癌症通过将细胞增殖锁定在“开启”状态而得以发展。正常情况下，细胞需要等待细胞因子、生长因子及调控检查点发出的“绿灯”信号才能进入分裂过程。然而，癌细胞通过重构生长通路绕过了这些制衡机制，使其能够忽略停止信号并不受控制地生长。
作为癌症的原始特征之一，维持增殖信号转导体现了肿瘤细胞逐渐摆脱正常外部生长调控的特点。本文将深入探讨主要生长通路在癌症中如何发生改变，并重点介绍作为治疗干预靶标的特定受体、激酶及细胞周期调节分子。
关键信号转导通路：癌症如何劫持“开启”开关
RAS-RAF-MEK-ERK 与 PI3K/AKT 信号转导通路对调控细胞生长至关重要，也是最常被癌症劫持的生长信号转导网络。它们的失调可能源于关键通路组分的突变，或上游细胞表面受体（如 ALK 和 ROS1 等受体酪氨酸激酶 (RTK)）的异常激活。
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这两条信号转导通路均受到复杂反馈回路及通路组分间交互作用的调控，这些机制可能进一步放大或抑制生长信号。由于 RAS-RAF-MEK-ERK 与 PI3K/AKT 通路频繁交叉并共享 PI3 激酶 (PI3K) 等共同节点，癌细胞通常能通过替代受体或网络分支重编程信号转导，使得即使药物阻断某个受体或通路分支时，增殖仍能持续进行。 |
《癌症的标志》是什么？《癌症的标志》1-3是一个研究框架，用于系统整理癌细胞为实现生长和扩散所获得的关键特征。该框架最初由 Douglas Hanahan 和 Robert Weinberg 于 2000 年提出，将癌症的潜在机制划分为多个子集，以推进研究。该概念于 2011 年进行了扩展，新增了两个标志特征和两个促进特性，并于 2022 年进一步补充了四个新兴标志特征。
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维持增殖信号转导是 2000 年首次提出的原始癌症特征之一。这种冗余性使得癌症信号转导极为复杂，也是开发有效靶向疗法依然面临挑战的主要原因。
RAS-RAF-MEK-ERK 通路
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下载 MAPK/Erk 生长与分化通路图，其中包含关键的 CST 抗体产品。 |
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下载 G 蛋白偶联受体向 MAPK/Erk 信号转导通路图，其中包含关键的 CST 抗体产品。 |
PI3K/AKT 和 mTOR 通路
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下载 PI3K/AKT 信号转导通路图，其中包含关键的 CST 抗体产品。 |
受体酪氨酸激酶：异常生长“启动”的源头
受体酪氨酸激酶 (RTK) 是作为分子天线的细胞表面受体蛋白，通过感知生长信号并对其自身及其他蛋白质的酪氨酸残基进行磷酸化，将信号向细胞内传递。这种机制确保细胞能对外部生长信号作出适当反应。
然而在癌细胞中，RTK 往往处于持续激活状态并绕过正常调控。驱动细胞增殖的 RTK 包括 ALK、EGFR、HER2、ROS1 和 FGF 受体。
与配体结合后，RTK 在其胞质尾端（C 末端）发生磷酸化，从而启动细胞内信号转导。涉及 RTK 激酶结构域的致癌突变和基因融合（例如 CD74-ROS1、SLC34A2-ROS1、EML4-ALK 和 NPM-ALK）可能产生异常活跃的受体，进而驱动肿瘤生长。此外，在某些癌症类型中，RTK 结构域可能与膜受体解耦，转而直接在胞质内传递信号，使其无需生长因子结合或 Ras 激活即可保持活性。
