武茜茗, 寇育榮, 2

(1. 中國醫(yī)科大學 附屬口腔醫(yī)院口腔生物學教研室； 2. 中國醫(yī)科大學 附屬口腔醫(yī)院牙周科， 沈陽 110002)

富含脯氨酸的酪氨酸激酶2(proline-rich tyrosine kinase 2, Pyk2)，是黏著斑激酶(focal adhesion kinase，F(xiàn)AK)家族的新成員，又稱為“β-細胞黏附激酶”( cell adhesion kinase β，CAKβ )，“黏著斑相關(guān)的酪氨酸激酶”(related adhesion focal tyrosine kinase，RAFTK)和“鈣依賴的酪氨酸蛋白激酶”(calcium-dependent PTK，CADTK)[1]。Pyk2是特異性磷酸化蛋白質(zhì)酪氨酸殘基的蛋白激酶中的一類，廣泛表達于多種細胞和組織，它們能對細胞外信號做出迅速的反應(yīng)，引發(fā)一系列細胞事件，如細胞分裂、分化、遷移和凋亡等，從而發(fā)揮其生物學效應(yīng)。近年來，Pyk2在多種疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用受到越來越多學者的關(guān)注，這對相關(guān)疾病的預(yù)測、診斷和治療具有重要意義。本文就Pyk2參與各種信號轉(zhuǎn)導通路的研究進展進行綜述，以期更加全面地了解Pyk2的作用機制，為臨床診療工作提供新思路。

1　Pyk2的分子結(jié)構(gòu)

Pyk2是富含脯氨酸的非受體型酪氨酸蛋白激酶2，最先在大鼠腦組織中發(fā)現(xiàn)并克隆出來， 分子質(zhì)量為116 ku。目前FAK家族僅發(fā)現(xiàn)兩個成員，即FAK和Pyk2，該家族成員的特點是蛋白質(zhì)分子主要由3部分構(gòu)成，即較長的N-末端、C-末端結(jié)構(gòu)以及具有催化功能的中心激酶結(jié)構(gòu)[2]。Pyk2與FAK在氨基酸序列上有45%的同源性，催化功能域的同源性高達61%，并且兩者均可以被細胞內(nèi)高水平的Ca2+活化。

1.1　Pyk2的N-末端

Pyk2的N-末端主要由Protein4.1-ezrin-radixin-moesin(FERM)結(jié)構(gòu)域和一個脯氨酸富集區(qū)(ProI)組成，多種細胞外信號如整合素、生長因子、細胞因子、激素和神經(jīng)遞質(zhì)等均可與FERM結(jié)構(gòu)域結(jié)合。有研究表明，部分蛋白可與Pyk2 N-末端的FERM結(jié)構(gòu)域結(jié)合相互作用，卻不能與FAK N-末端的結(jié)構(gòu)域結(jié)合。

1.2　Pyk2的C-末端

Pyk2的C-末端包括黏著斑靶向序列(focal adhesion targeting，F(xiàn)AT)、兩個脯氨酸富集區(qū)(ProII，ProIII)以及磷酸化位點Tyr881 3個部分。Pyk2 C-末端的FAT可直接與樁蛋白(Paxillin)結(jié)合，在整合素的信號傳導中起著重要作用，與細胞的黏附、遷移、增殖、細胞骨架的重組和細胞的惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)。Tyr881 位點的磷酸化可促進鳥苷酸交換因子SOS定位于細胞膜上，繼而激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信號通路[3]。

1.3　中心激酶結(jié)構(gòu)

中心激酶結(jié)構(gòu)含有3個磷酸化位點Tyr402、Tyr578和 Tyr580。Tyr402 是位于 N-末端與中心激酶結(jié)構(gòu)相連處的自主磷酸化位點，此位點的磷酸化可募集并結(jié)合Src家族、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)的SH2結(jié)構(gòu)域以及Ab1等，從而使Src家族、PI3K發(fā)生磷酸化而被激活，并進一步活化其他區(qū)域的磷酸化位點，最終導致Pyk2整體活化，從而實現(xiàn)其相應(yīng)的生物學效應(yīng)。

2　Pyk2響應(yīng)細胞外信號實現(xiàn)活化

許多關(guān)于細胞信號的研究發(fā)現(xiàn)，Pyk2是一種非常活躍的酪氨酸蛋白激酶，在神經(jīng)組織、造血組織以及小腸、腎、脾和附睪等多處表達，可以被多種細胞外信號激活[4]。大部分的蛋白激酶可以通過細胞外信號與相應(yīng)的膜受體結(jié)合而發(fā)生活化，Pyk2即可通過胞外信號與G蛋白偶聯(lián)受體、酪氨酸蛋白激酶受體等結(jié)合實現(xiàn)活化。

另外，Pyk2的活化還可以不需要受體或其他激酶的參與即完成。正如前文提及的自主磷酸化位點Tyr402可直接感受細胞外信號變化，實現(xiàn)自身磷酸化從而激活Pyk2產(chǎn)生相應(yīng)的生物效應(yīng)。

