信號通路是指當細胞里要發(fā)生某種反應時,，信號從細胞外到細胞內(nèi)傳遞了一種信息,，細胞要根據(jù)這種信息來做出反應的現(xiàn)象。下面介紹幾種常見的信號通路并對其進行了介紹和分析,，希望可以幫助到科研朋友們,。

　　第一種信號通路：p53信號

　　1、p53基因的發(fā)現(xiàn)

　　p53基因是迄今發(fā)現(xiàn)與腫瘤相關性高的基因,。1979年,，Lane和Crawford在感染了SV40的小鼠細胞內(nèi)分離獲得一個與SV40大T抗原相互作用的蛋白，因其分子量為53 kDa,，故而取名為p53(人的基因稱為TP53)[3],。起初，p53被誤認為是癌基因,，直到上個世紀90年代,，人們才認識到引起腫瘤形成或細胞癌變的p53蛋白是p53基因的突變產(chǎn)物。野生型p53基因是一種重要的抑癌基因,，它是細胞生長周期中的負調(diào)節(jié)因子,，在細胞周期調(diào)控、DNA損傷修復,、細胞分化,、凋亡和衰老等許多過程中發(fā)揮了重要的生物學功能，因而被譽為“細胞衛(wèi)士”,。隨著研究的深入,，人、猴,、雞,、大鼠、非洲爪蟾和斑馬魚等多種模式動物的p53基因也相繼被克隆,。

　　其中,，人類TP53基因定位于染色體17P13.1，小鼠p53基因被定位在11號染色體上,，并在14號染色體上發(fā)現(xiàn)無功能的假基因,。在這些進化程度迥異的動物中，它們的p53基因結(jié)構卻異常保守,，基因全長16-20kb,，都由11個外顯子和10個內(nèi)含子組成,。其中第1個外顯子不編碼結(jié)構域，外顯子2,、4,、5,、7,、8則分別編碼5個進化上高度保守的結(jié)構域，轉(zhuǎn)錄形成約2.5 kb的mRNA,。之后,，在基因同源性的基礎上又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了p53家族的其它成員，分別是p73和p63,，它們也因各自的分子量而得名,，具有和p53相似的結(jié)構和功能。

　　2,、p53信號通路

　　p53基因受多種信號因子的調(diào)控,。例如：當細胞中的DNA損傷或細胞增殖異常時，p53基因被激活,，導致細胞周期停滯并啟動DNA修復機制,，使損傷的DNA得以修復。然而,，當DNA損傷過度而無法被修復時,，作為轉(zhuǎn)錄因子的p53還可進一步激活下游促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄，誘導細胞凋亡并殺死有DNA損傷的細胞,。不然,，這些DNA損傷的細胞就可能逐漸脫離正常的調(diào)控，有可能終形成腫瘤,。

　　雖然正常狀態(tài)下p53的mRNA水平很高,，而且有大量蛋白質(zhì)合成，但p53蛋白容易降解,，所以正常細胞內(nèi)p53蛋白水平很低,。蛋白的泛素化(ubiquitination)修飾是細胞內(nèi)蛋白代謝過程中的普通的降解方式，p53蛋白的降解也是通過泛素化來實現(xiàn)的,。MDM2是一種特異性針對p53的泛素化E3連接酶,，它可直接與p53蛋白結(jié)合來促進p53蛋白的泛素化降解，并在細胞內(nèi)p53蛋白動態(tài)平衡中發(fā)揮關鍵的作用,。MDM2本身也可被p53蛋白激活,，因此MDM2是p53通路中重要的負反饋調(diào)節(jié)因子(negative feedback regulator)。

　　3,、p53與腫瘤

　　p53基因敲除小鼠雖然可以產(chǎn)生后代,，但其生長發(fā)育過程中會出現(xiàn)高頻率的自發(fā)性腫瘤,，這提示p53蛋白與腫瘤之間存在密切的關系。事實上,，目前TP53基因是與人類腫瘤的相關性高的基因,，與50%以上的人類惡性腫瘤有關，而且現(xiàn)正已在超過51種人類腫瘤病例中發(fā)現(xiàn)TP53基因的異常表達和功能失活,。TP53基因突變是其功能失活的主要原因,，至今已發(fā)現(xiàn)400多種TP53基因突變類型，其中147種與胃腸道腫瘤有關,，而常見的突變方式是點突變,。通過分析大量腫瘤病例中的TP53突變位點，證實腫瘤中95.1%的p53點突變位點發(fā)生在高度保守的DNA結(jié)合區(qū),，尤以第175,、245、248,、249,、273和282位點的突變率高。此外,，某些點突變改變了p53的空間構象,，影響了p53蛋白與MDM2和p300等蛋白的相互作用。另一些點突變發(fā)生在p53的核定位信號區(qū),，使p53無法進入細胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活的功能,。不同腫瘤的TP53基因突變位點并不一致，例如：結(jié)腸癌中G:C→A:T轉(zhuǎn)換占到79%;在乳腺癌中,，G→T顛換占到1/4,，而這種突變在結(jié)腸癌十分少見;淋巴瘤和白血病的TP53基因突變方式與結(jié)腸癌相似;在肺癌中G:C→T:A突變普遍，而食道癌中發(fā)生G→T顛換的頻率很高,。

