PIP5K1A與腫瘤*

尹 嫚 綜述 王云飛 審校

(1濟寧醫(yī)學院臨床醫(yī)學院，濟寧 272013；2濟寧醫(yī)學院附屬醫(yī)院，濟寧 272029)

腫瘤是正常細胞在各種致瘤因子作用下，發(fā)生基因突變導致組織過度增殖所形成的新生物，嚴重危害著人類的生命健康。

PIP5K1A(phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase type-1 alpha)是一種I型磷脂酰肌醇磷酸激酶，其作用于PI3K/AKT通路的上游，是許多生物過程中的主要調(diào)節(jié)因子，它的主要作用是通過磷酸化和去磷酸化過程來調(diào)控細胞中的生物合成和信號通路。已有研究表明，多種惡性腫瘤中存在PIP5K1A的過表達或其環(huán)狀RNA(circPIP5K1A)的表達異常。本文就PIP5K1A的結(jié)構(gòu)與功能、PIP5K1A與腫瘤的關(guān)系以及相關(guān)抑制劑進行了歸納與闡述，以期對PIP5K1A的研究提供有價值的信息。

1 PIP5K1A結(jié)構(gòu)與功能

1.1 PIP5K1A結(jié)構(gòu)

PIP5K1有3個同工酶：PIP5K1A、PIP5K1B和PIP5K1C。因為小鼠基因的命名法與人類基因的命名法相反，PIP5K1A亞型的命名法變得有些混亂[1-3]。此外，該蛋白家族還使用了一些同義詞，包括PI5PK、PIPK1、PIP5K和PIPkin。其中，PIP5K1A是脂質(zhì)激酶家族中的主要成員，是作用于PI3K/AKT通路上游的關(guān)鍵脂質(zhì)激酶[1-4]，通過此通路，PIP5K1A調(diào)控細胞增殖、凋亡和遷移，調(diào)節(jié)各種靶蛋白的定位和活性。

PIP5K1A的晶體結(jié)構(gòu)是在3.3?分辨率下確定的[5]。在晶體中，可以看到PIP5K1A形成了一個邊對邊的二聚體，生物物理和生化證據(jù)表明，這種二聚體在溶液中形成，是完全催化活性解析所必需的[5]。Amos 等[6]利用多尺度分子動力學方法研究了PIP5K1A激酶的膜結(jié)合機制，發(fā)現(xiàn)PIP5K1A可以作為單體或二聚體與細胞膜結(jié)合，二聚體PIP5K1A一次僅通過一個催化位點與膜接觸結(jié)合；PIP5K1A激酶通過激活環(huán)與含PIP的膜相互作用；激酶和雙分子層接觸后，再進行重新定位，使其與含有PI4P的膜產(chǎn)生有效地結(jié)合。這為研究PIP5K1A的信息傳遞、物質(zhì)交換等提供了依據(jù)。

1.2 生物功能

1.2.1PIP5K1A基本細胞學作用 PIP5K1A存在于表皮的所有層中，在細胞外鈣(Cao)處理的人角化細胞中，PIP5K1A、PIP2、IP3和細胞內(nèi)鈣(Cai)的水平增加；而PIP5K1A的敲除或沉默則阻礙了Cao誘導的Cai升高以及角化細胞分化標記物的誘導[7]。因此，PIP5K1A是Cao誘導的第二信使IP3、Cai和角化細胞分化所必需的。PIP5K1A還通過調(diào)控PIP2介導的AKT通路和細胞質(zhì)鈣釋放促進成肌細胞分化[8]，是成肌細胞分化中的重要調(diào)節(jié)因子。

PIP5K1A是細胞定向遷移過程中的重要調(diào)節(jié)因子，PIP5K1A的缺失會導致膜皺縮、細胞擴散和肌動蛋白組織缺陷，使局部黏著點形成受損，最終影響遷移的方向持久性[9]。

PIP5KIA還參與了自噬性溶酶體再生(ALR)過程的調(diào)節(jié)[10]，并且調(diào)節(jié)ALR管化后的斷裂過程。ALR 后期自噬溶酶體管化后，PIP5KIA 在其管狀結(jié)構(gòu)上將 PI4P 轉(zhuǎn)化為 PIP2，并且招募網(wǎng)格蛋白Clathrin，從而導致管狀結(jié)構(gòu)斷裂形成原溶酶體[11]。

