RAF/MEK/ERK信号通路在胰腺癌发生发展中的作用机制及其临床应用价值

郭鑫，任思谦，阿卜杜·海拜尔·萨杜拉，袁蒙，叶辰，原春辉

(北京大学第三医院普通外科，北京 100191)

丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)属于一类丝氨酸/苏氨酸激酶，在MAPK家族中，细胞外信号调节激酶(RAF/MEK/ERK)信号通路是最重要的信号通路，该信号通路在所有真核细胞中高度保守，当细胞受到表皮生长因子(EGFR)、血小板衍生生长因子(PDGF)等有丝分裂原刺激后，RAS构象变化，引起RAF/MEK/ERK的级联反应，活化的ERK可以使激酶、转录因子等多种底物发生磷酸化[1]，RAF/MEK/ERK信号通路是人类肿瘤发生发展中最重要的失调信号之一，参与肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭、转移和血管生成[2]。胰腺癌是常见的恶性肿瘤之一，超过 85%胰腺癌属于导管腺癌。胰腺癌早期通常无症状，确诊时往往已发展成为晚期癌症，预后很差，5年生存率极低，预计到2030年将成为肿瘤疾病的第二大死因[3]。KRAS突变是胰腺癌发生发展的主要遗传事件，KRAS蛋白作为分子开关，向下游RAF/MEK/ERK连续传递信号，激活各种细胞内信号通路和转录因子。75%～90%的胰腺癌病人在KRAS癌基因的第12位密码子处具有激活的突变，RAF/MEK/ERK信号通路在大多数胰腺癌中被激活[4]。因此，RAF/MEK/ERK信号通路对于胰腺癌发生的启动、维持以及制定合理的治疗策略至关重要[5]。

一、RAF/MEK/ERK信号通路激活对胰腺癌细胞生物学的影响

1.RAF/MEK/ERK信号通路影响肿瘤细胞增殖 在多种肿瘤中已经鉴定出RAF/MEK/ERK信号通路功能失调，在许多肿瘤中发现RAS和B-RAF突变可以激活ERK1/2级联反应，而ERK1/2与细胞增殖有关[6]。增殖细胞核抗原相关因子(PAF)可以诱导胰腺导管上皮细胞过度增殖，发生胰腺上皮内瘤变，同时伴有RAS或RAF突变和ERK磷酸化。PAF转录激活mTOR激活子的表达，进而使MEK和ERK过度磷酸化，这对胰腺癌细胞的增殖是必需的[7]。晚期糖基化终产物(RAGE)与突变型KRAS的结合促进了缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)的激活，在低氧条件下，RAGE和突变型KRAS之间的相互作用增强，继而维持RAF/MEK/ERK信号通路激活，促进HIF-1α的稳定和转录活性，促进了缺氧条件下胰腺肿瘤的生长[8]。

2.RAF/MEK/ERK信号通路影响肿瘤侵袭和转移 RAF-1激酶抑制剂蛋白(RKIP)可以抑制RAF/MEK/ERK信号通路，RKIP的缺失在胰腺的肿瘤转化中发挥了重要作用，与肿瘤上皮-间质细胞转化和侵袭性相关[9]。受体相互作用蛋白激酶4(RIPK4)是胰腺癌高转移潜能病人的关键分子，RIPK4可通过RAF/MEK/ERK信号通路促进胰腺癌细胞的迁移和侵袭[10]。HIF-1α表达的增加使胰腺癌细胞在缺氧状态下RAF/MEK/ERK信号通路激活，在这种情况下，HIF-1α抑制活性氧的释放，活性氧的减少进一步激活RAF/MEK/ERK信号通路，形成正反馈环，这与胰腺癌的侵袭性和转移能力密切相关[11]。

3.RAF/MEK/ERK信号通路激活促进肿瘤血管生成 B-RAF对于胰腺癌细胞的增殖、ERK激活和肿瘤细胞在体内和体外表达血管生成因子都是必需的，内源性B-Raf通过支持基质反应和肿瘤进展来促进转基因小鼠的胰腺癌形成[12]。白细胞介素8可能通过诱导血管内皮生长因子2(VEGF-2)表达，促进ERK活化而成为胰腺癌的恶性因子[13]。

