甲狀腺癌相關信號通路的研究進展

孫健瑋 向 茜

1.昆明醫科大學第五附屬醫院超聲科，云南個舊 661000；2.昆明醫科大學第五附屬醫院內分泌科，云南個舊 661000

甲狀腺癌（thyroid cancer，TC）的發病率約為所有惡性腫瘤的3.1%并呈上升趨勢[1-2]，在內分泌系統惡性腫瘤發病率中居首位，已成為人類最常見的惡性腫瘤之一[3]。根據組織學類型TC 可分為乳頭狀癌（papillary thyroid cancer，PTC）、濾泡狀癌（follicular thyroid cancer，FTC）、未分化癌（anaplastic thyroid cancer，ATC）和髓樣癌（medullary thyroid cancer，MTC）。PTC 和FTC又稱為分化型TC（differentiated thyroid cancer，DTC），占TC組織學類型的90%以上[4]。研究發現，TC 的發生發展涉及多個基因突變并與多個信號通路的表達密切相關，其治療方案選擇及預后存在較多不確定性[5-7]，對相關信號通路的研究并篩選生物學標志物可望為TC 的早期診斷、靶向治療及預后預測提供分子生物學依據。

絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節激酶（mitogen-activated protein kinase/extracellular signal-regulated kinase，MAPK/ERK）、磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol-3 kinase/protein kinase B，PI3K/AKT）、信號傳導與轉錄激活因子3（signal transduction and transcription activator 3，STAT3）以及Notch等信號通路在腫瘤的發生發展中具有重要的作用，其作用機制與細胞生長、分化、凋亡、代謝等生理過程以及侵襲性、血管形成等腫瘤生物學行為有關。這些信號通路在TC 的表達已成為密切關注的熱點。本文就TC 與相關信號通路的研究進展作一綜述。

1 MAPK/ERK信號通路

MAPK/ERK信號通路存在于細胞膜受體與細胞核之間，主要功能是將細胞外刺激信號傳遞至細胞內部（細胞核），進而對細胞增殖、分化、凋亡等一系列生理過程產生影響。MAPK/ERK信號通路與多種惡性腫瘤的發生發展關系密切[8]。在哺乳動物有5 條并行的MAPK/ERK信號通路，分別是ERK1/2、ERK3/4、ERK5、c-Jun 氨基末端激酶/應急活化蛋白激酶（c-Jun N-ter minal kinase/stress activated protein kinase，JNK/SAPK）和p38MAPK 通路，其中絲裂原激活的ERK 是MAPK通路的主體部分，其他通路為應急激活的MAPK 通路。在生長因子、蛋白酶、多糖、受體酪氨酸激酶、G 蛋白偶聯受體和部分細胞因子的作用下，Ras 活化并通過高度保守的促絲裂原活化蛋白激酶激酶激酶（MAPKKK，也即Raf）、促絲裂原活化蛋白激酶激酶（MAPKK，也即MEK1/2）和MAPK（也即ERK1/2）進行逐級磷酸化，被激活的MAPK 易位進入細胞核后導致轉錄因子磷酸化并啟動應答因子的轉錄和翻譯過程調控蛋白激酶活性，進而參與細胞的增殖和分化。MAPK 活化的主要效應包括細胞周期蛋白D1 表達增加、細胞周期G1 向S期轉換、細胞分裂加速，同時伴有細胞周期抑制蛋白表達增加和細胞周期阻滯的減低。雙特異性蛋白激酶（MKPs）對蘇氨酸和酪氨酸的磷酸化可促使MAPK 恢復基態而失活[9]。

基因突變與重排是TC 特別是甲狀腺乳頭狀癌發生最多的相關遺傳改變[5]。研究發現，BRAF、Ras 或ALK 的突變或RET/PTC 的重排，均可導致MAPK信號通路的激活以及細胞的惡性增殖[10]。B-Raf 原癌基因（B-Raf proto-oncogene，BRAF）突變存在于MTC 以外的各型TC 中，BRAF 基因激活非編碼RNA（BRAFactivated non-coding RNA，BANCR）通過激活MAPK/ERK信號通路可促使甲狀腺濾泡細胞向乳頭狀癌的轉化并影響細胞的增殖和遷移，在TC 的發生發展中具有重要的作用[11-12]。研究提示，BRAFV600E突變約占所有TC 基因突變的60%，并且與甲狀腺乳頭狀癌的發生密切相關[13-14]。BRAFV600E基因突變后600 密碼子編碼的纈氨酸被谷氨酸替代，其編碼產物導致絲氨酸/蘇氨酸激酶以及MAPK 及其下游分子的逐級磷酸化，促進甲狀腺乳頭狀癌細胞的轉化與增殖；與此同時，ISP1 蛋白的釋放作用于細胞外基質中的相關細胞膜受體、細胞因子、基質蛋白、血管生長因子等通過MAPK/ERK 的調控導致腫瘤的惡化和轉移[15]。此外，BRAFV600E基因突變所導致的MAPK/ERK信號通路效應可負調控碘代謝基因的表達，通過促甲狀腺激素推進TC 的演變并增加腫瘤細胞的侵襲性而影響其預后[16]。RET 基因重排在TC 的發生率僅次于BRAF 突變，易位的RET/PTC 可激活Ras 基因并出現構型改變進而啟動MAPK 通路中各信號蛋白的磷酸化，促進甲狀腺濾泡細胞的惡性增殖[17]。RET/PTC 重排對甲狀腺濾泡細胞的作用是否僅存在于TC 尚無明確定論[18-19]，但RET/PTC 重排可通過MAPK/ERK 和PI3K/AKT 雙信號通路促進TC 的惡性進展[20]。

