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蛋白激酶A研究新进展

[收录:2013-03-19] [作者:] [服务:论文代写代发] [字体: ]
内容摘要:                                    作者:高红娜 吴秀荣 曲昌锋

                                     作者:高红娜 吴秀荣 曲昌锋 本文由教育大论文下载中心WwW.JiaoYuDa.CoM整理

【关键词】  蛋白激酶A;肿瘤;肿瘤治疗
  【关键词】  蛋白激酶A;肿瘤;肿瘤治疗
  蛋白激酶A(PKA)又叫cAMP依赖性蛋白激酶,是Kerbs等人在继Sutherland等人提出cAMP第二信使的概念之后,在研究糖原的代谢过程中发现的,是普遍存在于动物体内的一种蛋白激酶。近年来,cAMP作为第二信使的研究较多,有学者已经从分子水平上研究cAMP与人类疾病的关系,如细胞的异常生长和增殖等。蛋白激酶A特别是蛋白激酶AⅠα(PKAⅠα)作为cAMP的主要调节分子,在癌细胞系、原发性肿瘤和增生过度的细胞中呈过度表达。本文将重点讨论蛋白激酶AⅠα与肿瘤之间关系的研究进展。
  1  PKA的分类与分布特征
  PKA全酶是由两个调节亚基(R)和两个催化亚基(C)组成的四聚体,全酶的分子量为150~170 kD。他们的C亚基是相同的,只有R亚基稍有不同,分为RⅠ和RⅡ。表现在部分氨基酸顺序和cAMP结合能力以及自身磷酸化的情况,在组织器官特异性上也有差异。C亚基具有激酶的催化活性,R亚基具有和cAMP的结合部位,具有调节功能。目前发现C亚基有三种亚型Cα、Cβ和Cγ,RⅠ和RⅡ各自又有α、β两种亚型,即RⅠα、RⅠβ、RⅡα和RⅡβ。其中RⅠα与肿瘤的发生发展关系密切。
  PKA广泛存在于各组织中,其中Ⅰ类PKA主要存在于非神经细胞,尤其在骨骼肌和心肌中的含量更为丰富,一般主要存在于细胞质中。Ⅱ类PKA似乎主要存在于神经细胞的各个亚基细胞组分中。
  2  PKA的生理作用
  cAMP依赖性PKA是cAMP发挥作用的主要调节子。PKA被cAMP活化后,在ATP的存在下调节细胞的物质代谢和基因表达,并影响细胞的增殖和分化。
  21  对糖原代谢的调节  PKA浓度增加通过双向作用――促进糖原分解及抑制糖原合成,最大限度增加肌细胞中葡萄糖满足运动需要。此外PKA还可以磷酸化丙酮酸激酶和果糖二磷酸酶等来调节糖原代谢。
  22  对基因表达的调节  大多数受cAMP、PKA调节的基因转录区有一特异的DNA序列TGACGTA,称为cAMP反应元件(cAMPresponse element,CRE),可与cAMP反应元件结合蛋白(CREbinding protein,CREB)相结合而调节此基因的转录。
  23  成骨细胞中PKA的作用  有学者通过对大鼠成骨细胞的体外培养研究证实,PKA直接调节成骨细胞的分化成熟,当PKA活化时,即促进成骨细胞标志物碱性磷酸酶(ALP)的表达;而PKA受到抑制后,成骨细胞分化程度明显下降,而且使BMP2(bone morphogenetic protein2)诱导成骨细胞成骨的作用下降。通过对PKA的研究,可以为骨组织工程研究和临床应用提供更加成熟的基础理论和新颖思路。
  24  PKA参与创伤后瘢痕的形成过程  cAMPPKA信息途径活化对许多细胞如血管内皮细胞(Endothelial Cell,EC)、血管平滑肌细胞(Vascular Smooth Muscle Cell,VSMC)和成纤维细胞(Fibroblast,FB)等瘢痕形成相关细胞有促进分化和凋亡、抑制增殖作用。活化PKA可抑制成纤维细胞合成胶原从而抑制或阻止瘢痕的过度增生。因此提高细胞的cAMP水平可用于防止增生性瘢痕。
