PDZ結(jié)合激酶/T淋巴細(xì)胞因子激活的殺傷細(xì)胞源性蛋白激酶的作用機(jī)制及其在腫瘤治療中的潛在價(jià)值

武銳鋒,劉宇宏

(延安大學(xué)附屬醫(yī)院 風(fēng)濕免疫科,陜西 延安 716000)

PDZ結(jié)合激酶/T淋巴細(xì)胞因子激活的殺傷細(xì)胞源性蛋白激酶被認(rèn)為是絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)中的一種有絲分裂激酶,參與調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、增殖、生長(zhǎng)、凋亡,炎癥[1-4]。由細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶1(cyclin-dependent kinases 1,cdk1)/細(xì)胞周期蛋白B(cyclinB)復(fù)合物激活,通過(guò)胞質(zhì)分裂調(diào)控蛋白(Protein regulation cytokiness 1,PRC1)的磷酸化促進(jìn)胞質(zhì)分裂[5]。PBK/TOPK是一種致癌基因,在許多腫瘤中高表達(dá),通過(guò)不同作用機(jī)制參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。PBK/TOPK不僅在各種活躍的惡性增殖的組織中表達(dá),也在少許正常組織中表達(dá),包括睪丸、胎盤(pán)、成人室管膜下區(qū)及胎兒出生后小腦外顆粒細(xì)胞層的GFAP陽(yáng)性神經(jīng)祖細(xì)胞[6]。此前,Han等[7]結(jié)果顯示,PBK/TOPK也在心肌、腎臟及腦等缺血組織中發(fā)揮重要作用,參與缺血和缺血后適應(yīng)的保護(hù)。本綜述旨在通過(guò)闡明PBK/TOPK在各種惡性腫瘤中發(fā)揮的作用,為開(kāi)發(fā)新型抗腫瘤藥物提供作用靶點(diǎn)。

1 PBK/TOPK參與有絲分裂

PBK/TOPK在有絲分裂中起關(guān)鍵作用。PBK/TOPK的表達(dá)在有絲分裂期間上調(diào),其在Thr9位點(diǎn)被結(jié)合并磷酸化,并被cdk1/cyclin B復(fù)合物激活[8]。在精子發(fā)生過(guò)程中,有絲分裂和減數(shù)分裂期間PBK/TOPK在Thr 9處均被磷酸化[9]。在細(xì)胞周期中,PBK/TOPK的表達(dá)與cdk1密切相關(guān),活化的cdk1/cyclinB1復(fù)合物使PP1a發(fā)生磷酸化而失活,失活的PP1a使有絲分裂早期的PBK/TOPK自身磷酸化增強(qiáng),從而促進(jìn)胞質(zhì)分裂[10]。PBK/TOPK可通過(guò)其C端谷氨酸-天冬氨酸重復(fù)序列與PRC1結(jié)合,促進(jìn)T481位點(diǎn)PRC1的磷酸化,從而增加cdk1/cyclinB對(duì)PRC1的磷酸化水平,最終促進(jìn)細(xì)胞分裂[5]。在有絲分裂早期,PBK/TOPK的活性達(dá)到峰值,此時(shí),其通過(guò)PDZ結(jié)合域與有絲分裂的C2H2鋅指蛋白結(jié)合并磷酸化,促進(jìn)Ser10處的組蛋白H3的磷酸化使染色質(zhì)凝聚[11],具有FHA和RING結(jié)構(gòu)域的檢查點(diǎn)蛋白(Check point protein with FHA and RING domains,CHFR)泛素化并調(diào)節(jié)的PBK/TOPK導(dǎo)致PTEN磷酸化和失活,從而誘導(dǎo)AKT的激活,對(duì)G2到M期的過(guò)程發(fā)揮重要作用[12]。以上研究發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK是促進(jìn)有絲分裂進(jìn)展的重要物質(zhì),有望成為腫瘤治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

