2004-03-24 17:19:55 癌癥信息網(wǎng) 出處：第四軍醫(yī)大
人類紅白血病細(xì)胞系K562是由Lozzio等于1975年從1例處于原始細(xì)胞危象中的慢性髓系白血病患者的胸膜滲出液中建立的，具有費城染色體（Ph）。因其在受到多種因素的誘導(dǎo)時，具有向紅系，單核系或巨核細(xì)胞系分化的能力，故多作為細(xì)胞分化研究的細(xì)胞模型。我們擬對誘導(dǎo)K562細(xì)胞分化的研究及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制作一綜述。
一、K562細(xì)胞誘導(dǎo)向紅系分化
K562細(xì)胞可在多種誘導(dǎo)因素下向紅系分化。它有許多紅系特性，表達(dá)紅細(xì)胞Spectrin和glycophorin以及i抗原，可以自發(fā)或誘導(dǎo)表達(dá)胚胎性血紅蛋白。在一般情況下，K562細(xì)胞可有微量的胚胎型ε、ζ及胎兒型γ、α和δ珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄。當(dāng)加入氯高鐵血紅素（Hemin）誘導(dǎo)分化后，可見上述珠蛋白基因的表達(dá)增加2-4倍以上，且多以γ型為主，但β-珠蛋白及其mRNA卻很少在K562細(xì)胞中檢測到。除上述氯高鐵血紅素（Hemin）可誘導(dǎo)K562細(xì)胞向紅系分化外，還有丁酸鈉、aclacinomycin、Ara-C、sodium phenylacetate、guanine, guanosine and guanine nucleotides、Hydroxyurea、trimidox等
二、K562細(xì)胞誘導(dǎo)向巨核系分化
K562細(xì)胞可以在許多誘導(dǎo)劑的作用下誘導(dǎo)向巨核系分化，而且同一藥物不同濃度作用時可以誘導(dǎo)其向不同方向分化，如丁酸鈉可以用不同濃度作用于K562細(xì)胞而誘導(dǎo)其向紅系和巨核系分化，在丁酸鈉的誘導(dǎo)下血小板過氧化物酶活性上調(diào)。除丁酸鈉外，還有多種誘導(dǎo)劑可誘導(dǎo)K562向巨核系分化，如TPA、佛波酯、PMA等。值得特別提出的是，凋亡相關(guān)基因Bcl-x基因在骨髓巨核系細(xì)胞中有強表達(dá)，佛波酯導(dǎo)K562細(xì)胞向巨核系分化時bcl-x的表達(dá)增強了十倍，但在阿霉素誘導(dǎo)的紅系分化時卻表達(dá)下降。因此，bcl-x基因在K562細(xì)胞的分化中起重要作用。
三、K562細(xì)胞誘導(dǎo)向巨噬細(xì)胞樣分化
1993年Green等用化學(xué)分化誘導(dǎo)劑HMBA誘導(dǎo)K562分化時發(fā)現(xiàn)K562細(xì)胞呈現(xiàn)不逆的髓系分化，并伴隨紅系，巨核系及肥大細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子SCL和GATA-1的下調(diào)，同時Spectrin, glycophorin, i抗原及GPb/a均減少，并展示了巨噬細(xì)胞樣的形態(tài)。SCL基因除在腦等中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織中表達(dá)外，僅在造血細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)。在造血組織，其表達(dá)不僅見于原始多能祖細(xì)胞中，也存在于那些定向于紅系、肥大細(xì)胞和巨核細(xì)胞系的細(xì)胞中，在分化期間處于較高水平。其它類型細(xì)胞中則沒有發(fā)現(xiàn)。在干細(xì)胞定向分化時，SCL的表達(dá)下調(diào)，此過程可能是細(xì)胞系正常分化所必需。GATA-1蛋白主要在紅系分化中起作用，它是一組（包括GATA-1、2、3、4）可與GATA序列特異結(jié)合的指型蛋白質(zhì)（finger protein） ，GATA-1序列是指與β-珠蛋白基因簇調(diào)控相關(guān)的基因座位LCR（Locus Control Region）下游的特異序列[GATA, CACCC(CGTGG)]，GATA蛋白與其結(jié)合可激活β-珠蛋白的表達(dá)。因此，SCL與GATA-1的下調(diào)表明K562細(xì)胞在HMBA的誘導(dǎo)下并非向紅系及巨核系分化。
