第五节　异常信号转导通路

肿瘤中的各种信号转导通路异常是由原发性突变引起的，或继发于上述上游受体激活。这些突变促进了星形细胞瘤的增殖、血管生成、侵袭和凋亡的改变，从而导致了肿瘤的整体生长。更多已知的有关途径将在下面进行更详细的讨论。

一、p21- Ras

人类的三个p21- Ras基因编码了四种蛋白(Ha，N，K4A，K4B)。这些蛋白属于重要的小G蛋白介导的信号转导家族。p21- Ras的激活突变(残基12，13，61)在超过30%的人类癌症中普遍存在。因此它是最常见的人类癌基因(Bos，1989)。人们对于活化的RPTKs和其下游效应因子如何调节p21- Ras基因的活化，进而改变细胞的行为，已经有了很多的了解。p21- Ras活化需要翻译后修饰来结合到细胞膜内。在细胞膜内面通过核苷因子，如mSos(SOS1的哺乳动物的同源物)基因将GTP转化为GDP基因(James等，1993年; Pelicci等，1992)。正常的p21-Ras: GTP结合形式转化为p21- Ras: GDPp21基因结合形式的过程中需要连接称为RAS- GAP的酶家族(GTPase激活蛋白)，其中包括pl20GAP和神经纤维蛋白(这种蛋白在NF- 1肿瘤中发生缺失)。因此，除了原发性的p21- Ras的激活突变，理论上这些RAS: GAP酶水平的降低，也将导致激活态的p21-Ras: GTP水平升高。这一点已被Feldkamp等，在NF- 1相关的外周神经瘤和星形细胞瘤中证明。

活化的p21- Ras导致若干下游信号的激活。这些信号最终会聚到细胞核，改变基因转录和由此产生的细胞应答。Raf的激活和随之而来的MAP-激酶(ERK1，2)的激活是这些下游信号中的一个，其转移到细胞核产生细胞增殖信号。其他下游信号还包括PI3激酶的信号激活(在下面更详细讨论)，PLCγ 和PKC的激活。

与30%的人类癌症不同，原发性致癌p21- Ras基因突变在GBM中并不多见。然而，作者实验室的原始数据和随后其他人的数据都证实，GBM中异常的p21- Ras激活很可能是由于过渡表达和突变的受体，如PDGFR和EGFR，产生的异常上游信号引起的。为了证明，活化的p21- Ras在GBM增殖、血管生成和整体生长方面发挥了重要的作用，作者和其他人使用各种体外和体内模型，其中包括转基因小鼠胶质瘤模型。这些实验通过对活化的p21- Ras基因进行基因调节进行，但与治疗相关性更强，因为实验使用了目前临床研究中使用的活化p21- Ras的小分子抑制剂(Feldkamp等，1999c)。

二、PI3K- PTEN- AKT

PI3激酶途径是另一个与胶质瘤发生有关的重要的信号转导通路。PI3- K可以通过p21- Ras依赖或非依赖的机制被激活，与它同时激活的还有AKT/ PKB和mTOR(西罗莫司靶蛋白)。这些蛋白激活反过来又激活了众多的引起细胞存活、增殖和构建细胞骨架的下游效应器(Stambolic等，1998)。在GBM中，PI3- K通路的激活，不仅可以由上游RPTKs激活引起，也可由位于染色体10q23的主要的负调节因子PTEN/MMAC缺失激活(图5- 5)。基因突变，基因缺失或基因失活三者引起的PTEN表达的缺失，都是GBM中最常见的遗传畸变之一。而且这种异常改变没有在低级别星形细胞瘤被发现过(Stambolic等，1998; Steck等，1997)。与“继发性GBM”相比(4%)，“原发性GBM”中PTEN基因突变更为常见(32%)，且该突变与表皮生长因子受体基因突变或扩增相关(Stambolic等，1998)。PTEN蛋白表达缺失的比率高于其基因突变率，在GBM中接近70%～95%。这表示PTEN蛋白表达的缺失还存在其他机制，比如基因失活(Maher等，2001)。

在GBM中，PI3激酶信号转导的异常改变已被证明具有功能上的高度相关性。因为恢复PTEN在人类GBM细胞中的正常活性，可以引起肿瘤细胞停滞在细胞周期G1期。通过基于PTEN基因缺失建构的小鼠胶质瘤模型，Maher实验室和其他实验室也证明了PTEN在星形细胞瘤的进展中的重要性。激活的AKT/PKB导致了若干下游信号分子的激活和促细胞生存途径的信号转导(Maher等，2001)。这些下游分子其中之一是参与MRINA的翻译的mTOR和其下游的靶点S6。由于PI3- K: AKT: mTOR信号通路激活在GBM中的普遍性，人们对于设计针对这些分子的特异性的药物有相当大的兴趣。现在这些临床兴趣由于生物利用度和毒副作用的问题而受到限制，因此这是一个活跃的研究领域。AKT/PKB的药物抑制剂仍处于临床前期阶段，而基于西罗莫司及其类似物CCI-779和RAD001的mTOR抑制剂目前正在进行针对复发性GBM的早期临床试验(Huang＆Houghton，2003)。

