RGS12蛋白通過負(fù)向調(diào)節(jié)MAPK信號通路抑制腦膠質(zhì)瘤轉(zhuǎn)歸的研究進展

李 媛，魏 靜，謝 敏，應(yīng)小平

腦膠質(zhì)瘤(Glioma)是常見的原發(fā)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的高度異質(zhì)性腫瘤，起源于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞或前體細(xì)胞，發(fā)病率占所有中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的26.6%，包括以下組織學(xué)類型：星形細(xì)胞瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤、少突星形細(xì)胞瘤和其它罕見組織學(xué)類型[1]。WHO(2021)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤分類將腦膠質(zhì)瘤分為四大類：成人型彌漫性膠質(zhì)瘤、兒童型彌漫性低級別膠質(zhì)瘤、兒童型彌漫性高級別膠質(zhì)瘤、局限性星形細(xì)胞膠質(zhì)瘤。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma, GBM)屬于成人型彌漫性膠質(zhì)瘤，是高度惡性膠質(zhì)瘤，GBM患者中位生存期僅15個月。腦膠質(zhì)瘤顯示出大量的微血管增生、壞死和浸潤性生長，故不易切除干凈[2]。雖然目前可以采用手術(shù)切除、放療、化療、免疫治療、中醫(yī)藥治療等針對腦膠質(zhì)瘤的臨床治療手段，治療效果有所改善，但患者術(shù)后易復(fù)發(fā)，其預(yù)后和生存率仍不理想[3-4]。因此，探索腦膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展機制及新的治療途徑勢在必行。

大量研究表明G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)蛋白(regulator of G protein signaling protein, RGS)可以抑制G蛋白信號傳導(dǎo)，因為RGS蛋白的RGS結(jié)構(gòu)域具有GTP酶活化蛋白(GTPase activating protein, GAP)活性，可以加速三磷酸鳥苷(Guanosine Triphosphate, GTP)的水解[5]；且RGS12蛋白的GoLoco序列能減緩G蛋白核苷酸交換，發(fā)揮鳥嘌呤核苷酸解離抑制劑(guanine nucleotide dissociation inhibitor, GDI)作用[6]，讓信號傳遞速率大幅下降，減少G蛋白下游有絲分裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase, MAPK)通路的活化，使腦膠質(zhì)瘤的發(fā)展變慢，從而達到治療目的。

1 MAPK信號通路

MAPK信號通路的基本組成是一種從酵母到人類都通用的三級酶促級聯(lián)反應(yīng)，包括MAPK激酶激酶(MAPKKK)、MAPK激酶(MAPKK)和MAPK[7]。MAPK級聯(lián)反應(yīng)在整合多種來自細(xì)胞外的信號刺激到細(xì)胞核內(nèi)這一過程中發(fā)揮著核心作用。在未受刺激的細(xì)胞內(nèi)，MAPK信號通路處于靜息狀態(tài)；而當(dāng)細(xì)胞受到刺激后，接收到活化信號的上游MAPKKK和MAPKK呈現(xiàn)逐級磷酸化，MAPKK會對C端T-X-Y基元進行雙重磷酸化來激活下游MAPK[8]，最終完成調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、應(yīng)激適應(yīng)、炎癥反應(yīng)等多種重要的細(xì)胞生理及病理活動。

MAPK不同亞族具有不同的底物作用特異性，并且被不同的胞外刺激調(diào)節(jié)[9]。目前在哺乳動物細(xì)胞中，MAPK家族至少分為以下四類：細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶ERK1/2、c-Jun氨基末端激酶(JNK1、JNK2和JNK3)、p38激酶同工酶(p38α、p38β、p38γ和p38δ)以及大絲裂原活化蛋白激酶ERK5[10]。

