NUAK家族在腫瘤中的雙重作用

葛彥鋒 范 昕 莊秀芬 王旭青

NUAK家族是AMPK激酶家族的重要成員，與AMPK家族具有相似的結構域，能夠參與調控細胞黏附、軸突發(fā)育、平衡生物能量。近年來，隨著生物信息學和精準醫(yī)學的發(fā)展，分子標志物的研究成為腫瘤研究的熱點話題[1]。NUAK家族在腫瘤中的作用相繼被發(fā)現(xiàn)，越來越多的證據(jù)表明，NUAK家族能夠參與調控細胞周期、極化和細胞死亡，在不同腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起到促癌和抑癌的雙重作用[2]。本文討論NUAK家族的促癌和抑癌作用并就其在不同腫瘤中的相關調控機制進行系統(tǒng)性綜述。

一、NUAK家族結構和功能

NUAK家族包括NUAK家族激酶1(nuak family kinase 1，NUAK1)和NUAK家族激酶2(nuak family kinase 2，NUAK2)，由一個N-末端催化結構域、一個泛素相關結構域和一個C-末端間隔序列構成[3]。NUAK1是AMPK激酶家族的第5個成員，是由KIAA0537 cDNA克隆編碼的一種蛋白，相對分子質量為74kDa。NUAK1是Akt的下游因子，可以直接被Akt依賴的調節(jié)結構域上的絲氨酸殘基磷酸化而激活[4]。在人類腎臟細胞中，NUAK1能夠調節(jié)肌球蛋白磷酸酶靶亞基1(myosin phosphatase target subunit 1，MYPT1)的磷酸化，促進MYPT1與銜接蛋白14-3-3的相互作用，從而控制細胞黏附[5]。肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)在體內神經極化過程中對軸突的發(fā)育至關重要，敲減NUAK1能夠抑制LKB1引起的軸突分支數(shù)量的增加，NUAK1是LKB1調節(jié)皮質神經元軸突生長和分支的主要效應因子[6]。

NUAK2是AMPK激酶家族的第4個成員，編碼一種SNF1/AMPK相關激酶，最早于1995年被Rosen發(fā)現(xiàn)，是角質形成細胞暴露于紫外線輻射后經減法雜交鑒定出的一種差異表達的基因，主要定位于細胞核中，與AMPK家族具有相似的結構域[3]。NUAK2能夠參與調控丙型病毒性肝炎的基因組復制，并通過磷酸化SMAD2促進TGF-β信號轉導，從而介導肝纖維化[7]。棕色脂肪組織(brown adipose tissue，BAT)是一種產熱器官，能夠快速氧化自身的脂肪儲備和循環(huán)底物，從而產生熱量并提高代謝率，NUAK2能夠改變線粒體效率，調節(jié)BAT產熱從而平衡能量穩(wěn)態(tài)，這使其成為治療肥胖癥和相關代謝紊亂的新靶點[8]。

二、NUAK家族與惡性腫瘤

1. NUAK家族與肝癌：肝癌在世界范圍內發(fā)生率高且呈上升趨勢。盡管關于肝癌手術治療和靶向治療的研究越來越多，但其復發(fā)率高、轉移率高、預后差，治愈率仍然相對較低[9]。據(jù)報道，NUAK1在肝癌組織中的相對表達量明顯高于癌旁正常肝組織，下調NUAK1的表達能夠抑制肝癌細胞的生長和遷移[10]。NUAK1可以通過FYN-STAT3依賴的方式驅動肝癌細胞動態(tài)組重排和上皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，從而促進肝癌細胞對靶向藥物的耐藥性[11]。

Hippo-YAP信號通路能夠控制細胞生長、增殖和凋亡，被認為是腫瘤發(fā)生的重要原因，該途徑的主要下游效應因子Yes激酶相關蛋白(yes-associated protein，YAP)已被證明在包括肝癌在內的多種惡性腫瘤中異常表達，其核定位與許多癌癥的不良預后呈正相關，YAP已成為一個有吸引力的治療靶點。Yuan等[12]通過生物信息學分析探討肝細胞癌中YAP和NUAK2的相關性，發(fā)現(xiàn)NUAK2與YAP轉錄水平呈顯著正相關。進一步研究發(fā)現(xiàn)，YAP和NUAK2的相互作用可形成一個雙正反饋環(huán)路，最大限度地提高YAP的活性，從而驅動肝癌的發(fā)生和發(fā)展。一方面，YAP可通過與NUAK2的增強子Tead結合，直接參與調控NUAK2轉錄[13]。另一方面， YAP的活性可受肌動球蛋白細胞骨架調節(jié)[13]。當NUAK2磷酸化位于肌球蛋白輕鏈磷酸酶(myosin light chain phosphatase，MLCP)的調節(jié)亞基S445上的MYPT1時，它會抑制MLCP的磷酸酶活性，增加MLC的磷酸化，從而引發(fā)肌動蛋白纖維的組裝，產生肌動蛋白張力，進而增強YAP活性[12]?？傊?，YAP能夠驅動NUAK2轉錄，NUAK2又能通過肌動球蛋白與細胞骨架相互作用，激發(fā)YAP活性，兩者可形成一個雙正反饋環(huán)路，最大限度地提高YAP活性，YAP通過調節(jié)細胞增殖和凋亡，進而促進肝癌的發(fā)生和發(fā)展。