1.2.2PIP5K1A的促癌作用 在腫瘤細胞中，PIP5K1A能調(diào)控侵襲性偽足的形成。由于侵襲性偽足具有細胞外基質(zhì)(ECM)降解活性，故在癌癥侵襲中起作用[12-13]。在趨化或機械刺激的反應(yīng)下，PIP5K1A被招募到質(zhì)膜的前緣，誘導侵襲性偽足的形成[14]。因此，PIP5K1A在PIP5K1家族成員中特異性參與了侵襲性偽足的形成。

PIP5K1A能夠調(diào)控癌細胞中的MRP2活性。在小鼠原代肝細胞、PANC1和HepG2細胞中，siPIP5K1A處理增加了細胞內(nèi)的CDF (MRP2底物)[2]，表明PIP5K1A缺失導致肝細胞和癌細胞中MRP2活性降低。因此,PIP5K1A在癌細胞中的缺失可能有利于阻止抗癌耐藥和惡性進展。

PIP5K1A調(diào)控P53的穩(wěn)定性。多種癌癥都有TP53的突變，從而促進腫瘤進展[15]。細胞核中的PIP5K1A在應(yīng)激狀態(tài)下與P53結(jié)合，突變的P53蛋白在細胞核中積聚，產(chǎn)生致癌活性，促進腫瘤進一步發(fā)展，而PIP5K1A的缺失或抑制會降低突變體P53蛋白水平[16]。因此,P53的穩(wěn)定性受細胞核PIP5K1A及其產(chǎn)物PI(4,5)P2調(diào)控，該通路是一個很有前途的癌癥治療靶點。

在大約25%的人類癌癥中發(fā)現(xiàn)KRAS突變，KRAS突變是超過90%胰管腺癌病例的驅(qū)動因素[15]。PIP5K1A表達的減少可特異性降低致癌KRAS信號和增殖，抑制KRAS驅(qū)動的致癌基因，并使胰腺癌細胞系對MAPK抑制劑敏感[17]。因此，PIP5K1A可作為KRAS信號通路中治療KRAS突變癌癥的潛在靶點。

2 PIP5K1A 與腫瘤

2.1 PIP5K1A 與前列腺癌(PCa)

PIP5K1A在高級別PCa中過表達，并與PIP2和雄激素受體(AR)表達相關(guān)。Flemming等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在PCa患者中，PIP5K1A表達水平較高，且與AR表達呈正相關(guān)。此外，轉(zhuǎn)移病灶中發(fā)現(xiàn)的PIP5K1A和AR mRNA水平較原發(fā)腫瘤相比明顯增高。在PCa細胞中，AR過度表達顯著增加了PIP5K1A的表達和AKT磷酸化[3]；在PCa患者的腫瘤標本中AR-V7表達與PIP5K1A呈正相關(guān)[19]。因此，PIP5K1A是AR-V7和AR的關(guān)鍵輔助因子。這些研究結(jié)果確定了包括PIP5K1A、AR-V7和AR在內(nèi)的新型協(xié)同機制，它們驅(qū)動PCa的進展，為靶向治療侵襲性PCa提供了新的信息。

2.2 PIP5K1A 與卵巢癌

卵巢癌是婦科最常見的惡性腫瘤之一，其最常見的亞型是上皮性卵巢癌(EOC)，5年生存率很低。卵巢癌中環(huán)狀RNA PIP5K1A(circPIP5K1A)的表達較鄰近正常組織高[20]；Kaplan-Meier生存分析數(shù)據(jù)顯示circPIP5K1A表達增加是卵巢癌患者預(yù)后不良的預(yù)測因素，支持其參與卵巢癌的進展。miR-661(circPIP5K1A的靶點)的表達抑制了體外卵巢癌細胞的生長、侵襲和遷移，而IGFBP5(miR-661的靶點)發(fā)揮相反的作用。因此，沉默circPIP5K1A可以通過靶向miR-661/IFGBP5軸從而抑制卵巢癌細胞的生長、遷移和侵襲，circPIP5K1A在卵巢癌進展中發(fā)揮著重要作用，為靶向抑制circPIP5K1A治療卵巢癌提供了新方法。