　　目前看來,，在腫瘤形成的復雜網(wǎng)絡和調(diào)控體系中，p53是主要的因素,。有人認為p53是很好的腫瘤診斷標志物,，可以作為癌癥早期診斷的重要指標。認識到p53基因的重要作用后,，全世界數(shù)以千計的分子生物學家正在拋開原來的課題轉(zhuǎn)而研究p53,，希望以此作為攻克癌癥的突破口?？茖W家相信,，利用p53基因發(fā)現(xiàn)并治療癌癥的前景非常廣闊。除了基因治療,，研究人員正在篩選可以影響p53基因上下游調(diào)控的小分子化合物,。羅氏制藥公司開發(fā)的一種名為nutlins的小分子化合物,，能夠干擾p53和MDM2之間的調(diào)控關系，有望成為一種有效的抗癌藥物,。

　　第二種信號通路：NF-κB信號

　　1975年,，E. A. Carswell和L. J. Old等人發(fā)現(xiàn)已接種卡介苗的小鼠注射脂多糖后，小鼠血清中產(chǎn)生了一種可引起動物腫瘤組織出血壞死的物質(zhì),，該物質(zhì)對體外培養(yǎng)的多種腫瘤細胞株都具有細胞殺傷作用,，于是他們將這種物質(zhì)命名為腫瘤壞死因子(tumour necrosis factor, TNF)。TNF是迄今發(fā)現(xiàn)的抗腫瘤效果強的細胞因子,。1984年起,，歐美國家就開始把TNF的基因工程產(chǎn)品應用到癌癥臨床治療中,，并一度取得轟動的成果,，然而終由于毒副作用嚴重而被迫終止。九十年代末以來,，隨著基礎研究的深入和基因工程技術的發(fā)展,，科學家研制出一些高效、低毒的TNF變構體,，從而重新確立了TNF在抗腫瘤中的重要地位,，掀開了TNF在腫瘤研究和治療中的新篇章。

　　1,、TNF簡介

　　TNF是一種糖蛋白,，它以兩種形式存在：TNF-a和TNF-b。TNF-a由單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生,，它可引起腫瘤組織出血壞死,，而脂多糖(Lipopolysaccharides, LPS)是較強的刺激劑。TNF-b是一種淋巴因子,，又稱淋巴毒素(lymphotoxin, LT),。抗原或絲裂原均可刺激T淋巴細胞分泌TNF-b,，具有腫瘤殺傷及免疫調(diào)節(jié)功能,。 人的TNF-a基因長2.76 kb，由4個外顯子和3個內(nèi)含子組成,，定位在第六號染色體上,。人TNF-a前體由233個氨基酸組成，含有76個氨基酸殘基的信號肽,，切除信號肽后形成157個氨基酸的成熟型非糖基化的TNF-a,。通過基因工程方法改造后的TNF-a具有更好的生物學活性和抗腫瘤效果。

　　2,、TNF與NF-kB信號通路

　　TNF-a與TNF-b分子結(jié)構相似,，所發(fā)揮的生物學效應相近,。胞外因子TNF-α以三聚體形式發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導功能，與TNF受體(TNF receptor, TNFR)結(jié)合引起受體多聚化,，這種多聚化使得TNF受體與細胞質(zhì)中TRADD分子發(fā)生相互作用,。TRADD招募相應蛋白后介導兩條轉(zhuǎn)導通路：一條是通過TRAF2和RIP分子誘導NF-κB的活化，參與抗凋亡;另一條是通過FADD分子導致細胞凋亡,。TNFR只有在蛋白合成受阻的情況下才會誘導凋亡,，下面我們將著重介紹由TNF激活的NF-kB信號通路。

　　NF-kB(nuclear factor-kappa B)是1986年從B淋巴細胞的細胞核抽提物中找到的轉(zhuǎn)錄因子,，它能與免疫球蛋白kappa輕鏈基因的增強子B序列GGGACTTTCC特異性結(jié)合,，促進κ輕鏈基因表達，故而得名,。它是真核細胞轉(zhuǎn)錄因子Rel家族成員之一,，廣泛存在于各種哺乳動物細胞中。迄今為止,，在哺乳動物細胞內(nèi)共發(fā)現(xiàn)5種NF-kB/Rel家族成員,，它們分別是RelA(即p65)、RelB,、C-Rel,、p50/NF-kB1(即p50/RelA)和p52/NF-kB2。這些成員均有一個約300個氨基酸的Rel同源結(jié)構域(Rel homology domain, RHD),。這個高度保守的結(jié)構域介導Rel蛋白形成同源或異源二聚體,，該結(jié)構域也是NF-kB與靶基因DNA序列的特異性結(jié)合區(qū)域。 細胞內(nèi)NF-kB的活化過程受到精細調(diào)控,。通常情況下,，在細胞質(zhì)中的NF-kB處于失活狀態(tài)，與抑制蛋白IkB(inhibitory protein of NF-kB)結(jié)合成三聚體復合物,。當出現(xiàn)TNF-a信號,、炎癥因子以及LPS、紫外線等外界刺激時,，細胞因子與細胞膜表面的TNF受體結(jié)合后,，TNF受體發(fā)生多聚化并與細胞質(zhì)中TRADD分子發(fā)生相互作用。TRADD招募TRAF(TNFR-associated factor)和激酶RIP(receptor interacting protein),，由RIP將信號傳遞給IKK(IkB kinase),。在NF-kB信號通路中IKK扮演了非常重要的角色，盡管上游信號路徑的不同,，但是終都匯集到IKK,。IKK由a、b和g三個亞基組成，作為激酶的IKK能使IkB的a亞基的Ser32和Ser36殘基和b亞基的Ser19和Ser23殘基磷酸化,。IkB隨即從p50/p65/IkB異源三聚體中解離出來,，經(jīng)泛素化修飾后通過蛋白酶體降解。于是,，受到IkB抑制的NF-kB得以暴露其核定位序列(nuclear localization signals, NLS),，迅速從細胞質(zhì)進入細胞核內(nèi)，與核內(nèi)DNA上的特異序列相結(jié)合,，從而啟動或增強相關基因的轉(zhuǎn)錄,。