三、JAK- STAT

由各种细胞因子受体导致的JAK(Janus酪氨酸激酶)/STAT(信号转导和转录激活子)信号通路的激活在细胞调节中发挥重要作用(Schaefer等，2002)。JAK蛋白家族由四种胞质蛋白组成，即JAK1、JAK2、JAK3和TYK2。这四种蛋白有七个结构域高度同源，这些结构域被称为JAK同源结构域(JH1- JH7)。C末端的JH- 1结构域编码催化酶，而N末端的JH3-JH7结构域与受体连接有关。在哺乳动物中已确定了其中STAT蛋白(STAT1-4，STAT5A，STAT5B，STAT6)(Kisseleva等，2002)。JAK被招募到特定类型的活化受体的胞内结构域，特别是干扰素的受体(IFNRs)。这些受体本身在其胞内结构域被磷酸化并激活。JAK反过来磷酸化下游底物，特别是STAT。这些下游底物在磷酸化进而形成同二聚体或异二聚体时，可以成为潜在的细胞质转录调节因子。这些二聚体将被转运到细胞核，并调节基因转录。除了STAT以外，JAKS也可以将其他分子招募至受体，从而激活MAPK或PI3- K途径。

脑肿瘤中关于JAK- STAT的研究尚不完全清楚。一组研究发现Jak1和STAT3在低级别与高级别胶质瘤中都有升高，而另一组研究发现STAT3在神经胶质瘤和成神经管细胞瘤肿瘤存在持续的激活(Schaefer等，2002)。分析发现，在这些神经胶质瘤中，激活的STAT3主要分布于血管内皮细胞，这可能会诱导血管内皮生长因子的转录，从而在胶质瘤血管生成中发挥作用。针对JAK- STAT信号通路的新型介质的临床前期研究表明，抑制该途径，对治疗神经胶质瘤存在潜在的治疗价值。

四、PKC

蛋白激酶C(PKC)是一个大的磷脂依赖性丝氨酸/苏氨酸激酶家族，涉及了各种信号转导途径(Blumberg，1991)。PKC有许多同工酶，这些同工酶在酶学性质，组织表达和细胞内定位方面有所不同。所有PKC同工酶都包括N-端调控结构域和C-端激酶结构域。根据同工酶种类，调控结构域的抑制效果可被钙离子，带负电荷的磷脂，二酰基甘油(DAG)，或对苯二甲酸(TPA)所抑制，从而激活下游蛋白质。人们根据同工酶被钙离子和DAG激活的情况将PKC同工酶划分为三种类别(Nishizuka，1992)。常见的PKC同工酶(α、β1、β2、γ)的激活依赖于钙。而较新的PKC同工酶(δ、ε、η、θ、μ)的激活不需要钙。这两个类同工酶都可以被DAG激活。然而非典型同工酶(ξ、λ)的激活既不依赖于钙，也不依赖DAG。这一系列的同工酶在细胞中表达随着细胞的发展，转化，分化和衰老过程而发生改变(Nishizuka，1992)。

蛋白激酶C在正常发育的大脑中高水平表达。它是一个重要的胶质细胞的有丝分裂原和成熟因子(Clark等，1991; Honegger，1986)。TPA的应用及激活PKC可以诱发肿瘤。此外，PKC在胎儿和新生儿的中枢神经系统存在高表达。这些范例引起了人们调查PKC在脑星形细胞瘤的发病机制中作用的兴趣。恶性星形细胞瘤细胞株和样本中发现了类似胎儿星形胶质细胞的PKC表达增加，而这些或许是去分化的结果(Couldwell和Antel，1992年)。此外，GBM中异常的受体刺激，例如细胞的表皮生长因子受体，不仅导致了p21- Ras和PI3激酶的活化，也激活了PKC介导的信号(Couldwell和Antel，1992 年)。然而，在何种级别的星形细胞瘤中PKC的哪一型亚型升高的问题，仍然存在争论。一些研究小组通过遗传或药理抑制来抑制细胞生长，从而将PKCα的增加与GBM联系起来(Couldwell和Antel，1992年)。目前治疗GBM的PKC的药物抑制剂在临床前研究中已经看到一些前景。但是，他莫昔芬，一种毒性可以接受且广泛用于乳腺癌患者的非特异性PKC抑制剂，在临床试验中对于GBM的治疗并没有效果(Couldwell和Antel，1992年)。因此人们寄希望于未来开发出更加特异和有效的PKC抑制剂。