4.RAF/MEK/ERK信号通路激活调节肿瘤细胞免疫微环境和耐药性 具有KRASG12D突变的肿瘤细胞与调节性T细胞相关，在野生型KRAS肿瘤细胞中，KRASG12D突变的过表达导致CD4 阳性细胞、CD25阴性细胞转化为调节性T细胞。在胰腺癌细胞中，KRASG12D突变激活了RAF/MEK/ERK信号通路，上调了白细胞介素10和转化生长因子β的水平，从而诱导了调节性T细胞的转化，有助于形成胰腺癌的抑制性免疫微环境[14]。突变的KRAS也可能通过RAF/MEK/ERK信号通路介导的转录效应来驱动糖原合成酶激酶3的表达，糖原合成酶激酶3可以调节核转录因子κB(NF-κB)的表达，这在胰腺癌耐药性的形成中发挥重要作用[15]。

二、RAF/MEK/ERK信号通路抑制剂在胰腺癌治疗中的研究和应用价值

RAF/MEK/ERK信号通路在人类癌症中起着核心作用，它在多种肿瘤中过度激活，这些研究结论引起了人们对靶向这一途径作为癌症治疗选择的浓厚兴趣。随着基础研究的深入，多种针对该信号通路抑制剂已经被成功研发，这些药物在临床试验中有效，而且不良反应可控。

1.RAF抑制剂研究及应用 KRAS突变是胰腺癌中最常见的遗传事件，KRAS本身很难抑制，而靶向KRAS关键下游信号RAF对胰腺癌治疗有效。LY3009120是一种泛RAF抑制剂，可以成为治疗KRAS突变胰腺癌的新策略[16]。靶向RAF对胰腺癌肿瘤实体的治疗可能有重要价值。RAF/VEGF-2双重抑制减少了MEK、AKT、ERK和信号传导与转录激活因子3(STAT3)的激活，显著降低了VEGF-2的表达，阻止胰腺癌细胞的迁移。RAF抑制剂还可以通过阻断VEGF-2减少STAT3磷酸化，降低凋亡抑制蛋白的表达，使内皮细胞和血管平滑肌细胞的增殖和迁移能力显著降低。在体内阻断RAF/VEGF-2可显著抑制原位肿瘤生长和血管形成，并减少癌症转移。因此，阻断RAF可以抑制胰腺癌细胞、内皮细胞和周细胞的生长，发挥其抗血管生成的特性[17]。

2.MEK抑制剂研究及应用 曲美替尼是获得FDA批准上市的一种MEK1/2抑制剂，曲美替尼通过灭活MEK/ERK/MYC信号并通过Bcl-2降解来激活凋亡相关通路，能显著抑制胰腺癌细胞的增殖[18]，曲美替尼阻断了ERK1/2的活性，可增加KRAS突变的胰腺癌细胞放射敏感性[19]。在化疗方案中加入曲美替尼显示出对皮下异种移植瘤中肿瘤细胞生长抑制产生累加效应，该治疗对肿瘤内增殖和凋亡的影响与肿瘤生长抑制相对应。曲美替尼的作用随着ERK磷酸化而减弱以及胱天蛋白酶3和聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶1蛋白裂解而增强[20]。只有具有罕见KRASG12C突变和低EGFR表达的胰腺癌细胞对单一使用曲美替尼治疗敏感。常见的KRASG12D突变导致AKT活性升高，因此单一使用MEK抑制剂治疗失败。在这种情况下，MEK和AKT抑制剂的组合具有协同作用[21]。