2.NUAK家族與胃癌：胃癌是亞洲國家常見的惡性腫瘤之一，病死率較高[9]。胃癌的發(fā)病機制很復雜，目前仍知之甚少。近年來研究發(fā)現(xiàn)，相關癌基因的表達在促進胃癌的侵襲、轉移中起重要作用，同時促癌基因的高表達往往提示患者預后不良。目前，尋找更多癌基因以及探討不同癌基因之間的相互作用機制是臨床和基礎研究中的關鍵。

Chen等[14]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1的高表達與胃癌患者的不良預后密切相關。NUAK1能夠通過誘導EMT影響胃癌細胞的侵襲和轉移，這與EMT相關的轉錄因子slug、SIP1的表達以及mTOR/p70S6k信號通路緊密相關。Tang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌組織中，NUAK2的蛋白表達水平明顯高于癌旁正常組織，提示NUAK2在胃癌與癌旁組織中存在差異表達，其可通過上調miRNA21調節(jié)第10號染色體同源丟失性磷酸酶張力蛋白基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的表達誘導胃癌細胞順鉑耐藥。以上研究結果表明，NUAK2可能作為胃癌治療的一個潛在靶點。細胞周期調控在調節(jié)癌細胞增殖和腫瘤生長中起著關鍵作用。NUAK2能夠促進胃癌細胞的增殖能力并調節(jié)其細胞周期。PCNA是反映細胞增殖狀態(tài)的良好指標，NUAK2高表達上調了胃癌細胞中CDK2和PCNA的表達水平，表明NUAK2能夠促進胃癌細胞的增殖[16]。

癌癥干細胞(cancer stem cells，CSCs)是癌細胞的一個特殊亞群，具有自我更新的能力，并有助于腫瘤的發(fā)生、轉移和化學耐藥。近年來，CSCs已經在許多實體腫瘤中被發(fā)現(xiàn)，有研究指出，大多數(shù)腫瘤預后不佳與CSCs的高分化能力密切相關[17]。研究表明，NUAK2能夠促進胃癌CSCs相關的標志物ALDH1、CD44和CD133的表達，這表明NUAK2可能在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起著重要的作用[15]。

3. NUAK家族與黑色素瘤：黑色素瘤是由黑色素細胞惡變引起的惡性腫瘤，是最具侵襲性和致命性的皮膚惡性腫瘤。盡管局部黑色素瘤可通過手術切除(5年生存率>90%)，但黑色素瘤經常侵襲和轉移，晚期黑色素瘤患者預后極差[9]。

Bell等[18]研究證實了NUAK1的表達可以影響黑色素瘤細胞的黏附性，從而調控黑色素瘤細胞的侵襲能力。Namiki等[19]通過公共陣列數(shù)據(jù)庫(GSE2631)與臨床參數(shù)相結合分析發(fā)現(xiàn)，位于人染色體1q32的NUAK2是肢端黑色素瘤中一個很有研究價值的癌基因。敲除NUAK2的黑色素瘤細胞增殖和遷移能力顯著降低，并且下調了黑色素瘤細胞mTOR的表達[19]。此外，多變量COX回歸分析顯示，肢端黑色素瘤NUAK2高表達患者比NUAK2低表達患者更容易復發(fā)。免疫組化分析顯示，NUAK2和p-Akt(S473)與肢端黑色素瘤中的表達密切相關，這表明NUAK2對PI3K通路之間的調控對黑色素瘤的發(fā)生至關重要[19]。檢測細胞周期相關基因的表達發(fā)現(xiàn)， NUAK2通過PI3K通路調控CDK2的表達參與黑色素瘤的周期調控。

4. NUAK2與膠質母細胞瘤：膠質母細胞瘤是成人最常見的原發(fā)性腦惡性腫瘤，5年生存率<3.3%[9]。幾乎沒有有效的治療方法可用。目前的治療標準是基于歐洲癌癥研究與治療組織和加拿大國家癌癥研究所進行的3期隨機臨床試驗，該試驗表明，最大限度地手術切除腫瘤之后，在每日劑量替莫唑胺(temozolomide，TMZ)和放射治療的同時使用TMZ，然后繼續(xù)使用TMZ的治療優(yōu)于單獨使用放射治療。盡管這種聯(lián)合放化療方法改善了預后，但很少有患者存活超過5年[20]。