　　3、NF-kB信號通路與癌癥

　　NF-kB具有明顯的抑制細胞凋亡的功能,，與腫瘤的發(fā)生,、生長和轉(zhuǎn)移等多個過程密切相關。在人類腫瘤尤其是淋巴系統(tǒng)的惡性腫瘤中,，?？砂l(fā)現(xiàn)NF-kB家族基因的突變。NF-kB家族與癌癥相關性的第一個線索是c-Rel基因的發(fā)現(xiàn),，它是禽類逆轉(zhuǎn)錄病毒癌基因v-Rel在細胞內(nèi)的同源基因,。該病毒在雞體中造成多種造血細胞惡性轉(zhuǎn)化,，引起淋巴癌的發(fā)生,。由于NF-kB的下游基因包括CyclinD1和c-Myc，因此NF-kB的持續(xù)激活會刺激細胞生長,，導致細胞增殖失控,。NF-kB在很多癌細胞中表達異常，如在75%的乳腺癌樣品中NF-kB2的表達比鄰近的正常組織高很多倍,。腫瘤細胞遷移并浸潤到周圍組織是腫瘤擴散和轉(zhuǎn)移的前提條件,。NF-kB對腫瘤轉(zhuǎn)移具有明顯的促進作用，它能促進腫瘤轉(zhuǎn)移相關基因ICAM-1,、VCAM-1,、MMP-9等的表達。NF-kB還能誘導血管內(nèi)皮生長因子VEGF的表達,，促進血管形成,。此外，NF-kB還能通過調(diào)節(jié)COX2等基因的表達來促進腫瘤生長,。

　　NF-kB與腫瘤治療息息相關,。IFN-a、IFN-b,、TNF-a,、IL-2、G-CSF,、GM-CSF和EPO是迄今為止被批準用于臨床腫瘤治療的幾種細胞因子,，其中前6種生長因子已被證實與NF-kB的信號通路有關,。目前，國內(nèi)外主要以NF-kB為靶點,，使用抗氧化劑抑制NF-kB活性以及針對p65和p50設計小分子干擾RNA(siRNA)抑制NF-kB合成等方法作為癌癥的治療策略,，而且在動物實驗及細胞培養(yǎng)中取得不同程度的療效，但是離臨床應用還有很大距離,。由于TNF-a具有很好的抗腫瘤作用和多種免疫調(diào)節(jié)功能,，許多國家開展了用TNF治療癌癥的臨床研究。動物實驗和臨床實驗均表明,，TNF-a對某些腫瘤具有明顯的抑制作用,，但是由于不能很好地區(qū)分癌細胞和正常細胞，使用TNF-a后副作用較大,，這為其大規(guī)模臨床應用造成困難,。應用基因工程改造得到低毒高效的TNF-a變構體，對某些腫瘤的治療效果尤佳,。將TNF-a與其它具有腫瘤抑制作用的細胞因子,，如IL-2、IFN-g等聯(lián)合使用,，既可減少用藥量,、降低毒副作用，又可提高療效,，因而有望更快地大量應用于臨床,。

　　第三種信號通路：JAK-STAT信號通路

　　1、JAK與STAT蛋白

　　JAK-STAT信號通路是近年來發(fā)現(xiàn)的一條由細胞因子刺激的信號轉(zhuǎn)導通路,，參與細胞的增殖,、分化、凋亡以及免疫調(diào)節(jié)等許多重要的生物學過程,。與其它信號通路相比,，這條信號通路的傳遞過程相對簡單，它主要由三個成分組成,，即酪氨酸激酶相關受體,、酪氨酸激酶JAK和轉(zhuǎn)錄因子STAT。

　　(1) 酪氨酸激酶相關受體(tyrosine kinase associated receptor)

　　許多細胞因子和生長因子通過JAK-STAT信號通路來傳導信號,，這包括白介素2?7(IL-2?7),、GM-CSF(粒細胞/巨噬細胞集落刺激因子),、GH(生長激素),、EGF(表皮生長因子)、PDGF (血小板衍生因子)以及IFN(干擾素)等等,。這些細胞因子和生長因子在細胞膜上有相應的受體,。這些受體的共同特點是受體本身不具有激酶活性,，但胞內(nèi)段具有酪氨酸激酶JAK的結(jié)合位點。受體與配體結(jié)合后,，通過與之相結(jié)合的JAK的活化,，來磷酸化各種靶蛋白的酪氨酸殘基以實現(xiàn)信號從胞外到胞內(nèi)的轉(zhuǎn)遞,。

　　(2) 酪氨酸激酶JAK(Janus kinase)

　　很多酪氨酸激酶都是細胞膜受體,，它們統(tǒng)稱為酪氨酸激酶受體(receptor

　　tyrosine kinase, RTK),，而JAK卻是一類非跨膜型的酪氨酸激酶。JAK是英文Janus kinase的縮寫,，Janus在羅馬神話中是掌管開始和終結(jié)的兩面神。之所以稱為兩面神激酶,，是因為JAK既能磷酸化與其相結(jié)合的細胞因子受體,，又能磷酸化多個含特定SH2結(jié)構域的信號分子,。JAK蛋白家族共包括4個成員：JAK1、JAK2,、JAK3以及Tyk2，它們在結(jié)構上有7個JAK同源結(jié)構域(JAK homology domain, JH),，其中JH1結(jié)構域為激酶區(qū)、JH2結(jié)構域是“假”激酶區(qū)、JH6和JH7是受體結(jié)合區(qū)域,。

