Ras-Raf-MAPK, mTOR-PI3K-AKT信号通路详解
如何选择关键靶点PI3K、AKT和mTOR的抑制剂？针对癌症中的PI3K AKT信号通路
如何选择关键靶点PI3K、AKT和mTOR的抑制剂？针对癌症中的PI3K / AKT信号通路-07-23 订阅号APExBIOPI3K / AKT信号通路的异常激活会导致癌症的发展。
PI3K家族分为四类：I类，II类，III类和IV类。
I类可以进一步分为IA和IB类。
本文主要介绍IA类PI3K。
IA类PI3K是由调节性p85亚基和催化性p110亚基组成的异二聚体。
前者由PIK3R1（p85α，p55α和p50α）和PIK3R2（p85β）基因编码，后者由PIK3CA（p110α），PIK3CB（p110β）和PIK3CD （p110δ）编码。
PI3K的信号传导是在细胞表面受体激活时触发的。
p85与活化的受体酪氨酸激酶（RTK）或相关的衔接蛋白的结合激活催化亚基并使其更接近质膜。
在那里，p110磷酸化磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP2，质膜的次要组分）以产生磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸（PIP3），其作为激活各种效应蛋白（包括AKT）的第二信使。
AKT的活化是通过3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1（PDK1）和mTOR复合物2（TORC2）的磷酸化完成的。
反过来，AKT的激活导致TORC1的激活，AKT和TORC1均调节促进细胞的存活、生长和增殖等途径。
另外，p110α和p110δ可以被Ras（GTP酶转换蛋白）进一步激活，Ras不与p110β结合。
Rac和Cdc42蛋白有助于激活p110β以响应G蛋白偶联受体（GPCR）激活。
TORC1信号传导还充当负反馈调节机制以抑制来自RTK的信号传导。
最后，肿瘤抑制因子PTEN使PIP3去磷酸化并返回PIP2（图1）。
图1 PI3K（IA类） / AKT信号通路的激活（此图列出了多种抑制剂，不知如何选择抑制剂的可作为参考）图2 PI3K（IA 类） / AKT信号通路的药理学抑制。
PI3K通路可以在多个节点上被药理学抑制，包括pan-PI3K和同种型特异性抑制剂，只靶向TORC1或同时靶向TORC1和TORC2的mTOR抑制剂以及AKT抑制剂，这些抑制剂可以直接抑制PI3K活性。
经典信号通路之PI3K-AKT-mTOR信号通 路
经典信号通路之PI3K-AKT-mTOR信号通路PI3K是一种胞内磷脂酰肌醇激酶，与v．src和v．ras等癌基因的产物相关，且PI3K本身具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶的活性，也具有磷脂酰肌醇激酶的活性。
由调节亚基p85和催化亚基p110构成。
磷脂酰肌醇3-激酶(PI3Ks)蛋白家族参与细胞增殖、分化、凋亡和葡萄糖转运等多种细胞功能的调节。
PI3K活性的增加常与多种癌症相关。
PI3K磷 酸化磷脂酰肌醇PI(一种膜磷脂)肌醇环的第3位碳原子。
PI在细胞膜组分中所占比例较小，比磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸含量少。
但在脑细胞膜中，含量较为丰富，达磷脂总量的10%。
PI的肌醇环上有5个可被磷酸化的位点，多种激酶可磷酸化PI肌醇环上的4th和5th位点，因而通常在这两位点之一或两位点发生磷酸化修饰，尤其发生在质膜内侧。
通常，PI-4,5-二磷酸(PIP2)在磷脂酶C的作用下，产生二酰甘油(DAG)和肌醇-1,4,5-三磷酸。
PI3K转移一个磷酸基团至位点3，形成的产物对细胞的功能具有重要的影响。
譬如，单磷酸化的PI-3-磷酸，能刺激细胞迁移(cell trafficking)，而未磷酸化的则不能。
PI-3,4-二磷酸则可促进细胞的增殖(生长)和增强对凋亡的抗性，而其前体分子PI-4-磷酸则不 然。
PIP2转换为PI-3,4,5-三磷酸，可调节细胞的黏附、生长和存活。
PI3K的活化PI3K可分为3类，其结构与功能各异。
其中研究最广泛的为I类PI3K, 此类PI3K为异源二聚体，由一个调节亚基和一个催化亚基组成。
调节亚基含有SH2和SH3结构域，与含有相应结合位点的靶蛋白相作用。
该亚基通常称为p85, 参考于第一个被发现的亚型(isotype),然而目前已知的6种调节亚基，大小50至110kDa不等。
催化亚基有4种，即p110α,β,δ,γ，而δ仅限于白细胞，其余则广泛分布于各种细胞中。
肿瘤的细胞增殖信号通路
