Ras_MAPK与PI3K_Akt信号转导通路及其相互作用
作者单位:300020天津,中国医学科学院中国协和医科大学血液学研究所、血液病医院?综述?
Ras/MA P K与PI3K/Akt信号转导通路及其相互作用
袁向飞综述 陆敏审校
【摘要】 Ras/MA P K通路和PI3K/Akt通路是膜受体信号向细胞内转导的重要途径,它们调节着细胞凋亡、生长以及一些重要基因的表达。在不同的细胞类型、不同的细胞分化时期、不同的实验条件下,PI3K/Akt通路和Ras/MAP K通路之间的相互作用都会十分明显地表现在这两条通路的不同阶段,这些为白血病和其他肿瘤的新治疗方案提供了重要的理论依据。现将PI3K/Akt和Ras /MA P K通路及其相互作用综述如下。
【关键词】 丝裂原,激活蛋白激酶类; 基因,ras; 磷脂酰肌醇类; 蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶,信号转导
Ras/MA P K通路和PI3K/丝苏氨酸蛋白激酶(Akt)通路是膜受体信号向细胞内转导的重要途径,它们调节着细胞凋亡、生长以及一些重要基因的表达。在不同的细胞类型、不同的细胞分化时期、不同的实验条件下,PI3K/Akt通路和Ras/MA P K通路之间的相互作用都会十分明显地表现在这两条通路的不同阶段,这些为白血病和其他肿瘤的新治疗方案提供了重要的理论依据。现将PI3K/Akt和Ras/ MA P K通路及其相互作用综述如下。
Ras/MA P K与PI3K/Akt信号转导通路简介
1.Ras/MA P K信号转导通路:在1989～1991年之间,随着Ksslp、Fus3p和细胞外信号调节激酶1 (extracellular signal2regulated kinase1,ER K1)、ER K2、ER K3序列分别在出芽酵母菌和哺乳动物中的发现,一个新的蛋白激酶家族被确认。由于该家族的成员起初一直作为丝裂原刺激产生的酪氨酸磷酸化蛋白被研究,故而被命名为丝裂原激活蛋白激酶(mi2 togen2activated p rotein kinase,MA P K)。
整个Ras/MA P K信号通路在胚胎的发育,细胞的分化、增殖、死亡等生物学过程中具有重要的调节作用,MA P K家族是这一信号通路的主要成员[1]。它包括了一系列蛋白激酶的级联反应:Ras与GTP结合后被激活,使Raf募集到细胞膜并与之结合,随后M E K、MA P K依次被磷酸化激活,MA P K活化一些转录因子、蛋白激酶等,引发多种生物学效应。另外, Ras/GTP还可以通过M E KK来活化M E K。
2.PI3K/Akt信号转导通路:PI3K/Akt信号转导通路一直被认为在肿瘤的进展和抗肿瘤治疗的过程中起重要的作用,因此,随着以PI3K/Akt信号转导通路为治疗靶点的研究发展,人们进一步认识到了它对肿瘤治疗预后的影响[2]。
磷脂酰肌醇232激酶(p ho sp hatidylino sitol232ki2 nase,PI3K)因可以磷酸化肌醇磷脂肌醇环上的3′2 O H而得名,是一个包括许多脂质激酶的家族。如一类PI3K(class2I PI3K)由一个调节亚基(P85)和一个催化亚基(P110)组成,又可由于被受体酪氨酸激酶或G2蛋白偶联的受体激活而分为两个亚类。当对应的受体被配体激活后,结合并激活P85,而后P110被募集到膜附近,与P85结合形成异二聚体,随之P110活化,催化膜表面的磷酸肌醇二磷酸(phosphatidy linosi2 tol(4,5)2bisphosphate,PIP2)生成磷酸肌醇三磷酸(phosphatidy linositol(3,4,5)2trisphosphate,PIP3)[2]。PIP3作为第二信使,使Akt和磷脂酰肌醇依赖性激酶1(p ho sp hoino sitide2dependent kinase1,PD K1)通过它们各自的P H结构域定位到细胞膜内表面, PD K1磷酸化Akt的Thr308残基,此外PD K2以类似的方式磷酸化Akt C末端的Ser473残基,从而Akt 被完全激活,作用于多种底物来调节细胞的生存、增殖和代谢[3]。