2 PBK/TOPK參與DNA損傷、炎癥、自噬

PBK/TOPK參與DNA損傷,在DNA損傷感知和修復(fù)中發(fā)揮作用。PBK/TOPK作為p38生長(zhǎng)因子激活的介質(zhì),在DNA損傷感應(yīng)機(jī)制中發(fā)揮作用,促進(jìn)γ-H2AX的生成,γ-H2AX負(fù)責(zé)招募DNA損傷反應(yīng)蛋白到損傷部位,促進(jìn)修復(fù)[13]。然而,PBK/TOPK激活DNA損傷修復(fù)機(jī)制的功能可能為腫瘤細(xì)胞提供更有效的修復(fù)反應(yīng),從而促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)。據(jù)報(bào)道[1],PBK/TOPK也參與炎癥,PBK/TOPK可通過(guò)磷酸化磷酸酶MKP1來(lái)保護(hù)機(jī)體免受紫外線(xiàn)誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。此外,與對(duì)照細(xì)胞相比,在PBK/TOPK缺失細(xì)胞中,脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase,iNOS)表達(dá)減少,而iNOS是通過(guò)LPS/Toll樣受體4(Toll-like receptor4,TLR4)誘導(dǎo)的信號(hào)級(jí)聯(lián)通路激活PBK/TOPK,這表明PBK/TOPK可能是LPS/TLR4介導(dǎo)的炎癥信號(hào)通路的關(guān)鍵介質(zhì),PBK/TOPK參與了LPS介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[14]。PBK/TOPK參與自噬。UNC-51樣激酶1(UNC-51-like kinase 1,ULK1)是自噬誘導(dǎo)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),PBK/TOPK是一種磷酸化ULK1 的新型上游激酶,PBK/TOPK可在Ser469、Ser495和Ser533位點(diǎn)處直接結(jié)合并磷酸化ULK1,降低了其活性和穩(wěn)定性,PBK/TOPK抑制增強(qiáng)了膠質(zhì)瘤細(xì)胞對(duì)替莫唑胺的敏感性[15]。2019年,Ma等[16]發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK在高級(jí)別漿液性卵巢癌高表達(dá),高表達(dá)的PBK/TOPK通過(guò)ERK/mTOR信號(hào)通路促進(jìn)自噬并增強(qiáng)順鉑耐藥性。此外,研究還發(fā)現(xiàn),嗜生態(tài)病毒整合位點(diǎn)1(ecotropic vira integration site-1,EVI1)可通過(guò)直接靶向PBK/TOPK的啟動(dòng)子區(qū)域誘導(dǎo)高級(jí)別漿液性卵巢癌的自噬促進(jìn)轉(zhuǎn)移并賦予順鉑耐藥性。以上研究表明,PBK/TOPK是一種新型的自噬調(diào)節(jié)劑,PBK/TOPK的過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞自噬來(lái)減弱其對(duì)抗化療藥物的敏感性。靶向PBK/TOPK可能是一個(gè)有前景的克服化療藥物耐藥的策略。

3 PBK/TOPK與腫瘤

3.1PBK/TOPK與呼吸系統(tǒng)惡性腫瘤 在肺癌中,PBK/TOPK通過(guò)激活p38MAPK信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)腫瘤增殖,見(jiàn)表1。microRNA-216是一種腫瘤抑制因子,在許多腫瘤類(lèi)型中被下調(diào),當(dāng)miR-216b-3p在肺腺癌中的表達(dá)恢復(fù)時(shí),靶向PBK/TOPK負(fù)調(diào)控其表達(dá),上調(diào)腫瘤抑制物p53的表達(dá),下調(diào)細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶抑制劑p21的表達(dá),阻止p38MAPK的激活,抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,阻止腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[17]。此外,PBK/TOPK通過(guò)調(diào)節(jié)PI3K/PTEN/AKT依賴(lài)性信號(hào)通路促進(jìn)肺癌細(xì)胞的遷移,高PBK/TOPK和低PTEN表達(dá)與肺癌患者的總體和無(wú)病生存率呈負(fù)相關(guān)[18]。在難治性肺癌細(xì)胞中PBK/TOPK直接磷酸化和激活c-Jun,導(dǎo)致AP-1靶基因的轉(zhuǎn)錄激活,從而促進(jìn)細(xì)胞增殖、存活、遷移和轉(zhuǎn)化。PBK/TOPK的過(guò)表達(dá)使非小細(xì)胞肺癌對(duì)表皮生長(zhǎng)因子受體酪氨酸激酶抑制劑(Epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors)即吉非替尼產(chǎn)生耐藥性。在EGFR-TKI耐藥的肺癌細(xì)胞,PBK/TOPK的敲低可增加吉非替尼在肺癌中的療效[19]。

