作者： 李娟 何濤
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【關(guān)鍵詞】 胞外信號(hào)
細(xì)胞具有極其復(fù)雜的生命活動(dòng)，這些生命活動(dòng)都必須受到嚴(yán)格的調(diào)控，作為一個(gè)開放系統(tǒng)，它不單單要與外界環(huán)境進(jìn)行信息交流，還要在細(xì)胞間進(jìn)行信息傳遞。于是在長期的進(jìn)化發(fā)展和自然選擇的過程中逐步建立起一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，它是由不同的信號(hào)傳遞通路通過相互聯(lián)系和作用而形成的，即不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路間存在著“cross-talking”。在信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號(hào)傳遞途徑起著極為重要的作用，控制著細(xì)胞多種生理過程，如細(xì)胞生長、發(fā)育、分裂、死亡等。胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-reg-ulated kinase，ERK）是MAPK家族的一員，它的信號(hào)傳遞途徑是涉及調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、發(fā)育及分裂的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的核心，其基本的信號(hào)傳遞步驟已明了，遵循MAPKs的三級(jí)酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)，即上游激活蛋白→MAPK激酶的激酶（MAPKKK）→MAPK激酶（MAP-KK）→MAPK。在ERKs的傳遞途徑中Ras作為上游激活蛋白，Raf作為MAPKKK，MAPK/ERK激酶（MEK）作為MAPKK，ERK即MAPK，即Ras-Raf-MEK-ERK途徑。但對(duì)于該途徑的上游蛋白及各激酶的激活機(jī)制，以及該途徑與多種疾病的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究闡明。
1 ERK家族成員
ERK是80年代末期發(fā)現(xiàn)的一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，是傳遞絲裂原信號(hào)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白。它正常定位于胞漿，當(dāng)激活后轉(zhuǎn)位至胞核，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性，產(chǎn)生細(xì)胞效應(yīng)。經(jīng)人工克隆和序列測(cè)定分析，已知ERK家族有5個(gè)亞族，包括ERK1ERK5。ERK1和ERK2途徑是ERK家族中研究最徹底的，它們表達(dá)廣泛，涉及調(diào)節(jié)在不同細(xì)胞內(nèi)包括減數(shù)分裂、有絲分裂、有絲分裂后期的功能等一系列生理過程。多種刺激因子如生長因子、細(xì)胞因子、病毒、G蛋白偶聯(lián)受體的配體以及癌基因等都可激活這兩條途徑 ［1］ 。
2 ERK途徑的上游蛋白及各激酶的激活機(jī)制
2.1 Ras蛋白 Ras蛋白作為Raf-MEK-ERK途徑的上游蛋白，是最早發(fā)現(xiàn)的小G蛋白，為癌基因ras的產(chǎn)物，具有活化態(tài)的GTP結(jié)合構(gòu)象與失活態(tài)的GDP結(jié) 合構(gòu)象。兩種構(gòu)象可以相互轉(zhuǎn)變，在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中 發(fā)揮開關(guān)作用。Ras受許多刺激因子的激活，如EGF、TNF、PKC的激活物及Src家族成員等。當(dāng)胞外信號(hào)與受體結(jié)合后，生長因子受體結(jié)合蛋白2（Grb2），作為接頭分子，與激活的受體結(jié)合，再與SOS（son of seven-less）的C端富于脯氨酸的序列相互作用形成受體-Grb2-SOS復(fù)合物。SOS與受體或受體底物蛋白上的Tyr磷酸化位點(diǎn)結(jié)合導(dǎo)致胞漿蛋白SOS向膜轉(zhuǎn)位，并在Ras附近形成高濃度的SOS，SOS與Ras-GDP結(jié)合，促使GTP取代Ras上的GDP，使Ras由失活態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨瘧B(tài)，激活Ras，啟動(dòng)Ras通路 ［2］ 。
