唐亮 陈先国
【摘 要】 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen－activated protein kinases，MAPK) 信号通路是生物体内重要的信号转导通路之一，其中细胞外信号调节激酶5（ERK5）是MAPK信号通路中相对较新的一条通路，其广泛参与细胞的增殖、分化等多种生物学过程。根据国家癌症中心的最新数据，前列腺癌（Prostate cancer）已成为泌尿系统中发病率最高的肿瘤，且发病率呈逐年增长趋势，肿瘤发生、发展的分子生物学机制成为近年来探讨的热点。研究表明，前列腺肿瘤细胞及骨转移细胞中发现ERK5上游激酶呈高表达，ERK5在上皮间质转化（Epithelial-Mesenchymal Transitions,EMT）的过程中发挥着重要的作用。因此， 探讨ERK5诱导EMT的分子生物学机制，对前列腺癌的发生发展、侵袭及转移的预防与诊治具有重要的意义。
【关键词】 ERK5信号通路； 上皮间质转化； 作用机制； 前列腺癌
世界范围内，前列腺癌（Prostate cancer，PCa）的发病率在男性所有恶性肿瘤中位居第二。在欧美国家，前列腺癌已经成为危害男性健康的头号肿瘤，我国较欧美国家前列腺癌的发病率明显降低，但近年来呈明显上升趋势，且增长率比欧美发达国家更为迅速。引起前列腺癌发生发展，甚至侵袭转移的机制尚未明确[1]。表皮生长因子、转化生长因子β(transfoming growthfactor- beta)、血小板衍生生长因子(platelet derived growth factor)等均已表明与前列腺肿瘤细胞的增殖、分化及浸润有关。近年来，研究人员在分子生物学领域，对前列腺癌的发展及转移机制进行了深入的探索，ERK5细胞信号的转导通路成为研究的热点。Ahmad等[1]通过组织芯片和原位基因杂交等手段，探讨在前列腺癌模型中研究靶向针对ERK5信号通路进行基因靶点治疗的新方法。 Ramsay等[2]证实，ERK5介导的信号通路能够显著促进前列腺原位癌模型的形成；另外，ERK5的表达在转移性前列腺癌细胞核中也较前列腺增生症、原发前列腺癌病灶显著增高。本文就ERK5信号通路在前列腺癌上皮间质转化中的作用做一综述：
ERK5 生物学的特性
1.ERK5结构与分布
丝裂原活化蛋白激酶（mitogen － activated protein kinases， MAPK)属于丝/苏氨酸蛋白激酶，广泛存在于哺乳动物体内，可以被诸多细胞外信号或刺激所激活，进而发挥生物学功能。 MAPK家族激酶有相同的结构特征，在其催化区中，同源的第Ⅷ亚区存在着三肽基序（TEY,TPY，TGY）, MAPK的激活需要三肽基序中双位点（酪氨酸和苏氨酸）被磷酸化后，才能分别被上游中具有双重特异性的蛋白激酶所激活。
ERK5信号通路又被称作为大 MAP 激酶 1 ( big MAP kinase 1，BMK1) 通路, 由 816 个氨基酸所构成的蛋白（120 kU）， 长度约是其他 MAPK 家族成员长度的 2 倍左右,ERK5的基因序列分析显示出其序列与ERK1/2类似， 所不同的是ERK5序列在C端包含一个大羧基端和 12 环的结构，大羧基端包含一个脯氨酸富集区和核定位信号（NLS），这也是ERK5与MAPK家族其他成员的区别之处。研究人员发现， ERK5的C末端含有一个激活转录功能很强的结构区域： N端激酶区可通过磷酸化转录因子来调节转录， 同时C端转录区又可以被自身磷酸化，活化后可直接发挥其调节转录的功能[3]。在几乎所有的细胞株中, ERK5都有表达， 而且在细胞核及细胞质中，ERK5都有定位，这种定位其实取决于其的C 端的特殊区域。
2.ERK5信号通路中的级联激活
MAPK家族信号的转导主要通过三级激酶-级联方式进行的，不同因素刺激后，可激活磷酸化的MAPK激酶 (MAPKK )，后者可通过磷酸化继续激活MAPK激酶（MAPKK），继之可激活MAPK，即丝裂原活化蛋白激酶。ERK5信号通路激活同样也是通过三级激酶-级联方式进行的.细胞外的刺激因素，比如 低氧、高渗压、 流体切应力、氧化剂等等可以相继激活MEKK2和 MEKK3,，MEKK2、3都是MAPKKK家族的成员,活化的MEKK2、3又可以进一步激活MEK5, MEK5正是ERK5的激酶, 通过磷酸化方式激活ERK5 将其活化[4]。