一項基于137例膠質瘤組織的研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1的表達與膠質瘤患者的生存狀況、世界衛(wèi)生組織(WHO)分級等密切相關，NUAK1高表達患者的中位生存期(18.37個月，95% CI：15.95～20.04個月)明顯短于NUAK1低表達患者(43.80個月，95% CI：23.47～48.36個月)[21]?；|金屬蛋白酶(matrix metallo proteinases，MMPs)是由腫瘤細胞和間充質細胞產生，能夠降解細胞外基質，在腫瘤轉移過程中發(fā)揮重要作用，其中基質金屬蛋白酶2(matrix metallo proteinases 2，MMP2)和基質金屬蛋白酶9(matrix metallo proteinases 9，MMP9)是侵襲和轉移所必需的基質降解酶[22]。Lu等[21]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1可以通過誘導MMP2和MMP9的激活促進膠質瘤細胞的侵襲能力。

NUAK2在膠質母細胞瘤組織中的表達顯著高于正常組織，且NUAK2在高級別膠質母細胞瘤(WHO Ⅳ級)與低級別膠質母細胞瘤(WHO Ⅰ級)中存在差異表達[23]。Fu等[23]通過細胞實驗證實了NUAK2能夠促進膠質瘤細胞的增殖、增強細胞的遷移和侵襲能力。同時，NUAK2促進腫瘤干細胞相關基因(EZH2、CD133、BMI、MDR1、SSEA1和STAT3)的表達。以上研究結果表明，NUAK家族抑制劑的相關研究使得NUAK家族有望成為膠質母細胞瘤新的治療靶點。

5.NUAK家族與宮頸癌：宮頸癌是全球女性中第四大常見癌癥，盡管宮頸癌治療和篩查方法不斷發(fā)展，早期診斷和治療降低了病死率，但5年癌癥特異性生存率仍然很低[9]。近年來研究表明，NUAK2在宮頸癌組織和細胞系中高表達[16]。Li等[16]研究發(fā)現(xiàn)，敲減NUAK2能夠抑制宮頸癌細胞的增殖、遷移和侵襲，并能抑制宮頸癌細胞的上皮-間充質轉化。此外，在線STRING數(shù)據(jù)庫搜索與NUAK2結合的基因，發(fā)現(xiàn)細胞質FMR1相互作用蛋白2(cytoplasmic fmr1-interacting protein 2，CYFIP2)可以直接與NUAK2結合。CYFIP2是一種能夠與細胞質FMR蛋白相互作用的蛋白，參與胰腺內分泌腫瘤、結腸腺癌、胃癌等多種腫瘤的增殖和凋亡，進一步Co-IP檢測發(fā)現(xiàn)，CYFIP2與NUAK2呈負相關，抑制CYFIP2表達可部分抵消NUAK2下調對宮頸癌細胞增殖、遷移和EMT的影響。總之，NUAK2能夠直接結合CYFIP2，通過調控CYFIP2的表達從而促進宮頸癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力，并促進宮頸癌的EMT進程。

6.NUAK家族與卵巢癌：卵巢癌是女性生殖系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，其早期癥狀隱匿、容易轉移復發(fā)和產生耐藥性，使得卵巢癌患者5年生存率<30%，嚴重危害女性健康[9]。Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1可促進卵巢癌細胞的侵襲和遷移能力，并通過激活NUAK1/miR-1181/HOXA10軸促進卵巢癌上皮-間充質轉化。Phippen等[25]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1與高級別漿液性卵巢癌的不良預后相關。Akt/mTOR信號通路可以通過上皮-間充質轉化和MMPs的表達促進癌細胞的侵襲和轉移。近年來研究表明，NUAK1可通過上調MMP2和MMP9的表達，通過Akt/mTOR信號通路促進EMT進程，從而介導卵巢癌細胞的侵襲。此外，NUAK1還可通過調節(jié)纖維連接蛋白的生成促進卵巢癌轉移[26]。

Emmanuel等[27]將發(fā)情周期中小鼠卵巢表面上皮表達異常的基因列表與已報道的卵巢癌基因進行交叉匹配，以確定其是否參與調控正常上皮細胞向卵巢癌進展的過程。結果發(fā)現(xiàn)，NUAK2在小鼠發(fā)情周期中受到調控，在卵巢癌中表達失調，在卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展中可能存在作用[27]。免疫組化結果顯示，與正常輸卵管上皮和包涵體囊腫比較，卵巢癌組織的NUAK2表達水平明顯降低。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，NUAK2表達較低的患者總體生存期較短，中位死亡時間為22個月，而NUAK2表達較高的患者的中位死亡時間為42個月，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，表明NUAK2的表達與總存活率顯著相關[27]。