RAS-RAF-MEK-ERK 信号转导与癌症
RAS-RAF-MEK-ERK 通路通过将细胞表面活化 RTK 的生长信号传递至细胞核，在决定细胞何时应该生长与分裂中起核心作用。该通路启动细胞内的信号级联反应，涉及 RAS、RAF、MEK1/MEK2 和 ERK1/2（亦称 p44/p42 MAPK）。ERK 经 Thr202/Tyr204 位点磷酸化激活后进入细胞核，启动 c-Myc、c-Fos 和 ETS 家族成员等转录因子，进而对驱动细胞分裂的相关基因进行转录。
使用 p44/42 MAPK (Erk1/2) (137F5) Rabbit Monoclonal Antibody #4695 对石蜡包埋的人乳腺癌组织进行免疫组织化学分析，显示蛋白在胞质与细胞核中的定位。
然而在癌症中，RAS 或 RAF 等关键蛋白的持续激活可能意味着“生长”信号无法关闭，导致细胞分裂失控。
RAS 的激活受到 Ras 鸟嘌呤核苷酸交换因子 (GEF)（如 SOS1）和 Ras-GTP 酶激活蛋白 (GAP)（包括 RASA2 和 RASAL1/RASAL2）的严格调控。RAS 基因的突变（包括 Ras G12V、Ras G12D 和 Ras G12C）通过阻止 GDP 结合状态下的失活过程，将蛋白锁定在活化构象，从而驱动下游信号的持续转导。
使用 Ras (G12D Mutant Specific) (D8H7) Rabbit Monoclonal Antibody #14429（上图）、Ras (D2C1) Rabbit Monoclonal Antibody #8955（中图）和 beta-Actin (D6A8) Rabbit Monoclonal Antibody #8457（下图）对不同细胞系的提取物进行蛋白质印迹分析。
活化的 RAS 招募并激活下游 RAF 蛋白激酶——A-Raf、B-Raf 与 C-Raf，这些激酶均含多个调控性磷酸化位点。活化后的 Raf 蛋白形成同源或异源二聚体，进而激活 MEK。RAF 活性还受到 Akt 磷酸化及突变（如 BRAF V600E）的进一步调控，这些改变可增强激酶活性，导致 MEK-ERK 激活失控，并可能触发级联信号转导事件以及促生长转录程序的持续激活。
使用 B-Raf (V600E Mutant) (IHC600) Mouse mAb #29002 对石蜡包埋的人结肠癌组织（左图，B-Raf V600E 阳性）和人结肠癌组织（右图，B-Raf V600E 阴性）进行免疫组织化学分析。突变状态已通过基因组测序确认。
实验设计技巧：如何激活 MEK 和 ERK 信号转导RAS-RAF-MEK-ERK 通路可通过实验手段进行调控：可利用 RTK 生长因子或蛋白激酶 C (PKC) 激动剂（如 TPA、PDBu）激活 MEK1/2-ERK1/2 信号转导，亦可使用 U0126 等 MEK1/2 抑制剂阻断该通路。 使用 Phospho-p44/42 MAPK (Erk1/2) (Thr202/Tyr204) (D13.14.4E) Rabbit Monoclonal Antibody #4370（绿色）和 β-Actin (8H10D10) Mouse mAb #3700（红色）对过夜饥饿处理后经 U0126 #9903（10 µM，2 小时；左图）或 PDBu (Phorbol 12,13-Dibutyrate) #12808（100 nM，15 分钟；右图）处理的 HT1080 细胞进行免疫荧光分析。蓝色伪彩 = DRAQ5® #4084（荧光 DNA 染料）。 |
PI3K/Akt 与 mTOR 通路及癌症
