田聰 綜述 閔大六 姚陽(yáng) 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(jìn)展△

田聰1綜述 閔大六2#姚陽(yáng)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(dá)在腦組織中，定位于線粒體。PAK7在一系列細(xì)胞功能中發(fā)揮重要作用，如細(xì)胞骨架重組、細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化、基因轉(zhuǎn)錄及細(xì)胞凋亡。近年研究發(fā)現(xiàn)，PAK7在某些腫瘤細(xì)胞中過表達(dá)，并通過多條信號(hào)通路參與腫瘤的形成、轉(zhuǎn)移和遷移浸潤(rùn)。本文主要就PAK7的結(jié)構(gòu)、功能及其相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究做一綜述。

P21活化激酶7;磷酸化蛋白激酶;細(xì)胞信號(hào)通路;腫瘤

腫瘤的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的過程。從分子生物學(xué)角度看，正常情況下細(xì)胞增殖與細(xì)胞凋亡之間保持一種動(dòng)態(tài)平衡，這種平衡是維持多細(xì)胞生物自身穩(wěn)定的重要因素。一般認(rèn)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(xì)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(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架重排、細(xì)胞生存、細(xì)胞遷移、細(xì)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(shí)驗(yàn)研究做一綜述。

1 PAK7的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

PAK是進(jìn)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(gè)亞型，PAK能和活化的Rac和Cdc42結(jié)合，參與許多重要細(xì)胞活動(dòng)，調(diào)節(jié)細(xì)胞加工，例如細(xì)胞黏附、細(xì)胞遷移、細(xì)胞生存和細(xì)胞凋亡［5］。

目前已知PAK家族成員共有6個(gè)，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(dòng)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(xì)胞活動(dòng)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(qiáng)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(gè)氨基酸的自動(dòng)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(duì)PAK7線粒體定位和保護(hù)細(xì)胞生存是必需的，且N端含一個(gè)核定位信號(hào)(nuclear localization signal，NLS)(5～10氨基酸)，可以引導(dǎo)PAK7進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)。在C-末端含有1個(gè)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(bǔ)［8］。

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

2 PAK7的生理功能

PAK7主要表達(dá)在神經(jīng)組織中。在神經(jīng)纖維瘤細(xì)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(zhǎng)。在N1E-115細(xì)胞上，PAK7的表達(dá)可以誘導(dǎo)絲狀偽足的形成，而促進(jìn)神經(jīng)突起的向外生長(zhǎng)［9］。這一機(jī)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(diǎn)上磷酸化P120蛋白，PAK7進(jìn)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(gè)重要的細(xì)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(xì)胞運(yùn)動(dòng)、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(xì)胞上，PAK7與P120相互作用共同調(diào)控神經(jīng)突起的生長(zhǎng)［11］。

PAK7是已知能活化細(xì)胞生存信號(hào)通路的蛋白，主要定位于線粒體中，具有保護(hù)細(xì)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(xì)胞、骨髓造血細(xì)胞、生殖細(xì)胞及許多上皮細(xì)胞均有表達(dá)，同時(shí)在多種腫瘤組織中均有較高表達(dá)，如膠質(zhì)母細(xì)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(gè)預(yù)后指標(biāo)。PAK7通過對(duì)Bad蛋白的磷酸化阻止Bad定位于線粒體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞凋亡的抑制［13］。進(jìn)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(gè)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(xì)胞生存信號(hào)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(shí)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(dòng)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(dá)在牙周炎的發(fā)病機(jī)制中可能有一定的作用。

最近Strochlic等［17］的一項(xiàng)研究使用放射性同位素標(biāo)記法識(shí)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(jìn)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(hào)通路的過程。在腫瘤細(xì)胞中PAK的過度表達(dá)可以改變細(xì)胞骨架重組、細(xì)胞生存、生長(zhǎng)、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(dá)以及基因擴(kuò)增。PAK1在乳腺癌、多發(fā)性神經(jīng)纖維瘤和非小細(xì)胞癌表達(dá)增加［18］;PAK4基因擴(kuò)增和體細(xì)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(dá)［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(xì)胞瘤