以上研究結果表明，NUAK家族在卵巢癌發(fā)生、發(fā)展中的作用存在差異性，NUAK1可以通過Akt/mTOR信號通路、NUAK1/miR-1181/HOXA10軸等促進卵巢癌的侵襲和轉移，而NUAK2的表達與患者總體生存期相關，高表達NUAK2的患者總體生存期較長。

7. NUAK家族與結直腸癌：結直腸癌是一種常見的消化系統(tǒng)惡性疾病，發(fā)生率和病死率較高，盡管手術治療、放化療和免疫治療等大大提高了結直腸癌患者的生存率，但晚期結直腸癌患者的總體預后仍然很差[9]。有研究者通過原位雜交分析結直腸癌組織、結腸癌肝轉移組織和正常結腸組織，結果發(fā)現(xiàn)，NUAK1在結直腸癌組織中高表達，并且在發(fā)生肝轉移的結直腸癌組織中表達更高，表明NUAK1在結直腸癌的進展中發(fā)揮重要作用。一項研究通過構建結直腸癌小鼠模型發(fā)現(xiàn)，NUAK2低表達組更容易形成腫瘤病灶。馬倩等[28]運用數(shù)據(jù)庫分析結直腸癌患者的生存預后，發(fā)現(xiàn)NUAK2高表達的結直腸癌患者遠期生存率更高。為進一步研究NUAK2抑制結直腸癌進展的機制，敲低sh-NUAK2的細胞實驗發(fā)現(xiàn)NUAK2能夠抑制結直腸癌細胞的遷移和侵襲能力。裸鼠肝臟轉移模型表明，NUAK2的低表達能促進轉移灶的形成。CO-IP后質譜檢測結果表明，丙酮酸激酶M2(pyruvate kinase M2，PKM2)能夠與NUAK2發(fā)生相互作用，從而抑制結直腸癌細胞的遷移和侵襲[28]。

總之，NUAK1能夠促進結直腸癌的進展，而NUAK2能夠抑制結直腸癌細胞的遷移和侵襲，NUAK2的低表達能夠促進結直腸癌病灶及轉移灶的形成，其作用機制可能與其相互作用蛋白丙酮酸激酶M2有關。PKM2是丙酮酸激酶的同工酶，參與調節(jié)腫瘤細胞能量代謝重編程(energy metabolism reprogramming，EMR)和線粒體功能適應性線粒體重編程(adaptive mitochondrial reprogramming，AMR)，在腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉移中扮演重要角色。NUAK2 能夠調節(jié)PKM2，通過與PKM2的相互作用，從而抑制結直腸癌的發(fā)展和轉移。

8. NUAK家族與其他惡性腫瘤：NUAK家族還與一些其他惡性腫瘤密切相關。蘇琪盛等[22]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1在鼻咽癌組織中表達上調，其表達與鼻咽癌淋巴結的轉移相關，是導致鼻咽癌不良預后的關鍵因素。熊新魁等[29]研究發(fā)現(xiàn)，miR-145可通過抑制NUAK1的表達并調控Akt/FOXO1信號通路, 從而抑制肝內膽管細胞癌的增殖能力。Fu等[30]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK2與前列腺癌的不良預后相關，抑制NUAK2能夠抑制前列腺癌的增殖和侵襲。韋海鴻等[31]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK2在乳腺癌中高表達，其表達水平與淋巴結的轉移、腫瘤的復發(fā)和患者的預后存在相關性。此外，NUAK1可通過LKB1激活依賴的方式結合并磷酸化p53，通過誘導細胞周期抑制因子p21的表達和G1/S期阻滯而起到抑制腫瘤的作用[32]。也有研究表明，NUAK1在二倍體成纖維細胞中能起到介導細胞衰老的作用[33]。

三、展 望

NUAK家族與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關，可以起到促癌和抑癌的雙重作用。在癌細胞增殖、遷移、侵襲和上皮-間充質轉化方面，NUAK家族可以起到促進作用，如肝癌、胃癌、黑色素瘤、膠質母細胞瘤和宮頸癌等，也可發(fā)揮抑制作用，如結直腸癌等；在調節(jié)細胞周期方面，NUAK家族可以起到誘導細胞周期抑制因子的表達、阻滯細胞周期和介導細胞衰老的作用。然而，NUAK家族在腫瘤中的系統(tǒng)性報道仍然較少，其發(fā)揮作用的具體機制仍不明確，有待于進一步深入研究。此外，靶向藥物的研發(fā)仍比較局限，在不同的腫瘤中設計NUAK家族的靶向干擾藥物或者小分子多肽，有望為惡性腫瘤的精準靶向治療提供新的治療靶點。