四、誘導(dǎo)K562細(xì)胞分化的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制
誘導(dǎo)K562細(xì)胞分化可以通過多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑實現(xiàn)。
1 酪氨酸激酶受體途徑: 酪氨酸激酶受體途徑在調(diào)節(jié)K562細(xì)胞生長、分化過程中起到重要作用。其中涉及許多重要的信號分子，如Janus激酶（Jak）、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄活化因子（STAT）、生長因子結(jié)合蛋白2（Grb2）、核苷酸交換因子Sos、Shc、Syp、Ras、Raf、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）級聯(lián)分子等等（圖1）。
1.1銜接子蛋白（adaptor protein）：目前，對酪氨酸激酶受體途徑中的銜接子蛋白的研究日益受到重視。其中了解比較多的是Grb2。哺乳動物的Grb2，與C. Elegans基因sem-5和Drosphila Drk相似，相對分子量26KD，由一個SH2和兩個SH3結(jié)構(gòu)域組成，SH3結(jié)構(gòu)域位于氨基和羧基末端，能與核苷酸交換因子Sos的脯氨酸富集序列結(jié)合。而SH2結(jié)構(gòu)域除了可與酪氨酸殘基結(jié)合外，還可與其它磷酸化蛋白如Shc、Syp等結(jié)合。此外，還可通過BCR蛋白的第177位酪氨酸，直接與BCR-ABL在體內(nèi)形成復(fù)合物[16]，無論是BCR-ABL-Grb2-Sos復(fù)合物，還是BCR-ABL-Grb2-shc(Syp)，均可導(dǎo)致Ras的活化。只不過前者具有激活Ras的優(yōu)先性，并提示不同的細(xì)胞類型可能提供不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。
在K562細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)鏈中，Grb2和其它銜接子蛋白，如磷脂酰肌醇3-激酶（PI3-K）的P85亞單位、Nck、Crk1、Crk等一樣，是一個很關(guān)鍵的成分。Grb2和Sos形成的復(fù)合物激活Ras然后逐級激活Raf、MEK、MAPK及其下游的蛋白激酶和轉(zhuǎn)錄因子，從而將外界信號輸入核內(nèi)，引起相應(yīng)的生物效應(yīng)。Gishizky等報道Grb2的突變體（去掉N端或C端的SH3結(jié)構(gòu)域）可以逆轉(zhuǎn)BCR-ABL誘導(dǎo)的K562細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，尤其△N-Grb2對BCR-ABL誘導(dǎo)的Ras活化的抑制作用更顯著，這與Sos優(yōu)先與Grb2的N-末端的SH3結(jié)構(gòu)域結(jié)合相符。Grb2突變體抑制K562細(xì)胞的生長，并誘導(dǎo)其分化，可能是通過解開Raf上游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，從而抑制其有絲分裂作用的。
近來，F(xiàn)eng等發(fā)現(xiàn)了一個與Grb2相關(guān)的銜接子蛋白（Grap）。與Grb2一樣，Grap具有SH3-SH2-SH3結(jié)構(gòu)。其基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為2.3Kb。Grap蛋白由217個氨基酸組成，與Grb2有59%的同源性，尤其在N-末端SH3結(jié)構(gòu)域高度同源。在K562細(xì)胞中，Grap通過其SH2結(jié)構(gòu)域與BCR-ABL形成穩(wěn)定的復(fù)合物；通過其N-末端的SH3結(jié)構(gòu)域，與一種Ras鳥苷酸交換因子mSos聯(lián)系，從而將來自受體核細(xì)胞質(zhì)的信號結(jié)合到Ras信號途徑。
1.2與G蛋白的聯(lián)系：Ras的活化能夠誘導(dǎo)增殖、分化和凋亡，同時伴隨一些特異的形態(tài)學(xué)變化。其中最突出的就是發(fā)生膜的皺褶和肌動蛋白細(xì)胞骨架的重組。而這些變化分別受到GTP結(jié)合蛋白Rac1和Rho的調(diào)節(jié)。表明在酪氨酸激酶受體途徑中，包括Ras在內(nèi)的GTP結(jié)合蛋白的活化是完整和緊密聯(lián)系的。
