武銳鋒,劉宇宏

(延安大學附屬醫(yī)院 風濕免疫科,陜西 延安 716000)

PDZ結(jié)合激酶/T淋巴細胞因子激活的殺傷細胞源性蛋白激酶被認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)細胞存活、增殖、生長、凋亡,炎癥[1-4]。由細胞周期蛋白依賴性激酶1(cyclin-dependent kinases 1,cdk1)/細胞周期蛋白B(cyclinB)復合物激活,通過胞質(zhì)分裂調(diào)控蛋白(Protein regulation cytokiness 1,PRC1)的磷酸化促進胞質(zhì)分裂[5]。PBK/TOPK是一種致癌基因,在許多腫瘤中高表達,通過不同作用機制參與腫瘤的發(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,也在少許正常組織中表達,包括睪丸、胎盤、成人室管膜下區(qū)及胎兒出生后小腦外顆粒細胞層的GFAP陽性神經(jīng)祖細胞[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的保護。本綜述旨在通過闡明PBK/TOPK在各種惡性腫瘤中發(fā)揮的作用,為開發(fā)新型抗腫瘤藥物提供作用靶點。

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的表達在有絲分裂期間上調(diào),其在Thr9位點被結(jié)合并磷酸化,并被cdk1/cyclin B復合物激活[8]。在精子發(fā)生過程中,有絲分裂和減數(shù)分裂期間PBK/TOPK在Thr 9處均被磷酸化[9]。在細胞周期中,PBK/TOPK的表達與cdk1密切相關(guān),活化的cdk1/cyclinB1復合物使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,從而促進胞質(zhì)分裂[10]。PBK/TOPK可通過其C端谷氨酸-天冬氨酸重復序列與PRC1結(jié)合,促進T481位點PRC1的磷酸化,從而增加cdk1/cyclinB對PRC1的磷酸化水平,最終促進細胞分裂[5]。在有絲分裂早期,PBK/TOPK的活性達到峰值,此時,其通過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)域的檢查點蛋白(Check point protein with FHA and RING domains,CHFR)泛素化并調(diào)節(jié)的PBK/TOPK導致PTEN磷酸化和失活,從而誘導AKT的激活,對G2到M期的過程發(fā)揮重要作用[12]。以上研究發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK是促進有絲分裂進展的重要物質(zhì),有望成為腫瘤治療的關(guān)鍵靶點。

2 PBK/TOPK參與DNA損傷、炎癥、自噬

PBK/TOPK參與DNA損傷,在DNA損傷感知和修復中發(fā)揮作用。PBK/TOPK作為p38生長因子激活的介質(zhì),在DNA損傷感應機制中發(fā)揮作用,促進γ-H2AX的生成,γ-H2AX負責招募DNA損傷反應蛋白到損傷部位,促進修復[13]。然而,PBK/TOPK激活DNA損傷修復機制的功能可能為腫瘤細胞提供更有效的修復反應,從而促進腫瘤的生長。據(jù)報道[1],PBK/TOPK也參與炎癥,PBK/TOPK可通過磷酸化磷酸酶MKP1來保護機體免受紫外線誘導的炎癥反應。此外,與對照細胞相比,在PBK/TOPK缺失細胞中,脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導的誘導型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase,iNOS)表達減少,而iNOS是通過LPS/Toll樣受體4(Toll-like receptor4,TLR4)誘導的信號級聯(lián)通路激活PBK/TOPK,這表明PBK/TOPK可能是LPS/TLR4介導的炎癥信號通路的關(guān)鍵介質(zhì),PBK/TOPK參與了LPS介導的炎癥反應[14]。PBK/TOPK參與自噬。UNC-51樣激酶1(UNC-51-like kinase 1,ULK1)是自噬誘導中的關(guān)鍵節(jié)點,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抑制增強了膠質(zhì)瘤細胞對替莫唑胺的敏感性[15]。2019年,Ma等[16]發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK在高級別漿液性卵巢癌高表達,高表達的PBK/TOPK通過ERK/mTOR信號通路促進自噬并增強順鉑耐藥性。此外,研究還發(fā)現(xiàn),嗜生態(tài)病毒整合位點1(ecotropic vira integration site-1,EVI1)可通過直接靶向PBK/TOPK的啟動子區(qū)域誘導高級別漿液性卵巢癌的自噬促進轉(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的過表達誘導腫瘤細胞自噬來減弱其對抗化療藥物的敏感性。靶向PBK/TOPK可能是一個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通過激活p38MAPK信號通路來促進腫瘤增殖,見表1。microRNA-216是一種腫瘤抑制因子,在許多腫瘤類型中被下調(diào),當miR-216b-3p在肺腺癌中的表達恢復時,靶向PBK/TOPK負調(diào)控其表達,上調(diào)腫瘤抑制物p53的表達,下調(diào)細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21的表達,阻止p38MAPK的激活,抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡,阻止腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[17]。此外,PBK/TOPK通過調(diào)節(jié)PI3K/PTEN/AKT依賴性信號通路促進肺癌細胞的遷移,高PBK/TOPK和低PTEN表達與肺癌患者的總體和無病生存率呈負相關(guān)[18]。在難治性肺癌細胞中PBK/TOPK直接磷酸化和激活c-Jun,導致AP-1靶基因的轉(zhuǎn)錄激活,從而促進細胞增殖、存活、遷移和轉(zhuǎn)化。PBK/TOPK的過表達使非小細胞肺癌對表皮生長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通過不同作用機制參與腫瘤的發(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信號通路,促進細胞侵襲和遷移來增強食管鱗狀細胞癌的轉(zhuǎn)移。PBK/TOPK也可激活ERK通路,促進食管鱗狀細胞癌的轉(zhuǎn)移[20]。在PBK/TOPK表達的胃癌細胞中,PBK/TOPK的敲除以TP53突變依賴的方式通過p53激活抑制細胞增殖,并以TP53突變依賴的方式通過PTEN上調(diào)抑制遷移/侵襲[21]。通過文獻檢索發(fā)現(xiàn),FoxM1是轉(zhuǎn)錄因子,PBK是FoxM1下游靶點,FoxM1可調(diào)節(jié)PBK,激活β-catenin途徑對肝細胞性肝癌發(fā)揮致癌活性。新發(fā)現(xiàn)的FoxM1/PBK/β-catenin軸可作為肝細胞性肝癌治療干預手段和評估預后因子[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)直腸癌細胞的轉(zhuǎn)化,促進了在體內(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通過泛素化途徑降解,Src對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HCT116人結(jié)直腸癌細胞的肝轉(zhuǎn)移,而敲除TOPK、敲除PRPK或同時敲除兩者在HCT116中的表達,可降低這些癌細胞的遷移和侵襲[25]。