2.3 PIP5K1A與乳腺癌

近些年來，乳腺癌已成為女性發(fā)病率第一的惡性腫瘤[21]，其有效治療方式變得尤為重要。在MDA-MB-231細胞系中檢測到過表達PIP5K1A，顯示其參與了乳腺癌的發(fā)生與發(fā)展[4]。Waugh等[22]在COSMIC數(shù)據(jù)庫中對乳腺癌病例進行分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)病例PIP5K1A的基因拷貝數(shù)有所上升，這個基因?qū)?yīng)于1q-a染色體，而該染色體在50%～60%的乳腺癌中數(shù)量異常，PIP5K1A基因在大約10%的乳腺癌樣本中擴增。此外，通過對多個組織的拷貝數(shù)變異進行了評估發(fā)現(xiàn)，PI4KB/PIPK1A/AKT3/PIK3C2B的共擴增在乳腺癌中最為顯著。Sarwar 等[4]亦通過MDA-MB-231細胞系和體內(nèi)異種移植小鼠模型揭示了PIP5K1A在三陰性乳腺癌的增殖、存活和轉(zhuǎn)移中可能發(fā)揮重要作用。

2.4 PIP5K1A 與結(jié)腸癌

結(jié)腸癌是全球常見的惡性疾病，是導致死亡的主要原因之一。circPIP5K1A在結(jié)腸癌組織中較其鄰近的正常組織明顯上調(diào)，這說明circPIP5K1A參與了結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展[23]。Transwell實驗中，circPIP5K1A的強化表達顯著增強了細胞的侵襲和遷移，而在COLO320DM細胞中沉默circPIP5K1A可誘導細胞死亡和抑制細胞遷移。此外，circPIP5K1A過表達增加了AP-1的表達，但降低了IRF-4、CDX-2和Zic-1的表達，而miR-1273a的過表達抑制了circPIP5K1A在結(jié)腸癌進展中的致癌作用。這些結(jié)果表明了circPIP5K1A-miR-1273a軸在調(diào)控結(jié)腸癌發(fā)展中的致癌作用，并為研究結(jié)腸癌的發(fā)病機制提供了新的視角。

2.5 PIP5K1A 與非小細胞肺癌(NSCLC)

在全球范圍內(nèi)，最常見的癌癥是肺癌，NSCLC占所有肺癌病例的80%以上，大多數(shù)NSCLC患者發(fā)現(xiàn)較晚，診斷時已經(jīng)有晚期局部浸潤或遠處轉(zhuǎn)移。因此，更好地理解與NSCLC發(fā)病機制相關(guān)的分子機制對于有效的診斷和治療至關(guān)重要。根據(jù)circBase數(shù)據(jù)庫(http://www.circbase.org/)，hsa_circ_0014130位于chr1:151206672-151212515，對應(yīng)的基因符號為PIP5K1A。因此，我們將hsa_circ_0014130表示為circPIP5K1A[23]。Shaoyan等[24]研究發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0014130(即circPIP5K1A)在NSCLC組織中的表達較相鄰正常組織顯著升高，結(jié)合臨床病理因素發(fā)現(xiàn)，circPIP5K1A表達水平與TNM分期或淋巴轉(zhuǎn)移之間有顯著相關(guān)性。因此，circPIP5K1A可能參與NSCLC的癌變、進展和轉(zhuǎn)移，可能成為NSCLC潛在的非侵襲性生物標志物和治療NSCLC的新靶點，有必要進一步探索。

3 PIP5K1A抑制劑

3.1 ISA-2011B

通過Pictet-Spengler方法開發(fā)二酮哌嗪融合C-1吲哚-3-基取代1,2,3,4-四氫異喹啉得到一種四氫異喹啉衍生物，稱為ISA-2011B(CAS號：1395347-24-6)[25]，相關(guān)研究[20]通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)ISA-2011B表現(xiàn)出與PIP5K1A具有最高的結(jié)合親和力，其對各種侵襲性癌細胞系的增殖具有有效的抑制作用。

ISA-2011B是一種新型抗癌藥物，它通過靶向AKT/AR相關(guān)通路對PCa細胞發(fā)揮靶向作用，無毒性作用。PIP5K1A作為ISA-2011B的靶點，ISA-2011B處理使AR、MMP9、VEGF、VEGFR1表達下降，PIP5K1A顯著下調(diào)，阻斷PI3K及其下游在絲氨酸473的AKT磷酸化(pAKT S473)，增加P27的表達，并下調(diào)CDK1等細胞周期調(diào)控因子，CDK1的下調(diào)可能導致AR信號通路的抑制，這些通路參與細胞增殖、存活和侵襲的調(diào)控[3,18-19]。靶向抑制PIP5K1A或ISA-2011B治療可誘導細胞凋亡，抑制腫瘤的生長和侵襲性,這一發(fā)現(xiàn)為指導PCa靶向治療提供了新的信息。

