P21活化激酶7在腫瘤中的研究進展△

田聰 綜述 閔大六 姚陽 審校

1蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部研究生院，蘇州 215123

2上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，上海 200233

P21活化激酶7在腫瘤中的研究進展△

田聰1綜述 閔大六2#姚陽2審校

1蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部研究生院，蘇州 215123

2上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，上海 200233

P21活化激酶7(PAK7，也被稱作PAK5)是一種最近被發(fā)現(xiàn)且知之甚少的P21激活的磷酸化蛋白激酶(P21-activated kinase，PAK)家族成員之一。P21活化激酶為一類通過與Rac1和Cdc42結(jié)合而激活的高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶。PAK7主要表達在腦組織中，定位于線粒體。PAK7在一系列細胞功能中發(fā)揮重要作用，如細胞骨架重組、細胞生長、增殖、分化、基因轉(zhuǎn)錄及細胞凋亡。近年研究發(fā)現(xiàn)，PAK7在某些腫瘤細胞中過表達，并通過多條信號通路參與腫瘤的形成、轉(zhuǎn)移和遷移浸潤。本文主要就PAK7的結(jié)構(gòu)、功能及其相關(guān)的實驗研究做一綜述。

P21活化激酶7;磷酸化蛋白激酶;細胞信號通路;腫瘤

腫瘤的發(fā)生是一個復(fù)雜的過程。從分子生物學(xué)角度看，正常情況下細胞增殖與細胞凋亡之間保持一種動態(tài)平衡，這種平衡是維持多細胞生物自身穩(wěn)定的重要因素。一般認為，腫瘤的發(fā)生是由于某種原因?qū)е略┗虻募せ罨蛞职┗虻氖Щ?，干擾了細胞正常的增殖、分化、基因轉(zhuǎn)錄和凋亡。P21活化激酶(P21-activated kinase，PAK)為一類進化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，參與調(diào)節(jié)細胞骨架重排、細胞生存、細胞遷移、細胞凋亡、有絲分裂、血管生成、基因轉(zhuǎn)錄和翻譯等生物學(xué)功能，在腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中起著重要作用［1］。PAK7也被稱作PAK5，PAK7為PAK家族中新近發(fā)現(xiàn)的成員，也是PAK家族中研究最少的激酶之一［2］。本文主要就PAK7的結(jié)構(gòu)、功能及其相關(guān)的實驗研究做一綜述。

1 PAK7的結(jié)構(gòu)特點

PAK是進化上高度保守的蘇氨酸/絲氨酸激酶家族，是啤酒酵母Ste20的同源基因［3］。PAK為 Rho家族小鳥苷三磷酸酶(Rho-GTPase)Cdc42/ Rac下游靶蛋白［4］。Rac、Cdc42和Rho為小鳥苷三磷酸酶(Rho-GTPase)中研究最多的三個亞型，PAK能和活化的Rac和Cdc42結(jié)合，參與許多重要細胞活動，調(diào)節(jié)細胞加工，例如細胞黏附、細胞遷移、細胞生存和細胞凋亡［5］。

目前已知PAK家族成員共有6個，PAK1～PAK6。所有的PAK家族激酶C端均有激酶催化結(jié)構(gòu)域，N端非催化區(qū)域有Cdc42/Rac結(jié)合域(CRIB)。根據(jù)家族成員間結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上的相似性，PAK家族可分為兩類，Ⅰ類(A組)包括PAK1、PAK2與PAK3，在催化結(jié)構(gòu)域有80%～90%的同源性。Ⅱ類(B組)包括PAK4、PAK5與PAK6，與A組僅有40%～50%的同源性［6］。Ⅰ類PAK有自動抑制結(jié)構(gòu)域(auto-inhibitory domain，AID)與其CRIB結(jié)構(gòu)域部分重疊形成二聚體，從而與Cdc42和Rac1相互作用被激活，參與細胞活動的各種功能。Ⅱ類PAK與Ⅰ類不同，Ⅱ類不具有AID，其激活不需要與Cdc42和Rac1相互作用，并且與Cdc42的結(jié)合并不增強PAK4～PAK6的激酶活性［6］。然而Ching等學(xué)者分析得出PAK7 N端含有一段120個氨基酸的自動抑制區(qū)域，并且通過與Cdc42的結(jié)合調(diào)控其活化，其N末端對PAK7線粒體定位和保護細胞生存是必需的，且N端含一個核定位信號(nuclear localization signal，NLS)(5～10氨基酸)，可以引導(dǎo)PAK7進入細胞核內(nèi)。在C-末端含有1個Ste20樣的激酶區(qū)域［7］。PAK7和PAK家族其他成員相比，并不能和啤酒酵母Ste20的突變互補［8］。