相关研究表明，MEKK2 和MEKK3 都可以激活MEK5/ERK5信号通路，但是在不同细胞中存在差异。比如在细胞株 COS7 和 HEK293 中，ERK5的活化是由MEKK3 介导的，而在细胞株HELA 和 RAT-1中，则是由 MEKK2 介导ERK5活化的。目前， MEK5 是 ERK5 上游已知唯一的激酶。 MEK5对于 ERK5 具有高度特异性, MEK5有两个不同的亚型: 即MEK5α和MEK5β， MEK5α的N端比MEK5β长89个氨基酸，而这种差别对ERK5激酶的活性起到至关重要的作用。虽然 MEK5α和MEK5β 都可以与ERK5 蛋白结合，但二者之间存在竞争关系，而且作用完全相反，MEK5β主要阻碍 MEK5α与 ERK5蛋白的结合，抑制 MEK5α介导的活化作用，对ERK5 的激活起到负性调节的作用[5]。ERK5可参与多种生命活动的过程，在细胞的增殖 分化过程中发挥着重要的作用。 Mulloy R等[6]的研究表明，细胞周期蛋白D1是ERK5级联激活传导的靶点，ERK5信号通路的激活可促进细胞周期蛋白D1的表达。Ye等[7]研究证实ERK5信号通路的阻滞，可使细胞周期蛋白D1、周期蛋白E以及CDK4的表达下调，从而导致细胞增殖停滞在G1期，由此证实了ERK5 信号通路可以调控细胞的增殖过程中。Amano S等[8] 研究发现，激活ERK5信号通路，可能通过调控c-fos的表达，这在破骨细胞的分化中必不可少。ERK5信号通路的激活在血管生成，肿瘤细胞的增殖分化、侵袭转移中也发挥着重要的作用。Hayashi M 等[9] 实验结果表明，ERK5信号通路的激活对保持血管壁的完整性以及内皮细胞生物学功能也至关重要。ERK5信号通路也可以通过调控基质金属蛋白酶9（MMP-9）的表达，进而调控骨肉瘤细胞的侵袭能力[10]。同样，在前列腺癌细胞、乳腺癌细胞的侵袭和转移过程中，ERK5信号通路也发挥至关重要的调控作用[2，11]。
上皮间质转化
上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)是指通过特定的程序，上皮细胞转化为具有间质表型细胞的生物学过程。在此过程中，上皮细胞失去了原有上皮细胞的一些特性，进而获得间质细胞的部分特性,其主要特征有细胞粘附分子的表达减少 (如E-钙黏蛋白)、间质细胞的标志物表达 上调（如N-钙黏蛋白）的、细胞角蛋白细胞骨架转化为以波形蛋白（Vimentin）为主的细胞骨架，形态上具有间充质细胞的生物学特征等[12]。
在EMT过程中，上皮细胞与基底膜失去连接、细胞极性消失，同时获得了一系列间质细胞的表型，如较高的侵袭与迁移、抗凋亡和降解细胞外基质的能力等[13]。在上皮细胞来源恶性肿瘤细胞中，EMT是其获得侵袭和迁移能力的重要生物学过程。研究恶性肿瘤细胞发生EMT过程的分子生物学机制，明确其在恶性肿瘤细胞的发生发展、侵袭转移过程中作用，并进一步探索调控基于EMT过程中的关键靶点，进而为预防细胞侵袭转移、甚至靶向调控转移性肿瘤提供理论依据。
ERK5信号通路在相关疾病中的作用机制
近年来，多种肿瘤细胞的不同信号通路的激活及调控（包括MAPK,Notch, Wnt,NF-κB等多种信号通路）在EMT过程中的作用机制已成为研究的热点[14]。Zhao L等[13]发现联苯胺通过激活MAPK信号通路中的ERK1/2，进而在膀胱粘膜上皮细胞的EMT过程中发挥重要作用。也有研究表明，PI3K/Akt信号通路可以通过调节FOXA1的表达间接参与EMT的调控[15]。ERK5信号传导通路的调控与部分肿瘤疾病的发生发展及侵袭转移有密切的相关性。Laura AG等[16]研究发现ERK5是pVHL肿瘤抑制基因的一个新靶点，在人类透明细胞肾细胞癌(CCRCC) 样本中，ERK5的表达与肾透明细胞癌预后较差密切相关， 这表明ERK5的激活 可能有助于肿瘤的进展， 药物干预阻断ERK5活性的有可能成为治疗肿瘤进展的的新靶点。
研究表明，ERK5的上游激酶MEK5在前列腺癌细胞中表达明显升高， 而前列腺癌骨转移肿瘤细胞中证实MEK5的高表达。 ERK5信号通路的激活对前列腺原位癌细胞的转移有促进作用，与良性前列腺增生细胞及前列腺原位腺癌细胞相比，ERK5在前列腺转移性癌细胞中的表达量也明显升高。 由此可见，ERK5信号传导通路是前列腺腺癌发生发展甚至侵袭转移过程中的重要环节，其上游激酶MEK5是前列腺腺癌癌转移过程中的关键点， 这为我们进一步探索转移性前列腺腺癌的靶向治疗提供了新的思路[2]。