PI3K/AKT 通路的启动始于细胞外生长因子或其他上游信号激活细胞表面的 PI3K。随后 PI3K 将膜脂质 PIP2 转化为 PIP3，PIP3 则结合 Akt 及其上游激酶 PDK1 的普列克底物蛋白同源性 (PH) 结构域，将二者募集至细胞膜进行激活。在膜上，PDK1 磷酸化 Akt 的 Thr308 位点，mTORC2 复合体磷酸化 Akt 的 Ser473 位点，两者共同完成 Akt 的充分激活。完全激活的 Akt 进而作用于关键下游效应因子（最显著的是 mTOR 复合体），促进细胞存活、生长与代谢，同时抑制促凋亡信号。
mTOR 通过两个不同的复合体——mTORC1 与 mTORC2——发挥作用，将生长信号与细胞代谢及增殖相连接。mTORC2 由 mTOR、Rictor、Sin1 及 Protor-1/Protor-2 组成，如上文所述，它在通路早期阶段以 PI3K/PIP3 依赖的方式完成 Akt 的充分激活。这使 mTORC2 成为正向反馈环路的一部分，其中 PI3K 产生的 PIP3 不仅募集 Akt 和 PDK1，还促进 mTORC2 活性，从而增强 PI3K/Akt 信号转导。mTORC1 包含 mTOR、GβL 和关键亚基 Raptor，通过 S6 激酶等效应因子驱动蛋白质合成与细胞生长。mTORC1 的活性受到 Hamartin/TSC1-Tuberin/TSC2 复合体以及包括 DEPTOR/DEPDC6、PRAS40 和 FKBP8 在内的抑制性结合蛋白的负向调控。亚基 DEPTOR/DEPDC6 与 GβL 同时参与 mTORC1 和 mTORC2 的组装与活性调控，协助将生长因子输入信号与 Akt 信号转导变化相连接。
PI3K 与抑癌基因 PTEN 作为 Akt 信号转导的对立调控因子发挥作用。PTEN 通过将 PIP3 去磷酸化还原为 PIP2，逆转 PI3K 产生的脂质信号，从而限制 Akt 及其下游效应因子（包括 mTORC1 和 mTORC2）在膜上的募集与激活，起到对该通路的抑制作用。在许多癌症中，PI3K 或 AKT 的突变以及 PTEN 功能的丧失导致该通路持续激活。PIP3 的持续产生维持了 Akt 的活性，进而驱动不受控制的细胞增殖。
Akt 还可磷酸化 p21 (Waf1/Cip1) 和 p27Kip1 等抑癌基因，使其丧失抑制细胞周期蛋白-CDK 复合体（驱动细胞周期进程的主要“引擎”）的能力。例如，Akt 对 Thr145 位点上的 p21 进行磷酸化会削弱 p21 与 CDK 和 PCNA 的相互作用，从而降低其减缓细胞周期进程的能力。类似地，Akt 对 Thr198 位点上的 p27Kip1 进行磷酸化，促进其与 14-3-3 蛋白结合，将 p27 滞留于细胞质中，使其无法接触细胞核内的周期蛋白-CDK 复合体。
最后，活化的 Akt 还能使糖原合酶激酶-3 (GSK-3) 失活，该激酶在正常情况下可抑制细胞周期蛋白 D1 及其他促生长信号。
这些改变共同作用，移除了细胞周期中的重要制动机制，使细胞能够更快速地分裂并逃逸正常的生长调控。
实验设计技巧：激活 Akt 磷酸化PI3K/Akt 通路可通过添加生长因子（如胰岛素、IGF-1 或 EGF）激活 Akt，或使用 LY294002、Wortmannin 等 PI3K 抑制剂阻断 PIP3 生成以抑制 Akt 激活来进行实验性调控。 使用 Phospho-Akt (Thr308) (D25E6) Rabbit Monoclonal Antibody #13038（绿色）对经过胰岛素（100 nM，15 分钟；左图）或 LY294002 #9901（50 μM，2 小时；右图）处理的 C2C12 细胞进行免疫荧光分析。红色 = 肌动蛋白，蓝色 = DNA。 