PAK7(也稱為PAK5)是Ⅱ類PAK家族中最后被克隆的基因，通過對PAK7 cDNA的分析顯示，PAK7在人基因組DNA中跨度長達300 kb，定位于20p12位，含12個外顯子，編碼80 kD蛋白［9］。

2 PAK7的生理功能

PAK7主要表達在神經(jīng)組織中。在神經(jīng)纖維瘤細胞中，PAK7參與了鳥嘌呤核苷酸交換因子介導(dǎo)的神經(jīng)生長。在N1E-115細胞上，PAK7的表達可以誘導(dǎo)絲狀偽足的形成，而促進神經(jīng)突起的向外生長［9］。這一機制可能與PAK7抑制Rho活性相關(guān)。近來研究發(fā)現(xiàn)P120蛋白亦能抑制Rho活性［10］，而PAK7在絲氨酸/蘇氨酸位點上磷酸化P120蛋白，PAK7進一步與磷酸化的P120蛋白相互作用使其在神經(jīng)組織中發(fā)揮重要的作用。P120蛋白屬于δ-蛋白家族，是一個重要的細胞骨架重組的調(diào)節(jié)者，通過鳥嘌呤分解抑制劑抑制小鳥苷三磷酸酶中Rho的活性，從而誘導(dǎo)細胞運動、調(diào)控轉(zhuǎn)錄、保持鈣黏蛋白的穩(wěn)定、參與炎癥發(fā)生和神經(jīng)系統(tǒng)形態(tài)的形成。Wong等學(xué)者得出在N1E-115神經(jīng)纖維瘤細胞上，PAK7與P120相互作用共同調(diào)控神經(jīng)突起的生長［11］。

PAK7是已知能活化細胞生存信號通路的蛋白，主要定位于線粒體中，具有保護細胞生存的功能。PAK7能保守性定位到線粒體膜，并在112位絲氨酸磷酸化Bad蛋白，導(dǎo)致Bad蛋白不能正常定位在線粒體外膜。Bad蛋白是Bcl-2家族主要的促凋亡基因之一，其在外周及中樞神經(jīng)元、淋巴細胞、骨髓造血細胞、生殖細胞及許多上皮細胞均有表達，同時在多種腫瘤組織中均有較高表達，如膠質(zhì)母細胞瘤、前列腺癌等［12］，并與白血病的預(yù)后不良相關(guān)，可作為一個預(yù)后指標(biāo)。PAK7通過對Bad蛋白的磷酸化阻止Bad定位于線粒體，從而實現(xiàn)對細胞凋亡的抑制［13］。進一步研究發(fā)現(xiàn)，PAK7既能在112位絲氨酸直接磷酸化Bad蛋白，也能激活A(yù)KT。其中，AKT是一個絲氨酸/蘇氨酸激酶，位于磷脂酰肌醇3激酶(P13-K)的下游，為許多促細胞生存信號蛋白所激活，激活的AKT間接于136位絲氨酸磷酸化Bad蛋白，有效實現(xiàn)PAK7抗凋亡的作用［14］。

另一方面，Matenia等［15］研究發(fā)現(xiàn)在神經(jīng)元中，PAK7與微管結(jié)合調(diào)節(jié)激酶2(microtubule affinity-regulating kinase，MARK2，也稱作Par-1)結(jié)合，并下調(diào)MARK2的活性，從而使微管和肌動蛋白維持穩(wěn)定。