MEK/STAT3抑制剂联合应用可以持续阻断ERK、EGFR和STAT3信号传导，克服单个药物耐药性。这种结合的抑制作用减弱了肿瘤异种移植模型中的肿瘤生长并增加了小鼠的存活率，MEK/STAT3抑制剂通过消耗肿瘤纤维化，维持胰腺完整性和下调CD44 阳性细胞、CD133 阳性细胞来改变胰腺癌肿瘤微环境[22]。Hedgehog信号通路抑制剂和MEK抑制剂的组合减少小鼠模型中的胰腺癌转移，胰腺癌转移小鼠模型中转移性结节数量的减少，这两种抑制剂还显著降低了细胞增殖并减少了CD45 阳性细胞[23]。单独使用MEK抑制剂或PI3K抑制剂治疗晚期胰腺癌显示出抑制肿瘤生长作用，但未显著提高总体生存率。与吉西他滨联合的三联治疗方案可以增加MEK或PI3K抑制作用，提高了总生存率[24]。MEK1/2加自噬的联合抑制在体外显示出对胰腺癌细胞的协同抗增殖作用，促进了小鼠异种移植的胰腺癌肿瘤消退[25]。

3.ERK抑制剂研究及应用 在胰腺组织中，磷酸化的ERK1/2在癌症相关的胰腺星状细胞中高表达，胰腺星状细胞对ERK1/2抑制剂的治疗也更加敏感。ERK1/2抑制剂可以抑制胰腺癌细胞中的上皮-间质细胞转化，上调细胞衰老标志物，激活胰腺星状细胞的自噬，抑制肿瘤与基质之间的相互作用。自噬抑制剂氯喹可以抑制ERK诱导的自噬并促进胰腺星状细胞衰老，导致细胞增殖显著降低。在异种移植小鼠模型中，ERK抑制剂和自噬抑制剂的组合可抑制胰腺癌肝转移[26]。ERK抑制降低了糖酵解和线粒体功能，会增强胰腺癌细胞对自噬的依赖性，部分原因是削弱了其他KRAS或ERK驱动的代谢过程。自噬抑制剂氯喹和特定自噬调节剂的协同增强了ERK抑制剂在胰腺癌中抗肿瘤活性[27]。ERK特异性抑制剂优立替尼在RAS和RAF突变的晚期实体瘤的Ⅰ期临床试验中显示出抗肿瘤活性，优立替尼有效抑制胰腺癌细胞体外生长，并增强了吉西他滨的细胞毒性作用[28]。

4.RAF/MEK/ERK信号通路抑制剂临床问题与对策 在胰腺癌病人中，RAF/MEK/ERK抑制剂具有良好的耐受性，但客观缓解率仍然不高。常见的毒性反应有皮疹、腹泻、水肿和视力障碍[29]。原因可以归因于以下几个因素：一是存在RAF/MEK/ERK信号通路抑制剂作用的替代通路，二是癌症中多个信号通路的改变，三是仅抑制单个通路不足以促进细胞凋亡或细胞生长停滞。

针对临床研究中的问题，在将来，一是要对RAF/MEK/ERK信号通路的复杂性及其与其他致癌通路的交叉性有更多认识，为设计更好的治疗策略提供机会，还需要进一步了解这些抑制剂的具体生物学机制，特别是确定可能受益的病人“亚群”。二是联合免疫治疗等其他疗法。尽管靶向RAF/MEK/ERK信号通路的疗法已在大部分癌症病人中产生了显著的临床效果，但由于耐药性的发展，肿瘤的复发率增高。免疫疗法显示出有限的临床反应，但是病人有持久的肿瘤消退和完全反应。最近的临床试验正在研究RAF/MEK/ERK通路抑制剂与程序性死亡蛋白1(PD-1)、程序性死亡配体1(PD-L1)的检查点抑制剂结合与细胞毒性T细胞相关抗原4(CTLA-4)联合疗法，RAF/MEK/ERK信号通路抑制剂可能与免疫疗法产生协同作用，从而为开发联合疗法提供依据。

三、总结与展望

大量研究结果表明，RAF/MEK/ERK信号通路抑制剂将成为治疗胰腺癌的有效靶向药物，但在临床应用方面仍然面临很多挑战。随着对RAF/MEK/ERK级联反应和信号通路间交互影响的复杂性研究，我们也对胰腺癌细胞的复杂生物学和遗传学有了更深的了解，以及对如何改善临床试验设计有了更好的了解，这将有助于开发基于RAF/MEK/ERK信号通路靶点的胰腺癌靶向药物，对此我们仍然保持乐观态度和重视。