基本介紹
- 中文名：ERK
- 外文名：extracellular regulated protein kinases,
- 作用於：細胞
- 受到：嚴格的調控
概述,研究進展,
概述
從細胞外刺激作用於細胞,至細胞出現相應的生物學效應,須通過MAPK信號轉導通路的三級激酶級聯反應。細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)包括ERK1和ERK2,是將信號從表面受體傳導至細胞核的關鍵，其中ERK1和ERK2的分子量分別為44kDa和 42kDa。磷酸化激活的ERK1/2由胞質轉位到核內,進而介導Elk-1,ATF,Ap-1,c-fos和c-Jun的轉錄活化,參與細胞增殖與分化、細胞形態維持、細胞骨架的構建、細胞凋亡和細胞的癌變等多種生物學反應。
研究進展
細胞具有極其複雜的生命活動，這些生命活動都必須受到嚴格的調控，作為一個開放系統，它不單單要與外界環境進行信息交流，還要在細胞間進行信息傳遞。於是在長期的進化發展和自然選擇的過程中逐步建立起一個複雜的信號轉導網路，它是由不同的信號傳遞通路通過相互聯繫和作用而形成的，即不同的信號轉導通路間存在著“cross-talking”。在信號網路中絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號傳遞途徑起著極為重要的作用，控制著細胞多種生理過程，如細胞生長、發育、分裂、死亡等。胞外信號調節激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）是MAPK家族的一員，它的信號傳遞途徑是涉及調節細胞生長、發育及分裂的信號網路的核心，其基本的信號傳遞步驟已明了，遵循MAPKs的三級酶促級聯反應，即上游激活蛋白→MAPK激酶的激酶（MAPKKK）→MAPK激酶（MAP-KK）→MAPK。在ERKs的傳遞途徑中Ras作為上游激活蛋白，Raf作為MAPKKK，MAPK/ERK激酶（MEK）作為MAPKK，ERK即MAPK，即Ras-Raf-MEK-ERK途徑。但對於該途徑的上游蛋白及各激酶的激活機制，以及該途徑與多種疾病的關係仍需進一步研究闡明。
1 ERK家族成員
ERK是80年代末期發現的一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，是傳遞絲裂原信號的信號轉導蛋白。它正常定位於胞漿，當激活後轉位至胞核，調節轉錄因子活性，產生細胞效應。經人工克隆和序列測定分析，已知ERK家族有5個亞族，包括ERK1~ERK5。ERK1和ERK2途徑是ERK家族中研究最徹底的，它們表達廣泛，涉及調節在不同細胞內包括減數分裂、有絲分裂、有絲分裂後期的功能等一系列生理過程。多種刺激因子如生長因子、細胞因子、病毒、G蛋白偶聯受體的配體以及癌基因等都可激活這兩條途徑。
2 ERK途徑的上游蛋白及各激酶的激活機制
2.1 Ras蛋白 Ras蛋白作為Raf-MEK-ERK途徑的上游蛋白，是最早發現的小G蛋白，為癌基因ras的產物，具有活化態的GTP結合構象與失活態的GDP結 合構象。兩種構象可以相互轉變，在信號轉導過程中發揮開關作用。Ras受許多刺激因子的激活，如EGF、TNF、PKC的激活物及Src家族成員等。當胞外信號與受體結合後，生長因子受體結合蛋白2（Grb2），作為接頭分子，與激活的受體結合，再與SOS（son of seven-less）的C端富於脯氨酸的序列相互作用形成受體-Grb2-SOS複合物。SOS與受體或受體底物蛋白上的Tyr磷酸化位點結合導致胞漿蛋白SOS向膜轉位，並在Ras附近形成高濃度的SOS，SOS與Ras-GDP結合，促使GTP取代Ras上的GDP，使Ras由失活態轉變為活化態，激活Ras，啟動Ras通路。
2.2 Raf Raf是40～75kD的Ser/Thr蛋白激酶，它有三種類型:Raf-1、A-Raf、B-Raf，其中Raf-1是研究最廣泛也是功能最多的激酶。Ras作為其上游激活蛋白，利用高親和力和Raf-1N-端的兩個區域（RBD和CRD）結合後，將Raf從胞漿轉移到胞膜，在胞膜上Raf被激活，但Raf的激活機制現在仍不清楚，只知與Raf的絲/蘇氨酸的磷酸化有關。例如，Ras通過激活磷酯醯肌醇3激酶PI3K），它的磷脂化產物又能激活Rac蛋白（一種小G蛋白），Rac再連線和激活PAK（p21cdc42/rac1激活的絲/蘇氨酸激酶），PAK-3使Raf-1上第338位的絲氨酸磷酸化，而這個位點的絲氨酸磷酸化是Raf-1活化所必需的。又如Src家族激酶通過使Tyr341磷酸化而激活Raf;ab1和JAK家族酪氨酸激酶也通過使Tyr磷酸化誘導Raf-1的活性，但是這一作用的Tyr位點並不清楚。許多證據均顯示磷酸化可能是Raf的激活機制之一。