2.2 Raf Raf是40～75kD的Ser/Thr蛋白激酶，它有三種類型:Raf-1、A-Raf、B-Raf，其中Raf-1是研究最廣泛也是功能最多的激酶。Ras作為其上游激活蛋白，利用高親和力和Raf-1N-端的兩個(gè)區(qū)域（RBD和CRD）結(jié)合后，將Raf從胞漿轉(zhuǎn)移到胞膜，在胞膜上Raf被激活，但Raf的激活機(jī)制現(xiàn)在仍不清楚，只知與Raf的絲/蘇氨酸的磷酸化有關(guān) ［2］ 。例如，Ras通過激活磷酯酰肌醇3激酶PI3K），它的磷脂化產(chǎn)物又能激活Rac蛋白（一種小G蛋白），Rac再連接和激活PAK（p21cdc42/rac1激活的絲/蘇氨酸激酶） ［3］ ，PAK-3使Raf-1上第338位的絲氨酸磷酸化，而這個(gè)位點(diǎn)的絲氨酸磷酸化是Raf-1活化所必需的 ［4］ 。又如Src家族激酶通過使Tyr341磷酸化而激活Raf ［5］ ;ab1和JAK家族酪氨酸激酶也通過使Tyr磷酸化誘導(dǎo)Raf-1的活性，但是這一作用的Tyr位點(diǎn)并不清楚。許多證據(jù)均顯示磷酸化可能是Raf的激活機(jī)制之一。
2.3 MEK（MAPK/ERK激酶） MEK分為分子量44kD和45kD的MEK1和MEK2兩種。Raf被激活后，它的C端催化區(qū)能與MEK結(jié)合，并使其催化區(qū)第Ⅷ亞區(qū)中兩個(gè)Ser磷酸化，從而使MEK激活。MEK屬于少有的雙重特異性激酶，使Tyr和Thr兩個(gè)調(diào)節(jié)位點(diǎn)磷酸化而激活ERK ［6］ 。但MEK如何兼具Tyr和Thr雙特異性磷酸化活性目前尚不清楚，不過MEK對(duì)ERK的Tyr/Thr雙特異性磷酸化具有重要的生理意義，因?yàn)镋RK信號(hào)通路在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中處于樞紐地位，任何錯(cuò)誤的活化都會(huì)對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，而這種雙特異性的識(shí)別和激活機(jī)制，大大提高了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的準(zhǔn)確性，防止了ERK的錯(cuò)誤激活。
2.4 MAPK/ERK MAPK/ERK是一種Ser/Thr蛋白激酶。多種激酶作用于MEK時(shí)，活化的MEK通過其N端區(qū)域與ERKs直接連接，催化ERK的亞功能區(qū)8“TEY盒”中的Tyr和Thr殘基雙特異性磷酸化，激活ERK ［6］ 。MEKs不僅僅是ERK的激活物，還可能是ERK在胞漿中的錨定器，當(dāng)信號(hào)通路無活性時(shí)，它就將ERK固定在胞漿中，一旦有信號(hào)刺激ERKs磷酸化及二聚體化，它就激活ERKs并將其轉(zhuǎn)移到胞核或其它活化位點(diǎn)，再進(jìn)一步磷酸化下游底物 ［7］ 。A.V.Khokhlatchev等人研究ERK2磷酸化后轉(zhuǎn)位入核的過程，發(fā)現(xiàn)ERK2是通過磷酸化的ERK2和磷酸化或未磷酸化的ERK2形成同源二聚體轉(zhuǎn)位入核，說明同源二聚體的形成是ERK核轉(zhuǎn)位所必需的 ［8］ 。
3 ERK途徑與疾病的聯(lián)系
