生物医药靶点赛道：ERK1/2

作者：杨超月

MAPK / ERK通路概述促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路是真核生物信号传递网络中的重要途径之一，是细胞增殖、分化、细胞凋亡以及正常条件和病理条件下应激反应的关键信号通路。、

MAPK主要有4个亚族，对应4条MAPK通路：ERK、p38、JNK、BMK1（ERK5）。本系列将主要介绍第一条由生长因子介导的ERK通路的赛道情况，涵盖蛋白RAS、Raf、MEK和ERK，其中任何一个蛋白的异常都有可能诱导肿瘤的发生和增殖，故皆已成为各类创新药靶向的热门靶标。

作为此系列的最后一篇，总结下MAPK / ERK通路的激活过程：

受上游生长因子受体（EGFR、TGF-α）激活所介导，MAPK/ERK通路的激活从RAS开始。通过鸟嘌呤核苷酸交换因子（GEF）催化RAS蛋白与三磷酸鸟苷（GTP）的结合，使RAS处于激活状态。激活状态下的RAS蛋白招募下游位于细胞质中的RAF蛋白并与其位于N端的CR1结构域结合，将RAF蛋白转运至细胞膜使其激活。激活状态下的RAF进一步通过其位于C端的CR3结构域与下游MEK交互，进而激活MEK。活化的MEK再通过与ERK的相互作用，激活ERK中的酪氨酸（Tyr）和苏氨酸（Thr）残基，从而激活下游ERK。

ERK的负反馈机制

细胞外调节蛋白激酶（ E RK ）有 5个亚族，包括E RK1~5 。其作为 MAPK/ERK 信号通路的最后一环，是将信号从表面受体传导至细胞核的关键。ERK作为唯一激活位点直接参与对下游大量基质的激活，进而通过调控所转录出的各类蛋白来诱导调节细胞的增殖、分化与凋亡。

在正常的通路机制下，ERK的激活具有负向调控MAPK/ERK通路的机制来维持机体自平衡的功能。该负反馈机制的实现由两个途径实现：对ERK上游成分（EGFR、RAS、RAF、MEK）特定位点的直接磷酸化，以及诱导通路内特定抑制因子（DUSP、Sprouty）的重新合成。

图片来源：《Negative feedback regulation of the ERK1/2 MAPK pathway》

对ERK上游成分的直接磷酸化

图表 1：受负反馈机制直接调控的ERK上游成分

来源：PhosphoSite，来觅数据整理

EGFR

几乎所有的ERK上游成分都受负反馈机制直接调控。以EGFR蛋白为例，作为结构为1220个密码子的蛋白，大量研究表明受不同因子、激酶所磷酸化、泛素化、乙酰化的不同EGFR位点对其本身以及下游的传导作用都是不一样的。

从诱发蛋白活性的角度来看，生长因子如EGF对EGFR 869位点（酪氨酸）、1092位点（酪氨酸）的磷酸化同样可以诱导EGFR蛋白活性的提升。从抑制蛋白活性的角度来看，ERK1/2激酶对EGFR 692位点（丝氨酸）的磷酸化，以及CDK1激酶对1026位点（丝氨酸）的磷酸化会抑制EGFR蛋白的活性。

已有相关研究表明依赖于ERK1/2所磷酸化的EGFR 669位点（苏氨酸）会降低EGFR酪氨酸磷酸化水平，表明T669点位的磷酸化可以下调EGFR的信号。除此之外，有相关研究表示ERK 1/2会通过酪氨酸磷酸酶CDC25C来间接使EGFR去磷酸化，背后的机制为ERK1/2通过CDC25C的48位点（苏氨酸）激活CDC25C，CDC25C随后会通过EGFR的1068位点（酪氨酸）使EGFR去磷酸化，从而达到负反馈机制的传导。

RAS

此前我们提到过RAS受SOS介导激活。在正常生理机制下，由上游生长因子所介导的RAS蛋白激活通常是短暂的，从而可以保证细胞增殖分化以及凋亡的正常循环，而ERK1/2对RAS上游连接蛋白、交换因子的调控对保持该正向循环的运作发挥重要的作用。

以交换因子SOS1为例，作为结构为1333个密码子的蛋白，研究发现ERK2的激活可能会通过磷酸化SOS1的1132（丝氨酸）、1167（丝氨酸）、1178（丝氨酸）、1193（丝氨酸）、1197（丝氨酸）位点来调控分子缔合，干扰 SOS1 与连接蛋白 Grb2 的结合，从而使ERK负反馈机制通过SOS1达到对RAS的调控。

RAF

此前我们提到过RAS蛋白的激活受上游RAS调控，激活状态下的RAS通过招募下游位于细胞质中的RAF蛋白，RAS与其结合并将其转运至细胞膜处激活。