Dan等［9］應(yīng)用細(xì)胞轉(zhuǎn)染、免疫熒光和神經(jīng)突外生長(zhǎng)評(píng)分測(cè)定法驗(yàn)證了在N1E-115神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞上，PAK7的高表達(dá)可以誘導(dǎo)絲狀偽足的形成，從而促進(jìn)神經(jīng)突起的向外生長(zhǎng)。相反，PAK7的低表達(dá)抑制軸突生長(zhǎng)，同時(shí)表明野生型PAK7對(duì)神經(jīng)突起的生長(zhǎng)無影響。結(jié)果得出，PAK7的表達(dá)對(duì)N1E-115神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞軸突的生長(zhǎng)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(xì)胞株SW1116、HCT116、HT29、SW480、SW620和LoVo中過度表達(dá)，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(dá)依次增強(qiáng)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)低分化結(jié)直腸癌PAK7的表達(dá)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(dá)明顯增加，PAK7參與了結(jié)直腸癌的演變。進(jìn)一步功能性實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，PAK7的表達(dá)可以減弱細(xì)胞與基質(zhì)的黏附，從而增強(qiáng)腸癌細(xì)胞在?型膠原上的遷移能力。Wang［21］等學(xué)者通過增強(qiáng)PAK7在腸癌細(xì)胞中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)喜樹堿誘導(dǎo)的腸癌細(xì)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(dá)后，喜樹堿誘導(dǎo)腸癌細(xì)胞凋亡明顯增加。

3.3 PAK7與胰腺癌

Giroux等［22］應(yīng)用細(xì)胞轉(zhuǎn)染方法發(fā)現(xiàn)PAK7、CSNK2A1、MAP3K7在胰腺癌細(xì)胞株MiaPaCa2中表達(dá)，通過抑制這些激酶活性可以增加細(xì)胞Mia-PaCa2的凋亡。接著將化療藥物吉西他濱注入細(xì)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(xì)胞Mia-PacCa2凋亡比例明顯增加，推測(cè)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(yàn)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(xì)胞MiaPaCa2生長(zhǎng)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(cè)57名胃癌患者PAK7的表達(dá)水平，結(jié)果顯示77.2%的患者表達(dá)PAK7，PAK7在胃癌組織和癌旁組織中的表達(dá)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001)。同時(shí)應(yīng)用Western blotting分析方法發(fā)現(xiàn)PAK7在三種胃癌細(xì)胞株(MKN-45、SGC-7901和MGC-803)中高表達(dá)。為了進(jìn)一步評(píng)估PAK7在胃癌發(fā)病機(jī)制的作用，研究者使用慢病毒介導(dǎo)的siRNA沉默PAK7在胃癌細(xì)胞株SGC-7901和MGC-803的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)PAK7蛋白被敲減后，SGC-7901和MGC-803細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖明顯被抑制。這些結(jié)果表明，PAK7參與了胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)增殖的調(diào)節(jié)，是一個(gè)潛在的胃癌治療的新靶點(diǎn)。該研究為進(jìn)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(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡異常的疾病，同時(shí)也是細(xì)胞信號(hào)通路傳導(dǎo)異常的疾病。細(xì)胞凋亡缺陷或受阻是腫瘤發(fā)生發(fā)展的一個(gè)重要因素。許多抗腫瘤藥物可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性決定了抗癌的有效性。長(zhǎng)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(gè)重要原因是腫瘤細(xì)胞被化療藥物誘導(dǎo)發(fā)生凋亡的能力明顯降低，PAK7在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮了重要作用，推測(cè)PAK7可能與腫瘤細(xì)胞耐藥有關(guān)。盡管目前已有研究表明PAK7參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞信號(hào)通路傳導(dǎo)過程，然而對(duì)PAK7的研究仍處于一個(gè)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(gè)理想新靶標(biāo)，并有可能在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)PAK7有了初步的了解，但是目前對(duì)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(xì)胞耐藥的關(guān)系國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道亦甚少。利用PAK7抑制劑進(jìn)行抗癌治療的有效性評(píng)價(jià)及臨床安全性等問題仍不清楚，有待進(jìn)一步解決。隨著對(duì)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?？梢韵嘈胚M(jìn)一步了解PAK7這個(gè)多功能基因的作用通路對(duì)腫瘤的發(fā)病機(jī)制及治療會(huì)發(fā)揮重要的作用。

［1］Coleman N，Kissil J.Recent advances in the development of p21-activatedkinaseinhibitors［J］.CellLogist，2012，2(2)∶132-135.

［2］Gu J，Li K，Li M，et al.A role for p21-activated kinase 7 in the development of gastric cancer［J］.FEBS J，2013，280(1)∶46-55.

［3］Li X，Liu F，Li F.PAK as a therapeutic target in gastric cancer［J］.Expert Opin Ther Targets，2010，14(4)∶419-433.