3.1 腫瘤 ERKs調(diào)節(jié)著細(xì)胞的增殖、分化和存活，是多種生長因子（EGF、NGF、PDGF等）的下游蛋白，ERK和其信號(hào)途徑在腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移過程中起中介和放大信號(hào)的作用，一方面接受大量來自生長因子、絲裂原、環(huán)境刺激等的信號(hào)，另一方面通過ERK信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)作用于核轉(zhuǎn)錄因子如AP-1、NF-кB等，調(diào)控基因表達(dá)。在許多人類的癌癥（如口腔癌 ［9］ 、黑色素瘤 ［10］ 、乳腺癌 ［11］ 等）中都可發(fā)現(xiàn)ERK的過度激活。目前，已開始尋找針對(duì)ERK途徑中各個(gè)環(huán)節(jié)的抑制物，用以切斷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑，從而達(dá)到治療疾病的目的，一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示這種治療方法由于毒副作用小而明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)療法，但對(duì)于具體的機(jī)制尚不明了 ［12］ 。
3.2 糖尿病腎病 糖尿病腎病發(fā)病機(jī)理尚未明了，但已證實(shí)高糖和AngⅡ是其主要的致病因子。研究發(fā)現(xiàn)高糖和AngⅡ均可致系膜細(xì)胞ERK胞核轉(zhuǎn)位、激活 ［13］ 。AngⅡ激活胞漿的ERK后，使其轉(zhuǎn)位至胞核，活化后調(diào)節(jié)核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子活性致系膜細(xì)胞肥大 ［14］ 。而高糖激活ERK機(jī)理不清，徐勇等人用佛波脂抑制PKC活性后可阻斷高糖誘導(dǎo)的ERK激活，提示高糖-PKC通路參與了ERK的激活 ［15］ ?？梢姡珽RK參與了糖尿病腎病的發(fā)生。
3.3 其他 目前已知ERK在HIV-1病毒的復(fù)制和感染的過程中起著直接的作用 ［16］ ，而且，最近有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)ERK途徑與人類免疫缺陷調(diào)節(jié)蛋白Nef關(guān)系密切。Nef作為一種調(diào)節(jié)蛋白，主要功能是調(diào)節(jié)T細(xì)胞的活性，增強(qiáng)HIV的復(fù)制和傳染性。當(dāng)Nef表達(dá)時(shí)，誘導(dǎo)MEK、ERK活性增加，通過啟動(dòng)該途徑來發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能 17］ 。對(duì)ERK通路的阻斷能有效防止HIV-1病毒感染，這為研制新型的治療愛滋病的藥物提供了新思路。ERKs在阿爾茨海墨?。ˋD）的發(fā)病機(jī)制中 的作用也逐漸受到人們的關(guān)注，在AD病人的神經(jīng)元 中可發(fā)現(xiàn)ERK的激活，但對(duì)于ERK與上游激活物以及下游底物之間相互作用的具體機(jī)制仍在進(jìn)一步研究之中 ［18］ 。
4 展望
Ras/Raf/MEK/ERK途徑是最重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一，不僅因?yàn)樗婕暗秸{(diào)節(jié)細(xì)胞的多種生理功能，還有它在多種疾病的發(fā)病機(jī)制及病理生理過程中發(fā)揮著重要的作用，甚至在我們的行為反應(yīng)和認(rèn)知方面如學(xué)習(xí)、記憶等都起著關(guān)鍵的作用 ［19，20］ 。因此了解該信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中上游蛋白和各種激酶的激活機(jī)制，才能了解生命活動(dòng)中的一些基本的生理機(jī)制和過程，才能尋找針對(duì)性的治療措施。盡管對(duì)于該途徑中的一些細(xì)節(jié)問題如Raf在細(xì)胞膜上的具體激活機(jī)制及自身反饋機(jī)制等仍不明了，但目前已有人開始通過抑制該途徑上的一些蛋白質(zhì)或激酶活性來找到治療疾病的藥物及方法 ［21，22］ 。相信在今后的幾年中，對(duì)ERK通路在體內(nèi)的作用機(jī)制將會(huì)闡明得更清楚，從而在疾病的預(yù)防和治療過程中發(fā)揮更大的作用。
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