3.3PBK/TOPK與前列腺癌 在前列腺癌中PBK/TOPK的表達上調(diào),其表達水平與侵襲性相關(guān)。PBK/TOPK通過β-catenin-TCF/LEF信號傳導通路激活基質(zhì)金屬蛋白酶-2和-9基因的啟動子,從而增加基質(zhì)金屬蛋白酶的表達促進前列腺癌轉(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,其表達與這些腫瘤的惡性潛能相關(guān),因此,PBK/TOPK也被認為是一種血液系統(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),并增強細胞增殖,PBK/TOPK在BCR/ABL陽性的慢性髓系白血病中的作用機制還未被發(fā)現(xiàn),但PBK/TOPK可能是BCR/ABL陽性患者的靶點[28]。研究[29]發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK在高級別淋巴瘤,如Burkitt淋巴瘤(Burkitt lymphoma,BL)和彌漫性大B細胞淋巴瘤中過度表達,其表達與c-Myc和E2F1的表達呈正相關(guān)。c-Myc通過E2F1調(diào)節(jié)PBK/TOPK的表達,在c-Myc-E2F1-PBK信號軸上調(diào)節(jié)高級別淋巴瘤的生長,抑制該途徑特別是抑制PBK/TOPK可能在治療高級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。JAK2是一個新的TOPK上游分子,在Tyr74位點與TOPK結(jié)合并磷酸化,導致組蛋白3的磷酸化,促進BL腫瘤在體內(nèi)外的生長。Akinobu Ota[31]等報道PBK可能是骨髓瘤細胞中的一種新的IL-6誘導基因,被IL-6誘導,結(jié)合并磷酸化Stat3,通過IL-6/JAK/Stat3信號通路來促進骨髓瘤細胞增殖和抑制腫瘤細胞凋亡。

3.5PBK/TOPK與乳腺癌 在乳腺癌中PBK/TOPK的過表達在Ser10位點處磷酸化組蛋白H3,促進了腫瘤細胞的增殖,而siRNA 敲低的PBK/TOPK的表達可導致乳腺癌細胞系的生長抑制[32]。Dou[33]等發(fā)現(xiàn),PBK/TOPK通過介伯基特淋巴瘤(BL)患者導香葉基糖基化(geranylgeranylation)信號和Hippo-YAP/TAZ信號傳導途徑促進乳腺癌的增殖。先前的研究[34]表明,TGF-β1與腫瘤進展、侵襲和轉(zhuǎn)移密切相關(guān),TGF-β1促進上皮-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 的過表達抑制細胞增殖但促進腫瘤遷移和侵襲。致癌性TBX3是TGF-β1信號通路的下游靶點和介導因子。PBK/TOPK通過上調(diào)TGF-β1/Smad信號中的TBX3,促進乳腺癌細胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和侵襲[35]。此外,PBK/TOPK也通過NF-kB/Snail信號途徑介導TGF-β1誘導的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和乳腺癌細胞的侵襲[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,抑制亞砷酸鹽誘導的黑色素瘤細胞的凋亡[37]。PBK/TOPK在Ser32處磷酸化Prx1,增加Prx1的過氧化物酶活性和減少細胞內(nèi)H2O2的積累抑制UVB誘導的黑色素瘤細胞的凋亡[4]。此外,PBK/TOPK結(jié)合并磷酸化JNK1,增強了H-Ras介導的細胞轉(zhuǎn)化,參與了紫外線B(ultraviolet B,UVB)誘導的皮膚癌的發(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,主要作用包括促進腫瘤增殖、抑制腫瘤凋亡、促進腫瘤的遷移和侵襲,從而導致腫瘤的發(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。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,見表2。HI-TOPK-032在體內(nèi)和體外抑制腫瘤生長,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細胞白血病/淋巴瘤及泌乳瘤[39-44]中均有報道。OTS514和OTS964對肺癌、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,這在與過量阻斷劑量的OTS514共同注射的動物中降低,[18F]FE-OTS964能有效追蹤到TOPK[48]。ADA-07可抑制日光紫外線誘導的皮膚致癌作用[49]。SKLB-C 05抑制結(jié)直腸癌生長和轉(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,其療效優(yōu)于OTS964,藥代動力學表現(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,PBK/TOPK極少在正常組織中表達,PBK/TOPK在惡性增殖的組織中過度表達,通過MAPK(ERK、p38、JNK)信號通路,參與了腫瘤的生長、炎癥和凋亡。PBK/TOPK參與DNA損傷修復機制,進一步促進了腫瘤的生長。PBK/TOPK還參與自噬使腫瘤細胞逃避死亡并對化療藥物產(chǎn)生耐藥性。相反,靶向PBK/TOPK可增加腫瘤對化療藥物的敏感性。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對抗癌癥,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,但對未來能夠應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更多益處。