3　Pyk2參與多種信號轉(zhuǎn)導通路

3.1　PI3K/Akt信號通路

心血管系統(tǒng)對于機體的健康具有重要意義，若該系統(tǒng)發(fā)生病變且病程持續(xù)進展，最終將引發(fā)心力衰竭而威脅生命。在各種心血管病變中，最典型的是心肌細胞的局部過度增生，多種分子參與的信號調(diào)節(jié)機制引發(fā)并加劇了這一過程。有報道指出，凝血酶(Thrombin)可以誘導心鈉素的表達，刺激心臟成纖維細胞增殖，引起心肌細胞形態(tài)學的改變。蛋白酶活化受體(protease-activated receptors，PARs)作為Thrombin活化的G蛋白偶聯(lián)受體，能夠調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達與心肌細胞的增生[5]。在心血管疾病發(fā)展過程中，Thrombin能夠結(jié)合PARs，繼而活化下游信號因子，包括非受體酪氨酸激酶c-Src和Pyk2，并進一步活化PI3K/Akt信號通路，引起級聯(lián)反應(yīng)，影響炎癥相關(guān)基因的表達，最終導致局部過度增生而引起病變[6]。在此病變過程中，變化較為典型的炎癥相關(guān)因子如環(huán)氧化物酶2(Cyclooxygenase-2，COX-2)能夠在特定組織中催化花生四烯酸，產(chǎn)生前列腺素以維持細胞自穩(wěn)態(tài)，同時誘導炎癥應(yīng)答反應(yīng)，進而造成組織損傷[7]。大量數(shù)據(jù)顯示，心臟發(fā)生病變時，心肌組織的Thrombin表達明顯上調(diào)，c-Src和Pyk2均有活化；同時抑制Akt通路能夠顯著減少COX-2產(chǎn)生，表明Akt是炎癥反應(yīng)關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子。這些結(jié)果表明，正是通過Thrombin/PAR-c-Src&Pyk2-PI3K/Akt這一通路促進了心臟病變的惡化，Pyk2作為中間信號分子發(fā)揮著重要作用。

由于心肌組織病變涉及大量Ca2+胞膜內(nèi)外的轉(zhuǎn)運，而Ca2+活化Pyk2的特殊作用可能會影響這一過程，具體分子機制尚有待進一步研究。

3.2　Gab1信號通路

Pyk2對骨的形成具有負性調(diào)節(jié)作用，可以通過影響細胞黏附、細胞形態(tài)以及細胞遷移影響骨代謝，進而影響骨結(jié)構(gòu)，最終影響骨生成，許多信號分子參與Pyk2調(diào)節(jié)骨髓間充質(zhì)細胞代謝的過程。Paxillin是一種細胞骨架蛋白，曾有研究證明，Paxillin作為FAK的特異性靶點，被磷酸化而實現(xiàn)活化，發(fā)揮相應(yīng)的生物學效應(yīng)；近來發(fā)現(xiàn)，Paxillin也可以作為Pyk2的靶點，直接與Pyk2 C-末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合，在Y118位點磷酸化實現(xiàn)活化而發(fā)揮作用[8]。與Paxillin相類似，骨架接頭蛋白-1(Grb2-associated binder-1，Gab1)也能被非受體酪氨酸激酶磷酸化，通過招募相關(guān)下游信號分子，放大細胞信號因子傳遞。有研究報道稱，骨髓間充質(zhì)細胞分化過程中，Pyk2的高表達能夠使Gab1發(fā)生磷酸化，從而與生長因子受體結(jié)合蛋白2(growth factor receptor bound protein 2，Grb2)結(jié)合形成復合物實現(xiàn)激活，Gab1蛋白中部的蛋氨酸(Met)結(jié)合結(jié)構(gòu)域與Met結(jié)合產(chǎn)生效應(yīng)[9]，從而促進細胞分化。這一過程中也存在Paxillin的活化。Met的活化及其生理效應(yīng)的實現(xiàn)受到Pyk2調(diào)節(jié)，可能通過Pyk2-Gab1-Met這一通路，同時與Paxillin共同作用影響了細胞功能，導致骨生成功能改變。

