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编号:10392985
ERKMAPK通路激活与乳腺癌细胞的浸润性生长
http://www.100md.com 《中华中西医杂志》 2003年第22期
     【摘要】 目的 探讨乳腺癌细胞中ERK/MAPK信号转导通路异常激活与乳腺癌恶性浸润性生长的关系及可能机制。方法 采用Western免疫印迹技术检测乳腺癌细胞系MCF-7和MDA-MB-435s中磷酸化ERK/MAPK(p-ERK)蛋白表达,以及生长因子EGF、IGF-I和ERK/MAPK通路抑制剂PD98059对两种细胞ERK/MAPK信号通路磷酸化的调节。结果 ER(-)的浸润性乳腺癌细胞系MDA-MB-435s中,p-ERK表达明显高于ER(+)的非浸润性乳腺癌细胞系MCF-7;EGF可刺激两种细胞p-ERK的表达增加,但这种刺激作用在MDA-MB-435s细胞中更为明显;IGF-I则仅能刺激MCF-7细胞中p-ERK的表达。PD98059能有效阻滞EGF、IGF-I对p-ERK的激活。结论 ERK/MAPK通路的异常激活与乳腺癌的浸润性生长有关,而EGF可能是异常激活ERK/MAPK信号转导通路,刺激ER(-)的乳腺癌细胞浸润性生长的重要因素之一。

    关键词 乳腺癌 丝裂素活化蛋白激酶 信号转导 浸润性生长
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    【文献标识码】 A 【文章编号】 1606-8106(2003)22-3044-03

    The relationship between the activity of ERK/MAPK signal

    transduction pathway and the invasion growth of breast cancer cells

    Wan Fang,Zhong Gang,He Fuxian,et al.

    Dept.of Gynecology of Tong Ji Hospital of Tong Ji Medical College of

    Central China Tong Ji Science and Technology University,430030.
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    【Abstract】 Objective The present study was to address the relationship between ERK/MAPK phosphorylaˉtion(p-ERK)and the invasive growth of human breast cancer cells and its possible mechanism.Methods We exˉamined the protein expression of p-ERK in human breast cancer cells MCF-7and MDA-MB-435s and the reguˉlation of EGF,IGF-I and ERK/MAP kinase specific inhibitor,PD98059on these two kinds of cells.Results Comˉparison with ER-positive and no-invative MCF-7cells,the ER-negative and invasive MDA-MB-435s cells had higher p-ERK protein expression.EGF stimulation induced more p-ERK activation in MDA-MB-435s cells than that inMCF-7cells,but IGF-I only activated p-ERK signal transduction pathway in MCF-7cells obviousˉly.Treatment with PD98059could block this activation in two kindsof cells.Conclusion The increasing of p-ERK activity was related to the malignant invasive growth of breast cancer cells and EGFwas one of important factor to actiˉvate ERK/MAPK signal transduction pathway to promote cells invasive proliferation.
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    Key words breast cancer mitogen-activated protein kinase signal transductioninvasive growth

    丝裂素活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)级联是细胞内重要的信号转导途径,它将胞外刺激传递至胞核,参与细胞的生长、发育、分化等一系列生理过程,并在细胞的恶性转化和肿瘤的发生发展中起重要作用。ERK/MAPK通路是其中一条重要的信号转导途径,可被生长因子、血清、G蛋白偶联受体的配体和转录因子等激活 [1] 。近来研究发现,ERK/MAPK信号转导通路在乳腺癌中明显激活 [2,3] ,但有关其激活具体机制还不清楚。本实验采用Western免疫印迹技术研究两种乳腺癌细胞株MCF-7和MDA-MB-435s中ERK/MAPK的活性表达,以及表皮生长因子(EGF)和类胰岛素生长因子(IGF-I)对两种细胞ERK/MAPK信号转导通路的激活作用,探讨ERK/MAPK信号转导通路异常激活与乳腺癌恶性浸润性生长的关系及可能机制。
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    1 材料与方法

    1.1 细胞培养 人乳腺癌细胞株MCF-7(雌激素受体阳性,ER+)和MDA-MB-435s(雌激素受体阴性,ER-)在含10%新生牛血清的RPMI1640培养液中,37℃、5%CO 2 条件下生长。待细胞处于对数生长期时更换无血清的1640培养液继续培养24h后,分别给予EGF(10ng/ml)、IGF-I(10ng/ml)作用15min、PD98059(50μM)作用1h及PD98059(50μM)作用1h后分别再给予EGF(10ng/ml)、IGF-I(10ng/ml)作用15min,分别于不同的时间收集细胞并提取蛋白。

