2.广东医学院附属医院神经外科
2. Department of Neurosurgery, Affiliated Hospital of Guangdong Medical College
细胞外信号调节激酶(extracellular signalregulated kinase,ERK) 是有丝分裂原激活蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinases,MAPKs) 家族 的一个重要亚族,ERK的功能是控制细胞分化, ERK的活化被认为与细胞的分化、癌变和恶性进 展程度等密切相关[1]。而ERK2是ERK的一个重要 成员。本研究通过检测人脑胶质瘤组织及正常脑 组织中ERK2蛋白的表达情况,探讨其在人脑胶质 瘤发生发展中的意义。
1 资料与方法 1.1 研究对象连续收集广东医学院神经外科2011年12月— 2012年5月间42例行手术治疗并经病理组织学检查 确诊的原发性人脑胶质瘤患者,每例标本均液氮速 冻,贮存温度:-80℃,另取相同部位组织标本经10%甲醛固定,石蜡包埋,制备成石蜡标本。其中 男24例,女18例,年龄8~74岁,平均37.3±2.4岁。 病程最短为14天,最长为3.5年,平均为6月。组织 学分型及病理分级按WHO(2000年)神经系统肿瘤 分类标准,见表 1。对照组6例正常脑组织取自外伤 后内减压术的非肿瘤患者。所有标本均征得患者及 家属同意,并在标本收集知情书中签字。
人脑胶质瘤石 蜡包埋标本制成5 μm厚的切片,脱蜡、水化后, 3% H2O2灭活内源性酶,分别与一抗(兔抗ERK-2 多克隆抗体,1∶1 000稀释)、二抗(生物素标记 羊抗兔IgG,1∶400稀释)及辣根过氧化物酶标记 的链霉素亲和素复合物(1∶400稀释)孵育;DAB 显色,苏木精对比染色,封片观察。染色结果判 定:排除非特异性染色前提下,黄色,棕黄色,棕 褐色为阳性。在切片染色均匀的肿瘤区随机取5 个高倍视野(×200),共计500个细胞,按染色 强度(staining intensity,SI)和阳性细胞百分率 (percentage of positive cells,PP)的乘积计算免疫 反应评分(immunoreactive score,IRS),IRS=SI ×PP。SI计分:无着色0分,浅黄色1分,棕黄色 2分,棕褐色3分。PP计分:无阳性细胞0分,阳 性细胞率≤10%为1分,>10%~50%为2分,> 50%~75%为3分,>75%为4分。IRS表达强度判 断:0分为阴性(-),1~4分为弱阳性(+),5~8 分为中等阳性(++),9~12分为强阳性(+++)。
1.2.2 免疫蛋白印迹法(Western blot)检测人 脑胶质瘤组织中ERK2蛋白表达的标本加适量样品 悬浮缓冲液匀浆,离心,取上清液,按Lowery法 测定蛋白浓度。10% SDS-PAGE分离蛋白质;电泳 后将PAGE凝胶中的蛋白通过电转移槽转移至硝酸 纤维素膜(4℃)。取出膜用丽春红染色,封闭后加 入一抗,4℃过夜,加入二抗,室温2 h,显色。灰 度值(OD值)测定,密度扫描仪(ZEISS全自动图像 分析仪,VIDAS数据分析)测定条带的A值,以A值 代表ERK2蛋白的相对表达量。计算每一患者肿瘤 组织与正常乳腺组织GAPDH值的比值即OD值, 比值>1表示肿瘤中ERK蛋白表达增高,以此比值 反映各患者之间ERK2蛋白表达水平的差异。
1.3 统计学方法应用SPSS11.0统计学软件,计数资料数据以 百分率(%)表示,计量资料数据以(x ±s)表示, 进行χ2检验、组间t检验及Spearman轶相关性分 析,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 ERK2在人脑胶质瘤中的表达ERK2在正常脑组织中低表达16.7%(1/6),在胶 质瘤组织中有不同程度表达,其在胶质瘤细胞免 疫组织化学染色中主要呈淡黄色、棕黄色或黄褐 色。ERK2在胶质瘤组织中高表达64.30%(27/42), 与正常脑组织比较,两者间差异有统计学意义 (χ2=32.576,P<0.05)。ERK2在不同病理分级胶质瘤 中阳性表达率分别为Ⅰ级33.3%,Ⅱ级46.2%,Ⅲ级 88.9%,Ⅳ级90.9%,Spearman等级相关分析显示 ERK2表达与胶质瘤的恶性程度呈正相关(r=0.711, P<0.05)。ERK2在低度恶性胶质瘤(Ⅰ,Ⅱ级)中阳性 表达率为40.9%(9/22),在高度恶性胶质瘤(Ⅲ,Ⅳ级) 中阳性表达率为90.0%(18/20),两者间比较差异有 统计学意义(χ2=10.996,P<0.05),见表 2、图 1。
人脑胶质瘤组织中ERK2蛋白条带深于正常对 照组,见图 2。统计学分析表明,ERK2蛋白在人 脑胶质瘤中过度表达,正常脑组织灰度值(OD 值)为(26.98±1.83),人脑胶质瘤灰度值(OD 值),即ERK2/GAPDH为(58.79±14.90),与正 常脑组织相比,其差异有统计学意义 (P<0.05)。 ERK2蛋白在人脑胶质瘤Ⅰ~Ⅱ级灰度值(OD值) 为(47.09±9.18),在人脑胶质瘤中Ⅲ~Ⅳ级为(71.67 ±7.20),两者比较,表达增高,差异有统计学意义 (P<0.05)。具体数值见表 3。