　　(3) 轉(zhuǎn)錄因子STAT(signal transducer and activator of transcription) STAT被稱為“信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子”。顧名思義,，STAT在信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活上發(fā)揮了關鍵性的作用,。目前已發(fā)現(xiàn)STAT家族的六個成員,，即STAT1-STAT6。STAT蛋白在結(jié)構上可分為以下幾個功能區(qū)段：N-端保守序列,、DNA結(jié)合區(qū),、SH3結(jié)構域,、SH2結(jié)構域及C-端的轉(zhuǎn)錄激活區(qū),。其中，序列上保守和功能上重要的區(qū)段是SH2結(jié)構域,，它具有與酪氨酸激酶Src的SH2結(jié)構域完全相同的核心序列“GTFLLRFSS”,。

　　2、JAK-STAT信號通路

　　與其它信號通路相比,，JAK-STAT信號通路的傳遞過程相對簡單,。信號傳遞過程如下：細胞因子與相應的受體結(jié)合后引起受體分子的二聚化，這使得與受體偶聯(lián)的JAK激酶相互接近并通過交互的酪氨酸磷酸化作用而活化,。JAK激活后催化受體上的酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化修飾,，繼而這些磷酸化的酪氨酸位點與周圍的氨基酸序列形成“停泊位點”(docking site)，同時含有SH2結(jié)構域的STAT蛋白被招募到這個“停泊位點”,。后,，激酶JAK催化結(jié)合在受體上的STAT蛋白發(fā)生磷酸化修飾,，活化的STAT蛋白以二聚體的形式進入細胞核內(nèi)與靶基因結(jié)合,，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄,。值得一提的是,，一種JAK激酶可以參與多種細胞因子的信號轉(zhuǎn)導過程,，一種細胞因子的信號通路也可以激活多個JAK激酶,，但細胞因子對激活的STAT分子卻具有一定的選擇性,。例如IL-4激活STAT6,，而IL-12卻特異性激活STAT4,。

　　第四種信號通路： Ras,、PI(3)K和mTOR信號

　　1、制腫瘤生長的Ras、PI(3)K和mTOR信號

　　隨著人類基因組測序的完成,，目前已發(fā)現(xiàn)了幾百種蛋白激酶,。根據(jù)它們結(jié)構上的相似性,，這些激酶可分為多個蛋白家族,，在細胞的增殖、生長,、分化和凋亡等過程中發(fā)揮重要的生物學功能,。Ras,、PI(3)K和mTOR就是一類與細胞增殖緊密相關的蛋白激酶,。

　　真核細胞的正常生長受到周圍環(huán)境所提供的養(yǎng)分的限制,。Ras和PI(3)K信號通過調(diào)控下游分子mTOR，在調(diào)控細胞生長方面起著關鍵作用,。在絕大多數(shù)的人腫瘤細胞中,，Ras和PI(3)K信號通路中的關鍵調(diào)控因子都發(fā)生了明顯的突變。究其原因,，人們發(fā)現(xiàn)這條信號通路如果發(fā)生突變,，就會導致細胞的存活和生長不再受到養(yǎng)分等環(huán)境條件的限制，進而誘導細胞癌變,。

　　Ras,、PI(3)K和mTOR是目前研究得為清楚的信號通路之一。下面，我們將簡單地介紹一下這條信號通路中的幾個關鍵組分：

　　(1) PI(3)K是英文phosphatidylinositol-3-kinase(磷脂酰肌醇-3-激酶)的縮寫,。它是一個包括許多脂質(zhì)激酶的家族,，由一個調(diào)節(jié)亞基(p85)和一個催化亞基(p110)組成。當配體與膜受體結(jié)合后,，受體激活p85并招募p110,，進而催化膜內(nèi)表面的PIP2(phosphatidylinositol 4, 5-bisphosphate)生成PI3P(phosphatidylinositol 3-phosphate)。PI3P作為第二信使,，進一步激活AKT和PDK1(phosphoinositide-dependent kinase 1)。

　　(2) AKT又稱作PKB(protein kinase B),，是PI3K重要的下游分子,，包括至少3種形式，分別為AKT1,、AKT2和AKT3,。它們對于調(diào)控細胞的生長、增殖,、存活以及糖代謝都起著十分重要的作用,。

　　(3) mTOR(mammalian target of rapamycin)是一類絲/蘇氨酸激酶。1991年,，人們在酵母中發(fā)現(xiàn)了雷帕霉素(rapamycin)的作用靶點,，取名為TOR。與酵母相比,，哺乳動物的TOR蛋白在進化和功能上高度保守,，也就相應地稱為mTOR。mTOR蛋白的C末端具有激酶活性,，它是細胞生長和增殖的關鍵調(diào)節(jié)分子,，可接收生長因子、營養(yǎng),、能量等多種信號,，并通過PI3K/AKT或Ras/ERK信號通路來發(fā)揮作用，而對mTOR信號通路的抑制可以使細胞停滯在G1期而觸發(fā)細胞凋亡,。 簡單地說,，當EGF、胰島素等生長因子結(jié)合到細胞膜表面的酪氨酸激酶受體(receptor tyrosine kinase, RTK)后,，RTK通過其酪氨酸激酶活性分別激活兩個關鍵的信號轉(zhuǎn)導分子：小G蛋白Ras和激酶PI(3)K,，再由Ras和PI(3)K共同激活下游關鍵分子mTOR。激活后的mTOR蛋白促使底物S6K(S6 kinase)和4EBP1(4E binding protein 1)發(fā)生磷酸化,。由于這兩個底物都是蛋白翻譯過程中關鍵性的調(diào)節(jié)因子,，它們的磷酸化導致核糖體蛋白合成的起始和增加。此外，胞外營養(yǎng)物質(zhì)氨基酸,、ATP等也能調(diào)控mTOR的激酶活性,。于是，mTOR蛋白整合生長因子和環(huán)境養(yǎng)分兩種信號,，通過嚴格調(diào)控細胞有絲分裂和代謝響應不同的環(huán)境條件,，保證細胞只在有利的環(huán)境下增殖。