表1 PBK/TOPK通過(guò)不同作用機(jī)制參與腫瘤的發(fā)生

3.2PBK/TOPK與消化系統(tǒng)惡性腫瘤 此外,PBK/TOPK與失調(diào)的γ-catenin結(jié)合激活Src/GSK3β/STAT3信號(hào)通路,促進(jìn)細(xì)胞侵襲和遷移來(lái)增強(qiáng)食管鱗狀細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移。PBK/TOPK也可激活ERK通路,促進(jìn)食管鱗狀細(xì)胞癌的轉(zhuǎn)移[20]。在PBK/TOPK表達(dá)的胃癌細(xì)胞中,PBK/TOPK的敲除以TP53突變依賴(lài)的方式通過(guò)p53激活抑制細(xì)胞增殖,并以TP53突變依賴(lài)的方式通過(guò)PTEN上調(diào)抑制遷移/侵襲[21]。通過(guò)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),FoxM1是轉(zhuǎn)錄因子,PBK是FoxM1下游靶點(diǎn),FoxM1可調(diào)節(jié)PBK,激活β-catenin途徑對(duì)肝細(xì)胞性肝癌發(fā)揮致癌活性。新發(fā)現(xiàn)的FoxM1/PBK/β-catenin軸可作為肝細(xì)胞性肝癌治療干預(yù)手段和評(píng)估預(yù)后因子[22]。Zhu等[23]發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK是MAPKK家族的成員,PBK/TOPK可磷酸化ERK2,反之,ERK2也可以磷酸化PBK/TOPK,PBK/TOPK與ERK2間的正反饋回路有助于結(jié)直腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)化,促進(jìn)了在體內(nèi)和體外結(jié)直腸癌的發(fā)生。Src是一種新的PBK/TOPK上游激酶,PBK/TOPK通過(guò)泛素化途徑降解,Src對(duì)Y74和Y272處的PBK/TOPK磷酸化阻止了這一降解途徑,增加了PBK/TOPK的穩(wěn)定性和活性,促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生[24]。p53相關(guān)蛋白激酶(p53-related protein kinase,PRPK)是PBK/TOPK的一種新的底物,PBK/TOPK在Ser250處與PRPK結(jié)合并磷酸化,直接參與結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移。此外,在異種移植小鼠模型中,TOPK和PRPK促進(jìn)HCT116人結(jié)直腸癌細(xì)胞的肝轉(zhuǎn)移,而敲除TOPK、敲除PRPK或同時(shí)敲除兩者在HCT116中的表達(dá),可降低這些癌細(xì)胞的遷移和侵襲[25]。

3.3PBK/TOPK與前列腺癌 在前列腺癌中PBK/TOPK的表達(dá)上調(diào),其表達(dá)水平與侵襲性相關(guān)。PBK/TOPK通過(guò)β-catenin-TCF/LEF信號(hào)傳導(dǎo)通路激活基質(zhì)金屬蛋白酶-2和-9基因的啟動(dòng)子,從而增加基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)促進(jìn)前列腺癌轉(zhuǎn)移性侵襲[26]。