MAPK/ERK信號通路是調(diào)控細(xì)胞增殖和分化的基本信號通路。異三聚體G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors, GPCR)在收到細(xì)胞外信號刺激后，將信號傳遞給細(xì)胞核內(nèi)的配體異三聚體G蛋白，并誘導(dǎo)其解離成Gα亞基和Gβγ二聚體。然后Gαi、Gαs、Gα12、Gαq四種亞基和Gβγ二聚體能通過不同通路級聯(lián)激活MAPK/ERK信號通路。文獻報道，亞基Gαi和Gβγ二聚體對ERK的激活依賴磷酸肌醇3激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)，而與Gαs亞基偶聯(lián)的受體GPCR的興奮，激發(fā)腺苷酸環(huán)化酶(adenylate cyclase，AC)活性，活化的AC可以催化環(huán)腺苷酸(cyclic adenosine monophosphate, cAMP)產(chǎn)生，cAMP在有些細(xì)胞中會特殊負(fù)調(diào)控ERK活性，這取決于下游不同的效應(yīng)因子[11](圖1)。Gα12亞基的激活使Ras相關(guān)蛋白1(Ras-related protein 1, Rap1)失活，接著導(dǎo)致Rap1介導(dǎo)的Ras磷酸化蛋白(Raf1)隔離失效，進而阻止ERK的激活，亞基Gαq可以通過PK和Ca2+兩條不同的級聯(lián)反應(yīng)途徑激活MAPK/ERK信號通路。

圖1 GPCR激活MAPK/ERK信號通路

ERK異常表達在細(xì)胞惡性進展過程中起重要作用。ERK1/2信號通路可以調(diào)節(jié)Cyclin D1的表達，Cyclin D1是細(xì)胞周期進程與生長因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)之間的紐帶，負(fù)責(zé)G1-S期的過渡[10]。MAPK/ERK信號通路通過誘導(dǎo)許多調(diào)節(jié)細(xì)胞侵略的關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄，在癌癥的發(fā)展期間編排一些關(guān)鍵的生物過程。在體外和體內(nèi)生長實驗中，發(fā)現(xiàn)該通路在神經(jīng)球體形成和GBM的腫瘤形成中發(fā)揮促進作用[12]。

JNKs是蘇氨酸蛋白激酶，在輻射、滲透壓、溫度變化、生長因子、炎癥因子等胞外刺激下，MAPK激酶4(MKK4)和MAPK激酶7(MKK7)激活JNKs[13]，用以調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化和凋亡。有研究發(fā)現(xiàn)，JNKs不僅抗癌細(xì)胞凋亡，還促進癌細(xì)胞的存活和腫瘤發(fā)生[14]。

p38是酪氨酸蛋白激酶，目前已知p38有四種異構(gòu)體(p38α、p38β、p38γ、p38δ)[15]。p38在炎性細(xì)胞因子、滲透壓、DNA損傷和超氧化物等刺激下，會被MEK3/6激活，在炎癥與細(xì)胞凋亡等應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

ERK5即細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶5，能夠被VEGF、EGF、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)等激活[8]，ERK5僅能被激酶MEK5磷酸化并激活，而MEK5直接被MEKK2/3激活。已有研究表明，ERK1/2和ERK5信號通路被激活后，可通過磷酸化轉(zhuǎn)錄因子的方式改變核內(nèi)基因表達，這些改變促進細(xì)胞增殖以及細(xì)胞周期的進展。已證明ERK5是G1-S過渡所必須的，ERK5顯性陰性突變體的表達抑制了上皮細(xì)胞G1期的增殖[8]。

以上研究均表明MAPK信號通路可調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化等活動。因此，腫瘤細(xì)胞的發(fā)生與發(fā)展過程也一定與MAPK信號通路有密切關(guān)系。