肿瘤的细胞增殖信号通路肿瘤是一种导致细胞无限制增殖的疾病，其发展涉及复杂的信号通路调控网络。
了解肿瘤细胞增殖信号通路的机制，可以帮助我们更好地理解肿瘤的发生与发展，并为肿瘤治疗提供新的策略。
本文将重点介绍几个与肿瘤细胞增殖密切相关的信号通路。
一、PI3K-Akt信号通路PI3K-Akt信号通路是一条重要的细胞增殖信号通路，它在多种肿瘤中起到关键作用。
该通路的激活可以促进细胞增殖、增加细胞生存能力，同时抑制细胞凋亡过程。
在正常细胞中，该通路会受到严格的调控，以防止不受控制的细胞增殖。
而在肿瘤细胞中，PI3K-Akt信号通路常常被异常激活，导致细胞无限制增殖。
二、Ras-MAPK信号通路Ras-MAPK信号通路是另一个与肿瘤细胞增殖密切相关的信号通路。
该通路的激活可以促进细胞增殖、增强细胞迁移和侵袭能力。
在正常细胞中，该通路通常处于关闭状态，只有在特定刺激下才会被激活。
然而，在某些肿瘤中，Ras基因突变或过度表达会导致该通路的异常激活，从而推动肿瘤细胞的增殖。
三、Wnt/β-catenin信号通路Wnt/β-catenin信号通路在胚胎发育和成体组织的维持中发挥着重要作用。
研究表明，该通路在多种肿瘤中也起到关键作用。
在正常细胞中，Wnt信号通路处于关闭状态。
然而，在某些肿瘤中，该通路的异常激活导致β-catenin的稳定和核定位增加，从而促进肿瘤细胞的增殖和侵袭。
四、Notch信号通路Notch信号通路是一种高度保守的跨膜受体信号通路，在细胞分化和增殖中发挥着重要作用。
该通路的激活可以启动多种细胞命运的决定，包括细胞增殖和凋亡。
在某些肿瘤中，Notch信号通路的异常激活可以导致细胞增殖能力的提高，进而促进肿瘤的发展。
总结：肿瘤的细胞增殖信号通路涉及多个复杂的信号通路网络，其中包括PI3K-Akt、Ras-MAPK、Wnt/β-catenin和Notch等信号通路。
这些信号通路的异常激活可以导致肿瘤细胞的不受控制增殖，推动肿瘤的发展。
信号通路3—PI3K-AKT-mTOR
信号通路3 —PI3K/AKT/mTORAPExBIO一、PI3K/Akt/mTORPI3K/AKT/mTOR是调节细胞周期的重要细胞内信号通路。
PI3K/AKT/mTOR信号通路与细胞的休眠、增殖、癌变和寿命直接相关。
PI3K激活后磷酸化并激活AKT，将其定位在质膜中。
信号通过AKT传递到下游不同的靶点，如激活CREB，抑制p27，将FOXO定位于细胞质中，激活PtdIns-3ps，及激活mTOR（影响p70或4EBP1的转录）。
该通路的激活因子包括EGF、shh、IGF-1、胰岛素和CaM。
该信号通路的拮抗因子，包括PTEN、GSK3B、和HB9。
在多种癌症中，PI3K/AKT/mTOR通路是过度活化的，因此减少凋亡并促进增殖。
然而，该通路在成人干细胞尤其是神经干细胞的分化过程中促进细胞生长和增殖。
1. PI3KPhosphatidylinositide 3-kinases，是一种胞内磷脂酰肌醇激酶。
由调节亚基p85和催化亚基p110构成。
与v．sre和v．ras等癌基因的产物相关。
PI3K本身具有丝氨酸/苏氨酸(Ser/Thr)激酶的活性，也具有磷脂酰肌醇激酶的活性。
2. Akt又称PKB（protein kinase B）。
是一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶，在多种细胞生长过程中发挥关键作用，如葡萄糖代谢、凋亡、细胞增殖、转录和细胞迁移。
Akt的Ser473可以被PDK1磷酸化。
PKB与PKA和PKC均有很高的同源性，该激酶被证明是反转录病毒安基因v-akt 的编码产物，故又称Akt。
3. mTORMammalian target of rapamycin。
mTOR与其它蛋白质结合，形成两种不同蛋白质复合物，mTOR复合物1（mTORC1，）和mTOR复合物2（mTORC2），它们调节不同的细胞过程。
mTORC1由mTOR、mTOR调节相关蛋白Raptor、MLST8和非核心组分PRAS40、DEPTOR 组成。
PI3K—AKT—mTOR信号通路的研究进展
PI3K—AKT—mTOR信号通路的研究进展PI3K-AKT-mTOR信号转导通路是哺乳动物肿瘤免疫中重要的信号通路，在多种恶性肿瘤的演变过程中发挥了极其重要的作用。
近几年来，随着肿瘤分子生物学的发展，恶性肿瘤的靶向治疗成为研究热点，通过研究探讨PI3K-AKT-mTOR信号通路在肿瘤发生、发展过程中的信号转导机制，联合多种抑制剂或者寻找作用于多种信号通路、多靶点的新药，对于肿瘤的靶向治疗有重要意义。
标签：PI3K-AKT-mTOR；信号转导；肿瘤；抑制剂恶性肿瘤严重危害人类健康，随着社会、经济的发展以及人口老龄化的加剧，我国大多数恶性肿瘤发病率、死亡率呈明显上升趋势。
