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(jié)構(gòu)域，能夠參與調(diào)控細(xì)胞黏附、軸突發(fā)育、平衡生物能量。近年來，隨著生物信息學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，分子標(biāo)志物的研究成為腫瘤研究的熱點(diǎn)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(diào)控細(xì)胞周期、極化和細(xì)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(guān)調(diào)控機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)性綜述。

一、NUAK家族結(jié)構(gòu)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(gè)N-末端催化結(jié)構(gòu)域、一個(gè)泛素相關(guān)結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C-末端間隔序列構(gòu)成[3]。NUAK1是AMPK激酶家族的第5個(gè)成員，是由KIAA0537 cDNA克隆編碼的一種蛋白，相對分子質(zhì)量為74kDa。NUAK1是Akt的下游因子，可以直接被Akt依賴的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域上的絲氨酸殘基磷酸化而激活[4]。在人類腎臟細(xì)胞中，NUAK1能夠調(diào)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(jìn)MYPT1與銜接蛋白14-3-3的相互作用，從而控制細(xì)胞黏附[5]。肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)在體內(nèi)神經(jīng)極化過程中對軸突的發(fā)育至關(guān)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(diào)節(jié)皮質(zhì)神經(jīng)元軸突生長和分支的主要效應(yīng)因子[6]。

NUAK2是AMPK激酶家族的第4個(gè)成員，編碼一種SNF1/AMPK相關(guān)激酶，最早于1995年被Rosen發(fā)現(xiàn)，是角質(zhì)形成細(xì)胞暴露于紫外線輻射后經(jīng)減法雜交鑒定出的一種差異表達(dá)的基因，主要定位于細(xì)胞核中，與AMPK家族具有相似的結(jié)構(gòu)域[3]。NUAK2能夠參與調(diào)控丙型病毒性肝炎的基因組復(fù)制，并通過磷酸化SMAD2促進(jìn)TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而介導(dǎo)肝纖維化[7]。棕色脂肪組織(brown adipose tissue，BAT)是一種產(chǎn)熱器官，能夠快速氧化自身的脂肪儲(chǔ)備和循環(huán)底物，從而產(chǎn)生熱量并提高代謝率，NUAK2能夠改變線粒體效率，調(diào)節(jié)BAT產(chǎn)熱從而平衡能量穩(wěn)態(tài)，這使其成為治療肥胖癥和相關(guān)代謝紊亂的新靶點(diǎn)[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(nèi)發(fā)生率高且呈上升趨勢。盡管關(guān)于肝癌手術(shù)治療和靶向治療的研究越來越多，但其復(fù)發(fā)率高、轉(zhuǎn)移率高、預(yù)后差，治愈率仍然相對較低[9]。據(jù)報(bào)道，NUAK1在肝癌組織中的相對表達(dá)量明顯高于癌旁正常肝組織，下調(diào)NUAK1的表達(dá)能夠抑制肝癌細(xì)胞的生長和遷移[10]。NUAK1可以通過FYN-STAT3依賴的方式驅(qū)動(dòng)肝癌細(xì)胞動(dòng)態(tài)組重排和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞對靶向藥物的耐藥性[11]。

