5.过犹不及

5.过犹不及

虽然我们不知道所有的事,但是,我们有足够的知识进行治疗性的干预,并从经验中学习

——Paul Workman

英国癌症研究所治疗研究中心主任

你是否好奇一张桌子或一把椅子与一个生物之间的区别?生物的复制能力是生物和非生物之间的区别。构成生命的细胞,通过细胞分裂再产生细胞。细胞分裂,也被称为细胞生长。在这个过程中涉及细胞数量的增长,但细胞体积的大小并不发生变化。细胞生长可以形成组织及实现细胞的再生,可以使人类从一个细胞——受精卵,发展为成千上万个细胞,并最终发展成人。不仅如此,细胞的生长对成年人的伤口愈合也十分重要。

癌症最显著的一个特点是它使细胞无控制地生长。为了帮助了解癌细胞的失控性生长是如何发生的,我们先介绍健康细胞的可控制性生长。

细胞的生长是一个高度管制的过程。虽然细胞生长每天都发生,但总是保持固有的规模和形式。细胞生长必须保持细胞死亡和细胞特异性的平衡,从而使人体细胞数量保持一个相对稳定的常数。我们可以从常见的擦伤中看到皮肤的控制性生长——通过组织不断地生长使伤口愈合。机体的大多数细胞并不是不断繁殖的,细胞生长需要蛋白质信号,称为生长因子。这些生长因子嵌插在细胞膜的受体上,就像钥匙和它配套的锁一样。信号沿着细胞内的载体分子传入细胞核内,最终目标是调节一组特定基因来指导细胞分裂。

例如,当一个细胞发生分裂时,需要结构蛋白,即可以牵拉细胞两端的染色体,使细胞得到同等数量的DNA。结构蛋白编码的基因是激活生长因子转录的结构。所以,一个生长路径通常包括4种类型的蛋白质:生长因子、受体、信号载体及转录因子的启动、传送并执行生长信号的指令。这就像沿着指挥链传递信息:信息先从指挥官下传到中士、下士,最后传给士兵并将其执行。

让我们探讨一下研究最多的生长因子信号通路:表皮生长因子(EGF)信号通路。请读者耐心认真地学习这个通路。因为我会告诉你一个框架来理解癌症中许多不同类型的信号通路,让你理解为什么基因突变会导致异常生长。最有价值的是,你将会对癌症治疗的新分子疗法的原理和机制有所理解。在该节末尾有一个测试,看看你是否能够描绘出整个传导路径。

表皮生长因子(EGF)是此路径中的关键,并被表皮生长因子受体“锁定”。表皮生长因子受体跨越细胞膜,就像横穿房门的一把锁一样。有一部分在细胞外,另一部分嵌入细胞膜,还有一部分在细胞内。当受体结合到EGF时要改变其自身形状,引起受体组成一对或形成二聚体,并且可以激活其他的受体。(https://www.daowen.com)

通过很多途径都可以使细胞内的蛋白质激活,但是最常见及最重要的一个方法是通过添加化学基团(chemical group)来进行蛋白质修饰。化学基团的变化除了可以影响蛋白质的形状变化外,还可以控制其开关。化学基团像是一个配件,比如一把伞。一个人撑着一把伞不但改变了他的整体外形,还可以让他在雨中行走。EGF受体的附件是一个磷酸基团(在图12中用P表示)。添加一个磷酸基团叫做磷酸化。EGF受体本身就是一种激酶,可以使靶蛋白在细胞内发生磷酸化。

有磷酸基团附着的受体显得与众不同,好像一位拿着雨伞的导游让其他游客聚集到他那里一样,可吸引其他分子(如GRB2,SOS)到细胞膜上。这些分子召来后可激活嵌插在细胞上的重要蛋白质(称为RAS)。RAS与GDP结合是无效的,但RAS与GTP结合是有效的。RAS的激活可以使GDP与GTP发生交换(图12)。

激活的RAS 将膜信号传递到细胞质中的信号载体。第一个信号载体RAF也是一个激酶,将一个磷酸盐添加到下一个信号载体MEK 上。磷酸化使MEK 的形状发生改变并被激活。激活的MEK 同样是一个激酶,将一个磷酸盐添加到下一个信号载体MAPK 上。磷酸化使MAPK 的蛋白质发生改变并使MAPK 激活。信号在细胞的传递就如同接力运动员的接力棒从第一棒开始逐个的传递。激活的MAPK 也是激酶,进入到细胞核内,并最终将配套的磷酸盐添加到转录因子上。最终转录因子被激活,并表达生长所需要的基因(图13)。

生长信号通过进一步修饰受体来暂时终止激酶活性。细胞表面的受体进入到细胞内,就不会与生长信号相互影响。

图示

图示

图13 EGF通路的后期步骤

注:活化的RAS 激活载体RAF,RAF 磷酸化并激活MEK,MEK 磷酸化又激活MAPK,MAPK 进入细胞核和磷酸化,然后激活细胞生长所必需的特定基因组的转录因子。

请看图12 和图13。现在来一个测试:你能描绘出完整的EGF信号传导通路吗?请检查你的答案并在该通路中标出重要的激酶,在以下讨论的新抗癌药物中,它们将是重要的基础。