与此同时，随着人们对恶性肿瘤的研究不断深入，越来越多肿瘤信号通路被发现，其中PI3K-AKT-mTOR 信号转导通路是哺乳动物肿瘤免疫中的重要信号通路，此信号通路对于调节细胞的生长、增殖、自噬以及凋亡有着重要的作用。
1 PI3K-AKT-mTOR 信号通路的组成在各种生物体中，细胞之间相互识别及相互作用，都是通过细胞信号的传导来实现，细胞信号转导指细胞通过细胞膜或者胞内相应受体感受信息分子刺激，通过细胞内信号转导系统进行转换，从而引发一系列生物化学反应及蛋白相互作用，直到细胞生理反应所需基因表达开始、各种生物学效应形成。
1.1 磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）PI3K存在于细胞质中，具有蛋白激酶及磷脂激酶的双重活性。
PI3K包括Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，Ⅰ型的底物主要为磷脂酰肌醇（PI）、3-磷酸磷脂酰肌醇（PIP）及3，4-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）；Ⅱ型的底物主要为PI及PIP，Ⅲ型的底物主要为PI，但是只有Ⅰ型PI3K与肿瘤形成有着密切关联[1-2]。
Ⅰ型PI3K包括IA和IB亚型，它们从酪氨酸激酶连接受体、G蛋白连接受体进行信号传递，IA型PI3K由调节亚基（P58）和催化亚基（P110）组成，其中调节亚基（P58）包含SH2、SH3两个重要结构域，在正常情况下P58与P110结合导致PI3K失活。
PI3K-AKT-mTOR信号通路与前列腺癌
PI3K-AKT-mTOR信号通路与前列腺癌PI3K / Akt / mTOR信号通路具有多种功能，包括调节细胞存活，分化和干细胞样特性，生长，增殖，代谢，迁移和血管生成。
成员：PI3K、AKT、mTOR、PTENPI3K，是磷脂酰肌醇-3-激酶的缩写，可分为3类，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。
其中研究最广泛的为Ⅰ类PI3K，Ⅰ类PI3K由酪氨酸激酶受体（RTK）、G蛋白偶联受体和一些致癌基因（如大鼠肉瘤癌基因RAS）激活。
Ⅰ类又可分ⅠA和ⅠB类，其中ⅠA类PI3K与癌症最相关。
p85α ( 由PIK3R1编码)β (由PIK3R2编码)γ ( 由PIK3R1编码)p110α( 由PIK3CA编码)p110β（由PIK3CB编码）p110δ（由PIK3CD编码）AKT（蛋白激酶B，PKB，又称为Akt）是PI3K重要的下游分子，被活化后，通过多种方式来影响其下游的相关分子，使细胞存活，是关键的抗凋亡调控分子mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）是一种丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，细胞内存在mTORC1和mTORC2两种不同的复合体。
其属于PI3K/Akt 下游的重要成分。
PTEN（磷酸酶和张力蛋白同源物））是一种肿瘤抑制蛋白。
可将PIP3去磷酸化生成PIP2。
当PTEN 下调时，可引起PI3K / Akt / mTOR 途径的激活。
PI3K-AKT-mTOR信号通路PI3K的激活导致4,5-二磷酸磷脂酰肌醇[PI（4,5）P2]磷酸化为3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇[PI（3,4,5）P3]，随后将Akt募集到质膜上并激活。
（当配体与膜受体结合后，受体激活p85并招募p110，进而催化膜内表面的PIP2生成PI3P。
PI3P作为第二信使，进一步激活AKT和PDK1。
）Akt活化通过两个残基的磷酸化介导：T308通过磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1（PKD1）磷酸化；S473通过mTOR复合物2（TORC2）磷酸化。
Akt的完全激活是必需通过上述两者磷酸化。
RAS-RAF-MAPK信号通路与结直肠癌
RAS-RAF-MAPK信号通路与结直肠癌结直肠癌为结肠癌和直肠癌的总称，是指大肠（结肠、直肠）粘膜上皮在环境或遗传等多种致癌因素作用下发生的恶性病变。
它是消化道常见的恶性肿瘤，且预后不良，死亡率高，是全世界癌症死亡的主要原因。
近年各地资料显示随着人民生活水平的提高，饮食结构的改变，其发病率呈逐年上升趋势。
目前发现与结直肠癌有关的细胞信号转导通路主要有Wnt-β-catenin信号通路、Hedgehog信号通路、Notch信号通路、TGFβ-Smads信号通路、Jak-STAT信号通路、Ras-Raf-MAPK信号通路、PI3K-Akt-m TOR信号通路。