    1.2 主要试剂及仪器 乳腺癌细胞株MCF-7为本实验室所保存细胞,MDA-MB-435s细胞由中国科学院上海细胞生物学研究所提供,p-ERK单克隆抗体购自Cell Signaling公司,EGF及IGF-I购自晶美生物工程有限公司,PD98059购自Promega公司,RPMI1640培养基为Gibico公司产品,新生牛血清购自Hyclon公司。Western blot仪器为美国Bio-Bad公司制造。
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    1.3 Western免疫印迹 不同处理组细胞分别在相应的时间收获,用预冷的PBS洗3次,加入预冷至0℃的裂解液(20mmol/L Tris(pH7.5),150mmol/LNaCL,1mMEDTA,1mM EGTA,1%Triton X-100,2.5mM sodium pyrophosphate,1mMβ-Glycerolphosphate,1mM Na 3 VO 4,1μg/ml Leupeptin,1mM PMSF)置于冰上裂解细胞20min,细胞刮棒刮下细胞移至EP管中,4℃、12000r/min离心5min,取上清。考马斯亮蓝法测蛋白浓度后加2×SDS上样缓冲液,煮沸5min。每泳道加样100μg蛋白,10%SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳后将电泳产物转移至硝酸纤维膜上。封闭液(含5%BSA)封闭1h,加一抗稀释液(1:1000)4℃孵育过夜。TBST洗膜5min×3次,辣根过氧化物酶标记的二抗室温作用1h(1:5000),TBST洗膜5min×3次,ECL显色5min,压片。
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    1.4 图像分析 采用英国UVP公司GDS-8000型全自动凝胶成像分析系统对蛋白质条带扫描定量进行分析。

    2 结果

    2.1 MDA-MB-435s细胞中p-ERK的异常激活及PD98059对ERK/MAPK通路的抑制作用 在未加任何处理的ER(+)的MCF-7细胞和ER(-)的MDA-MB-435s细胞中,ER(-)的MDA-MB-435s细胞中p-ERK的表达水平明显高于ER(+)的MCF-7细胞,约为MCF-7细胞的2.55倍,而非磷酸化的ERK蛋白表达水平在两株细胞中无明显差异(图1)。ERK/MAPK信号转导通路的特异性抑制剂,PD98059(50μM)可明显下调p-ERK蛋白的表达,但总的ERK表达水平不受影响。与对照组相比,MCF-7细胞中,P-ERK蛋白表达下降了59%,而MDA-MB-435s细胞则下降了85%(图1)。

    2.2 EGF和IGF-I对MCF-7、MDA-MB-435s细胞p-ERK表达的上调 EGF均可刺激两种乳腺癌细胞p-ERK表达的增加(图1)。与对照组相比,MCF-7细胞中P-ERK表达增加1.2倍,而在MDA-MB-435s细胞中增加2.3倍。EGF刺激后MDA-MB-435s细胞p-ERK的活性约为MCF-7细胞的4.9倍(图2)。PD98059可抑制大部分EGF对两种细胞p-ERK活性的上调。而总的ERK/MAPK蛋白表达不受影响,且在两种细胞间无明显差异。IGF-I可明显上调MCF-7细胞中p-ERK蛋白表达,PD98059亦能部分抑制IGF-I对MCF-7细胞p-ERK的激活。IGF-I这种作用在MDA-MB-435s细胞中表现不明显(图1)。
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    图1 Western印迹显示不同处理对两种细胞p-ERK和ERK表达的影响