调控 mTOR要激活 mTORC1，可刺激通过 PI3K/Akt 传递信号的上游通路，例如添加生长因子或营养物质（如胰岛素、IGF-1 或氨基酸），这些物质能促进 mTORC1 依赖的细胞生长与代谢调控。mTORC1 对雷帕霉素高度敏感，可使用雷帕霉素或其类似物进行抑制，从而减少蛋白质合成和细胞生长。相比之下，mTORC2 对短期雷帕霉素处理的敏感性较低。 使用 Phospho-mTOR (Ser2448) (D9C2) Rabbit Monoclonal Antibody #5536（绿色）对经过雷帕霉素（#9904，10 nM，2 小时，左图）处理、经过胰岛素（150 nM，6 分钟，中图）处理或经过胰岛素和 λ-磷酸酶处理（右图）的 HeLa 细胞进行免疫荧光分析。 |
治疗干预：通过靶向“启动”信号通路来阻止癌症发展
目前已开发出多种靶向疗法，通过抑制受体酪氨酸激酶 (RTK) 以及 RAS-RAF-MEK-ERK 和 PI3K/Akt/mTOR 通路的关键组分，从而阻断异常的增殖信号转导。这些药物旨在减弱癌细胞所依赖的生长信号，但其长期疗效常因耐药性和通路重编程而受限。
RTK 抑制剂
多种靶向疗法作用于 RTK 层面，在异常信号转导至下游通路前将其阻断。目前，从第一代药物吉非替尼到新一代的第四代抑制剂他雷替尼等，已有十余种 EGFR 及 RTK 抑制剂投入临床应用。其中，劳拉替尼是获批用于 ALK 和 ROS1 阳性癌症的第三代 RTK 抑制剂。
信号转导分子抑制剂
直接针对 RAS-RAF-MEK-ERK 与 PI3K/AKT 信号转导分子的抑制剂在某些临床场景中也显示出疗效。两种 KRAS G12C 抑制剂（索托拉西布与阿达格拉西布）已获美国食品药品监督管理局批准，同时获批的还包括多种 BRAF 抑制剂（如维莫非尼、达拉非尼和恩考替尼）以及 MEK 抑制剂（包括曲美替尼、比尼替尼、司美替尼和考比替尼）。PI3K 抑制剂（如库潘尼西、艾代拉利西、度维利塞、阿培利司和厄布利塞）通过靶向不同的 PI3K 亚型来抑制生长与生存信号转导。
针对 mTOR 通路，可采用变构 mTOR 抑制剂（如上世纪 90 年代中期已投入使用的雷帕霉素及其类似物），以及新型 ATP 竞争性 mTOR 激酶与复合体抑制剂（例如 Torin 1 和 Torin 2），后者在临床前模型中能更广泛地抑制 mTORC1 与 mTORC2 活性。
未来方向与克服治疗耐药性
尽管存在上述各类抑制剂，但癌细胞仍能通过激活替代受体、启用平行通路或获得继发性耐药突变等方式产生适应性，从而限制治疗反应的持久性。这一现状促使治疗策略转向联合疗法与新一代治疗手段。
目前处于临床前及临床试验阶段的二代、三代和四代 RTK 与 Ras 通路抑制剂数量持续增加，包括针对 KRAS G12C 突变体的伊罗纳西布，以及用于克唑替尼耐药 ALK 驱动癌症的布格替尼等药物。相较于单药治疗，将 RAS 靶向疗法与上游 RTK 抑制剂、下游 SHP2/SOS1/ERK 抑制剂或免疫检查点抑制剂联合应用，可改善临床疗效。
其他前景广阔的策略包括靶向蛋白降解技术，例如用于克服激酶抑制剂获得性耐药的 RTK 降解剂（如 PROTAC）和双特异性降解剂。近期，AKT 激酶抑制剂卡匹瓦塞替尼获批用于治疗伴有 PIK3CA、AKT 或 PTEN 突变的 HER2 阴性、激素受体阳性乳腺癌的联合疗法——因其与激素受体靶向单药治疗相比，在联合方案中展现出更长的无进展生存期。
这些进展既凸显了完全阻断增殖信号转导的挑战性，也展示了迭代式药物设计与理性联合策略如何为更有效、更个性化的治疗方案铺平道路。
其他资源
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参考文献：
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