3.3　MAPK/ERK1/2信號通路

中樞神經(jīng)系統(tǒng)是人體神經(jīng)系統(tǒng)的部分，接受來自全身各處的傳入信息，進行傳遞、存儲和加工，產(chǎn)生各種效應(yīng)，支配控制動物的全部行為。神經(jīng)細胞之間的聯(lián)系通過突觸與神經(jīng)遞質(zhì)的釋放實現(xiàn)，許多信號分子參與神經(jīng)遞質(zhì)釋放的過程，我們就Pyk2通過自磷酸化引起神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺(Dopamine，DA)釋放的相關(guān)分子機制及信號通路進行闡述。神經(jīng)節(jié)苷酯四鈉鹽GQ1b能夠促使神經(jīng)突向外生長，調(diào)節(jié)突觸結(jié)構(gòu)釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過程，進一步引起遠期效應(yīng)[10]。有研究發(fā)現(xiàn)小劑量的GQ1b能夠使細胞間Ca2+大量釋放，進而引起Pyk2 Tyr位點自磷酸化并實現(xiàn)Pyk2活化；與此同時，GQ1b可以導致肌動蛋白的去極化，引起肌動蛋白動力學改變，從而影響細胞骨架結(jié)構(gòu)，最終對神經(jīng)遞質(zhì)的釋放產(chǎn)生作用[11]。研究顯示，Pyk2活化進一步引起下游MAPK/ERK1/2信號通路的轉(zhuǎn)導[12]，ERK1/2信號分子的激活引起突觸蛋白類家族(Synapsins)磷酸化，促使包被神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡形成，并最終實現(xiàn)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。這些結(jié)果表明，在Pyk2影響DA釋放過程中，正是通過GQ1b-Pyk2-MAPK/ERK1/2這一通路的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了神經(jīng)系統(tǒng)釋放多巴胺產(chǎn)生效應(yīng)的生理過程。

3.4　Wnt信號通路

結(jié)腸上皮腫瘤是臨床常見的消化系統(tǒng)腫瘤，多種信號分子參與腫瘤發(fā)生、腫瘤細胞遷移和相關(guān)產(chǎn)物代謝的過程，我們就Pyk2參與結(jié)腸上皮腫瘤發(fā)展過程的分子機制及信號通路簡要概述。有研究表明，腸上皮腫瘤臨床樣本分析及體外模擬形成過程中均可檢測到Pyk2活化，并通過使糖原合成酶激酶3(Glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)的Y216位點去磷酸化，募集大量下游信號分子泛素連接酶β-TrCP(β-transducinrepeats containing proteins)并實現(xiàn)泛素化[13]；進一步引起β-連環(huán)蛋白(β-catenin)活化，激活Wnt信號通路[14-15]；而β-catenin的過度表達又會造成自噬水平的提高[16]。有報道指出，細胞自噬等生命現(xiàn)象影響腫瘤形成和發(fā)展，在腫瘤的形成過程中，由于缺血造成的營養(yǎng)缺乏能夠激活細胞自噬，一方面自噬能夠通過清除有毒致癌物質(zhì)等方式抑制腫瘤發(fā)展；另一方面又能通過限制細胞壞死和炎癥發(fā)生，使腫瘤細胞在不利的條件下存活，最終造成腫瘤的遷延進展。腫瘤發(fā)生發(fā)展過程受到Pyk2的調(diào)節(jié)，正是通過Pyk2-GSK-3β-Wnt這一通路實現(xiàn)的，進而影響細胞代謝，最終誘發(fā)組織病變。

3.5　NF-κB信號通路

肺作為人體呼吸器官直接與外界接觸，?？墒艿街虏∥⑸锘蚶砘碳ひ鹧装Y，并可能最終發(fā)展為呼吸衰竭。許多信號分子參與局部刺激物與肺泡上皮相互作用的過程，Pyk2參與磷酸神經(jīng)鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)引發(fā)肺部急性損傷的過程并發(fā)揮重要作用。研究表明，S1P刺激肺泡上皮細胞與S1P受體(S1PRs)結(jié)合形成復合物，顯著活化Pyk2，從而使胞內(nèi)產(chǎn)生大量活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)[17]。ROS的氧化效應(yīng)促使NF-κB信號通路的p65位點實現(xiàn)磷酸化，從而激活NF-κB信號通路[18]，使大量的炎癥介質(zhì)及細胞因子被釋放。其中細胞間黏附分子(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)的顯著上調(diào)增強了單核細胞的黏附作用[19]，但弱化了循環(huán)中單核細胞的游走能力，使得代謝產(chǎn)物及破損細胞結(jié)構(gòu)無法及時清除，進一步引起肺部血腫和白血球計數(shù)增高，最終導致急性肺損傷，引發(fā)肺部炎癥。這一過程通過Pyk2-NF-κB-ICAM-1通路調(diào)節(jié)，引發(fā)細胞功能變化，最終誘發(fā)組織損傷。

Pyk2參與多種信號轉(zhuǎn)導通路的模式圖見圖1。

圖1 Pyk2參與多種信號轉(zhuǎn)導通路模式圖

4　結(jié)語

Pyk2作為一種活躍的非受體酪氨酸蛋白激酶，廣泛存在于多種生理及病理過程中，通過多種信號轉(zhuǎn)導方式及信號通路實現(xiàn)其生物學效應(yīng)。目前，Pyk2的研究主要集中在心血管疾病與惡性腫瘤方面，在骨形成、神經(jīng)傳導、急性肺損傷等方面的研究也在不斷深入。本文通過對不同組織和不同生理、病理狀態(tài)下Pyk2參與的細胞信號轉(zhuǎn)導過程及相應(yīng)作用機制進行綜述，希望能夠為相關(guān)疾病的診斷和治療提供新的靶點和思路。

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