    1对照组;2EGF组;3IGF-I组;4PD98059组;5PD98059+EGF组;6PD98059+IGF-I组

    图2 两种细胞不同处理后p-ERK/ERK的比值比较

    1对照组;2EGF处组组;3IGF-I处理组;4PD98059处理组;5PD98059+EGF处理组;6PD98059+IGF-I处理组

    3 讨论

    MAPK信号转导通路是一条关键的调节细胞增生和凋亡的相关信号转导通路。ERK通路是哺乳动物中研究得最早最深入,也是最重要的一条通路。MAPK通路的异常激活可引起一部分肿瘤表型向恶性转化 [4] 。与正常乳腺组织和良性肿瘤相比,MAPK活性和表达的升高同肿瘤的恶性表型相关 [5] 。本实验研究表明,p-ERK在ER(-)和ER(+)的乳腺癌细胞中均可被激活。在ER(-)的浸润性乳腺癌细胞系MDA-MB-435s中,p-ERK蛋白表达水平明显高于ER(+)的非浸润性乳腺癌细胞MCF-7。ERK/MAPK通路的特异性抑制剂PD98059可完全阻滞p-ERK的激活,而总的ERK/MAPK蛋白的表达在两种细胞差异无显著性,且不受PD98059的抑制。提示磷酸化ERK/MAPK异常激活和表达升高与乳腺癌细胞的浸润性生长有关,而并非总的ERK/MAPK蛋白的表达增加。
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    生长因子(如EGF、IGF-I等)能够刺激肿瘤细胞增殖、迁移。这些生长因子通过与不同的调节蛋白结合后能够激活多种信号转导通路。ERK/MAPK信号转导通路被认为是EGF调节细胞移动性和蛋白酶分泌的一个关键通路 [4] 。在乳腺癌ER(+)的细胞中,雌激素是重要的丝裂原,能够激活ER受体,促进乳腺癌细胞的转录和增生,同时也能通过激活MAPK信号转导通路来刺激细胞增生 [6] 。但对ER(-)的配体非依赖性乳腺癌,细胞的生长需要其它因子及信号转导系统来调节。在雌激素缺乏的条件下,EGF在女性生殖器官能起到与雌激素类似的作用 [7] 。在MDA-MB-435s细胞中,EGF能够明显上调p-ERK蛋白表达,PD98059能部分阻滞EGF对ERK/MAPK信号转导通路的激活作用,提示在雌激素非依赖性浸润性生长的乳腺癌细胞中,EGF主要通过激活ERK/MAPK信号转导通路来促进癌细胞的恶性浸润性生长。IGF-I主要通过PI-3k/Akt信号转导途径来刺激细胞增生 [8] 。本实验中,IGF-I还可以磷酸化ERK/MAPK信号转导通路来刺激MCF-7细胞增生。IGF-I对ERK/MAPK的激活与其受体IGF-IR在乳腺癌细胞中的表达相关。IGF-IR和其底物IRS-1在ER(+)的乳腺癌细胞中表达较高,而在ER(-)的乳腺癌细胞中的表达很低 [9] 。激活的ERK/MAPK信号转导通路可磷酸化RSK蛋白酶,进而转录激活cAMP反应结合蛋白(CREB)、协同激活剂CBP、c-fos、血清反应因子和雌激素受体(ER)等,促进细胞增生 [3]
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    其它生长因子也可激活磷酸化ERK/MAPK来刺激乳腺癌细胞的恶性增生。Krueger [4] 用TGF-α或血清刺激发现,ER(-)的乳腺癌细胞中ERK/MAPK的激活水平及活性持续时间都明显高于ER(+)的MCF-7细胞,ERK/MAPK的激活能够增加细胞的移动性和浸润性生长。p-ERK在ER(+)乳腺癌MCF-7细胞中的激活及对EGF的反应可能与ER(+)的乳腺癌在长期的抗雌激素治疗(如他莫昔芬)过程中发展为内分泌治疗耐药有关。ER(-)和ER(+)的内分泌治疗耐药乳腺癌细胞中常伴有表皮生长因子受体Her2/neu的表达升高及MAPK信号转导系统的激活 [10] 。因此,抑制ERK/MAPK信号转导通路的异常激活可为乳腺癌治疗提供新的研究方向。

    参考文献

    1 Pearson G,Robinson F,Beers Gibson T,et al.Mitogen-activated proˉtein(MAP)kinase pathways:regulation and physiological functions.Enˉdocr Rev,2001,22(2):153-183.
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    2 Gee JM,Robertson JF,Ellis IO,et al.Phosphorylation of ERK1/2mitogen-activated protein kinase is associated with poor response to anˉti-hormonal therapy and decreased patient survival in clinical breast cancer.Int J Cancer,2001,95(4):247-254.

    3 Santen RJ,Song RX,McPherson R,et al.The role of mitogen-actiˉvated protein(MAP)kinase in breast cancer.J Steroid Biochem.Mol Biol,2002,80(2):239-256.

    4 Krueger JS,Keshamouni VG,Atanaskova N,et al.Temporal and quantitative regu lation of mitogen-activated protein kinase(MAPK)modulates cell motility and invasion.Oncogene,2001,20(31):4209-4218.
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    5 Coutts AS,Murphy LC.Elevated mitogen-activated protein kinase acˉtivity in estrogen-nonresponsive human breast cancer cells.Cancer Res,1998,58(18):4071-4074.

    6 Keshamouni VG,Mattingly RR,Reddy KB.Mechanism of17-beta-estradiol-induced Erk1/2activation in breast cancer cells:A role for HER2and PKC-delta.J Biol Chem,2002,277(25):22558-22565.

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    8 Rincon SV,Rousseau C,Samanta R,et al.Retinoic acid-induced growth arrest of MCF-7cells involves the selective regulation of the IRS-1/PI3-kinase/AKT pathway.Oncogene,2003,22(22):3353-3360.

    9 Bartucci M,Morelli C,Mauro L,et al.Differential insulin-like growth factor receptor signaling and function in estrogen receptor(ER)-positive MCF-7andER-negative MDA-MB-231breast cancer cells.Cancer Res,2001,61(18):6747-6754.

    10 cClelland RA,Barrow D,Madden TA,et al.Enhanced epidermal growth factorreceptor signaling inMCF7breast cancer cells after long-term culture in the presence of the pure antiestrogen ICI182,780(Faslodex).Endocrinology,2001,142(7):2776-2788.

    作者单位:430030华中科技大学同济医学院附属同济医院妇产科

    (编辑曲 全), http://www.100md.com(万芳 钟刚 何福仙 陈敏)