　　值得注意的是,，一些腫瘤抑制因子,，如TSC1、TSC2和LKB1在營養(yǎng)匱乏的條件下減弱了mTOR信號通路的強度,。相應地,，TSC1、TSC2或者LKB1的失活突變,，就會導致相似的癌癥癥狀,，并具有共同的臨床表現(xiàn)。因此,，這條確保細胞在環(huán)境適宜條件下發(fā)生增殖的信號通路,，在被癌細胞利用后就可以使癌細胞在養(yǎng)料匱乏的條件下存活并生長。

　　在篩選激酶抑制劑的過程中,，人們設計了一系列針對mTOR,、PI(3)K、RTKs和Raf等激酶的藥物,。在癌癥的分子機理研究中,，盡管這條信號通路研究得透徹，但這些激酶在細胞和生物體內(nèi)的生理功能遠比我們想象的要復雜,。

　　2,、Ras-Raf通路與癌癥

　　1982年，美國科學家R.A. Weinberg等人從膀胱癌細胞中克隆得到第一個人類癌基因,，由于它和之前發(fā)現(xiàn)的鼠肉瘤病毒基因c-ras高度同源,，故而被命名為ras基因(rat sarcoma)。Ras基因在進化中高度保守,，廣泛存在于各種真核生物細胞中,。哺乳動物的Ras蛋白家族有三個成員，分別是H-ras,、K-ras和N-ras,。由于Ras蛋白的相對分子量是21 kDa，故又被稱為p21,。Ras蛋白定位于細胞膜內(nèi)側(cè),，為GTP/GDP結(jié)合蛋白，通過GTP與GDP的相互轉(zhuǎn)化來調(diào)節(jié)信號通路的傳遞;之后，人們又發(fā)現(xiàn)了Ras的直接效應因子Raf-1[10],，這就將Ras和ERK/MAPK信號通路聯(lián)系起來,。在高等生物中，Raf絲/蘇氨酸激酶家族由三個成員組成,，分別為A-raf,、B-raf和C-raf(也稱Raf-1)。

　　隨著研究的深入,，Ras信號通路構成一個復雜的網(wǎng)絡,。簡單地說，被生長因子激活的酪氨酸激酶受體RTKs以直接或間接的方式結(jié)合GRB2(growth factor receptor-bound protein 2),。GRB2與受體RTK結(jié)合后招募鳥苷酸交換因子SOS蛋白定位在與Ras相鄰的細胞膜上,。這樣，SOS與Ras形成復合體后,，GTP取代GDP與Ras結(jié)合，Ras被激活;而當GTP被水解成GDP后,，Ras失活,。Ras蛋白被激活后，產(chǎn)生一系列級聯(lián)放大反應,。首先,，它招募細胞漿內(nèi)的Raf1蛋白至細胞膜上。之后,，Raf激酶磷酸化MAPK激酶(MAPKK,，又稱MEK)，再由MEK激活ERK1/2(extracellular signal regulated kinase,，又稱MAPK),。ERK被激活后，轉(zhuǎn)至細胞核內(nèi)并直接激活轉(zhuǎn)錄因子,，產(chǎn)生相應的生物學效應,。需要特別指出的是，Raf的激活并不完全依賴于Ras,，ERK也能被除Ras之外的其它蛋白激活,。這表明信號通路級聯(lián)反應中的每一個信號蛋白都可能被多個上游蛋白所控制，而它們也可以有多個下游的靶蛋白,，從而形成一個極其復雜的網(wǎng)絡調(diào)控結(jié)構,。

　　隨著信號通路研究的拓展，人們開始研究Ras信號致癌的機理,。在超過60%的人類惡性黑色素瘤中,，都發(fā)現(xiàn)了B-raf的激活突變，這種突變還存在于一些直腸癌以及甲狀腺和肺部的腫瘤中。B-raf突變后,，在某些情況下與C-raf形成異源二聚體,，隨后持續(xù)地激活下游的ERK信號，并終激活蛋白激酶mTOR,。腫瘤細胞中也存在不涉及Ras本身的突變而又持續(xù)激活Ras的情況,。NF1基因是早被發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因之一，它是一個GAP蛋白(GTPase-activating protein),。NF1基因缺失突變后,，由于GTP水解的減少而導致GTP結(jié)合形式的Ras蛋白的積累，從而提高Ras的活性,。除此之外,，降低miRNA let-7的表達使靶基因Ras mRNA增加，也能提高Ras的活性,。這里所提到的這些蛋白成分都是未來很好的藥物靶點分子,。