3.4PBK/TOPK與血液系統(tǒng)惡性腫瘤 PBK/TOPK也在白血病、淋巴瘤和骨髓瘤等血液腫瘤中表達(dá),其表達(dá)與這些腫瘤的惡性潛能相關(guān),因此,PBK/TOPK也被認(rèn)為是一種血液系統(tǒng)惡性腫瘤相關(guān)激酶[2-3,27]。PBK/TOPK在白血病中受蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)和BCR/ABL調(diào)節(jié),并增強(qiáng)細(xì)胞增殖,PBK/TOPK在BCR/ABL陽(yáng)性的慢性髓系白血病中的作用機(jī)制還未被發(fā)現(xiàn),但PBK/TOPK可能是BCR/ABL陽(yáng)性患者的靶點(diǎn)[28]。研究[29]發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK在高級(jí)別淋巴瘤,如Burkitt淋巴瘤(Burkitt lymphoma,BL)和彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤中過(guò)度表達(dá),其表達(dá)與c-Myc和E2F1的表達(dá)呈正相關(guān)。c-Myc通過(guò)E2F1調(diào)節(jié)PBK/TOPK的表達(dá),在c-Myc-E2F1-PBK信號(hào)軸上調(diào)節(jié)高級(jí)別淋巴瘤的生長(zhǎng),抑制該途徑特別是抑制PBK/TOPK可能在治療高級(jí)別淋巴瘤方面是有益的。最近的研究[30]發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK和磷酸化的Janus激酶2(phosphorylated Janus kinase 2,p-JAK2)在組織中高表達(dá)。JAK2是一個(gè)新的TOPK上游分子,在Tyr74位點(diǎn)與TOPK結(jié)合并磷酸化,導(dǎo)致組蛋白3的磷酸化,促進(jìn)BL腫瘤在體內(nèi)外的生長(zhǎng)。Akinobu Ota[31]等報(bào)道PBK可能是骨髓瘤細(xì)胞中的一種新的IL-6誘導(dǎo)基因,被IL-6誘導(dǎo),結(jié)合并磷酸化Stat3,通過(guò)IL-6/JAK/Stat3信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)骨髓瘤細(xì)胞增殖和抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。

3.5PBK/TOPK與乳腺癌 在乳腺癌中PBK/TOPK的過(guò)表達(dá)在Ser10位點(diǎn)處磷酸化組蛋白H3,促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的增殖,而siRNA 敲低的PBK/TOPK的表達(dá)可導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞系的生長(zhǎng)抑制[32]。Dou[33]等發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK通過(guò)介伯基特淋巴瘤(BL)患者導(dǎo)香葉基糖基化(geranylgeranylation)信號(hào)和Hippo-YAP/TAZ信號(hào)傳導(dǎo)途徑促進(jìn)乳腺癌的增殖。先前的研究[34]表明,TGF-β1與腫瘤進(jìn)展、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān),TGF-β1促進(jìn)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化,上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化是腫瘤轉(zhuǎn)移的先決條件。TBX3 的過(guò)表達(dá)抑制細(xì)胞增殖但促進(jìn)腫瘤遷移和侵襲。致癌性TBX3是TGF-β1信號(hào)通路的下游靶點(diǎn)和介導(dǎo)因子。PBK/TOPK通過(guò)上調(diào)TGF-β1/Smad信號(hào)中的TBX3,促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和侵襲[35]。此外,PBK/TOPK也通過(guò)NF-kB/Snail信號(hào)途徑介導(dǎo)TGF-β1誘導(dǎo)的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和乳腺癌細(xì)胞的侵襲[36]。

3.6PBK/TOPK與黑色素瘤和皮膚癌 PBK/TOPK直接結(jié)合并磷酸化組蛋白H2AX,抑制亞砷酸鹽誘導(dǎo)的黑色素瘤細(xì)胞的凋亡[37]。PBK/TOPK在Ser32處磷酸化Prx1,增加Prx1的過(guò)氧化物酶活性和減少細(xì)胞內(nèi)H2O2的積累抑制UVB誘導(dǎo)的黑色素瘤細(xì)胞的凋亡[4]。此外,PBK/TOPK結(jié)合并磷酸化JNK1,增強(qiáng)了H-Ras介導(dǎo)的細(xì)胞轉(zhuǎn)化,參與了紫外線(xiàn)B(ultraviolet B,UVB)誘導(dǎo)的皮膚癌的發(fā)生[38]。