Hippo-YAP信號(hào)通路能夠控制細(xì)胞生長、增殖和凋亡，被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生的重要原因，該途徑的主要下游效應(yīng)因子Yes激酶相關(guān)蛋白(yes-associated protein，YAP)已被證明在包括肝癌在內(nèi)的多種惡性腫瘤中異常表達(dá)，其核定位與許多癌癥的不良預(yù)后呈正相關(guān)，YAP已成為一個(gè)有吸引力的治療靶點(diǎn)。Yuan等[12]通過生物信息學(xué)分析探討肝細(xì)胞癌中YAP和NUAK2的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)NUAK2與YAP轉(zhuǎn)錄水平呈顯著正相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，YAP和NUAK2的相互作用可形成一個(gè)雙正反饋環(huán)路，最大限度地提高YAP的活性，從而驅(qū)動(dòng)肝癌的發(fā)生和發(fā)展。一方面，YAP可通過與NUAK2的增強(qiáng)子Tead結(jié)合，直接參與調(diào)控NUAK2轉(zhuǎn)錄[13]。另一方面， YAP的活性可受肌動(dòng)球蛋白細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)[13]。當(dāng)NUAK2磷酸化位于肌球蛋白輕鏈磷酸酶(myosin light chain phosphatase，MLCP)的調(diào)節(jié)亞基S445上的MYPT1時(shí)，它會(huì)抑制MLCP的磷酸酶活性，增加MLC的磷酸化，從而引發(fā)肌動(dòng)蛋白纖維的組裝，產(chǎn)生肌動(dòng)蛋白張力，進(jìn)而增強(qiáng)YAP活性[12]?？傊琘AP能夠驅(qū)動(dòng)NUAK2轉(zhuǎn)錄，NUAK2又能通過肌動(dòng)球蛋白與細(xì)胞骨架相互作用，激發(fā)YAP活性，兩者可形成一個(gè)雙正反饋環(huán)路，最大限度地提高YAP活性，YAP通過調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡，進(jìn)而促進(jìn)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(jī)制很復(fù)雜，目前仍知之甚少。近年來研究發(fā)現(xiàn)，相關(guān)癌基因的表達(dá)在促進(jìn)胃癌的侵襲、轉(zhuǎn)移中起重要作用，同時(shí)促癌基因的高表達(dá)往往提示患者預(yù)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(jī)制是臨床和基礎(chǔ)研究中的關(guān)鍵。

Chen等[14]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1的高表達(dá)與胃癌患者的不良預(yù)后密切相關(guān)。NUAK1能夠通過誘導(dǎo)EMT影響胃癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，這與EMT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子slug、SIP1的表達(dá)以及mTOR/p70S6k信號(hào)通路緊密相關(guān)。Tang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在胃癌組織中，NUAK2的蛋白表達(dá)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(dá)，其可通過上調(diào)miRNA21調(diào)節(jié)第10號(hào)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(dá)誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞順鉑耐藥。以上研究結(jié)果表明，NUAK2可能作為胃癌治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。細(xì)胞周期調(diào)控在調(diào)節(jié)癌細(xì)胞增殖和腫瘤生長中起著關(guān)鍵作用。NUAK2能夠促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖能力并調(diào)節(jié)其細(xì)胞周期。PCNA是反映細(xì)胞增殖狀態(tài)的良好指標(biāo)，NUAK2高表達(dá)上調(diào)了胃癌細(xì)胞中CDK2和PCNA的表達(dá)水平，表明NUAK2能夠促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖[16]。

癌癥干細(xì)胞(cancer stem cells，CSCs)是癌細(xì)胞的一個(gè)特殊亞群，具有自我更新的能力，并有助于腫瘤的發(fā)生、轉(zhuǎn)移和化學(xué)耐藥。近年來，CSCs已經(jīng)在許多實(shí)體腫瘤中被發(fā)現(xiàn)，有研究指出，大多數(shù)腫瘤預(yù)后不佳與CSCs的高分化能力密切相關(guān)[17]。研究表明，NUAK2能夠促進(jìn)胃癌CSCs相關(guān)的標(biāo)志物ALDH1、CD44和CD133的表達(dá)，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(xì)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(shù)切除(5年生存率>90%)，但黑色素瘤經(jīng)常侵襲和轉(zhuǎn)移，晚期黑色素瘤患者預(yù)后極差[9]。

Bell等[18]研究證實(shí)了NUAK1的表達(dá)可以影響黑色素瘤細(xì)胞的黏附性，從而調(diào)控黑色素瘤細(xì)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(jié)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(gè)很有研究價(jià)值的癌基因。敲除NUAK2的黑色素瘤細(xì)胞增殖和遷移能力顯著降低，并且下調(diào)了黑色素瘤細(xì)胞mTOR的表達(dá)[19]。此外，多變量COX回歸分析顯示，肢端黑色素瘤NUAK2高表達(dá)患者比NUAK2低表達(dá)患者更容易復(fù)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(dá)密切相關(guān)，這表明NUAK2對PI3K通路之間的調(diào)控對黑色素瘤的發(fā)生至關(guān)重要[19]。檢測細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)發(fā)現(xiàn)， NUAK2通過PI3K通路調(diào)控CDK2的表達(dá)參與黑色素瘤的周期調(diào)控。