1.3酪氨酸激酶的抑制與分化的關(guān)系： Yokoyama等[19]運用一種新的特異性的src酪氨酸激酶抑制劑Angelmicin B，作用于K562細(xì)胞，導(dǎo)致一個劑量依賴性的生長抑制作用，但不能顯著誘導(dǎo)其分化。表明生長抑制與分化誘導(dǎo)并不直接相關(guān)。同時，Angelmicin B有效抑制src酪氨酸激酶的濃度遠(yuǎn)比其對K562細(xì)胞生長抑制所需的濃度高，表明至少在K562細(xì)胞，酪氨酸激酶活性的抑制與生長和分化誘導(dǎo)并無直接聯(lián)系。
1.4細(xì)胞表面蛋白聚糖的作用：在FGF觸發(fā)的信號傳遞中，硫酸類肝素同時與配體和受體結(jié)合，通過促使配體二聚體形成，引起通信所需的受體二聚體化。Turnbull等證實，來自人皮膚成纖維細(xì)胞的硫酸類肝素中的IdoA（2-OSO3）α1，4GlcNSO3 單位串是與bFGF結(jié)合的序列。Steinfeld等則進一步證實在K562細(xì)胞中，四種蛋白聚糖syndecan-1、syndencan-2、syndencan-4和glypican均能支持bFGF與FGFR1的相互作用和通信。并且提出，細(xì)胞表面的聯(lián)結(jié)可能增大其結(jié)合和通信的有效性。
2 酪氨酸激酶偶聯(lián)受體途徑: 在K562細(xì)胞中尚存在另一種重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，即Jak-STAT途徑。多種細(xì)胞因子、某些激素、抗原以及粘附因子均能通過這條途徑誘導(dǎo)細(xì)胞的增殖與分化。這條途徑中的受體無酪氨酸激酶區(qū)。因此，其自身并無酪氨酸激酶活性，需與胞內(nèi)的非受體型酪氨酸激酶結(jié)合而獲得激酶活性。Jak激酶正好是與受體結(jié)合而起始胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的一類酪氨酸激酶。Jak-STAT途徑包含了通過配體誘導(dǎo)的受體的同或異二聚體而誘發(fā)Jak家族的活化和隨后的STAT蛋白的酪氨酰磷酸化。磷酸化的STAT 二聚體化，成為轉(zhuǎn)錄的激活形式。作為一種急性時相反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄因子，直接將受體與基因連接起來。
隨著STAT蛋白的活化機制得到鑒定，Weber-Nordt等[23]進一步證實，在K562細(xì)胞中是STAT5具核定位作用和DNA結(jié)合活性。暗示不同的細(xì)胞可能具有不同的STAT蛋白活化模式。Carlesso等[24]發(fā)現(xiàn)STAT1和STAT5的磷酸化和與DNA的結(jié)合活性，但這一激活是由于BCR-ABL的酪氨酸激酶活性，而非Jak激酶的活化所致。表明STATs能繞過Jak家族激酶的活化。而將外界信號導(dǎo)入核內(nèi)。
1997年，Pfeffer等報道了在Daudi細(xì)胞中，STAT-3不僅是一種轉(zhuǎn)錄因子，還可以在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著銜接IFNAR1鏈（干擾素受體的組成鏈）和PI-3激酶的作用。激活的PI-3激酶所作用的下游分子了導(dǎo)致STAT-3的絲氨酸磷酸化，這對于穩(wěn)定其二聚體結(jié)構(gòu)，介導(dǎo)下游的生物效應(yīng)十分重要。是否在K562細(xì)胞也有類似作用，需進一步研究。
3 轉(zhuǎn)化生長因子受體途徑: Lebrun等報道了屬于β-TGF超家族成員的活化素和抑制素對過度表達(dá)活化素受體的K562細(xì)胞想紅系分化和增殖抑制起拮抗作用。與前面不同，活化素受體具有絲/蘇氨酸激酶區(qū)。在它介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中，涉及到信號分子的活化是絲/蘇氨酰的磷酸化，而非酪氨酸殘基的磷酸化。