ERK5信号通路在EMT过程中的作用机制也日益被重视。研究表明，激活ERK5信号通路可以促进乳腺癌细胞株（MCF-7 ）的激素抵抗性和EMT过程，直接证明了ERK5的激活与乳腺癌细胞侵袭转移的相关性.激活ERK5信号通路可以抑制NF-κB的活性,这是EMT过程中的必要步骤，这在肌母细胞的相关研究中已得到了证实[17,18]。然而，ERK5信号通路的激活对于部分肿瘤细胞株的侵袭转移能力却发挥着负性调控作用。Spiering D等[19]发现激活ERK5信号通路能抑制内皮肿瘤细胞的迁移能力，Rovida E等[20]发现ERK5信号通路的激活对肝癌细胞侵袭转移发挥着负性调节的作用。最新的研究发现，在烟草诱导的肺支气管上皮细胞中，ERK5的过度表达可以逆转细胞的EMT过程[21]，进而可能抑制或延缓肿瘤的发生或进展。这也充分说明ERK5信号通路的激活在细胞EMT过程中发挥着关键的调控作用，在不同组织细胞中，ERK5分布与含量不同，调控的机制及调控的效果也有不同，充分体现ERK5信号通路的组织细胞特异性。
ERK5信号通路的激活对于泌尿系统免疫性疾病的发生发展及尿路上皮细胞的EMT过程中也发挥重要作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆体外研究表明[22]，在慢性系膜增生性肾小球肾炎的大鼠模型中，实验组肾脏组织细胞中检测ERK5的表达量明显高于对照组， 与对照组相比，p-ERK5的含量也有显著增高，这表明激活ERK5信号通路能促进慢性系膜增生性肾小球肾炎发生发展。Hao G等[23]研究发现在烟草诱导的膀胱上皮细胞中，通过激活AP-1，可以激活ERK5介导的信号通路，进而促进 膀胱上皮细胞的间质转化。
展 望
综上所述，ERK5信号通路是细胞内信号转导的重要通路之一，广泛参与细胞增殖、分化、周期调控等生物学过程中；在肿瘤细胞的发生发展、侵袭转移过程中也同样发挥着重要的调控作用。由于组织细胞的特异性，其在前列腺癌发生发展中的调控机制尽管已有一些初步的研究，然而其深入的作用机制及关键性的靶点激酶有待进一步阐明， 而且关于泌尿系统其他肿瘤如尿路上皮癌，肾细胞癌的研究也相对较少。相信随着人们对ERK5信号通路的深入研究，ERK5信号通路的生物学功能、作用机制将逐渐被揭示阐明，进而为前列腺癌的预防和治疗提供更为可靠的分子生物学依据。
参考文献
[1]I Ahmad1, L B Singh1, Z H Yang , et al. Mir143 expression inversely correlates with nuclear ERK5 immunoreactivity in clinical prostate cancer. British Journal of Cancer (2013) 108, 149–154.
[2]Ramsay AK, McCracken SR, Soofi M, et al: ERK5 signalling in prostate cancer promotes an invasive phenotype. British journal of cancer 2011, 104(4):664-672.
[3]Drew BA, Burow ME, Beckman BS: MEK5/ERK5 pathway: the first fifteen years. Biochimica et biophysica acta 2012, 1825(1):37-48.
[4]Chang LF, Karin M: Mammalian MAP kinase signalling cascades. Nature 2001, 410(6824):37-40.
[5]Cameron SJ, Abe J, Malik S, et al: Differential role of MEK5 alpha and MEK5 beta in BMK1/ERK5 activation. J Biol Chem 2004, 279(2):1506-1512.
