酪氨酸激酶受体(receptor tyrosine kinases,RTKs)以直接或间接的方式结合生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，GRB2)。GRB2与受体酪氨酸激酶结合后招募SOS(son of seven-less)蛋白定位在与Ras相邻的细胞膜上。SOS与Ras形成复合体后，GTP取代鸟苷二磷酸(GDP)与Ras结合，Ras被激活，Ras-GTP可募集一种Ser/Thr磷酸化激酶Raf，其通过与膜结合的Ras-GTP和额外的修饰如磷酸化在质膜被激活，Raf被激活后，依次激活MEK1和MAPK。MEK经磷酸化最终激活ERK，活化的ERK入核，启动相应转录子的转录。活化的MAPK可催化活化蛋白1(activating protein 1，AP-l)、核因子白细胞介素-6(nuclear factor interleukin-6，NF-IL-6)和E26转录因子(E26 transformation-specific，Ets)家族中的成员等多种核转录因子的磷酸化而活化,调节多种基因的表达。借此磷酸化级联反应，细胞外刺激信号传导至细胞内，引起一系列细胞反应，从而调控细胞增殖、分化、凋亡、转移等功能[8-10]。

3　Ras/Raf/MEK/ERK信号传导通路与多种低氧相关性疾病的关系

3.1Ras/Raf/MEK/ERK信号通路与肿瘤人类癌症是癌基因和抑癌基因与癌症易感基因多态性遗传引起体细胞突变的一起复杂的多基因遗传病。在不同类型的癌症中，许多癌基因和抑癌基因突变已被详细研究。然而，在疾病的发生和发展中，遗传背景的作用却知之甚少。因此，确定致癌特性和相关自然变异之间的功能链接仍然是一个挑战[11]。最近，许多研究发现肿瘤的发生与一些信号传导通路的异常激活有关，如Ras基因的突变在人类癌症中占很大比例[12]。信号传导途径的改变导致不受控制的细胞增殖、存活、侵入和转移是致癌过程的标志[13]。Ras/ Raf /MEK/ERK途径由于各成分的遗传改变或细胞表面受体上游的激活，其在人类癌症中通常是失调的[14]，如在皮肤肿瘤中Ras蛋白表达水平增高。Raf蛋白的过度表达与细胞生长、细胞周期停滞甚至凋亡有关，目前研究显示,ERK在肝癌、头颈部鳞癌及前列腺癌等多种肿瘤组织中异常表达或活性增强。此外，Ras/Raf/MEK/ERK的异常激活也能诱导造血细胞产生耐药性。通过多种疾病的征象表明，Ras/Raf/MEK/ERK信号通路在临床肿瘤发展中与一些小分子抑制剂有很大关系。大量研究结果表明，Ras/Raf/MEK/ERK在肿瘤发生、发展中起重要作用，对指导肿瘤临床治疗具有重大意义。

3.1.1儿童急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)ALL如果发生于小于1岁的婴幼儿，则表示此种早发类型的白血病具有极强的攻击性，并且容易复发，预后效果较差[15]。儿童ALL均表现出Ras/Raf/MEK/ERK途径失调，其由点突变、基因缺失和基因类型繁多的染色体易位造成，强调了该通路在白血病发生中的重要性。在ALL中，基因突变导致Ras通路被反复激活，这些突变因子包括NRAS、KRAS、BRAF、FMS相关酪氨酸激酶3(FMS-like tyrosine kinase-3,FLT3)、蛋白酪氨酸磷酸酶、非受体型11、B系淋巴瘤和NF1。其中NRAS、KRAS突变较常见[16-18]。NRAS基因突变多见于ALL和其他血液系统恶性肿瘤，而KRAS突变多见于上皮的恶性肿瘤[10]。Ras/Raf/MEK/ERK信号通路的激活可以应用于疾病的治疗，为复发性ALL和其他高风险的亚群提供新疗法[19]。