鄒亞光等［16］學(xué)者發(fā)現(xiàn)正畸過程中并發(fā)牙周炎者齦溝液PAK7的檢出率及含量均高于未并發(fā)牙周炎組;牙周炎組經(jīng)治療痊愈或好轉(zhuǎn)后齦溝液PAK7的含量減少，提示PAK7的表達在牙周炎的發(fā)病機制中可能有一定的作用。

最近Strochlic等［17］的一項研究使用放射性同位素標(biāo)記法識別出兩類新的PAK7激酶作用物蛋白Pacsin1和Synaptojanin1。這兩種蛋白可以相互作用來調(diào)節(jié)突觸囊泡的內(nèi)吞和再循環(huán)。PAK7直接磷酸化腦胞質(zhì)中的Pacsin1和Synaptojanin1，PAK7的磷酸化可以促進Pacsin1和Synaptojanin1在體內(nèi)的結(jié)合，從而調(diào)節(jié)突觸囊泡的傳遞。

3 PAK7與腫瘤的關(guān)系

PAK參與多種信號通路的過程。在腫瘤細胞中PAK的過度表達可以改變細胞骨架重組、細胞生存、生長、有絲分裂和血管生成等生物學(xué)功能，在腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中起著重要作用。許多研究表明人類的多種腫瘤中可發(fā)現(xiàn)PAK的突變、過度表達以及基因擴增。PAK1在乳腺癌、多發(fā)性神經(jīng)纖維瘤和非小細胞癌表達增加［18］;PAK4基因擴增和體細胞突變發(fā)生在胰腺癌、結(jié)腸癌、胃癌［19］;PAK6參與前列腺癌和乳腺癌等與激素相關(guān)的腫瘤的生物學(xué)行為［19］;有數(shù)據(jù)顯示，PAK5在人的胰臟、卵巢、睪丸和腸組織中都有表達［9］;近年來的研究表明，PAK7在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中可能扮演著重要的角色。

3.1 PAK7與神經(jīng)母細胞瘤

Dan等［9］應(yīng)用細胞轉(zhuǎn)染、免疫熒光和神經(jīng)突外生長評分測定法驗證了在N1E-115神經(jīng)母細胞瘤細胞上，PAK7的高表達可以誘導(dǎo)絲狀偽足的形成，從而促進神經(jīng)突起的向外生長。相反，PAK7的低表達抑制軸突生長，同時表明野生型PAK7對神經(jīng)突起的生長無影響。結(jié)果得出，PAK7的表達對N1E-115神經(jīng)母細胞瘤細胞軸突的生長是必要的。

3.2 PAK7與大腸癌

Gong等［20］首次發(fā)現(xiàn)PAK7在多種結(jié)腸癌細胞株SW1116、HCT116、HT29、SW480、SW620和LoVo中過度表達，且PAK7在正常腸黏膜、增生性息肉、腺癌、原發(fā)癌、轉(zhuǎn)移癌中表達依次增強。同時也發(fā)現(xiàn)低分化結(jié)直腸癌PAK7的表達明顯高于高分化結(jié)直腸癌。研究表明，隨著結(jié)直腸癌惡性程度的增加PAK7的表達明顯增加，PAK7參與了結(jié)直腸癌的演變。進一步功能性實驗研究發(fā)現(xiàn)，PAK7的表達可以減弱細胞與基質(zhì)的黏附，從而增強腸癌細胞在?型膠原上的遷移能力。Wang［21］等學(xué)者通過增強PAK7在腸癌細胞中的表達，發(fā)現(xiàn)喜樹堿誘導(dǎo)的腸癌細胞凋亡受到抑制，參與凋亡過程的Caspase-8的活化明顯延遲;相反，PAK5低表達后，喜樹堿誘導(dǎo)腸癌細胞凋亡明顯增加。