　　3、Ras-PI(3)K信號通路與癌癥

　　早在20年前,，PI(3)K信號就被視為一條與病毒癌基因密切相關的信號通路,。近5年，人們發(fā)現(xiàn)在所有的散發(fā)性腫瘤中這條信號通路常見,。在淋巴瘤,、卵巢癌、乳腺癌,、胰腺癌,、腎癌、肺癌,、前列腺癌以及其它癌癥中這條通路都具異常性,。PI(3)K信號通路可以通過激活RTK和Ras，進而活化下游的靶蛋白mTOR,。需要指出的是,，絲/蘇氨酸蛋白激酶AKT家族的很多成員都是PI(3)K信號通路在癌癥中的重要靶點，例如在10%～20%的胰腺癌,、40%的肝癌和50%的結(jié)腸癌中都可以檢測到AKT2基因的大量表達,，這是PI(3)K信號通路在癌細胞中異常激活的有力證據(jù)。在一些原發(fā)性結(jié)腸癌和卵巢癌中也檢測到PI(3)K調(diào)控亞基p85?的突變,。這條通路中另一個關鍵的調(diào)節(jié)因子是PTEN(phosphatase and tensin homolog),，作為重要的腫瘤抑制基因，它的突變將會導致第二信使PIP3的大量積累,，過度激活下游的mTOR通路而使細胞發(fā)生癌變,。

　　4,、結(jié)語

　　Ras-Raf和Ras-PI(3)K以及其所激活的mTOR信號通路涉及了多個癌基因和抑癌基因的激活和失活，與腫瘤的發(fā)生密切相關,，日益成為腫瘤研究的熱點,。這些基礎研究將為癌癥的治療提供更多的方案。在過去的幾年中,，激酶mTOR的三種抑制劑,，分別是雷帕霉素的類似物everolimus、deforolimus和前體temsirolimus已經(jīng)進入臨床試驗階段,。隨著這些研究的深入,，我們相信會有更多的針對這些信號通路中的分子藥物被篩選出來，為終診治癌癥提供良方,。

　　第五種信號通路： Wnt信號

　　Wnt信號通路廣泛存在于無脊椎動物和脊椎動物中,，是一類在物種進化過程中高度保守的信號通路。Wnt信號在動物胚胎的早期發(fā)育,、器官形成,、組織再生和其它生理過程中，具有至關重要的作用,。如果這條信號通路中的關鍵蛋白發(fā)生突變,，導致信號異常活化,，就可能誘導癌癥的發(fā)生。1982年,，R. Nusse和H.E. Varmus在小鼠乳腺癌細胞中克隆得到第一個Wnt基因,，初它被命名為Int1(integration 1)。后來的研究發(fā)現(xiàn)小鼠Int基因與果蠅的無翅基因wg

　　(wingless)為同源基因,，因而將兩者合稱為Wnt,。H.E. Varmus 本人也因他在癌癥研究中的杰出貢獻而獲得1989年的諾貝爾生理醫(yī)學獎。

　　1,、nt信號通路

　　Wnt是一類分泌型糖蛋白,，通過自分泌或旁分泌發(fā)揮作用。Wnt信號通路的主要成分包括：分泌蛋白Wnt家族,、跨膜受體Frizzled家族,、CK1、Deshevelled,、GSK3,、APC、Axin,、β-Catenin,、以及轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF家族,。

　　Wnt信號通路是一個復雜的調(diào)控網(wǎng)絡，目前認為它包括三個分支：經(jīng)典Wnt信號通路,，通過β-Catenin激活基因轉(zhuǎn)錄;Wnt/PCP通路(planner cell polarity pathway),，通過小G蛋白激活JNK(c-Jun N-terminal kinase)來調(diào)控細胞骨架重排;Wnt/Ca2+通路，通過釋放胞內(nèi)Ca2+來影響細胞粘連和相關基因表達,。 一般提到Wnt信號通路主要指的是由β-Catenin介導的經(jīng)典Wnt信號通路,。下面我們將簡單介紹一下經(jīng)典Wnt信號通路的主要成分：

　　(1) Frizzled(Fzd或Frz)：分泌型糖蛋白Wnt的細胞膜上受體，為7次跨膜蛋白,，結(jié)構類似于G蛋白偶聯(lián)型受體,。FZD胞外的N端有一個富含半胱氨酸的結(jié)構域(cysteine rich domain, CRD)，能與Wnt結(jié)合,。

　　(2)Dishevelled(Dsh或Dvl)：Dsh蛋白在細胞質(zhì)中接受上游信號,，通過抑制APC、Axin以及GSK3β等蛋白形成的復合物的功能,，穩(wěn)定細胞質(zhì)中游離狀態(tài)的β-Catenin蛋白,。細胞質(zhì)中積累的β-Catenin蛋白進入細胞核與TCF/LEF家族的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而開啟了下游靶基因的轉(zhuǎn)錄,。

　　(3)GSK3β：是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,。在沒有Wnt信號時，GSK3β能將磷酸基團加到β-Catenin N端的絲氨酸/蘇氨酸殘基上,，磷酸化的β-Catenin經(jīng)β-TRCP泛素化共價修飾后,，被蛋白酶體(proteasome)降解。

　　(4) CK1(casein kinase 1,，酪蛋白激酶1)：能將β-Catenin的Ser45位點磷酸化,，隨后GSK3β將β-Catenin的Thr41、Ser37,、Ser33位點磷酸化,。

　　(5) Axin：是一種支架蛋白，具有多個與其它蛋白作用的位點,，能與APC,、GSK3β、CK1等形成β-Catenin降解復合物,。此外它還與Dishevelled,、PP2A(protein phosphatase 2A)等wnt信號的其它組分相互作用。

　　TCF/ LEF：是一類具有雙向調(diào)節(jié)功能的轉(zhuǎn)錄因子,，它與Groucho結(jié)合可以抑制基因轉(zhuǎn)錄,，而與β-Catenin結(jié)合則促進下游靶基因的轉(zhuǎn)錄。