2 PI3K/AKT信號通路

PI3K 存在于細胞質內且具有磷脂激酶和蛋白激酶雙重活性。PI3K 的激活主要通過與含磷酸化酪氨酸殘基生長因子受體結合二聚體變構、解除催化亞基P110 的抑制，也可Ras/P110 結合體直接激活。激活的PI3K 經由第二信使3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇（PIP3）與AKT 結合后在細胞質或細胞核內繼續調控靶向下游信號，如mTOR、Bad、周期蛋白D1、核轉錄因子等，在細胞生長、增殖、存活和代謝等方面發揮重要作用。PI3K/AKT信號通路激活后，活化的AKT 通過下游靶分子的磷酸化以及天冬氨酸半胱氨酸激酶Caspase的負調控進而抑制細胞凋亡[21]；AKT 激活的mTOR 對特定的mRNA 翻譯和蛋白質合成進行調控；通過細胞周期蛋白的表達控制細胞G1期和S期的轉換以調節細胞生長。PI3K/AKT信號通路的持續或過度激活狀態常見于TC，表現為其信號蛋白較正常甲狀腺組織出現高表達量以及PI3K 和AKT 的遺傳學改變[22-23]。

研究顯示，PI3K/AKT信號通路與PTC 細胞增殖顯著相關[24]。定位于3q26.3 的PIK3CA 基因拷貝數的增加是甲狀腺腫瘤發生的早期事件，其表達增加與PI3K/AKT 通路異常激活TC 的進展有關并且這種改變存在一定的地區差異[25-26]，PIK3CA 基因拷貝數增加同時可見于良性甲狀腺腺瘤（benign thyroid adenoma，BTA），但是否也存在對PI3K/AKT 通路的異常激活以及在BTA 到TC 進程中所發揮的作用尚有待進一步的研究。定位于10q23.3 的抑癌基因PTEN 具有雙重特異性磷酸酶活性，在多個系統的腫瘤中表達減低或缺失，并經多個信號通路作用于細胞的生長、生存和侵襲性。基因突變、甲基化、缺失以及轉錄異常均可導致PTEN 表達減低或缺失，在TC 的不同病理類型、不同地區分布中PTEN 表達減低或缺失的機制不盡相同[27]。研究顯示，PTEN 基因下調、PI3K/AKT 通路的異常活化與ATC、甲狀腺乳頭狀癌濾泡變型、腫瘤的侵襲和血管生長等多個及TC 有關的惡性生物學行為和晚期關聯評價指標關系密切[28]，源于血管內皮生長因子受體、表皮生長因子受體以及血小板源生長因子受體等所導致的PI3K/AKT信號通路的異常激活或過度表達也多見于FTC 和ATC[29]，進一步證實PI3K/AKT信號通路與FTC 惡性進展和侵襲性密切相關。

3 STAT3信號通路

信號轉導和轉錄激活因子（signal transducer and activator of transcription proteins，STATs）存在于細胞質內，可被多種細胞外信號或細胞因子激活后進入細胞核發揮信號傳遞和轉錄調控的雙重功能。STAT3 是STATs 家族中的重要成員，在多種惡性腫瘤中呈過度表達和持續激活狀態。在STAT3 膜受體經內源或外源途徑磷酸化后進一步激活JAK 激酶，STAT3 酪氨酸殘基磷酸化并形成二聚體進入細胞核，結合目標基因的啟動子區域進而調控包括白細胞介素、干擾素以及細胞因子等轉導過程[30]。STAT3 表達產物多以磷酸化的激活狀態存在于人類的多種惡性腫瘤細胞內，通過進化保守的JAK2/STAT3 通路誘導組織同質性調節，減少細胞應激損傷；上調Bcl-2、Bcl-xl、survivin 等細胞凋亡抑制因子和c-myc、cyclin-D、cyclin-E 等細胞周期因子促進細胞的存活、腫瘤的生長[31]；上調血管內皮因子VEGF 的表達促進腫瘤血管的生成[32]；上調MMP-2 的表達促進腫瘤細胞的侵襲[33]。經典的JAK-STAT 途徑、Ras-MAPK 和非受體型酪氨酸激酶途徑均可激活STAT3 通路，同時可經表觀遺傳修飾、細胞因子信號抑制物、STAT 蛋白抑制因子、蛋白質酪氨酸磷酸酶以及非磷酸化STAT3 進行負性調控。包括Ras-MAPK 在內的多個酪氨酸激酶相關的信號通路最終可匯聚于STAT3，再疊加STAT3 負性調控因素的下調和抑制，STAT3 被認為是腫瘤形成和進展中的重要信號通路，主要影響腫瘤細胞的侵襲和遷移。

