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骨肉瘤發生發展相關信號通路研究進展

作者:未知

  [專家介紹]唐毓金,教授,主任醫師,醫學博士,博/碩士研究生導師,臨床骨外科專家。現任右江民族醫學院附屬醫院(臨床醫學院)院長、大骨科主任、脊柱骨病外科主任。主要從事股骨頭缺血性壞死、脊柱相關疾病、骨腫瘤等基礎及臨床研究,現為中華骨科學會廣西骨科學分會常委以及廣西骨科學會康復醫學會常委。共發表學術論文30多篇(SCI收錄7篇)。現主持國家自然科學基金2項、省級自然科學基金項目2項、廳級科研項目5項。2013、2014和2018年三次獲得廣西科技進步獎(分別為三等獎、二等獎、二等獎)。參與《外科學》《臨床骨外科診療精要》等教材著作的編寫。
  【摘要】 骨肉瘤是最常見的非血液系統腫瘤,約占原發性骨惡性腫瘤的20%。任何年齡都可以發生骨肉瘤,但原發性高度惡性骨肉瘤主要見于青少年,其惡性程度及侵蝕性高,易復發及轉移。外科手術聯合化療藥物治療是目前公認的標準治療方案,但骨肉瘤患者的5年生存率仍然僅為60%~75%,且轉移性骨肉瘤患者預后更差,僅有30%的總生存率。因此探尋與骨肉瘤發病機制相關的信號通路對骨肉瘤的治療有著至關重要的作用。
  【關鍵詞】 骨肉瘤;信號通路;機制
  中圖分類號:R738.1   文獻標志碼:A   DOI:10.3969/j.issn.10031-383.2019.06.002
  【Abstract】   Osteosarcoma is the most common primary bone tumor in the nonhematological system,accounting for approximately 20% of primary malignant tumors.Osteosarcoma can occur at any age,but primary highgrade malignant osteosarcoma is mainly found in adolescents,its malignancy and erosion are high,and it is easy to relapse and metastasize.Surgery combined with chemotherapeutic drugs is recognized as the standard treatment at present,but the 5year survival rate of osteosarcoma patients is still only 60%~75%,and the prognosis of patients with metastatic osteosarcoma is even worse,with an overall survival rate of only 30%.Therefore,exploring the signaling pathways related to the pathogenesis of osteosarcoma plays an important role in the treatment of osteosarcoma.
  【Key words】 osteosarcoma;signaling pathway;mechanism
  骨肉瘤是骨的原發性惡性腫瘤,雖然骨肉瘤在各年齡組中均有報道,但原發性高度惡性骨肉瘤主要見于10~20歲的青少年。這些高度惡性骨肉瘤產生于髓腔,可以穿破骨皮質并形成軟組織腫塊,其惡性程度高,易復發及轉移。盡管目前的治療方法包括了術前化療、手術和術后化療,但在過去的40年間,患者的5年生存率一直維持在60%~75%[1]。近年來的研究顯示,Akt/mTOR、MAPK、Wnt等信號通路與骨肉瘤發生發展相關,筆者對以上常見的信號通路與骨肉瘤相關的研究進展進行綜述。
  1 Akt/mTOR途徑