Ras/MA P K与PI3K/Akt信号转导通路的相互作用
不同信号转导途径受体信号的相互作用(recep2 tor cro sstalk)的概念是于上世纪80年代早期提出的,当时主要是为了解释一些药物的不太合乎常理的药理学效用[4]。由于PI3K/Akt通路与Ras/MA P K通路在功能上十分类似,因而被发现在两条通路之间存在着一定程度的相互作用,这种作用可以使细胞外的致瘤信号增强,但有时也会使信号减弱[5]。
1.Ras/MA P K通路对PI3K/Akt通路的影响: (1)Ras对Akt的影响:在某细胞中Akt的活化需要依靠Ras。在COS27细胞中,一种激活状态的Ras分子(RasVl2)可以使MA P K的活性增加40倍,也可诱导Akt的活化,使其活化水平高于正常5倍。一种PI3K的P110亚基的特异性抑制剂(wort mannin)可
以阻断这种Ras对Akt分子活化的诱导作用。但是Ras诱导的MA P K活化却不受wort mannin的影响,而且后来证明负性突变的Ras(RasNl7)并不影响血小板源性生长因子引起的PI3K依赖的Akt的激活,这些表明PI3K并没有作为Ras的下游作用分子,因此RasVl2可能是通过一条PI3K非依赖的途径来激活Akt的。此外还有另外一种解释就是RasVl2基因的表达导致了一些自分泌因子的产生,随后由这些因子作用于生长因子受体引起信号通路的活化。(2) p38MA P K对Akt的影响:Rane等分别在L Y294002、wort mannin、PD98059以及SB203580存在和不存在的条件下检测甲酰甲硫氨酰2亮氨酰2苯丙氨酸(N2formyl2met hionyl2leucyl2p henylalanine,f M2 L P)刺激的嗜中性粒细胞中的Akt u Ser473的磷酸化水平。结果显示,L Y294002、wort mannin和SB203580可以抑制Akt u Ser473的磷酸化,而PD98059却没有类似作用,说明PI3K和p38MA P K 均可以调节Akt的活性,而ER K似乎没有这种功能。随后为了探明PI3K和p38是否存在上下游信号分子的关系,他们又在嗜中性粒细胞中证明PIP3会引起p38的活化和Akt u Ser473的磷酸化,而且SB203580可以阻断PIP3诱导的Akt u Ser473的磷酸化,说明了p38在这条信号转导通路中介于PI3K和Akt之间,对Akt的磷酸化具有十分重要的作用[6]。最近Kat hleen等在过量表达erbB22的的细胞中利用L Y294002和SB203580证明了类似的现象[7]。
关于p38与Akt之间的作用方式,早先的文献曾经报道,一种受p38直接作用的靶蛋白MA P K活化蛋白激酶22(MA P K2actived protein kinase22)在体外可以磷酸化Akt的Ser473,而且活化的Akt可以与该激酶的底物———热休克蛋白27(heat shock p rotein 27,Hsp27)结合。后来Rane等用免疫沉淀的方法发现,在没有激活的嗜中性粒细胞中p38、MA P K活化蛋白激酶22、Hsp27和Akt是以复合体的形式存在的,而当被fML P诱导激活以后,MA P K活化蛋白激酶22就会使Hsp27磷酸化,并且从复合体上分离下来,随之Akt Ser473被磷酸化。从而他们估计Hsp27在这条信号通路中具有调节作用,但是是正性调节还是负性调节最后还没有定论[6]。
2.PI3K/Akt通路对Ras/MA P K通路的影响: (1)PI3K对Ras/MA P K通路的影响:在最初的两条转导通路相互作用的研究中,人们发现PI3K的抑制剂可以减弱MA P K的活性[8]。比如wort mannin会阻断CD3抗体诱导的T细胞ER K2的活化及在兔骨骼肌中MA P K的活化;在几内亚猪嗜中性粒细胞中,可以部分地(大约50%)抑制血小板活化因子诱导激活的MA P K的活性。