2 MAPK信號通路與腫瘤

MAPK信號通路作為調(diào)控細(xì)胞增殖、分化和凋亡的經(jīng)典信號通路，其異常激活與多種腫瘤的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)。有研究表明，ERK、p38、JNKs在肝癌組織中均呈強陽性，其中ERK和JNKs負(fù)責(zé)細(xì)胞增殖，兩者表達呈正相關(guān)，p38影響細(xì)胞凋亡，p38表達與ERK表達呈負(fù)相關(guān)[16]。此外，干擾素誘導(dǎo)的跨膜蛋白3(IFITM3)通過激活MAPK/p38途徑促進MMP-9的表達[17]，進而促進肝癌的侵襲轉(zhuǎn)移。

JNKs調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的凋亡與存活表現(xiàn)為：活化的JNK能通過限制活性氧(ROS)的累積來保護前庭神經(jīng)鞘瘤細(xì)胞和淋巴瘤細(xì)胞免于凋亡；還可調(diào)節(jié)葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)促進人胰腺癌細(xì)胞的增殖[14]。

以上研究表明，MAPK的四條信號通路在大多數(shù)情況下都可以促進腫瘤增殖并抑制其凋亡，與腫瘤惡性發(fā)展呈正相關(guān)，僅部分研究表明p38抑制肝癌組織發(fā)展。

3 MAPK信號通路與腦膠質(zhì)瘤

趙麟等[18]發(fā)現(xiàn)，具有良好抗血管生成活性的融合半胱氨酸C的融合肽Tat-C-RP7，通過下調(diào)ERK的磷酸化水平抑制原位腦膠質(zhì)瘤的生長。腫瘤入侵的關(guān)鍵酶MMP-9和MMP-2的表達水平隨著腦膠質(zhì)瘤的進展而增加[19]，激活的ERK參與這一過程，MMP-2在早期腫瘤的發(fā)生階段表達，支持膠質(zhì)瘤的侵襲和血管生成；MMP-9在腫瘤惡性進展的后期表達，維持腫瘤血管系統(tǒng)[20]。

JNKs家族在小膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞中均有表達；小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和炎癥因子的釋放可使JNKs磷酸化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子c-Jun的激活，pJNK表達增加。有研究表明，Celastrol可以通過激活MAPK/JNK信號通路引起腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞(包括U251、U87-MG和C6細(xì)胞系)增殖過程G2-M期的阻滯，觸發(fā)細(xì)胞凋亡和自噬[21]。通過ERK和JNKs途徑增加MMP-7的表達[22]，進而能促進GBM的侵襲和遷移。

通過特異性抑制MAPK/p38后，發(fā)現(xiàn)能部分逆轉(zhuǎn)由TGF-β介導(dǎo)的Lnc RNA-ATB誘導(dǎo)的腦膠質(zhì)瘤侵襲，表明可通過MAPK/p38信號通路誘導(dǎo)腦膠質(zhì)瘤侵襲[23]。Xu等[24]發(fā)現(xiàn)，小GTPase RND2高表達抑制了MAPK/p38的信號傳導(dǎo)，在體外抑制了GBM細(xì)胞的凋亡，在體內(nèi)誘導(dǎo)了人膠質(zhì)瘤細(xì)胞移植小鼠的腫瘤生長。

彌漫性內(nèi)在性腦橋膠質(zhì)瘤(diffuse intrinsic pontine glioma, DIPG)細(xì)胞大多存在H3K27突變，而這種突變體中RAS選擇ERK5信號通路傳遞信號，而且抑制ERK5顯著增加了顱內(nèi)植入DIPG細(xì)胞的小鼠存活率[25]。研究發(fā)現(xiàn)ERK5會增加神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞對替莫唑胺(TMZ)的抗性[26]；而敲低ERK5會使得原本有抗性的膠質(zhì)瘤細(xì)胞對TMZ敏感。

有研究發(fā)現(xiàn)，非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶12基因(PTPN12)的表達對腦膠質(zhì)瘤患者的生存期有重要影響，而與PTPN12表達量呈正相關(guān)的基因大多集中在MAPK通路及與腫瘤相關(guān)的通路等[27]。

以上研究表明活化的MAPK信號通路對腦膠質(zhì)瘤的進展有促進作用，而下調(diào)MAPK表達可抑制腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖。

