癌症中的 EGFR–KRAS–BRAF–MEK–ERK 信号通路

EGF 跨 EGFR 胞外区的结构域 I 和 III 进行二价结合，稳定从自身抑制的“束缚”构象（其中结构域 II 和 IV 形成分子内系链）到暴露结构域 II 二聚化臂的“延伸”构象的转变。这种结构转变使 EGFR 对 ErbB2 (HER2)、ErbB3 (HER3) 和 ErbB4 (HER4) 的同二聚和异二聚化的亲和力增加约 100 倍。在 EGFR 过度表达的癌症中，受体密度升高会增加自发的配体依赖性二聚化的可能性，从而绕过对 EGF 的需求。

EGFR 二聚化将细胞内激酶结构域定位为不对称的头尾结构。一种激酶（“激活剂”）的 C 叶与伴侣激酶（“接收器”）的 N 叶接触，以变构方式将接收器的激活环重新定位为活性 DFG-in 构象，而激活环之间无需直接磷酰基转移。 T790M 看门人取代可以降低对早期 EGFR 抑制剂的敏感性，但生化研究表明 ATP 亲和力增加是主要机制，而不是简单的空间阻断。自然的不对称激活机制保持完好。

激活的受体激酶在六个关键酪氨酸上对激活激酶的 C 末端尾部进行转磷酸化：Tyr992、Tyr1045、Tyr1068、Tyr1086、Tyr1148 和 Tyr1173。每个磷酸酪氨酸募集不同的 SH2 结构域效应子：Tyr1068 募集 GRB2（→RAS/MAPK 激活），Tyr992 和 Tyr1173 募集 PLCγ1（→PKC/钙信号传导），Tyr1045 募集 c-CBL（→受体泛素化和溶酶体降解），Tyr1068/1086 募集 SHC 接头（→放大） GRB2-SOS 招募）。 EGFR 外显子 19 缺失和 L858R 突变通过破坏失活激酶构象的稳定性，使自磷酸化动力学增加约 10 倍，这解释了它们的配体依赖性。

GRB2 通过其两个侧翼 SH3 结构域与 SOS1 富含脯氨酸的区域结合，组成型结合 SOS1；该 GRB2-SOS1 复合物在细胞质中预先组装。 Phospho-Tyr1068-EGFR 通过 GRB2 的 SH2 结构域整体招募复合物，将 SOS1 集中在异戊二烯化 KRAS 所在的质膜内层。膜定位至关重要：KRAS 通过 C 末端法尼基化和多元区域静电进行组成性膜锚定，因此 SOS1 在 KRAS 上的 GDP 交换活性需要在同一膜室中共定位。 SHC→GRB2→SOS1 途径在较低的 EGFR 激活阈值下提供并行的放大输入。

膜定位的 SOS1 将其 CDC25 催化结构域插入 KRAS 的核苷酸结合裂口，置换开关 I 环并打开核苷酸口袋以进入溶剂。 GDP 解离迅速（内在速率<1 分钟-1；SOS1 催化速率快约 100 倍），而 GTP（其细胞质浓度比 GDP 高约 10 倍）重新结合并将开关 I 和 II 环重置为活性闭合构象。 GTP-KRAS 呈现出显着重塑的效应子结合表面，对 BRAF 和 CRAF RBD (Kd ~20 nM)、PI3K 的 p110α RBD 和 RALGDS 具有高亲和力。致癌 KRAS 突变（G12C、G12D、G12V、G13D）通过空间阻碍 GAP 蛋白的精氨酸指来损害 GTP 水解，从而将 KRAS 永久锁定在这种活性状态。

GTP-KRAS 通过 RAS 结合域 (RBD) 和富含半胱氨酸的域 (CRD) 将 BRAF 和 CRAF (RAF1) 招募到质膜。膜定位可解除 BRAF Ser365/Ser729 处的自抑制 14-3-3 接触，从而实现 BRAF-BRAF 同二聚化或更有效的 BRAF-CRAF 异二聚化。二聚化释放 N 末端调节抑制并将 DFG 基序定位到活性“DFG-in”激酶构象中。 BRAF V600E 完全绕过了这一机制：V600E 取代破坏了分子内疏水相互作用，从而稳定了非活性单体，使组成型激酶活性独立于 RAS 介导的二聚化，这解释了为什么 BRAF V600E 肿瘤即使在上游 RAS 为野生型时仍保留 RAF/MEK/ERK 信号传导。

活性 RAF 在其激活片段内磷酸化 MEK1 (MAP2K1) 的 Ser218 和 Ser222，以及 MEK2 (MAP2K2) 的 Ser222 和 Ser226。 MEK 是一种结构受限的双特异性激酶，具有极窄的底物特异性——其唯一已知的生理底物是 ERK1 和 ERK2。 MEK 在单个持续事件中实现 ERK 的双重磷酸化，首先磷酸化 Tyr，然后磷酸化 Thr，而不释放底物。这种狭窄的特异性是变构 MEK 抑制剂（trametinib、cobimetinib、binimetinib）高选择性的机制基础，它可以稳定 ATP 结合位点附近的非活性 MEK 构象，而不与 ATP 竞争。

双磷酸化 ERK1 (pThr202/pTyr204) 和 ERK2 (pThr185/pTyr187) 发生构象变化，从而通过涉及核孔成分的独立于输入蛋白的机制实现同源二聚化和核输入。核 ERK 磷酸化 ELK1 (Ser383/Ser389) 以驱动 c-FOS 转录，磷酸化并稳定 MYC (Ser62)，并激活 RSK2（在 Ser133 位点磷酸化 CREB）。由此产生的转录程序上调 CCND1（细胞周期蛋白 D1）、CDK4、抗凋亡 BCL-XL 和核糖体生物发生基因——直接将 EGFR→KRAS→ERK 信号幅度与 G1/S 细胞周期定型耦合。细胞质 ERK 同时磷酸化 RSK1/2、MNK1/2（→eIF4E 介导的帽依赖性翻译）和细胞骨架蛋白，整合 EGFR-KRAS 信号的增殖、翻译和迁移输出。