　　當細胞沒有接受Wnt信號刺激時,，細胞質(zhì)內(nèi)大部分的β-Catenin與細胞膜上Cadherin蛋白結(jié)合使之附著于細胞骨架蛋白肌動蛋白上,，參與細胞的黏附作用,。而少部分的β-Catenin被磷酸化后，與GSK3β等形成降解復合物,，終通過泛素化修飾而降解,。Wnt信號的激活就是指分泌型的配體蛋白Wnt與膜表面受體蛋白FZD結(jié)合后，激活胞內(nèi)蛋白DVL,。DVL通過抑制GSK3β等蛋白形成的β-Catenin降解復合物的降解活性,，穩(wěn)定細胞質(zhì)中游離狀態(tài)的β-Catenin蛋白。胞漿中穩(wěn)定積累的β-Catenin進入細胞核后結(jié)合LEF/TCF轉(zhuǎn)錄因子家族,，啟動下游靶基因(如c-myc,、Cyclin D1等)的轉(zhuǎn)錄。我們可以把Wnt信號通路簡單概括為：Wnt→FZD→DVL→β-Catenin降解復合體解散→β-Catenin入核→TCF/LEF→下游基因轉(zhuǎn)錄,。

　　2,、經(jīng)典Wnt信號通路與癌癥

　　雖然研究人員很早就發(fā)現(xiàn)了Wnt信號通路的許多成員，但是直到十年之后,，人們才真正將Wnt信號通路和癌癥聯(lián)系起來,。1993年，Vogelstein等人報道腫瘤抑制因子APC(adenomatous polyposis coli,，腺瘤性結(jié)腸息肉病蛋白)和β-Catenin之間存在著相互作用,。他們發(fā)現(xiàn)大約85%的人結(jié)腸癌中APC基因都發(fā)生了突變，其缺失突變會導致結(jié)腸癌中的腺瘤性息肉,。在Wnt信號通路中,，β-Catenin的穩(wěn)定性與APC蛋白密切相關。APC蛋白可作為一個載體將β-Catenin和GSK3β聯(lián)系起來,，促進GSK3β磷酸化β-Catenin氨基端保守的Ser/Thr位點,，并促使β-Catenin降解。在腫瘤細胞中,，APC基因的突變導致APC蛋白不能與β-Catenin相互作用，同時也失去了對β-Catenin表達水平的調(diào)節(jié),。Β-Catenin在胞漿內(nèi)大量積聚并進入細胞核,，與TCF/LEF轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，激活相關基因的轉(zhuǎn)錄,，從而導致了細胞增殖異常和腫瘤發(fā)生,。

　　Β-Catenin本身的突變也可能造成癌癥。Β-Catenin基因的突變可以造成β-Catenin蛋白無法被磷酸化和泛素化降解,，致使β-Catenin在胞漿內(nèi)大量聚集,，從而進入細胞核并激活與細胞分裂和生長調(diào)控相關的基因(如c-myc和Cyclin D1等基因)，導致細胞增殖失控而致癌,。初,，人們只在大約10%的散發(fā)性大腸癌樣本中發(fā)現(xiàn)了β-Catenin基因的突變,。隨后，研究人員檢查了超過3500份的癌癥樣本,，包括結(jié)腸癌,、黑色素瘤、肝細胞瘤,、脊髓母細胞瘤,、消化道腫瘤等，發(fā)現(xiàn)在超過700個癌癥病例中出現(xiàn)β-Catenin的多種突變,。Β-Catenin的N端序列可能是其致癌的關鍵位點,，這些位點的突變使得β-Catenin在胞內(nèi)表達失控，導致Wnt信號異常激活,，從而誘發(fā)包括結(jié)直腸癌,、肝母細胞瘤、卵巢癌和前列腺癌等在內(nèi)的多種癌癥,。

　　目前看來,，超過90%的結(jié)腸癌以及很高比例的其它癌癥均與Wnt信號通路的異常激活密切相關，而且細胞實驗也證明如果阻斷Wnt信號通路可以抑制腫瘤細胞的增殖,。因此,，人們開始嘗試把Wnt/β-Catenin信號通路中的關鍵蛋白作為藥物靶點，篩選分子藥物治療癌癥,。目前,，已有多種分子靶向藥物進入臨床試驗階段。然而癌癥的發(fā)生是一個多因素,、多階段,、多基因變異積累的復雜過程，多種信號通路可能同時參與了癌癥的發(fā)生,。隨著未來研究的深入,，我們期待更多Wnt信號通路新成員的發(fā)現(xiàn)。細胞內(nèi)信號通路相互協(xié)同機制的研究,，能夠為我們設計更加有效的抗癌藥物提供更多的理論基礎,。

　　第六種信號通路： BMP信號

　　1、BMP信號通路

　　BMP(骨形態(tài)發(fā)生蛋白,，bone morphogenetic protein)是TGF-β(轉(zhuǎn)化生長因子,，transforming growth factor-β)超家族中的重要成員。它通過調(diào)節(jié)一系列下游基因的活性,，控制著諸如中胚層形成,、神經(jīng)系統(tǒng)分化、牙齒和骨骼發(fā)育以及癌癥發(fā)生等許多重要的生物學過程,。BMP信號的傳遞主要通過配體BMP與細胞膜上的絲氨酸/蘇氨酸激酶受體(BMP receptor, BMPR)特異性結(jié)合,，形成配體受體二元復合物,。同時，Ⅱ型受體(BMPR2)能夠活化I型受體(BMPR1),，并進一步將信號傳遞給細胞內(nèi)的Smad分子,。在BMP和TGF-β信號由細胞膜傳遞至細胞核的過程中，Smad蛋白起到了關鍵性的作用,?；罨腎型受體(BMPR1)進一步磷酸化Smad蛋白(Smad1、Smad5和Smad8),，促使Smad分子從細胞膜受體上脫離下來,，并在胞質(zhì)內(nèi)結(jié)合Smad4分子(common Smad，Co-Smad)后進入細胞核,。在細胞核內(nèi),，Smad多元復合物在其它DNA結(jié)合蛋白的參與下作用于特異的靶基因，調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄,。