  mTOR是一種進化相對保守的絲/蘇氨酸蛋白激酶,屬于磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)家族的蛋白質成員。mTOR有兩種不同的多蛋白復合體mTORC1和mTORC2[2]。mTORC1主要調控細胞的生長,主要由參與底物結合蛋白Raptor、負向調控的PRAS40蛋白和Deptor蛋白、正向調控的哺乳動物LST8/G蛋白β亞基樣蛋白(GβL)等組成。PRAS40蛋白和Raptor是mTORC1特有的亞單位[3]。mTORC2主要介導細胞的存活和增殖,主要由參與底物結合的Rictor和哺乳動物應激激活蛋白激酶相互作用蛋白(mSIN1)、負向調控的Deptor蛋白、正向調控的GβL、調控下游分子的protor1/2等組成。mSIN1、Rictor及protor1/2是mTORC2特有的亞單位[3]。
  PI3K/Akt/TSC/mTORC1途徑,可被胰島素、類胰島素生長因子(IGF)激活。生長因子與其同源細胞表面的酪氨酸激酶受體相結合使IRS(insulin receptor substrate)磷酸化,IRS激活PI3K使膜內表面的磷酸肌醇二磷酸(PI2P)生成的磷酸肌醇三磷酸(PI3P)脂質增加。PI3P作為第二信使,通過PI3K依賴的激酶1(PDK1)激活蛋白激酶B(PKB/Akt)。活化的Akt 通過磷酸化結節性硬化復合物2(TSC2),從而減弱了其對腦內Ras同系物(Rheb)的抑制作用,進而活化mTORC1[4]。第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensinhomologdeleted on chromosome ten,PTEN)為此通路的負調節因子,將PI3P還原為PI2P,使PI3P的濃度降低,通過抑制PI3K和Akt的活性實現其負調節作用[5]。
  Ras/MAPK/TSC/mTORC1途徑,可被表皮生長因子(EGF)激活,首先EGF與同源細胞表面的酪氨酸激酶受體相結合,從而激活RasGTP酶。RasGTP酶通過募集活化的Raf 分子,依次激活MEK(MAPK/ERK kinase)、磷酸腺苷激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)又名ERK、RSK。活化的MAPK(ERK)及RSK通過并行的途徑不同的位點使TSC2磷酸化,減弱其對Rheb 的抑制作用,進而激活mTORC1[6]。   mTOR信號通路參與細胞RNA的翻譯、轉錄和蛋白的合成,在細胞生長、增殖、分化等重要生物功能方面起著調控作用。通過對骨肉瘤細胞的mTOR信號通路進行靶向抑制,能對骨肉瘤的發生發展起到一定的抑制作用。BZW2作為bZIP轉錄因子家族的成員,它通過鈣粘蛋白調控著細胞間的黏附。在骨肉瘤組織中BZW2的表達高于相應的非腫瘤組織,通過敲除HOS、U2OS細胞的BZW2,細胞中Akt/mTOR信號傳導下調,致使骨肉瘤細胞的G2/M期阻滯,抑制了骨肉瘤細胞增殖、集落形成[7]。同樣通過敲除HOS、U2OS、MG63細胞的真核翻譯延伸因子EEF1D,mTOR信號通路的Akt、mTOR、Bad蛋白,能使其磷酸化水平降低,骨肉瘤細胞的生長、增殖能力減弱[8]。Fibulin4是糖蛋白的fibulin家族的成員,參與膜、彈性纖維、疏松結締組織等的形成,對細胞外基質的穩定性起著重要的調控作用。骨肉瘤組織和細胞系中的fibulin4表達遠高于正常組織和細胞系,fibulin4的過表達可以上調PI3K、Akt和mTOR的磷酸化,從而促進骨肉瘤細胞的EMT過程[9]。而在骨肉瘤組織中細胞外基質Fibulin4的表達遠低于細胞質中的表達,細胞外基質中fibulin4的減少會降低細胞外基質的穩定性,促進癌細胞的侵襲和轉移。PTEN作為Akt/mTOR信號通路的負調節因子,其通過miRNA、lncRNA等上調PTEN的表達,下調了Akt相關的信號傳導,從而抑制了骨肉瘤細胞的增殖、遷移和侵襲等能力[10]。
  2 MAPK
  MAPK是生物體內廣泛存在的絲/蘇氨酸蛋白激酶,可被物理應激、炎癥反應等刺激或細胞信號所激活。MAPK信號通路家族主要包括細胞外信號調節蛋白激酶(extracellular signalregulated kinase,ERK)1/2、cJun 氨基末端激酶(cJun Nterminal kinase,JNK)、p38MAPK和ERK5 四條途徑[11]。ERK1/2對細胞的生長、分化、增殖等方面起著重要作用;JNK在細胞分化、凋亡以及應激等方面起著關鍵作用;p38MAPK參與著細胞因子的產生、轉錄調節、細胞凋亡等;ERK5在細胞生存、增殖、分化等重要生理病理過程中起著調控作用。MAPK信號通路并不是各自獨立,通路間存在著協同或抑制的交互作用。