  25  PKA对其他一些底物蛋白的磷酸化  PKA可以使组蛋白H1、H2A、H2B、核中酸性蛋白质、核蛋白体蛋白磷酸化,加速转录和翻译,促进蛋白质的合成;可以使膜蛋白磷酸化,改变膜蛋白的结构和功能,从而改变膜对水及离子的通透性;可以使微管蛋白磷酸化,改变其构象和功能,影响细胞分裂、分泌和运动。
  3  蛋白激酶A与肿瘤的发生发展
  近年来,关于cAMP作为第二信使的研究较多,有学者已经从分子水平上研究cAMP与人类疾病的关系,如细胞的异常生长和增殖等。蛋白激酶A特别是蛋白激酶AⅠα(PKAⅠα)作为cAMP的主要调节子,在癌细胞系、原发性肿瘤和增生过度的细胞中呈过度表达。
  31  R1α的遗传性突变导致多发性瘤形成综合征的发生  PKA的调节亚单位R1α(PKAR1α)在cAMP信号传导过程中起重要作用,而PRKAR1α基因编码R1α蛋白。有学者证实PRKAR1α基因与多发性内分泌瘤形成综合征(Carney复合体,CNC)有密切关系,这是第一次发现cAMP依赖性PKA与肿瘤的发生有关。
  编码R1α的基因PRKAR1α定位于17号染色体长臂。Cons Cantive Stratakis等运用杂合缺失的方法证实在CNC肿瘤中此区域染色体发生突变,Lawrence Kirschner 克隆出PRKAR 1α的基因结构,发现约50%的CNC病人其基因序列发生突变[1]。在CNC肿瘤中,PKA在cAMP的激活下活性升高。由此可以推断,R1α的遗传性突变可能是CNC发生的重要原因。GSP癌基因(GNAs基因)编码诱导PKAR1α形成的G蛋白,在McMuneAlbright综合征(MAS)和一些散发性致生长激素分泌的垂体肿瘤中可检测到GSP基因的突变,并且在散发性内分泌肿瘤中,G蛋白偶联受体的突变率也比较高。
  32  PKA在乳腺癌发生过程中的作用  有学者证实[2],PKA与乳腺癌的发生有密切联系。其中包括:①乳腺癌中PKA呈过度表达。②RⅠ∶RⅡ比值在乳腺癌中显著增高。③RⅠ∶RⅡ比值越高,肿瘤预后越差,表现为复发率和死亡率高。④过度表达的PKA可改变癌细胞对雌激素和抗雌激素的敏感性。⑤在乳腺癌细胞系或异种移植体中,反义R1α寡核苷酸可抑制细胞增殖和肿瘤生长。Chin报道R1α和一新发现的BTP/POZ结构域锌指转录因子(RIAZ)相关联,BTP/POZ结构域锌指蛋白家族包括PLZF和BCL6参与癌基因的发生过程。RIAZ在乳腺癌细胞系中呈异常表达,这也显示其在癌基因发生过程中的作用。
  33  PKAR1α的过度表达与卵巢癌之间的关系  Mcdiad用定量RTPCR和Western blot(蛋白质印迹)分析方法测定40例卵巢癌肿瘤和五种卵巢癌细胞系中的PKAR1α表达,发现卵巢癌细胞系OAW42和OTN14其内源性PKAR1α mRNA和蛋白水平增高,A2780内源性PKAR1α mRNA和蛋白质水平下降。定量RTPCR证明PKAR1α mRNA表达水平与卵巢癌病理分型无关,但与肿瘤的病理分期密切相关。
  34  丝氨酸蛋白酶原纤维蛋白酶通过依赖PKA机制促进癌细胞的侵袭和转移  纤维蛋白酶是凝血过程中的关键酶,同时它还可以促进细胞的生长、黏附和转移[3~4]。Kaufmann等[5]通过对A498肾癌细胞系的研究发现,纤维蛋白酶可促进癌细胞的趋化性移动而对细胞的增殖没有影响。纤维蛋白酶通过激活PKA、PKC、致丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和转录因子核因子κB(NFκB)增强其对细胞的作用。纤维蛋白酶促进癌细胞移动的效应可被PKA的抑制物H89所阻滞,而PKC、MAPK和NFκB的抑制物则对其没有影响。由此我们可以推断,纤维蛋白酶作为一种调节因子可以促进癌细胞的侵袭和转移,而纤维蛋白酶诱导的PKA激活可能是人肾癌中促进其演进的一条信号转导途径。
