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蛋白酪氨酸激酶在细胞内的信号转导通路中占据了十分重要的地位,并调节着细胞的许多生理过程。它们的活性在正常情况下通过多种调控机制而被严格的控制。蛋白酪氨酸激酶的异常表达或活化与多种肿瘤的发生、发展有密切的关系,而阻断蛋白酪氨酸激酶信号转导通路能够有效抑制肿瘤细胞的增殖,从而抑制肿瘤的发生、发展。
Scalaradial(SLD)是从海洋生物海绵中分离而得的化合物。文献报道,SLD是分泌型磷脂酶A2(sPLA2)的特异性抑制剂。然而,迄今为止,人们对该化合物除了抑制分泌型磷脂酶A2活性之外是否具有其它药理作用还不清楚。本研究中,笔者首先检测了SLD的抗肿瘤活性,结果显示,SLD能抑制人肝癌BEL-7402和SMMC-7721细胞、人肺癌A549细胞、人表皮癌A431细胞等多种肿瘤细胞的增殖,其抑制的IC50分别约为12.5μM、2.0μM、3.5μM和4.0μM。
鉴于磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(PKB,Akt)信号通路在细胞增殖、凋亡、分化中的重要作用,同时该通路的激活也是异常活化的受体或非受体型蛋白酪氨酸激酶引发肿瘤发生、发展的重要环节,我们研究了SLD对PI3K/Akt信号通路的作用。结果显示,SLD能抑制多种细胞中表皮生长因子(EGF)或胰岛素(insulin)刺激的Akt磷酸化,其中SLD抑制BEL-7402细胞10ng/ml EGF刺激的Akt磷酸化的IC50为2.9±0.44μM,而Akt的磷酸化水平与它的活性相关。SLD还能阻断BEL-7402细胞中EGF刺激的磷脂酰肌醇依赖性激酶(PDK)1的膜转位和PI3K的活性。此外,SLD对多个受体型或非受体型蛋白酪氨酸激酶,包括表皮生长因子受体(EGFR)、血管内皮细胞生长因子受体(VEGFR)、血小板衍生生长因子受体(PDGFR)和Bcr-Abl的磷酸化也有抑制作用。矾酸钠是蛋白酪氨酸磷酸水解酶(PTPase)的抑制剂,能有效拮抗SLD抑制酪氨酸激酶受体磷酸化。蛋白酪氨酸磷酸水解酶活性测定结果显示,SLD使BEL-7402细胞中该酶的活性增高至基础水平的2.11±0,25倍。这些结果提示SLD可能通过刺激蛋白酪氨酸磷酸水解酶活性从而抑制酪氨酸激酶受体的磷酸化,进而抑制细胞增殖。
SLD是分泌型磷脂酶A2的特异性抑制剂,然而笔者的研究结果表明,SLD对EGFR介导的Akt磷酸化的抑制作用却并不依赖于分泌型磷脂酶A2。支持该结论的证据如下:首先,其它磷脂酶A2的抑制剂,包括分泌型磷脂酶A2抑制剂Thio-PC、胞浆型磷脂酶A2抑制剂AACOCF3、胞浆型和钙不依赖型磷脂酶A2抑制剂MAFP、磷脂酶C的抑制剂U73122以及环氧合酶(COX)抑制剂吲哚美辛(indomethacin)都不能抑制EGF刺激的Akt磷酸化,提示对Akt的抑制作用是SLD特异性的。其次,分泌型磷脂酶A2的主要代谢产物花生四烯酸(AA)和溶血磷脂酸(LPA)不能逆转SLD抑制EGFR介导的Akt磷酸化。而作为对照,花生四烯酸和溶血磷脂酸能刺激细胞外信号调节激酶(ERK)1/2的磷酸化,并且花生四烯酸还能逆转SLD对ERK1/2的早期抑制作用。最后,在BEL-7402细胞中过表达IIA和X分泌型磷脂酶A2或直接加入牛胰腺分泌型磷脂酶A2不能逆转SLD抑制Akt磷酸化,而过表达分泌型磷脂酶A2也能拮抗SLD对ERK1/2的抑制作用。
ERK1/2是丝裂原蛋白活化激酶(MAPK)家族的重要成员,是各种细胞外刺激信号引起细胞增殖分化的细胞内信息传递的共同通路或交汇点。本文发现,SLD能时间依赖性的双向调控BEL-7402细胞中ERK1/2的磷酸化:SLD在作用的前15分钟(初期)抑制ERK1/2磷酸化,而在15分钟后(后期)刺激ERK1/2磷酸化。其它磷脂酶A2的抑制剂,包括另一个分泌型磷脂酶A2抑制剂Thio-PC、胞浆型和钙不依赖型磷脂酶A2抑制剂MAFP仅能短期的抑制而并不刺激ERK1/2磷酸化。磷脂酶A2的代谢产物花生四烯酸预处理BEL-7402细胞一小时能显著逆转SLD在作用初期对ERK1/2的抑制作用,提示磷脂酶A2参与维持细胞中ERK1/2的基础磷酸化,并且SLD通过下调分泌型磷脂酶A2生成花生四烯酸而在初期抑制ERK1/2磷酸化。P13K/Akt信号通路通常与Raf/MEK/ERK通路同时被生长因子、细胞因子等激活。文献报道,Akt能磷酸化Raf-1的259位丝氨酸残基,该位点的磷酸化能下调Raf-1的活性进而抑制ERK1/2磷酸化。如果Akt活性的降低能引发ERK1/2磷酸化水平的升高。因而,我们推测SLD通过抑制Akt而在作用后期刺激ERK1/2的磷酸化。持续激活型的Myr-Akt的磷酸化对SLD抑制作用相对不敏感,使之成为研究SLD刺激ERK1/2磷酸化机制的良好工具。Myr-Akt与ERK1共转染能有效抑制SLD对ERK1/2的刺激作用。另外,我们还发现,SLD能时间和剂量依赖性的抑制Raf-1的259位丝氨酸残基磷酸化,而Myr-Akt则能拮抗该抑制作用,确证了我们的假设SLD通过抑制Akt活性而在作用后期刺激ERK1/2磷酸化。
综上所述,SLD能够增强蛋白酪氨酸磷酸水解酶活性而下调酪氨酸激酶受体磷酸化,抑制PI3K/Akt信号通路和双向调控ERK1/2磷酸化。这些结果不仅进一步揭示了SLD的药理作用,同时对于开发SLD这类海洋来源的化合物具有重要的理论意义及应用价值。