MDA-MB-231細胞是一種缺乏ER、HER-2和PR表達、但pAKT組成性高表達的三陰性乳腺癌模型。ISA-2011B在MDA-MB-231細胞中具有靶向作用，其通過抑制PIP5K1A及升高的PI3K/AKT通路的下游信號從而抑制三陰性乳腺腫瘤的生長和侵襲性。此外，ISA-2011B可能針對PIP5K1A表達升高的ER+乳腺癌[4]。這些結(jié)果說明了ISA-2011B作為一種新的靶向療法治療三陰性和ER+乳腺癌的潛力。

ISA-2011B目前多試驗于PCa和乳腺癌腫瘤中，表現(xiàn)出了良好的治療潛能，有助于確定該化合物作為癌癥治療劑的未來臨床應(yīng)用，在其他過表達PIP5K1A腫瘤的作用還有待研究。

3.2 窄譜吲哚-嘧啶化合物(GSK2291363)

GSK2291363能有效抑制PIP5K1A，其Kd為440nM。將GSK2291363與PIP5K1A(PDB:4TZ7)的晶體結(jié)構(gòu)對接顯示了一個標準的結(jié)合位[15]。一系列羥吲哚也呈現(xiàn)了潛在的藥物化學起點。這兩個系列以及更廣泛的激酶組分析為設(shè)計具有細胞活性和激酶選擇性的PIP5K1A抑制劑提供了潛在的基礎(chǔ)。

3.3 吡喃苯醌類

Katja S等[1]為了尋找PIP5K1A新的抑制劑，通過非輻射法測定hPIP5K1A酶活性，利用斑馬魚PIP5K1A的晶體結(jié)構(gòu)對一個內(nèi)部化合物庫進行電子篩選，內(nèi)部庫中所有吡喃苯醌支架[26]的化合物(29個化合物)都被hPIP5K1A抑制。盡管所有被測試的結(jié)構(gòu)共享苯醌主鏈，但它們的活性數(shù)據(jù)差異是明顯的。抑制試驗中最活躍的化合物13是鑒定出的最佳抑制劑，其IC50值為1.55μM，改變ATP濃度沒有對化合物13的IC50值產(chǎn)生任何影響，但其IC50值隨底物濃度線性增加。這表明化合物13不是ATP競爭抑制劑，而是底物競爭抑制劑。吡喃苯醌衍生物的親油性受R4位長烴鏈的強烈影響，烴鏈似乎對化合物的活性很重要。在所有被測的烴鏈衍生物中，化合物2的活性最高。在今后的工作中，還需進一步改善這一系列化合物的理化性質(zhì)才有可能向臨床轉(zhuǎn)化。

4 小結(jié)與展望

PIP5K1A在許多生物過程中都發(fā)揮著重要的作用。PIP5K1A磷酸化和去磷酸化調(diào)控細胞中PIP2的生物合成和磷脂信號傳導，參與細胞遷移自噬性溶酶體再生等過程，介導Cao誘導角化細胞分化。在致癌方面，PIP5K1A有助于侵襲性偽足的形成，調(diào)控P53穩(wěn)定和癌細胞中MRP2的活性，是KRAS信號通路中治療KRAS突變癌癥的潛在靶點，參與了多種癌癥的進展。目前，PIP5K1A如何通過PI3K/AKT通路發(fā)揮其在各種癌癥中的致癌特性是當前的研究熱點。盡管PIP5K1A抑制劑已經(jīng)表現(xiàn)出了在抗癌治療中的功效，但其相關(guān)研究甚少，可能的機制有待進一步完善，對抑制劑的研發(fā)也較為局限，現(xiàn)僅有ISA-2011B在PCa和乳腺癌中應(yīng)用較多，在其他癌癥中的作用尚未進行驗證，因此，應(yīng)不斷深入探究PIP5K1A抑制劑的理化性質(zhì)及其對PIP5K1A過表達腫瘤的治療及分子機制，以便促進PIP5K1A抑制劑的進一步研制，為眾多癌癥患者提供更好的治療選擇。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。