［4］Arias-Romero LE，Chernoff J.A tale of two Paks［J］.Biol Cell，2008，100(2)∶97-108.

［5］Ridley AJ，Schwartz MA，Burridge K，et al.Cell migration:integrating signals from front to back［J］.Science，2003，302(5651)∶1704-1709.

［6］Baskaran Y，Ng YW，Selamat W，et al.GroupⅠandⅡmammalian PAKs have different modes of activation by Cdc42［J］.EMBO Rep，2012，13(7)∶653-659.

［7］Ching YP，Leong VY，Wong CM，et al.Identification of an autoinhibitory domain of p21-activated protein kinase 5［J］.J Biol Chem，2003，278(36)∶33621-33624.

［8］Cotteret S，Jaffer ZM，Beeser A，et al.p21-Activated Kinase 5(Pak5)Localizes to Mitochondria and Inhibits Apoptosis by Phosphorylating BAD［J］.Mol Cell Biol，2003，23(16)∶5526-5539.

［9］Dan C，Nath N，Liberto M，et al.PAK5，a New Brain-Specific Kinase，Promotes Neurite Outgrowth in N1E-115 Cells［J］.Mol Cell Biol，2002，22(2)∶567-577.

［10］Menke A，Giehl K.Regulation of adherens junctions by Rho GTPases and p120-catenin［J］.Arch Biochem Biophys，2012，524(1)∶48-55.

［11］Wong LE，Reynolds AB，Dissanayaka NT，et al.p120-catenin is a binding partner and substrate for Group B Pak kinases［J］.J Cell Biochem，2010，110(5)∶1244-1254.

［12］K?hler T，Schill C，Deininger MW，et al.High Bad and Bax mRNA expression correlate with negative outcome in acute myeloid leukemia(AML)［J］.Leukemia，2002，16(1)∶22-29.

［13］Cotteret S，Chernoff J.Nucleocytoplasmic shuttling of Pak5 regulates its antiapoptotic properties［J］.Mol cell biol，2006，26(8)∶3215-3230.

［14］Giroux V，Dagorn JC，Iovanna JL.A review of kinases implicated inpancreaticcancer［J］.Pancreatology，2009，9(6)∶738-754.

［15］Matenia D，Griesshaber B，Li XY，et al.PAK5 kinase Iis an inhibitor of MARK/Par-1，which leads to stable microtubules and dynamic actin［J］.Mol Cell Biol，2005，16(9)∶4410-4422.

［16］鄒亞光，黃琪，謝劍明，等.成人正畸牙周炎患者齦溝液及血清中PAK5的檢測(cè)與意義［J］.南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30(7)∶1628-1630.

［17］Strochlic TI，Concilio S，Viaud J，et al.Identification of neuronal substrates implicates Pak5 in synaptic vesicle trafficking［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2012，109(11)∶4116-4121.

［18］Ye DZ，F(xiàn)ield J.PAK signaling in cancer［J］.Cell Logist，2012，2(2)∶105-116.

［19］Minden A.PAK4-6 in cancer and neuronal development［J］.Cell Logist，2012，2(2)∶95-104.

［20］Gong W，An Z，Wang Y，et al.P21-activated kinase 5 is overexpressed during colorectal cancer progression and regulates colorectal carcinoma cell adhesion and migration［J］.Int J Cancer，2009，125(3)∶548-555.

［21］Wang X，Gong W，Qing H，et al.p21-activated kinase 5 inhibits camptothecin-induced apoptosis in colorectal carcinoma cells［J］.Tumour Biol，2010，31(6)∶575-582.

［22］Giroux V，Iovanna J，Dagorn JC.Probing the human kinome for kinases involved in pancreatic cancer cell survival and gemcitabine resistance［J］.FASEB J，2006，20 (12)∶1982-1991.

［23］Giroux V，Iovanna JL，Garcia S，et al.Combined inhibition of PAK7，MAP3K7 and CK2alpha kinases inhibits the growth of MiaPaCa2 pancreatic cancer cell xenografts［J］.Cancer gene ther，2009，16(9)∶731-740.

［24］Zhang J，Wang J，Guo Q，et al.LCH-7749944，a novel and potent p21-activated kinase 4 inhibitor，suppresses proliferation and invasion in human gastric cancer cells［J］.Cancer lett，2012，317(1)∶24-32.

R730

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2014.12.01.08

國(guó)家自然科學(xué)基金(81172548)

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2013-06-17)