[6]Mulloy R, Salinas S, Philips A, et al: Activation of cyclin D1 expression by the ERK5 cascade. Oncogene 2003, 22(35):5387-5398.
[7]Ye M, Luo X, Li L, et al. Grifolin, a potential antitumor natural product from the mushroom Albatrellus confluens, induces cell-cycle arrest in G1 phase via the ERK1/2 pathway. Cancer letters 2007, 258(2):199-207.
[8]Amano S, Chang YT, Fukui Y: ERK5 Activation Is Essential for Osteoclast Differentiation. PloS one 2015, 10(4).
[9]Hayashi M, Kim SW, Imanaka-Yoshida K, et al: Targeted deletion of BMK1/ERK5 in adult mice perturbs vascular integrity and leads to endothelial failure. The Journal of clinical investigation 2004, 113(8):1138-1148.
[10]Kim SM, Lee H, Park YS, et al: ERK5 regulates invasiveness of osteosarcoma by inducing MMP-9. J Orthop Res 2012, 30(7):1040-1044.
[11]Madak-Erdogan Z, Ventrella R, Petry L, et al: Novel Roles for ERK5 and Cofilin as Critical Mediators Linking ER alpha-Driven Transcription, Actin Reorganization, and Invasiveness in Breast Cancer. Mol Cancer Res 2014, 12(5):714-727.
[12]Bogachek MV, De Andrade JP, Weigel RJ: Regulation of epithelial-mesenchymal transition through SUMOylation of transcription factors. Cancer research 2015, 75(1):11-15.
[13]Zhao L, Geng H, Liang ZF, et al: Benzidine induces epithelial-mesenchymal transition in human uroepithelial cells through ERK1/2 pathway. Biochemical and biophysical research communications 2015, 459(4):643-649.
[14]Singh A, Settleman J: EMT, cancer stem cells and drug resistance: an emerging axis of evil in the war on cancer. Oncogene 2010, 29(34):4741-4751.
[15]Zhang XL, Wang HS, Liu N, et al: Bisphenol A stimulates the epithelial mesenchymal transition of estrogen negative breast cancer cells via FOXA1 signals. Archives of biochemistry and biophysics 2015.
[16]Laura AG , Inmaculada M G , Antonio Rubio. et al. ERK5 BMK1 Is a Novel Target of The tumor Suppressor VHL: Implication in Clear Cell Renal Carcinoma. Neoplasia (2013) 15, 649–659.
[17]Antoon JW, Martin EC, Lai R, S , et al: MEK5/ERK5 signaling suppresses estrogen receptor expression and promotes hormone-independent tumorigenesis. PloS one 2013, 8(8):e69291.
[18]Zuo YF, Wu YX, Wehrli B,et al: Modulation of ERK5 Is a Novel Mechanism by Which Cdc42 Regulates Migration of Breast Cancer Cells. J Cell Biochem 2015, 116(1):124-132.
[19]Spiering D, Schmolke M, Ohnesorge N, et al: MEK5/ERK5 Signaling Modulates Endothelial Cell Migration and Focal Contact Turnover. J Biol Chem 2009, 284(37):24972-24980.
[20]Rovida E, Navari N, Caligiuri A, et al: ERK5 differentially regulates PDGF-induced proliferation and migration of hepatic stellate cells. J Hepatol 2008, 48(1):107-115.
[21]Liang Z, Xie W, Wu R, G, et al: ERK5 negatively regulates tobacco smoke-induced pulmonary epithelial-mesenchymal transition. Oncotarget 2015, 6(23):19605-19618.
[22]Urushihara M, Takamatsu M, Shimizu M, et al: ERK5 activation enhances mesangial cell viability and collagen matrix accumulation in rat progressive glomerulonephritis. American journal of physiology Renal physiology 2010, 298(1):F167-176.
[23]Geng H, Zhao L, Liang Z, et al: ERK5 positively regulates cigarette smoke-induced urocystic epithelial-mesenchymal transition in SV40 immortalized human urothelial cells. Oncology reports 2015, 34(3):1581-1588.
论文作者:唐亮,陈先国
论文发表刊物:《中华临床医师杂志》(电子版)2016年2月第4期
论文发表时间:2016/7/15
标签：细胞论文; 信号论文; 激酶论文; 作用论文; 肿瘤论文; 前列腺癌论文; 蛋白论文; 《中华临床医师杂志》(电子版)2016年2月第4期论文;