  ERK1/2信號通路可被多種生長因子激活,生長因子與受體結合后活化酪氨酸激酶,并將信號傳遞給Ras蛋白,當Raf在與RasGTP結合活化后通過磷酸化MEK的絲/蘇氨酸殘基,活化后的MEK再通過磷酸化ERK進而激活更多的細胞分子;JNK信號通路可被細胞因子、生長因子和多種刺激等激活,活化后的MAP3K通過激活MAP2K的異構體MKK4和MKK7,進而使JNK被磷酸化;p38MAPK信號通路被炎癥、應激等細胞外信號激活后與相應受體結合,致使磷酸化的PAK和MLK通過促進MKK3、MKK6等的基因表達,其表達的蛋白磷酸化后特異性地激活p38MAPK。ERK5信號通路被多種生長因子和一些應激刺激等激活后依次激活MAPKKK、MAPKK(MKK5)到ERK5[12]。
  研究[13]發現,通過靶向使用MAPK/ERK抑制劑U0126作用于B143細胞造模的小鼠左脛骨骨肉瘤,其Akt、p38MAPK、IGF1R和MEK的表達下調,生長、轉移和侵襲能力減弱,厚樸酚(HNK)可作用于ERK1/2信號通路致使HOS和U2OS細胞的G0/G1期阻滯,致使Cyclin D1、Cyclin E和CDK4的表達下調,誘導細胞的自噬和凋亡[14]。鞣花酸(EA)和番瀉苷B可以抑制MG63和Saos2細胞中JNK的表達,致使細胞的G1期阻滯,Cyclin D1的表達減少,抑制了骨肉瘤細胞的生長、轉移和侵襲[15]。飛燕草素在非常低的濃度下對HOS和U2OS細胞具有毒性作用[16],可通過降低ERK1/2和p38MAPK的磷酸化水平,抑制骨肉瘤細胞的增殖和EMT。Cheng 等[17]研究發現,通過敲低骨肉瘤HOS、U2OS、MG63細胞的核糖體蛋白S9(RPS9)下調了JNK和p38MAPK蛋白的表達,減弱了骨肉瘤細胞的增殖能力。王建澍等[18]研究發現ERK5在骨肉瘤組織樣品中高表達,可能參與了骨肉瘤的發生發展。
  3 Wnt信號
  Wnt信號通路是高度保守的信號通路,對細胞增殖、分化、遷移、器官形成和干細胞更新以及組織環境穩態等方面起著重要的調控作用。Wnt信號通路可歸納為2類:βcatenin依賴性經典途徑Wnt/βcatenin、非βcatenin依賴性途徑Wnt/PCP和Wnt/Ca2+。βcatenin不參與任何非經典Wnt途徑。目前在哺乳動物中發現Wnt存在10種主要受體和19種配體,Wnt4、Wnt5a、Wnt7a、Wnt11和Wnt16等配體參與了Wnt非經典途徑的活化[19]。
  轉錄共激活因子βcatenin是Wnt經典傳導途徑的核心。當Wnt信號通路未被激活時,adenomatous polyposis coli(APC)和Axis inhibition protein (AXIN)以及糖原合成酶激酶GSK3β和CK1結合形成胞質降解復合物作用于不斷生成的βcatenin,致使βcatenin的絲氨酸、蘇氨酸殘基被磷酸化,隨后被E3連接酶βTrCP泛素化后降解。當Wnt可以與細胞膜上的7次跨膜卷曲蛋白Frizzled(Fzd)和低密度脂蛋白受體相關蛋白LRP5/6相結合時,活化的Fzd和LRP5/6通過募集Disheveled 蛋白(DVL)到質膜干擾了胞質降解復合物AXIN1GSK3β的合成。因此,不再被降解的βcatenin可以從細胞質穩定地轉移到細胞核,先與轉錄輔助因子pygopus和BCL9結合后,再與LEF/TCF等轉錄因子結合,激活下游靶基因的表達。非經典Wnt/PCP途徑可通過Fzd受體激活,也可以通過Wnt11等配體與酪氨酸激酶Ryk和Ror受體激活,活化的受體通過募集DVL活化GTP酶RhoA、Rac和Cdc42等,調節著細胞骨架的重排和細胞的極性運動。而RhoA和Rac也可以通過Jun激酶(JNK)激活AP1和NFAT介導的相關轉錄程序。非經典Wnt/Ca2+途徑通過異源三聚體G蛋白的活化,致使內質網的鈣釋放入細胞質,鈣依賴信號分子PKC、camKII和CaN等被激活并作用于相關的級聯信號途徑,該通路調節著背軸形成以及組織分離。