本文主要就MAPK信号通路及通路中常见突变与结直肠癌关系做简要介绍。
什么是MAPK信号通路？丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedproteinkinase,MAPK）：是细胞内的一类丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶。
从酵母到人类该信号通路非常保守，它能响应各种胞外和胞内刺激从而被激活，在多种细胞过程中发挥关键性作用，包括增殖、分化和凋亡等。
MAPK信号转导通路是多种膜受体传导的生长信号跨膜传递的交汇点或最后共同通路，参与细胞基质、生长因子、炎症反应等重要的信号途径，介导生长、发育、分裂、分化、凋亡以及细胞间相互作用等多种细胞过程。
通路途径主要由RAS→RAF→MEK→ERK等蛋白激酶组成，通过依次催化下级蛋白激酶发生磷酸化而激活整个信号通路，活化的ERK可以通过影响细胞周期MITF等因子促使细胞生长过度，导致正常细胞向肿瘤细胞转化。
MAPK信号通路包括：MAP激酶(MAPK)、MAPK激酶(MEK、MKK)和MEK激酶(MEKK、MKKK或MAPK激酶的激酶)。
MAPK通路信号的传送是通过MAPKKK，MAPKK和MAPK连续的磷酸化作用实现的。
苏氨酸和酪氨酸双重磷酸化的MAPK是其活性形式。
MAPK 去磷酸化是其非活化形式，抑制了其激酶活性。
Ras-Raf-MAPK通路(膜受体酪氨酸蛋白激酶信号传递途径)
SOS：son of sevenless
SOS来历：果蝇复眼发育
Raf蛋白(MAPKKK):
具有ser／Thr蛋白激酶活性，为MAPK系统激活因子 （c－Raf－1，B－Raf，A－Raf） 保守区域CR1：锌指结构 CR2：含可被磷酸化的Ser/Thr CR3：激酶结构域 Ras使Raf定位于质膜，激活Raf的激酶活性。
MAPK系统（mitogen-activated protein kinase)
MAPKK激酶（MAPKKK,即Raf蛋白）
MAPK激酶（MAPKK ，MEK） MAPK （有丝分裂原激活的蛋白激酶）
Ras与Raf结合并激活Raf（又称MAPKKK） Raf结合并磷酸化MAPKK的Ser/Thr使之激活 MAPKK磷酸化MAPK的Ser/Tyr使之激活 MAPK进入细胞核，使多种底物蛋白的Ser/Thr残基 磷酸化，修饰它们的活性
（细胞外信号） EGF、PDGF等
（SH2）
Ras-GDP
Grb2
（SH3） （Pro)
具PTK活性的受体Fra bibliotekP二聚化
Ras-GTP
P
SOS
细 胞 膜
Raf P MAPKKK
P
MAPKK
细 胞 核
反式作用因子 调控基因表达 调节其他蛋白活性 P
P
MAPK
P
基本模式：
结合配体后形成二聚体。 第一个蛋白激酶被激活。对于有蛋白激酶活性的受体来说， 此步骤是激活受体胞内结构域的蛋白激酶活性，对于没有蛋白 激酶活性的受体来说，此步骤是受体通过蛋白质-蛋白质相互 作用激活与其偶联的蛋白激酶。 通过蛋白质-蛋白质相互作用或者蛋白激酶磷酸化修饰激活下 游信号转导分子，通常是继续活化下游的一些蛋白激酶。 蛋白激酶通过磷酸化修饰激活代谢途径中的关键酶、反式作 用因子等，影响代谢途径、基因表达、细胞运动、细胞增殖等。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Signal molecules
Ligand/Agonist
Proteins and peptides:
Hormones, cytokines
Bind to Amino acid derivatives: membrane Catecholamine receptors Chemical Signal Extracellular molecules Physical Signal
Ligand-Receptor binding is an reversible equilibrium process, obeying the law of mass
Receptors Properties:
• • • • Specificity Saturability High affinity Reversibility
8. External signals induce two direct cellular responses: (1) changes the activity of pre-existed proteins (2) changes in gene expression.