3.1.2黑色素瘤黑色素瘤(melanoma)又称为恶性黑色素瘤，是一种能产生黑色素的高度恶性肿瘤，发生于皮肤者以足底部和外阴及肛门周围多见。近几十年，恶性黑色素瘤的患病率逐渐上升。据估计，2012年美国诊断出约76 250例新发病例，其中约9 180例患者可能死于该病[20]。黑色素瘤的预后较差，对系统治疗的反应率极低[21]，其中位生存期仅为6～9个月。然而，随着靶向治疗和免疫治疗的发展，黑色素瘤的治疗效果得到很大程度地提高。其中，靶向治疗主要针对BRAF基因突变进行治疗。BRAF是Ras/Raf/MEK/ERK途径的一个重要因子，并且是MEK的主要激动剂，其突变率在黑色素瘤中可达到40%，是已知主要的癌症驱动力[22-23]。BRAF最常见的突变位于15号外显子和由谷氨酸替代缬氨酸的第600位密码子上，V600K和V600G/R突变不太常见。NRas在黑色素瘤中的突变率约为20%。新近报道的数据表明，BRAF抑制剂获得的抗性往往与MAP激酶途径的活化相关联，这使得BRAF抗性黑色素瘤细胞抑制剂易与BRAF和MEK结合。目前，已经开发出两种选择性BRAF抑制剂化合物，其临床有效性高，而两种非选择性BRAF抑制剂还处于临床试验评估阶段。RAF-265就是针对突变/野生型BRAF和血管内皮生长因子受体(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)的一种小分子多激酶抑制剂[24]。

3.2Ras/Raf/MEK/ERK信号通路与阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)在神经系统中,Ras/Raf/MEK/ERK信号通路在神经祖细胞的生成、学习和记忆等方面发挥重要作用。AD是一种中枢神经系统变性疾病，主要表现为渐进性记忆障碍、认知功能障碍、人格改变及语言障碍等神经精神症状，Ras/Raf/MEK/ERK信号通路在AD患者易感神经元内可以被激活,提示ERK信号传导通路在AD的病理生理和发病机制中具有重要作用，如Tau蛋白磷酸化、β淀粉样蛋白(amyloid β-protein,Aβ)沉积。在早期认知功能减退，如学习、记忆等方面，Aβ通过扰动突触功能和认知过程引起AD。毕胜等[25]通过ERK蛋白质印迹法证明AD患者ERK蛋白水平高于帕金森痴呆患者及健康老年人。

3.3Ras/Raf/MEK/ERK信号通路与循环系统疾病心肌肥厚是心肌工作量增加而导致的不同心血管疾病的一种适应性反应。虽然对该应力的代偿反应被视为支持心输出量增加的有效手段，但长时间的心肌肥大最终会导致猝死或进展为心脏衰竭。Ras/Raf/MEK/ERK信号通路的激活在许多增殖性疾病如心肌肥厚中起着至关重要的作用，心肌肥大的发生与局部RAS的激活联系密切，其主要活性物质血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，AngⅡ)的生物学作用是通过位于组织细胞上的特异性受体介导的，ERK就是其中一种被AngⅡ激活的信号物质。ERK活化后参与多种刺激因素的促心肌肥大和增殖，进而演变成慢性心力衰竭，而心锚蛋白重复序列蛋白会通过抑制ERK通路的表达来减弱心脏肥大。以上证据表明心力衰竭与Ras/Raf/MEK/ERK信号通路密切相关。

3.4Ras/Raf/MEK/ERK信号通路与皮肤光老化皮肤是人体最大的器官，它的自我修复能力贯穿人的一生。随着年龄的增加及某些外界因素的影响，皮肤会逐渐老化。紫外线辐射可导致皮肤成纤维细胞和角质形成细胞产生大量的活性氧簇，活性氧簇可介导细胞表面表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)激活，EGFR激活后可介导Ras的激活，从而激活Ras/Raf/MEK/ERK传导通路。有研究表明，成年皮肤驻留在干细胞/祖细胞，生长停滞、衰老、凋亡性死亡和功能障碍由关键信号的突变引起，如Ras/Raf/MEK/ERK、PI3K/Akt信号通路，以及Wnt信号、p21和p53等已经在皮肤再生中显示出重要的功能[26]。

4　展　　望

综上所述，低氧是人类众多疾病中常见的一个重要病理生理过程，了解ERK通路在低氧性疾病中的作用机制能为这类疾病的治疗提供新的思路和方法。通过对ERK通路多年来的研究积累，了解到ERK通路主要是通过在不同时间、不同空间条件下的激活实现其对细胞应答的调节,阻断其信号传导链中的任何一个环节,就有可能阻断相应疾病的发生。据此可以认为，随着对细胞通路机制研究的不断深入，将会有更多的针对该通路的新型治疗药物不断涌现出来。除此之外,Ras/Raf/MEK/ERK通路信号分子的变化及对各个系统的影响，相关通路信号分子抑制剂干预的效应都需要引起高度的关注和进行深入的研究。

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2014年青海省科技厅国际合作项目(2014-HZ-808)。作者简介：韩园芳(1989-)，在读硕士，主要从事血液病学研究。△

，E-mail：lindaji1@163.com。

R363

A

1671-8348(2016)21-3004-04

2016-01-08

2016-03-26)

·综述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.21.041