ERK2是由Boulton等[2, 3]于90年代初期分离并鉴 定出一种蛋白激酶C-DNA序列,相对分子质量42 kD。ERK2定位于染色体1p34-35,全长3 118 bp, 开放阅读框编码978个氨基酸残基。ERK2肽链的183位苏氨酸和185位酪氨酸均发生磷酸化为该激 酶活化所必须[4],其在MAPK途径中不仅作为转录 因子,且是膜蛋白。ERK2激酶家族属于酪氨酸蛋 白激酶,磷酸化才能发挥其活性,激活后作用于 多种转录因子及核蛋白,参与细胞增殖、分化、 迁移、侵袭和凋亡等多种生物学效应。
ERK2(ERK又称为MAPK),遵循MAPKs三 级酶促级联反应[5]。ERK2接受上游的级联反应信 号,变成磷酸化EKR(P-ERK),转位入细胞核, 调节核内某些的转录因子活性,如c-fos、c-Jun、 Elk-1、STATs、c-myc、Max、ATF2和NF-κB等, 这些转录因子进一步调节它们各自靶基因的转 录,引起特定蛋白表达或活性改变,从而参与多种细胞生物学效应(如增殖、分化、转化和凋亡 等)[6, 7, 8, 9]。PD98059是MAPK信号转导通路的特异性 阻断剂,特异地抑制ERK的上游激酶MEK1,通过 与非活性形式的MEK1结合抑制MEK1的激活与磷 酸化[10],因而具有阻断ERK2信号通路的作用。
ERK2信号通路,主要是通过影响细胞周期机 制来调节细胞增殖[11]。Khan等[12]在研究二十二碳 六烯酸 (docosahexaenoic acid,DHA)在FM3A老鼠 乳腺癌细胞中调节细胞生长增殖过程中作用时发 现ERK2活性受抑制和P27Kip1水平上调,通过作用 参与细胞周期G1-to-S转化调节的CDK2/cy-clin E, 抑制细胞周期末期G1向S期转化,阻止细胞生长 增殖。ERK2的功能是控制细胞分化[13],何艳等[14] 应用Western blot技术检测到经蛇毒神经生长因子 (NGF)处理的PC12细胞,在10 min后ERK2明显磷 酸化而活化;且培养液中加入NGF作用96 h,见 PC12细胞明显分化,出现多个突起;而在NGF作用 前30 min,使用20 μmol/L,PD98059预处理PC12细 胞后,观察到细胞以圆形或椭圆形居多。在侵袭方 面,Piette等[15]在研究巨噬细胞移动抑制因子(MIF) 在肿瘤细胞生长、侵袭过程中作用时观察到:MIF 通过活化ERK2信号转导途径,来增强神经胶质瘤 U373 MG细胞的迁移和侵袭能力;而地塞米松阻 止神经胶质瘤U373 MG细胞迁移、侵袭过程,是通 过GR受体介导抑制ERK2途径完成的。本研究采用 Western blot技术和IHC方法,检测ERK2在人脑神 经胶质瘤组织和正常人脑组织中的表达,本研究结 果显示:ERK2蛋白在人脑神经胶质瘤组织中高表 达,其阳性表达率与正常脑组织对照组比较差异有 统计学意义(P<0.05),通过Spearman等级相关分析 显示ERK2表达与胶质瘤的恶性程度呈正相关。在 Western bolt检测中,从不同级别脑胶质瘤组织中的 表达情况来看,ERK2蛋白在人脑胶质瘤中Ⅲ~Ⅳ级 与Ⅰ~Ⅱ级中,灰度值(OD值)明显增高,差异具 有统计学意义(P<0.05),并且随着肿瘤恶性程度的 增高其表达强度增加,这一结果与上述国内外研究 结果一致,提示ERK2蛋白的高表达在人脑胶质瘤 细胞异常分化、恶性增殖、侵袭转移等活动中起到 促进作用。
鉴于ERK2在人脑胶质瘤组织中的表达特点及 其表达与胶质瘤细胞异常分化、恶性增殖和侵袭转 移的关系,其将有可能成为反映胶质瘤的恶性程度 和病理分级的有效指标,并成为人脑胶质瘤很有价 值的临床诊断标志物,值得进一步深入研究。
[1] | Johnson GL, Lapadat R. Mitogen-activated protein kinase pathways mediated by ERK, JNK, and p38 protein kinases[J].Science,2002,298(5600):1911-2. |
[2] | Boulton TG, Yancopoulos GD, Gregory JS, et al. An insulinstimulatedprotein kinase similar to yeast kinases involved in cellcycle control[J]. Science,1990,249(496-4): 64-7. |
[3] | Boulton TG, Nye SH, Robbins DJ, et al. ERKS: a family ofprotein serine/threonine kinases that are activated and tyrosinephosphorylated in response to insulin and NGF[J]. Cell, 1991,65(4): 663-75. |
[4] | Whitmarsh AJ, Davis RJ. Transcription factor AP-1 regulation bymitogen-activated protein kinase signal transduction pathways[J].J Mol Med (Berl),1996,74(10):589-607. |