cell membrane receptors
Signal Receptor Transducer
Targets
Response
SIGNALS MAY HAVE CONTEXT-DEPENDENT EFFECTS
Effector protein
common features of cell signaling
1. Receptors could either be cell membrane or nuclear receptors.
2. a relatively small number of mechanisms have been employed.
Effector protein– produces a mobile second messenger such as cAMP. In the case of cAMP, the effector protein is adenylate cyclase (also called adenylyl cyclase).
2. Transmit a message into the cell, which normally leads to a specific cellular effect
3. Each cell has multiple specific receptors, making it responsive to different chemicals.
Testosterone binds to a receptor protein in the cytoplasm, activating it.
2
The hormonereceptor complex enters the nucleus and binds to specific genes.
3
Distribution:
• Cell surface receptors • Intracellular receptors
Domains of cell surface receptors:
• The extracellular segment---binding site • The hydrophobic membrane spanning segment--- Transmembrane （ highly conserved） • The cytoplasmic segment---enzyme domain（ highly conserved），transferring a phosphate group from ATP to tyrosine or serine/threonine on a substrate protein.
Intracellular proteins
Different Kinds of intracellular proteins serve different purposes
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Relay proteins Messenger proteins Adaptor proteins Amplifier proteins Transducer proteins Bifurcation proteins Integrator proteins Latent gene regulatory proteins
2. Receptor proteins –are specific proteins, which are able to recognize and bind to corresponding ligands, and transduce signal to next signaling molecules inside of the cell. 1. act as cell’s ‘letter boxes’, and receive messages
most water-soluble molecules/factors bind to cell membrane receptors and activate the signaling transduction pathway.
Signaling pathway via nuclear receptor
OVERVIEW
Definition
Signal transduction refers to the process that the extracellular stimuli regulate the biological functions, through membranous or intracellular receptors mediated signal cascade.
1
The steroid hormone testosterone passes through the plasma membrane.
Testosterone, and other lipid soluble factors, such as RA, travels through the blood and enters cells throughout the body. In the cytoplasm, they bind and activate receptor proteins. These activated proteins enter the nucleus and turn on target genes .
Signal Transduction Pathways & the Clinical Implications
Lixin KAN, Ph D
Professor Distinguished professor Adjunct professor Anhui Medical University, China Bengbu Medical College, China Northwestern University, USA
The bound protein stimulates the transcription of the gene into mRNA.
4
5 The mRNA is
translated into a ser features: Signal Flow is not always in 1-1 fashion
3. conserved intracellular proteins play key roles in different signaling pathways.
4. different signaling pathways are re-used in different contexts.
5. Amplification of external signals is often necessary. 6. Convergence, divergence, and crosstalk among different signaling pathways. 7. Desensitization of receptors.
Motility
Death
Transformation
Cell signaling affects virtually EVERY ASPECT of cell structures and functions.
COMPONENTS
1. Extracellular signal molecules: Ligand/Agonist. 2. Receptor –are specific proteins, which are able to recognize and bind to corresponding ligands. Binding is specific, but not always in 1-1 fashion. 3. Transducers – carries the message from the receptor to the effector. Transducers could be enzymes, adaptor, or others. Transduction is a multi-step process. 4. Effector proteins – produces a 2nd messenger such as cAMP.
Schematic view of Cell signaling
Signals
Growth factors Cytokines Extracellular matrix proteins Cell stresses