3.3 PAK7與胰腺癌

Giroux等［22］應(yīng)用細胞轉(zhuǎn)染方法發(fā)現(xiàn)PAK7、CSNK2A1、MAP3K7在胰腺癌細胞株MiaPaCa2中表達，通過抑制這些激酶活性可以增加細胞Mia-PaCa2的凋亡。接著將化療藥物吉西他濱注入細胞MiaPacCa2中，下調(diào)MAPKAP1、MAK、PAK4、PAK7等一系列激酶，發(fā)現(xiàn)吉西他濱誘導(dǎo)細胞Mia-PacCa2凋亡比例明顯增加，推測這些激酶參與吉西他濱治療胰腺癌耐藥過程的發(fā)生。隨后，Giroux等［23］又通過RT-PCR及小鼠體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)分別抑制PAK7、MAP3K7和CK2其中兩種激酶的活性，使胰腺癌細胞MiaPaCa2生長受到抑制，增加其在小鼠體內(nèi)的凋亡。

3.4 PAK7與胃癌

Gu等［2］應(yīng)用免疫組織化學(xué)的方法檢測57名胃癌患者PAK7的表達水平，結(jié)果顯示77.2%的患者表達PAK7，PAK7在胃癌組織和癌旁組織中的表達差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.001)。同時應(yīng)用Western blotting分析方法發(fā)現(xiàn)PAK7在三種胃癌細胞株(MKN-45、SGC-7901和MGC-803)中高表達。為了進一步評估PAK7在胃癌發(fā)病機制的作用，研究者使用慢病毒介導(dǎo)的siRNA沉默PAK7在胃癌細胞株SGC-7901和MGC-803的表達，發(fā)現(xiàn)PAK7蛋白被敲減后，SGC-7901和MGC-803細胞的生長與增殖明顯被抑制。這些結(jié)果表明，PAK7參與了胃癌細胞生長增殖的調(diào)節(jié)，是一個潛在的胃癌治療的新靶點。該研究為進一步探討PAK7的生物學(xué)功能，了解PAK7在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用奠定了基礎(chǔ)。

4 PAK7在腫瘤中的應(yīng)用前景

腫瘤的發(fā)生不僅是細胞增殖、細胞分化、細胞凋亡異常的疾病，同時也是細胞信號通路傳導(dǎo)異常的疾病。細胞凋亡缺陷或受阻是腫瘤發(fā)生發(fā)展的一個重要因素。許多抗腫瘤藥物可以誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡，從而抑制腫瘤細胞生長。癌細胞對化療藥物的敏感性決定了抗癌的有效性。長期以來，惡性腫瘤的耐藥性一直是影響腫瘤治療效果的主要原因。其中一個重要原因是腫瘤細胞被化療藥物誘導(dǎo)發(fā)生凋亡的能力明顯降低，PAK7在細胞凋亡中發(fā)揮了重要作用，推測PAK7可能與腫瘤細胞耐藥有關(guān)。盡管目前已有研究表明PAK7參與細胞凋亡、細胞信號通路傳導(dǎo)過程，然而對PAK7的研究仍處于一個探索階段。PAK7的生物學(xué)功能使得它可能成為腫瘤分子靶向治療的一個理想新靶標(biāo)，并有可能在此基礎(chǔ)上進一步發(fā)展成高效、特異、低毒的抗腫瘤藥物。目前已有研究發(fā)現(xiàn)LCH-7749944［24］可在一定程度上抑制PAK7和PAK4兩種酶的活性。

5 未來的方向

我們探討了PAK7的生物學(xué)特性及其與腫瘤的關(guān)系，對PAK7有了初步的了解，但是目前對PAK7在腫瘤中的作用研究較少，與其他腫瘤之間的關(guān)系仍不是很清楚，PAK7與腫瘤細胞耐藥的關(guān)系國內(nèi)外相關(guān)報道亦甚少。利用PAK7抑制劑進行抗癌治療的有效性評價及臨床安全性等問題仍不清楚，有待進一步解決。隨著對PAK7的深入研究，PAK7的靶向治療研究可能成為腫瘤治療的新方向。可以相信進一步了解PAK7這個多功能基因的作用通路對腫瘤的發(fā)病機制及治療會發(fā)揮重要的作用。

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R730

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2014.12.01.08

國家自然科學(xué)基金(81172548)

#通信作者(Corresponding author)，e-mail:tianzlk@163.com

2013-06-17)