　　2,、結(jié)腸中的BMP信號

　　結(jié)腸(colon)是大腸的主要部分，它的解剖結(jié)構由內(nèi)向外依次為粘膜層及粘膜下層,、肌層及外膜,。粘膜和部分粘膜下層向腸腔內(nèi)的突起為半環(huán)形皺襞的斷面，凹陷處即稱為結(jié)腸隱窩(colonic crypt),。結(jié)腸隱窩處的細胞類型依次為單層柱狀上皮細胞,、干細胞、肌成纖維細胞(myofibroblast)和粘膜肌(muscularis mucosae),。結(jié)腸中的干細胞位于隱窩底部,，不斷分裂增殖后形成的子細胞邊分化邊向內(nèi)移動，當?shù)竭_腸腔表面時就分化成為成熟的腸上皮細胞,。許多研究證據(jù)顯示,，多種BMP信號通路中的關鍵蛋白都在結(jié)腸隱窩的細胞中表達。例如,，位于結(jié)腸粘膜層的柱狀上皮細胞表達BMP蛋白和BMP受體,。同時通過免疫組化方法可以在這些細胞中檢測到Smad1、Smad5和Smad8蛋白的磷酸化形式,，這表明在分化成熟的柱狀上皮細胞中，BMP信號是被激活的,。而肌成纖維細胞和結(jié)腸干細胞則通過表達BMP信號的拮抗分子Noggin來抑制這些細胞內(nèi)的BMP信號,，這些結(jié)果提示BMP信號可能促進成熟的結(jié)腸上皮細胞走向凋亡。

　　3,、結(jié)腸癌與BMP信號

　　結(jié)腸癌是一種高發(fā)病率的惡性腫瘤,，在工業(yè)化國家里,，它是僅次于肺癌的第二大殺手。據(jù)美國國立癌癥研究院估計,，2008年全美新增結(jié)腸癌約11萬例,，死亡約5萬人。健康成年人體腸道每天大約有1×1010個細胞更新,，是人體細胞更新快的器官,。這個更新速度甚至遠遠超過了腫瘤組織，這反映腸道具有非常卓越和精細的細胞增殖與分化的調(diào)控機制,，但這種無與倫比的更新速率如同一把“雙刃劍”,，一方面可以迅速地更新和修復腸粘膜細胞，另一方面卻大大增加了腸道細胞因增殖失控而癌變的可能性,。近些年來,，人們從基因水平、轉(zhuǎn)錄水平,、蛋白質(zhì)水平以及細胞信號通路等方面對腫瘤進行了大量的研究,，腫瘤的發(fā)病機制逐漸被闡明。從分子遺傳機制角度看,，結(jié)腸癌可能是目前研究為透徹的腫瘤之一,。 初發(fā)現(xiàn)BMP分子是因為這類蛋白能誘導異位的軟骨和骨的形成，但目前由于其在大多數(shù)腫瘤,，特別是結(jié)腸癌中的異常表達而成為研究的新熱點,。早在十多年前，人們發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌病例中常有Smad4基因的缺失,，不過當時這被認為是結(jié)腸癌的發(fā)生與TGF-β信號相關,，而不是BMP信號。幼年性息肉綜合癥(juvenile polyposis syndrome, JPS)是一種常染色體顯性遺傳病,，多見于兒童和青少年,。患者的結(jié)腸部位通常有50-200個息肉,，息肉被大量的基質(zhì)包圍,，呈現(xiàn)慢性炎癥狀態(tài)，沿著整個腸管線性分布,。JPS 患者很高的結(jié)腸癌患病風險,，其家族成員中得結(jié)腸癌的可能性約為9%-50%，患胃癌和胰腺癌也有報道,。目前超過50%的JPS病例中發(fā)現(xiàn)Smad4和BMPR1A基因發(fā)生缺失和錯義突變,，導致BMP信號傳遞受阻。這就說明BMP信號通路在腸道上皮細胞的增殖平衡中起著關鍵的調(diào)節(jié)作用，而BMP信號過低或失活是JPS病發(fā)的緣由,。目前,，通過檢測細胞內(nèi)Smad蛋白的磷酸化水平，發(fā)現(xiàn)約70%的結(jié)腸癌病例中BMP信號是失活和降低的,，這就為腫瘤特別是結(jié)腸癌的臨床診斷提供了重要的指標,。

　　4、結(jié)語

　　盡管BMP信號通路在動物胚胎發(fā)育,、組織分化和細胞增殖更新中發(fā)揮關鍵作用,，但有關BMP信號在結(jié)腸癌的成癌機制中扮演的角色還有待闡明。Schwarte等人利用裸鼠作為動物模型,，在結(jié)腸癌和胰腺癌細胞中過量表達Smad4能夠有效降低血管內(nèi)皮生長因子的表達,，進而減少腫瘤組織周圍血管的生成，起到抑制腫瘤生長的效果,。因此,，通過Smad4和BMP信號通路中的其它分子來調(diào)控腫瘤血管生成可以作為抑制腫瘤的一種新方法。深入研究腸道上皮系統(tǒng)的分子生理機制可能為腸道疾病治療提供一個新的思路,。