4 G蛋白偶聯(lián)受體途徑: 就誘導(dǎo)K562細(xì)胞的增殖分化而言，激素、遞質(zhì)等均能與G蛋白偶聯(lián)受體形成復(fù)合物，使G蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)镚TP結(jié)合型而活化。Weitzmann等在分離的K562細(xì)胞膜中發(fā)現(xiàn)IL-1能引起一個劑量依賴性的腺苷酸環(huán)化酶的活性升高，同時所有細(xì)胞的cAMP濃度均增加。在此，cAMP作為第二信使?jié)舛龋ㄟ^PKA引起K562細(xì)胞增殖的抑制。Thomas等則發(fā)現(xiàn)在K562細(xì)胞中，凝血酶和一種血栓惡烷A2的類似物U46619能引起快速和濃度依賴性的胞內(nèi)[Ca++]增加。在胞外鈣缺乏的情況下，尚可觀察到一個短暫的峰，暗示有PLC的活化。另外，凝血酶引起的胞內(nèi)鈣升高能被亮肽素（或稱抑蛋白酶醛肽），百日咳毒素（PT）以及二甲基亞砜的預(yù)處理所取消或抑制，但對U46119無影響，表明這些激動劑通過不同的G蛋白通信。Enomoto等[報道ATP和UTP能誘導(dǎo)表達(dá)P2U受體的K562細(xì)胞胞內(nèi)Ca++與IP3增高，且劑量反應(yīng)曲線是一致的，而百日咳毒素與霍亂毒素?zé)o此影響。表明P2U受體是與百日咳和霍亂毒素（CT）不敏感的G蛋白偶聯(lián)；偶聯(lián)在一起的。
5 關(guān)于離子選取通道: 運用膜片鉗技術(shù)，Rettinger等[30]在人類K562細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了四種類型的離子選擇通道。包括：8ps的對河豚毒素（TTX）敏感的Na+通道；能被胞內(nèi)Ca++激活和四乙銨抑制的，對Na+、K+具有相同通透性的19ps陽離子通道；選擇順序為NO3->O2->Cl-=Br->>SO4—的陰離子選擇通道以及能被沙海葵毒素誘導(dǎo)的8ps的Na+、K+選擇通道。另外，Bubien等用CD20的cDNA轉(zhuǎn)染K562細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)能特異性地增加跨膜Ca++傳導(dǎo)，推測CD20在膜內(nèi)形成的多聚體復(fù)合物，可能為Ca++傳導(dǎo)的離子通道。Negulyaev等[32]指出與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)的肌動蛋白絲可能在對12ps鈉離子通道調(diào)節(jié)中起到重要作用。
6 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的細(xì)胞特異性、完整性和復(fù)雜性 相同的誘導(dǎo)因素作用于不同類型的細(xì)胞，可以通過不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑引起不同的生物效應(yīng)[33]。典型的，如佛波酯（PMA）能夠通過PKCα誘導(dǎo)K562細(xì)胞向巨核細(xì)胞系分化；對HL60細(xì)胞則通過PKCβ誘導(dǎo)其向巨噬細(xì)胞系分化；而在HL60向單核細(xì)胞系的分化過程中則涉及到MAPK級聯(lián)分子的活化。el-Sonbetty證明表達(dá)外源性G-CSF觸發(fā)的生長和分化信號，表明在K562細(xì)胞中具有整的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，并且能夠通過表達(dá)外源性的受體而得到應(yīng)用。
綜上所述，K562細(xì)胞內(nèi)具有多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，并且各條途徑間相互聯(lián)系，在細(xì)胞內(nèi)形成一個十分復(fù)雜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。不同的誘導(dǎo)因素通過不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，引起不同的生物效應(yīng)。同一誘導(dǎo)因素，因細(xì)胞類型不同，也可經(jīng)不同的信號分子級聯(lián)，產(chǎn)生不同的調(diào)節(jié)作用。即使是同一誘導(dǎo)因素作用于同一種細(xì)胞，也可因條件差別，研究方法不同，而得出相異的結(jié)果。但隨著人們對包括K562細(xì)胞在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的認(rèn)識的不斷深入，必將為進一步闡明生命的本質(zhì)規(guī)律，實現(xiàn)對生物學(xué)過程的人為控制創(chuàng)造有利的條件。