研究表明，PTC 中普遍存在STAT3 的高活化現象，而在轉移性PTC 中其活性更高。STAT3信號通路中STAT3 蛋白在TC 的組織中呈現高表達并與淋巴結的轉移或TNM 分期呈正相關，促進TC 的發生發展，而抑制STAT3 的磷酸化水平可對TC 的生長產生抑制作用[34]。也有研究顯示，STAT3 在PTC 臨床前模型中的表達和活性較正常對照組減低，具有抑制TC細胞生長的作用[35-36]。STAT3信號通路對TC 負性調節效應與TC 的亞型、臨床分期等影響因素是否相關有待進一步深入研究。

由配體GAS6 激活的TAM 家族受體酪氨酸激酶成員AXL 可激活包括MAPK/ERK、PI3K/AKT 在內的多個腫瘤相關信號通路[37-38]，其在正常甲狀腺組織中不表達而在PTC 中呈高表達。GAS6/AXL 高表達的PTC 中可檢測到異常活化的p-STAT3 以及顯著增強的核內轉錄活性，提示AXL 可激活STAT3 通路作用于PTC 的腫瘤生長、侵襲等環節[39]；而STAT3 新型抑制劑WP1066 可通過誘導細胞G1期阻滯和凋亡、抑制細胞周期蛋白cyclinD1 和p-STAT3 活性進而發揮抗TC BCPAP 細胞的作用[40]。

4 Notch信號通路

Notch 是一個高度保守的細胞信號通路，它的激活無需第二信使且無級聯放大效應，其信號產生于微環境間隔的交界面。人類相關的Notch信號通路包括Notch1、Notch2、Notch3、Notch4 四種受體和Delta-1、Delta-3、Delta-4 以及Jagged1、Jagged2 五種配體。Notch配體很少突變而其受體的突變較為頻繁，以Notch1基因尤為顯著[41]。Notch信號通路與MAPK/ERK、PI3K/AKT、Wnt、GSK-3β、NF-κB 以及Hedgehog 等多個信號通路交互作用，主要對細胞增殖、分化、遷移和凋亡以及腫瘤血管生成等進行調控[42]。Notch信號通路在腫瘤的發生發展中所發揮的作用尚存在較多爭議，對其受體和配體突變后產生腫瘤生物學行為影響的研究結論不一，Notch 受體的特異性突變對于不同類型的腫瘤可能產生抑癌或促癌的截然不同的生物學效應[43]。

Notch信號通路在TC 不同的病理類型中所發揮的作用不盡相同。多數學者認為在PTC 中Notch1 具有促癌的作用并影響其預后，其表達水平與PTC 遠處轉移、包膜侵襲等惡性因素有關[44]，Notch1 參與PTC腫瘤的血管生成和細胞增殖并接受MAPK信號通路的調控，Notch1信號通路的激活在一定范圍內促進了甲狀腺乳頭狀癌細胞向淋巴結轉移[45]。也有研究顯示，Notch1 通路的表達在PTC 和頸部轉移淋巴結組織內比較，差異無統計學意義，Notch1 有可能是PTC的抑癌因素[46]。Notch1 在FTC 則通過調控細胞周期和抑制細胞增殖發揮抑癌作用[47]；而在起源于甲狀腺C細胞、具有神經內分泌功能的MTC 中，Notch1 可減少神經內分泌相關因子的表達、抑制MTC 細胞增殖而發揮抑癌作用[48]；在ATC組織中Notch1 呈低水平表達趨勢而可能具有抑癌效應[49]。Notch信號通路在TC發生發展過程中所發揮的具體作用以及其下游靶基因的調控機制目前尚不明確，研究樣本量、研究對象的一致性以及腫瘤病理類型、分化程度、淋巴結轉移等相關危險因素與Notch信號通路中關鍵因子的相關性有待于進一步深入研究。

5 結語與展望

TC 的發生發展是極為復雜的過程，多個信號通路參與其中，主要對腫瘤細胞的增殖、分化、遷移和凋亡等關鍵環節密切相關。BRAFV600E突變、RET/PTC 重排等所導致的MAPK/ERK信號通路效應促進PTC 細胞增殖和分化；多因素激活的PI3K/AKT 通路與FTC惡性進展和侵襲性有關；而STAT3 和Notch 通路則在TC 不同的病理類型、臨床分期以及淋巴結轉移等條件下所產生的效應不盡相同。

綜上所述，MAPK/ERK、PI3K/AKT、STAT3 和Notch信號通路在TC 的演進過程中具有重要的作用，對相關信號通路關鍵節點和機制的進一步研究可為TC的分子標志物檢測、靶向治療和預后評估提供重要的分子生物學理論依據。