PKC、camKII也能激活NFAT介導的相關轉錄程序[19]。   NKD家族蛋白參與了Wnt信號通路的調節,Wnt信號傳導抑制基因裸露的角質層同系物2(NKD2)在骨肉瘤細胞中表達明顯下調。在體外實驗中,NKD2過表達的多種骨肉瘤細胞的增殖、轉移和侵襲能力降低,而NKD2被敲低的骨肉瘤細胞增殖、轉移和侵襲能力增強;在體內實驗中,143B細胞NKD2過表達小鼠模型的腫瘤生長明顯被抑制,肺轉移也有所減少[20]。GSK3β對143B,MG63和HOS細胞的生長和增殖起著重要的促進作用[21],使用GSK3β抑制劑抑制βcatenin的磷酸化干擾Wnt信號傳導,可抑制骨肉瘤細胞的生長、增殖,并誘導其凋亡。GSK3β抑制劑對143B小鼠模型原位腫瘤的生長同樣具有抑制作用。Dai等[22]研究發現,黃芩素對143B和MG63細胞的增殖、轉移有抑制作用并誘導細胞周期停滯和凋亡,βcatenin及其下游的靶基因cyclinD1、cmyc表達下調。黃芩素在小鼠模型實驗中通過干擾Wnt/βcatenin信號傳導抑制了骨肉瘤的生長。
  4 JAK/STAT通路
  JAK/STAT信號通路在高等生物生長發育過程中起著重要的調控作用,同時也參與了腫瘤的發生發展以及細胞的增殖失調等。JAK 是一種非跨膜的酪氨酸蛋白激酶,目前發現的家族成員包括JAK1、JAK2、JAK3、TYK2,JAK有7個同源結構域(JH),JH1、JH2為激酶區,JH6、JH7為受體結合區。信號轉導子和轉錄激活子(STAT)是JAK的直接底物,其家族主要包括了STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5、STAT6等,STAT的結構功能區段分為N端的保守序列、DNA 結合區、SH2和SH3 結構域和 C端的轉錄激活區[23]。
  JAK/STAT 信號通路可被多種細胞因子激活,細胞表面受體與相應的配體結合后形成了二聚化受體,JAK與受體偶聯并通過交互的酪氨酸磷酸化而活化,被激活的JAK磷酸化酪氨酸殘基端與STAT的SH2結構域相結合,致使STAT發生羥基酪氨酸磷酸化修飾 ,活化的 STAT 與受體分離并以二聚體的形式進入細胞核,與相應的靶基因結合而調控基因的轉錄。JAK/STAT信號通路可以參與多種細胞因子的信號傳導途徑,并與之相互作用[24]。
  Tu等[25]研究發現,使用JAK2的選擇性抑制劑AG490作用于Saos2細胞的JAK信號通路,通過降低STAT3的磷酸化水平阻礙其活化,減少了骨肉瘤細胞的增殖和遷移。AG490對Saos2骨肉瘤小鼠模型的原位腫瘤的生長同樣具有抑制作用。新的STAT3特異性選擇抑制劑LY5,其可通過作用于STAT3 的SH2結構域磷酸酪氨酸結合位點,抑制其同二聚化。體外實驗中,LY5可有效地抑制STAT3磷酸化[26]。通過對OS17骨肉瘤小鼠模型給予LY5,其原位腫瘤生長和肺轉移都有所減少。Zhang等[27]發現川楝素(TSN)也是有效的STAT3抑制劑,對骨肉瘤細胞的生長、增殖、轉移和侵襲能夠有效地進行抑制,在小鼠的脛骨髓腔中建立143B細胞異種移植物模型中,通過給予TSN的小鼠腫瘤生長和肺轉移減少。
  5 問題與展望
  雖然近年來醫學科研發展迅速,然而在新的安全高效骨肉瘤治療措施方面并未取得突破性的進展,骨肉瘤患者的5年生存率仍未得到改善。對骨肉瘤生長、增殖、轉移、侵襲等機制了解得不夠深入,導致骨肉瘤治療上未取得重大進展。隨著對信號通路研究的深入,開發劑量少毒副作用小的特異性靶向的藥物,可以更大效能地作用于相應信號通路的各個靶位,在許多體內體外實驗中已經證明了靶向藥物的巨大潛力,然而在骨肉瘤的臨床試驗研究還很缺乏。骨肉瘤的發生發展涉及多條信號通路的相互作用,只有精進深入研究其關系,才能更有效地改進骨肉瘤的治療方式。
  參 考 文 獻
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  (收稿日期:2019-03-10 修回日期:2019-03-26)
  (編輯:梁明佩)
轉載注明來源:http://www.vzrqev.icu/7/view-14954413.htm

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