[5] | Robinson MJ,Cobb MH. Mitogen-activated protein kinasepathways[J].Curr Opin Cell Biol,1997, 9(2):180-6. |
[6] | Widmann C, Gibosn S, Jarpe MB, et al. Mitogen-activated proteinkinase: conservation of a three-kinase module from yeast tohuman[J]. Physiol Rev,1999,79(1):143-80. |
[7] | Tresini M, Lorenzini A, Frisoni L, et al. Lack of Elk-1phosphorylation and dysregulation of the extracellular regulatedkinase signaling pathway in senescent human fibroblast[J]. ExpCell Res,2001, 269(2): 287-300. |
[8] | Goetze S, Kintscher U, Kaneshiro K, et al. TNFalpha inducesexpression of transcription factors c-fos, Egr-l, and Ets-1 invascular lesions through extracellular signal-regulated kinases1/2[J]. Atherosclerosis,2001,159(1):93-101. |
[9] | Chen CX,Cai J,Wei XX,et al.Expression and significance ofSmad-1,Smad-2 and Smad-4 in Human glioma[J].Zhong Liu FangZhi Yan Jiu,2014,41(1):22-26.[陈彩霞,蔡军,魏晓霞,等.人脑胶质瘤中Smad-1,Smad-2和Smad-4的表达及意义[J].肿瘤防治研究,2014,41(1):22-26.] |
[10] | Sengupta TK, Talbot ES, Scherle PA, et al. Rapid inhibitionof interleukin-6 signaling and Stats activation mediated bymitogen-activated protein kinases[J]. Proc Natl Acad Sci U SA,1998,95(19):11107-12. |
[11] | Lavoie JN, L’Allemain G, Brunet A, et al. Cyclin D1 expressionis regulated positively by the p42/p44MAPK and negatively bythe p38/HOGMAPK pathway[J]. J Biol Chem,1996,271(34):20608-16. |
[12] | Khan NA, Nishimura K, Aires V,et al. Docosahexaenoic acidinhibits cancer cell growth via p27Kip1, CDK2, ERK1/ERK2,and retinoblastoma phosphorylation[J]. J Lipid Res,2006,47(10):2306-13. |
[13] | Johnson GL,Lapadat R. Mitogen-activated protein kinasepathways mediated by ERK, JNK, and p38 protein kinases[J].Science,2002,298(5600):1911-2. |
[14] | He Y, Wang XY, Chen CH. Role of MAPK and PI3K in nervegrowth factor-induced differentiation of PC12[J]. Fujian Yi Ke DaXue Xue Bao,2007,41(1):5-8.[何艳,汪效英,陈崇宏. MAPK、PI3K途径在蛇毒神经生长因子诱导PC12细胞分化的作用[J].福建医科大学学报,2007,41(1):5-8.] |
[15] | Piette C, Deprez M, Roger T, et al. The dexamethasone-inducedinhibition of proliferation, migration, and invasion in glioma celllines is antagonized by macrophage migration inhibitory factor(MIF) and can be enhanced by specific MIF inhibitors[J]. J BiolChem,2009,284(47): 32483-92. |