2.3 MEK（MAPK/ERK激酶） MEK分為分子量44kD和45kD的MEK1和MEK2兩種。Raf被激活後，它的C端催化區能與MEK結合，並使其催化區第Ⅷ亞區中兩個Ser磷酸化，從而使MEK激活。MEK屬於少有的雙重特異性激酶，使Tyr和Thr兩個調節位點磷酸化而激活ERK。但MEK如何兼具Tyr和Thr雙特異性磷酸化活性目前尚不清楚，不過MEK對ERK的Tyr/Thr雙特異性磷酸化具有重要的生理意義，因為ERK信號通路在細胞信號轉導網路中處於樞紐地位，任何錯誤的活化都會對細胞生命活動產生深遠的影響，而這種雙特異性的識別和激活機制，大大提高了信號轉導的準確性，防止了ERK的錯誤激活。
2.4 MAPK/ERK MAPK/ERK是一種Ser/Thr蛋白激酶。多種激酶作用於MEK時，活化的MEK通過其N端區域與ERKs直接連線，催化ERK的亞功能區8“TEY盒”中的Tyr和Thr殘基雙特異性磷酸化，激活ERK。MEKs不僅僅是ERK的激活物，還可能是ERK在胞漿中的錨定器，當信號通路無活性時，它就將ERK固定在胞漿中，一旦有信號刺激ERKs磷酸化及二聚體化，它就激活ERKs並將其轉移到胞核或其它活化位點，再進一步磷酸化下游底物。A.V.Khokhlatchev等人研究ERK2磷酸化後轉位入核的過程，發現ERK2是通過磷酸化的ERK2和磷酸化或未磷酸化的ERK2形成同源二聚體轉位入核，說明同源二聚體的形成是ERK核轉位所必需的。
3 ERK途徑與疾病的聯繫
3.1 腫瘤 ERKs調節著細胞的增殖、分化和存活，是多種生長因子（EGF、NGF、PDGF等）的下游蛋白，ERK和其信號途徑在腫瘤侵襲和轉移過程中起中介和放大信號的作用，一方面接受大量來自生長因子、絲裂原、環境刺激等的信號，另一方面通過ERK信號級聯反應作用於核轉錄因子如AP-1、NF-кB等，調控基因表達。在許多人類的癌症（如口腔癌、黑色素瘤 、乳腺癌等）中都可發現ERK的過度激活。目前，已開始尋找針對ERK途徑中各個環節的抑制物，用以切斷信號轉導的途徑，從而達到治療疾病的目的，一些實驗數據顯示這種治療方法由於毒副作用小而明顯優於傳統的化學療法，但對於具體的機制尚不明了。
3.2 糖尿病腎病 糖尿病腎病發病機理尚未明了，但已證實高糖和AngⅡ是其主要的致病因子。研究發現高糖和AngⅡ均可致系膜細胞ERK胞核轉位、激活。AngⅡ激活胞漿的ERK後，使其轉位至胞核，活化後調節核內轉錄因子活性致系膜細胞肥大。而高糖激活ERK機理不清，徐勇等人用佛波脂抑制PKC活性後可阻斷高糖誘導的ERK激活，提示高糖-PKC通路參與了ERK的激活。可見，ERK參與了糖尿病腎病的發生。
3.3 其他 目前已知ERK在HIV-1病毒的複製和感染的過程中起著直接的作用，而且，最近有實驗發現ERK途徑與人類免疫缺陷調節蛋白Nef關係密切。Nef作為一種調節蛋白，主要功能是調節T細胞的活性，增強HIV的複製和傳染性。當Nef表達時，誘導MEK、ERK活性增加，通過啟動該途徑來發揮其調節功能。對ERK通路的阻斷能有效防止HIV-1病毒感染，這為研製新型的治療愛滋病的藥物提供了新思路。ERKs在阿爾茨海墨病（AD）的發病機制中 的作用也逐漸受到人們的關注，在AD病人的神經元 中可發現ERK的激活，但對於ERK與上游激活物以及下游底物之間相互作用的具體機制仍在進一步研究之中。
4 展望
Ras/Raf/MEK/ERK途徑是最重要的信號轉導途徑之一，不僅因為它涉及到調節細胞的多種生理功能，還有它在多種疾病的發病機制及病理生理過程中發揮著重要的作用，甚至在我們的行為反應和認知方面如學習、記憶等都起著關鍵的作用 。因此了解該信號轉導過程中上游蛋白和各種激酶的激活機制，才能了解生命活動中的一些基本的生理機制和過程，才能尋找針對性的治療措施。儘管對於該途徑中的一些細節問題如Raf在細胞膜上的具體激活機制及自身反饋機制等仍不明了，但目前已有人開始通過抑制該途徑上的一些蛋白質或激酶活性來找到治療疾病的藥物及方法。相信在今後的幾年中，對ERK通路在體內的作用機制將會闡明得更清楚，從而在疾病的預防和治療過程中發揮更大的作用。