4. NUAK2與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤：膠質(zhì)母細(xì)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行的3期隨機(jī)臨床試驗(yàn)，該試驗(yàn)表明，最大限度地手術(shù)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(shí)使用TMZ，然后繼續(xù)使用TMZ的治療優(yōu)于單獨(dú)使用放射治療。盡管這種聯(lián)合放化療方法改善了預(yù)后，但很少有患者存活超過5年[20]。

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

NUAK2在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織中的表達(dá)顯著高于正常組織，且NUAK2在高級別膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(WHO Ⅳ級)與低級別膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(WHO Ⅰ級)中存在差異表達(dá)[23]。Fu等[23]通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)了NUAK2能夠促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖、增強(qiáng)細(xì)胞的遷移和侵襲能力。同時(shí)，NUAK2促進(jìn)腫瘤干細(xì)胞相關(guān)基因(EZH2、CD133、BMI、MDR1、SSEA1和STAT3)的表達(dá)。以上研究結(jié)果表明，NUAK家族抑制劑的相關(guān)研究使得NUAK家族有望成為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤新的治療靶點(diǎn)。

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(xì)胞系中高表達(dá)[16]。Li等[16]研究發(fā)現(xiàn)，敲減NUAK2能夠抑制宮頸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并能抑制宮頸癌細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。此外，在線STRING數(shù)據(jù)庫搜索與NUAK2結(jié)合的基因，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)FMR1相互作用蛋白2(cytoplasmic fmr1-interacting protein 2，CYFIP2)可以直接與NUAK2結(jié)合。CYFIP2是一種能夠與細(xì)胞質(zhì)FMR蛋白相互作用的蛋白，參與胰腺內(nèi)分泌腫瘤、結(jié)腸腺癌、胃癌等多種腫瘤的增殖和凋亡，進(jìn)一步Co-IP檢測發(fā)現(xiàn)，CYFIP2與NUAK2呈負(fù)相關(guān)，抑制CYFIP2表達(dá)可部分抵消NUAK2下調(diào)對宮頸癌細(xì)胞增殖、遷移和EMT的影響?？傊?，NUAK2能夠直接結(jié)合CYFIP2，通過調(diào)控CYFIP2的表達(dá)從而促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，并促進(jìn)宮頸癌的EMT進(jìn)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(zhuǎn)移復(fù)發(fā)和產(chǎn)生耐藥性，使得卵巢癌患者5年生存率<30%，嚴(yán)重危害女性健康[9]。Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1可促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞的侵襲和遷移能力，并通過激活NUAK1/miR-1181/HOXA10軸促進(jìn)卵巢癌上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)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(yù)后相關(guān)。Akt/mTOR信號(hào)通路可以通過上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和MMPs的表達(dá)促進(jìn)癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。近年來研究表明，NUAK1可通過上調(diào)MMP2和MMP9的表達(dá)，通過Akt/mTOR信號(hào)通路促進(jìn)EMT進(jìn)程，從而介導(dǎo)卵巢癌細(xì)胞的侵襲。此外，NUAK1還可通過調(diào)節(jié)纖維連接蛋白的生成促進(jìn)卵巢癌轉(zhuǎn)移[26]。

Emmanuel等[27]將發(fā)情周期中小鼠卵巢表面上皮表達(dá)異常的基因列表與已報(bào)道的卵巢癌基因進(jìn)行交叉匹配，以確定其是否參與調(diào)控正常上皮細(xì)胞向卵巢癌進(jìn)展的過程。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NUAK2在小鼠發(fā)情周期中受到調(diào)控，在卵巢癌中表達(dá)失調(diào)，在卵巢癌的發(fā)生、發(fā)展中可能存在作用[27]。免疫組化結(jié)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(dá)水平明顯降低。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，NUAK2表達(dá)較低的患者總體生存期較短，中位死亡時(shí)間為22個(gè)月，而NUAK2表達(dá)較高的患者的中位死亡時(shí)間為42個(gè)月，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，表明NUAK2的表達(dá)與總存活率顯著相關(guān)[27]。