4 靶向PBK/TOPK激酶的小分子化合物

PBK/TOPK在各種惡性腫瘤中高表達(dá),主要作用包括促進(jìn)腫瘤增殖、抑制腫瘤凋亡、促進(jìn)腫瘤的遷移和侵襲,從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生發(fā)展。因此,小分子PBK/TOPK抑制劑可作為許多腫瘤治療的潛在靶點(diǎn)。目前已發(fā)現(xiàn)TOPK特異性抑制劑包括HI-TOPK-032、OTS964和OTS514、ADA-07、SKLB-C05、泮托拉唑和艾普拉唑及1-苯基菲啶-6(5H)-酮衍生物,見(jiàn)表2。HI-TOPK-032在體內(nèi)和體外抑制腫瘤生長(zhǎng),在結(jié)腸癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、腎上腺皮質(zhì)腺癌、鼻咽癌、成人T細(xì)胞白血病/淋巴瘤及泌乳瘤[39-44]中均有報(bào)道。OTS514和OTS964對(duì)肺癌、急性髓系白血病、卵巢癌[45-47]有很大的抑制作用,均有血液系統(tǒng)毒性,其脂質(zhì)體制劑可避免血液系統(tǒng)毒性。由OTS964為原料合成了[18F]FE-OTS964,一種可以特異性結(jié)合TOPK的臨床前藥物,測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn),腫瘤攝取率由(3.06±0.30)% ID/cc降至(1.40±0.42)% ID/cc,這在與過(guò)量阻斷劑量的OTS514共同注射的動(dòng)物中降低,[18F]FE-OTS964能有效追蹤到TOPK[48]。ADA-07可抑制日光紫外線(xiàn)誘導(dǎo)的皮膚致癌作用[49]。SKLB-C 05抑制結(jié)直腸癌生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[50]。艾普拉唑和泮托拉唑是兩種抑制結(jié)直腸癌生長(zhǎng)的質(zhì)子泵抑制劑[51-52]。1-苯基菲啶-6(5 H)-酮衍生物在結(jié)直腸癌異種移植模型中,口服可有效抑制腫瘤生長(zhǎng),其療效優(yōu)于OTS964,藥代動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)出良好的口服生物利用度[53]。

表2 靶向PBK/TOPK 小分子化合物及其作用

5 小結(jié)

除睪丸及胎盤(pán),PBK/TOPK極少在正常組織中表達(dá),PBK/TOPK在惡性增殖的組織中過(guò)度表達(dá),通過(guò)MAPK(ERK、p38、JNK)信號(hào)通路,參與了腫瘤的生長(zhǎng)、炎癥和凋亡。PBK/TOPK參與DNA損傷修復(fù)機(jī)制,進(jìn)一步促進(jìn)了腫瘤的生長(zhǎng)。PBK/TOPK還參與自噬使腫瘤細(xì)胞逃避死亡并對(duì)化療藥物產(chǎn)生耐藥性。相反,靶向PBK/TOPK可增加腫瘤對(duì)化療藥物的敏感性。因此,PBK/TOPK的抑制劑可抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展,且能與化療和放療共同作用來(lái)對(duì)抗癌癥,消除癌癥。目前,已有研究發(fā)現(xiàn),關(guān)于PBK/TOPK基因的小分子抑制劑和天然化合物,在腫瘤異種抑制模型中抑制腫瘤發(fā)生得到了證實(shí),但對(duì)未來(lái)能夠應(yīng)用于臨床還面臨著巨大的挑戰(zhàn)。望PBK/TOPK抑制劑能給腫瘤患者的治療帶來(lái)更多益處。