4 RGS12蛋白可能通過MAPK通路抑制腦膠質(zhì)瘤

現(xiàn)今已發(fā)現(xiàn)的RGS蛋白有至少20種，RGS家族成員擁有共同的RGS結(jié)構(gòu)域。RGS結(jié)構(gòu)域與異三聚體G蛋白αi亞基結(jié)合可以產(chǎn)生GAP(GTPase activating protein)活性，然后加速Gαi-GTP的水解(加快達1 000倍)，RGS蛋白的GAP活性是負(fù)調(diào)控GPCR信號傳導(dǎo)的主要機制[5]。不同的RGS蛋白對不同α亞基的作用有特異性，在調(diào)節(jié)由GPCR觸發(fā)的信號通路方面，靶向特定RGS蛋白比靶向上游GPCR能提供更多特異性[28]。

RGS12蛋白是分子量最大的RGS家族成員，除共有的RGS結(jié)構(gòu)域以外，還包含GoLoco序列(第二個αi亞基作用位點)、串聯(lián)RAS結(jié)合域(RBD)、PDZ域以及PTB域；RGS12蛋白GoLoco序列與G蛋白αi亞基中ras樣結(jié)構(gòu)域的α3螺旋結(jié)合，充當(dāng)鳥嘌呤核苷酸解離抑制劑(GDI)，減緩GDP和GTP之間的交換，并阻止Gαi亞基與βγ二聚體的結(jié)合[6]，最終使RGS12蛋白負(fù)調(diào)控G蛋白信號傳導(dǎo)。

MAPK作為G蛋白跨膜傳遞信號的下游效應(yīng)器，當(dāng)RGS12利用RGS結(jié)構(gòu)域和GoLoco序列減弱G蛋白信號傳導(dǎo)后，可在一定程度上減少MAPK信號通路的活化(圖2)。

圖2 RGS12蛋白與MAPK信號通路關(guān)系示意圖

在RGS12介導(dǎo)下，MAPK信號通路的活化減少，即RGS12可負(fù)向調(diào)節(jié)通過MAPK信號通路進行的腦膠質(zhì)瘤增殖活動。RGS12通過其PDZ結(jié)構(gòu)域負(fù)向調(diào)節(jié)YAP/TEAD1復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄活性，進而抑制骨肉瘤Ezrin的表達[29]。有研究用RGS蛋白調(diào)節(jié)GPCR信號，進而調(diào)節(jié)血小板源性生長因子(PDGF)受體介導(dǎo)的信號傳輸?shù)目赡苄訹30]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RGS12 PTB域的過度表達降低了PDGF誘導(dǎo)的ERK1/2激活。

MAPK信號通路在膠質(zhì)瘤的發(fā)展過程中存在調(diào)節(jié)作用，促進其生長與侵襲，因此，也可利用RGS12蛋白減弱MAPK信號通路的活化，將RGS12蛋白作為治療靶點，抑制腦膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展。

5 結(jié)語

活化的MAPK通路在多種腫瘤包括腦膠質(zhì)瘤的發(fā)展進程中發(fā)揮促癌作用，其表達水平與腫瘤增殖、遷移、侵襲等活動呈正相關(guān)。而MAPK的上游受體GPCR是胞外向胞內(nèi)傳遞信號的重要樞紐，哺乳動物體內(nèi)的RGS蛋白可以抑制G蛋白信號傳導(dǎo)，利用RGS12蛋白高效且特異性的減弱G蛋白信號傳導(dǎo)，可以抑制下游MAPK通路的活化，并負(fù)向調(diào)節(jié)腦膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展進程。這種方法與以往的外科切除、放化療以及中西藥治療不同，從根本上解決了腦膠質(zhì)瘤的高侵襲性和血管生成等棘手問題，且副作用小，這可以作為未來腦膠質(zhì)瘤治療的一個新方向和新思路。