以上研究結(jié)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(hào)通路、NUAK1/miR-1181/HOXA10軸等促進(jìn)卵巢癌的侵襲和轉(zhuǎn)移，而NUAK2的表達(dá)與患者總體生存期相關(guān)，高表達(dá)NUAK2的患者總體生存期較長。

7. NUAK家族與結(jié)直腸癌：結(jié)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(shù)治療、放化療和免疫治療等大大提高了結(jié)直腸癌患者的生存率，但晚期結(jié)直腸癌患者的總體預(yù)后仍然很差[9]。有研究者通過原位雜交分析結(jié)直腸癌組織、結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移組織和正常結(jié)腸組織，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NUAK1在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá)，并且在發(fā)生肝轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌組織中表達(dá)更高，表明NUAK1在結(jié)直腸癌的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。一項(xiàng)研究通過構(gòu)建結(jié)直腸癌小鼠模型發(fā)現(xiàn)，NUAK2低表達(dá)組更容易形成腫瘤病灶。馬倩等[28]運(yùn)用數(shù)據(jù)庫分析結(jié)直腸癌患者的生存預(yù)后，發(fā)現(xiàn)NUAK2高表達(dá)的結(jié)直腸癌患者遠(yuǎn)期生存率更高。為進(jìn)一步研究NUAK2抑制結(jié)直腸癌進(jìn)展的機(jī)制，敲低sh-NUAK2的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NUAK2能夠抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力。裸鼠肝臟轉(zhuǎn)移模型表明，NUAK2的低表達(dá)能促進(jìn)轉(zhuǎn)移灶的形成。CO-IP后質(zhì)譜檢測結(jié)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(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移和侵襲[28]。

總之，NUAK1能夠促進(jìn)結(jié)直腸癌的進(jìn)展，而NUAK2能夠抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移和侵襲，NUAK2的低表達(dá)能夠促進(jìn)結(jié)直腸癌病灶及轉(zhuǎn)移灶的形成，其作用機(jī)制可能與其相互作用蛋白丙酮酸激酶M2有關(guān)。PKM2是丙酮酸激酶的同工酶，參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞能量代謝重編程(energy metabolism reprogramming，EMR)和線粒體功能適應(yīng)性線粒體重編程(adaptive mitochondrial reprogramming，AMR)，在腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉(zhuǎn)移中扮演重要角色。NUAK2 能夠調(diào)節(jié)PKM2，通過與PKM2的相互作用，從而抑制結(jié)直腸癌的發(fā)展和轉(zhuǎn)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(guān)。蘇琪盛等[22]研究發(fā)現(xiàn)，NUAK1在鼻咽癌組織中表達(dá)上調(diào)，其表達(dá)與鼻咽癌淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移相關(guān)，是導(dǎo)致鼻咽癌不良預(yù)后的關(guān)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(dá)并調(diào)控Akt/FOXO1信號(hào)通路, 從而抑制肝內(nèi)膽管細(xì)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(yù)后相關(guān)，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(dá)，其表達(dá)水平與淋巴結(jié)的轉(zhuǎn)移、腫瘤的復(fù)發(fā)和患者的預(yù)后存在相關(guān)性。此外，NUAK1可通過LKB1激活依賴的方式結(jié)合并磷酸化p53，通過誘導(dǎo)細(xì)胞周期抑制因子p21的表達(dá)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(xì)胞中能起到介導(dǎo)細(xì)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(guān)，可以起到促癌和抑癌的雙重作用。在癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化方面，NUAK家族可以起到促進(jìn)作用，如肝癌、胃癌、黑色素瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和宮頸癌等，也可發(fā)揮抑制作用，如結(jié)直腸癌等；在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期方面，NUAK家族可以起到誘導(dǎo)細(xì)胞周期抑制因子的表達(dá)、阻滯細(xì)胞周期和介導(dǎo)細(xì)胞衰老的作用。然而，NUAK家族在腫瘤中的系統(tǒng)性報(bào)道仍然較少，其發(fā)揮作用的具體機(jī)制仍不明確，有待于進(jìn)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(shè)計(jì)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(zhǔn)靶向治療提供新的治療靶點(diǎn)。