  35  表皮生长因子受体(EGF)和Ⅰ型PKA之间的交互作用  生长因子调节正常的细胞增殖和分化,但在细胞瘤性转化的过程中同样发挥重要作用。众多内源性生长因子中,TGFα、AR和CRIPTO是重要的EGF相关蛋白,参与一些上皮性癌的病理发生过程。在大多数乳腺癌、结肠癌细胞系中都可以检测到TGFα、AR和CRIPTO的过度表达。通过特异性RNA和DNA反义方法抑制这些基因的表达可以抑制结肠和乳腺癌细胞的生长。
  有学者证实PKAⅠ表达与TGFα和ras依赖性转化机制有关。TGFα和ras转化可引起R1α和PKAⅠ的过度表达。而PKAⅠ的选择性抑制剂8C1cAMP可使TGFα和ras的表达下降。在MDAMB468人乳腺癌细胞系中,反义EGFR质粒向量抑制EGFRⅠ生成可特异性下调PKAI蛋白的表达。因此对EGFR和PKAⅠ进行联合抑制(抗EGFR Mab c225和8C1cAMP)可产生协同的抗瘤细胞增生效应。
  36  R1α和RⅡβ蛋白在癌细胞中的表达呈负相关而且作用相反  Maria研究发现[6]反义寡核苷酸抑制R1α的表达可使癌细胞中RⅡβ的水平增高,但没有提高RⅡβ的合成速度和RⅡβ mRNA的水平。脉冲示踪实验证实,经过反义处理的结肠和肾上腺癌细胞,其RⅡβ蛋白的半衰期增加3~6倍,而R1α蛋白的半衰期无异常改变。
  PKARⅡ在正常非增生性组织和生长阻滞细胞中过度表达,而在肿瘤细胞和生长旺盛的组织中可以检测到PKARⅠ的高表达。在乳腺癌细胞系中RⅠ∶RⅡ比值明显升高,而且PKARⅠ的表达水平和乳腺癌的预后密切相关:表达越高,肿瘤预后越差。但过度表达的PKARⅡ可诱导癌细胞系出现生长抑制,并可使已出现ras转化的小鼠成纤维细胞的转化表型恢复正常。这提示我们PKARⅠ和PKARⅡ蛋白在控制肿瘤生长和分化过程中发挥着不同的作用。
  37  cAMP反应元件结合蛋白(CREB)转录因子家族成员与内分泌性肿瘤的发生有关  有学者研究发现[7]CREB结合cAMP反应元件,其丝氨酸(133)被PKA磷酸化后可以激活转录。CREB转录因子家族包括CREB、CREM和ATF1。转基因鼠中CREB负性突变体的靶向表达可导致促生长激素分泌细胞和甲状腺发育不全。生长激素分泌性腺癌中,GαS蛋白质(GSP)突变体的表达率为40%,而CREB通常表现为过表达和高度磷酸化。CREM的同工型ICER被PKA激活后,在GSP定位的肿瘤中表达增高。研究肾上腺癌细胞系H295R,发现CREB的表达降低而CREM表达代偿性升高。CREB转录因子家族在内分泌组织的分化和增生过程中发挥重要作用,内分泌性肿瘤中都可能检测到CREB转录因子家族成员不同程度的表达。
  4  蛋白激酶A在肿瘤治疗方面取得的进展
  41  PKA的反义寡核苷酸抑制  反义寡核苷酸是一种经过修饰的短链DNA或RNA分子,可以与互补的信使RNA杂交从而抑制蛋白质的特异性表达。cDNA微排研究表明PKAR1α反义寡核苷酸可导致多位点基因组修饰,PKAR1α基因的反义缺失可以调节除cAMP以外的多条信号传导途径[8]。近年来,反义寡核苷酸治疗已成为最有前途的基因治疗方法,特别是在肿瘤治疗方面。

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