后来一些研究指出,PI3K的活性对Ras/MA P K 通路的活性有非常重要的诱导作用,而且这种作用有可能发生在Ras/MA P K通路的不同水平。Sheng 等[9]在肠内皮细胞中,用L Y294002完全抑制Ras诱导的细胞周期蛋白D1(cyclin D1)的表达,证明了PI3K同样可以调节Ras/MA P K通路的下游分子cy2 clin D1,但是使cyclin D1稳定地表达,却不能阻止L Y294002引起的G1期细胞生长阻滞,而且PD98059 (M E K抑制剂)也只能降低cyclin D1的水平,却不会引起G1期细胞生长阻滞,说明PI3K对Ras/MA P K 通路的作用底物cyclin D1有重要的影响[9]。King等发现在N IH3T3细胞中L Y294002和wort mannin 会阻断整合素介导的Raf21和M E K21的活化,但却不会影响Ras与GTP的结合,由此他们推测PI3K作用在Raf21和Ras之间,作用机制不明。实际上,随着信号系统的不同,PI3K在Ras/MA P K通路中的作用位置也是各异的。比如胰岛素、I型胰岛素样生长因子、白介素28诱导的系统在Ras和Raf21之间,而白介素22诱导的系统则位于Ras和shc的上游。更有意思的是,有人发现对于COS22细胞,尽管高浓度EGF激活的Ras和ER K并不会受L Y294002和wort mannin以及负性突变的p85的影响,但是使用低浓度的表皮生长因子(epidermal growt h factor, EGF)处理的细胞,Ras和ER K就变得对PI3K活性的抑制非常敏感,特别是ER K[10]。可见配体的浓度对PI3K的作用也有影响。(2)Akt对Ras/MA P K通路的影响:尽管上述研究显示,PI3K通过调节Ras/ MA P K通路的元件(例如ER K),协同增强了该通路的生长信号,但是另外一些实验则显示Akt通过磷酸化Raf可有效地抑制Raf的活性。Zimmerman和Moelling利用H E K293细胞发现,Akt突变失活后, EGF诱导的Raf活性增强;组成性突变的Akt十分明显地抑制了EGF诱导的Raf活性增强。对于S259突变的有组成活性的Raf,Akt便不再具有上述调节功能。证明Akt引起Raf21S259磷酸化而降低其活性[11]。后来Guan等也证明Akt可以通过磷酸化B2 Raf的S364和S428残基来调节其活性,在H E K293细胞中,活化的Akt降低了B2Raf的活性;通过L Y294002对Akt的抑制作用可以提高B2Raf的活性[12]。Akt磷酸化Raf之后,为Raf提供了一个与一种负性调节蛋白———142323蛋白的结合位点,从而下调Raf的活性[11]。
后来又指出这种作用很可能取决于细胞所处的分化时期。Rommel等使具持续激活的Akt在比较原始的成肌细胞和已经分化的肌管细胞中表达的量相同,而在后者的ER K磷酸化被完全抑制,前者却没有受到影响,可见Akt对Ras/MA P K通路的负性调节作用在肌细胞中具有分化时期的特异性[13]。
展 望
综上所述,无论是在不同的细胞类型、不同的细胞分化时期、不同的实验条件下,PI3K/Akt通路和Ras/MA P K通路之间的相互作用都会十分明显地表现在这两条通路的不同阶段。鉴于这种相互作用的复杂性,两者之间的真正关系至今仍未完全地揭示出
来,比如PI3K/Akt通路究竟对Ras/MA P K通路是正性调节还是负性调节作用?在何种细胞中何种调节方式占优势?此外还有更为复杂的相互作用机制。这些领域的研究进展,将会为肿瘤和其他疾病的治疗提供新的药物靶点。
近来,人们证明同时利用Ras/MA P K和PI3K /Akt两条通路的抑制剂,对Raf和M E K21转化的造血细胞的生长有更进一步的抑制作用。这为白血病化疗方案的改善提供了依据,同时也为其他肿瘤的治疗方案开辟了一条新的思路。
参 考 文 献
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(收稿日期:2005203221)
(上接第260页)
参 考 文 献
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(收稿日期:2005208205)