2004-03-24 17:19:55 癌癥信息網(wǎng) 出處：第四軍醫(yī)大
人類紅白血病細胞系K562是由Lozzio等于1975年從1例處于原始細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時，具有向紅系，單核系或巨核細胞系分化的能力，故多作為細胞分化研究的細胞模型。我們擬對誘導K562細胞分化的研究及其信號轉(zhuǎn)導機制作一綜述。
一、K562細胞誘導向紅系分化
K562細胞可在多種誘導因素下向紅系分化。它有許多紅系特性，表達紅細胞Spectrin和glycophorin以及i抗原，可以自發(fā)或誘導表達胚胎性血紅蛋白。在一般情況下，K562細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。當加入氯高鐵血紅素（Hemin）誘導分化后，可見上述珠蛋白基因的表達增加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細胞中檢測到。除上述氯高鐵血紅素（Hemin）可誘導K562細胞向紅系分化外，還有丁酸鈉、aclacinomycin、Ara-C、sodium phenylacetate、guanine, guanosine and guanine nucleotides、Hydroxyurea、trimidox等
二、K562細胞誘導向巨核系分化
K562細胞可以在許多誘導劑的作用下誘導向巨核系分化，而且同一藥物不同濃度作用時可以誘導其向不同方向分化，如丁酸鈉可以用不同濃度作用于K562細胞而誘導其向紅系和巨核系分化，在丁酸鈉的誘導下血小板過氧化物酶活性上調(diào)。除丁酸鈉外，還有多種誘導劑可誘導K562向巨核系分化，如TPA、佛波酯、PMA等。值得特別提出的是，凋亡相關基因Bcl-x基因在骨髓巨核系細胞中有強表達，佛波酯導K562細胞向巨核系分化時bcl-x的表達增強了十倍，但在阿霉素誘導的紅系分化時卻表達下降。因此，bcl-x基因在K562細胞的分化中起重要作用。
三、K562細胞誘導向巨噬細胞樣分化
1993年Green等用化學分化誘導劑HMBA誘導K562分化時發(fā)現(xiàn)K562細胞呈現(xiàn)不逆的髓系分化，并伴隨紅系，巨核系及肥大細胞轉(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)組織中表達外，僅在造血細胞和內(nèi)皮細胞中表達。在造血組織，其表達不僅見于原始多能祖細胞中，也存在于那些定向于紅系、肥大細胞和巨核細胞系的細胞中，在分化期間處于較高水平。其它類型細胞中則沒有發(fā)現(xiàn)。在干細胞定向分化時，SCL的表達下調(diào)，此過程可能是細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。因此，SCL與GATA-1的下調(diào)表明K562細胞在HMBA的誘導下并非向紅系及巨核系分化。
四、誘導K562細胞分化的信號轉(zhuǎn)導機制
誘導K562細胞分化可以通過多種信號轉(zhuǎn)導途徑實現(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)形成復合物[16]，無論是BCR-ABL-Grb2-Sos復合物，還是BCR-ABL-Grb2-shc(Syp)，均可導致Ras的活化。只不過前者具有激活Ras的優(yōu)先性，并提示不同的細胞類型可能提供不同的信號轉(zhuǎn)導途徑。
在K562細胞的信號轉(zhuǎn)導鏈中，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，是一個很關鍵的成分。Grb2和Sos形成的復合物激活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)，引起相應的生物效應。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誘導的K562細胞的轉(zhuǎn)化，尤其△N-Grb2對BCR-ABL誘導的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細胞的生長，并誘導其分化，可能是通過解開Raf上游的信號轉(zhuǎn)導途徑，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細胞中，Grap通過其SH2結(jié)構(gòu)域與BCR-ABL形成穩(wěn)定的復合物；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的活化能夠誘導增殖、分化和凋亡，同時伴隨一些特異的形態(tài)學變化。其中最突出的就是發(fā)生膜的皺褶和肌動蛋白細胞骨架的重組。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細胞，導致一個劑量依賴性的生長抑制作用，但不能顯著誘導其分化。表明生長抑制與分化誘導并不直接相關。同時，Angelmicin B有效抑制src酪氨酸激酶的濃度遠比其對K562細胞生長抑制所需的濃度高，表明至少在K562細胞，酪氨酸激酶活性的抑制與生長和分化誘導并無直接聯(lián)系。
1.4細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細胞中尚存在另一種重要的信號轉(zhuǎn)導途徑，即Jak-STAT途徑。多種細胞因子、某些激素、抗原以及粘附因子均能通過這條途徑誘導細胞的增殖與分化。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)導過程的一類酪氨酸激酶。Jak-STAT途徑包含了通過配體誘導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細胞中是STAT5具核定位作用和DNA結(jié)合活性。暗示不同的細胞可能具有不同的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。而將外界信號導入核內(nèi)。
1997年，Pfeffer等報道了在Daudi細胞中，STAT-3不僅是一種轉(zhuǎn)錄因子，還可以在細胞信號轉(zhuǎn)導中起著銜接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)，介導下游的生物效應十分重要。是否在K562細胞也有類似作用，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活化素受體的K562細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)。在它介導的信號轉(zhuǎn)導中，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K562細胞的增殖分化而言，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，同時所有細胞的cAMP濃度均增加。在此，cAMP作為第二信使?jié)舛?，通過PKA引起K562細胞增殖的抑制。Thomas等則發(fā)現(xiàn)在K562細胞中，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能誘導表達P2U受體的K562細胞胞內(nèi)Ca++與IP3增高，且劑量反應曲線是一致的，而百日咳毒素與霍亂毒素無此影響。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 關于離子選取通道: 運用膜片鉗技術，Rettinger等[30]在人類K562細胞中發(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的8ps的Na+、K+選擇通道。另外，Bubien等用CD20的cDNA轉(zhuǎn)染K562細胞，發(fā)現(xiàn)能特異性地增加跨膜Ca++傳導，推測CD20在膜內(nèi)形成的多聚體復合物，可能為Ca++傳導的離子通道。Negulyaev等[32]指出與信號轉(zhuǎn)導有關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)導途徑的細胞特異性、完整性和復雜性 相同的誘導因素作用于不同類型的細胞，可以通過不同的信號轉(zhuǎn)導途徑引起不同的生物效應[33]。典型的，如佛波酯（PMA）能夠通過PKCα誘導K562細胞向巨核細胞系分化；對HL60細胞則通過PKCβ誘導其向巨噬細胞系分化；而在HL60向單核細胞系的分化過程中則涉及到MAPK級聯(lián)分子的活化。el-Sonbetty證明表達外源性G-CSF觸發(fā)的生長和分化信號，表明在K562細胞中具有整的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)，并且能夠通過表達外源性的受體而得到應用。
綜上所述，K562細胞內(nèi)具有多條信號轉(zhuǎn)導途徑，并且各條途徑間相互聯(lián)系，在細胞內(nèi)形成一個十分復雜的信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)網(wǎng)絡。不同的誘導因素通過不同的信號轉(zhuǎn)導途徑，引起不同的生物效應。同一誘導因素，因細胞類型不同，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。即使是同一誘導因素作用于同一種細胞，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細胞在內(nèi)的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導機制的認識的不斷深入，必將為進一步闡明生命的本質(zhì)規(guī)律，實現(xiàn)對生物學過程的人為控制創(chuàng)造有利的條件。
