Pyk2参与细胞信号转导通路的研究进展

武茜茗, 寇育荣, 2

(1. 中国医科大学 附属口腔医院口腔生物学教研室； 2. 中国医科大学 附属口腔医院牙周科， 沈阳 110002)

富含脯氨酸的酪氨酸激酶2(proline-rich tyrosine kinase 2, Pyk2)，是黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)家族的新成员，又称为“β-细胞黏附激酶”( cell adhesion kinase β，CAKβ )，“黏着斑相关的酪氨酸激酶”(related adhesion focal tyrosine kinase，RAFTK)和“钙依赖的酪氨酸蛋白激酶”(calcium-dependent PTK，CADTK)[1]。Pyk2是特异性磷酸化蛋白质酪氨酸残基的蛋白激酶中的一类，广泛表达于多种细胞和组织，它们能对细胞外信号做出迅速的反应，引发一系列细胞事件，如细胞分裂、分化、迁移和凋亡等，从而发挥其生物学效应。近年来，Pyk2在多种疾病发生发展过程中的作用受到越来越多学者的关注，这对相关疾病的预测、诊断和治疗具有重要意义。本文就Pyk2参与各种信号转导通路的研究进展进行综述，以期更加全面地了解Pyk2的作用机制，为临床诊疗工作提供新思路。

1　Pyk2的分子结构

Pyk2是富含脯氨酸的非受体型酪氨酸蛋白激酶2，最先在大鼠脑组织中发现并克隆出来， 分子质量为116 ku。目前FAK家族仅发现两个成员，即FAK和Pyk2，该家族成员的特点是蛋白质分子主要由3部分构成，即较长的N-末端、C-末端结构以及具有催化功能的中心激酶结构[2]。Pyk2与FAK在氨基酸序列上有45%的同源性，催化功能域的同源性高达61%，并且两者均可以被细胞内高水平的Ca2+活化。

1.1　Pyk2的N-末端

Pyk2的N-末端主要由Protein4.1-ezrin-radixin-moesin(FERM)结构域和一个脯氨酸富集区(ProI)组成，多种细胞外信号如整合素、生长因子、细胞因子、激素和神经递质等均可与FERM结构域结合。有研究表明，部分蛋白可与Pyk2 N-末端的FERM结构域结合相互作用，却不能与FAK N-末端的结构域结合。

1.2　Pyk2的C-末端

Pyk2的C-末端包括黏着斑靶向序列(focal adhesion targeting，FAT)、两个脯氨酸富集区(ProII，ProIII)以及磷酸化位点Tyr881 3个部分。Pyk2 C-末端的FAT可直接与桩蛋白(Paxillin)结合，在整合素的信号传导中起着重要作用，与细胞的黏附、迁移、增殖、细胞骨架的重组和细胞的恶性转化有关。Tyr881 位点的磷酸化可促进鸟苷酸交换因子SOS定位于细胞膜上，继而激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信号通路[3]。

1.3　中心激酶结构

中心激酶结构含有3个磷酸化位点Tyr402、Tyr578和 Tyr580。Tyr402 是位于 N-末端与中心激酶结构相连处的自主磷酸化位点，此位点的磷酸化可募集并结合Src家族、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase，PI3K)的SH2结构域以及Ab1等，从而使Src家族、PI3K发生磷酸化而被激活，并进一步活化其他区域的磷酸化位点，最终导致Pyk2整体活化，从而实现其相应的生物学效应。

2　Pyk2响应细胞外信号实现活化

许多关于细胞信号的研究发现，Pyk2是一种非常活跃的酪氨酸蛋白激酶，在神经组织、造血组织以及小肠、肾、脾和附睾等多处表达，可以被多种细胞外信号激活[4]。大部分的蛋白激酶可以通过细胞外信号与相应的膜受体结合而发生活化，Pyk2即可通过胞外信号与G蛋白偶联受体、酪氨酸蛋白激酶受体等结合实现活化。

另外，Pyk2的活化还可以不需要受体或其他激酶的参与即完成。正如前文提及的自主磷酸化位点Tyr402可直接感受细胞外信号变化，实现自身磷酸化从而激活Pyk2产生相应的生物效应。

3　Pyk2参与多种信号转导通路

3.1　PI3K/Akt信号通路

心血管系统对于机体的健康具有重要意义，若该系统发生病变且病程持续进展，最终将引发心力衰竭而威胁生命。在各种心血管病变中，最典型的是心肌细胞的局部过度增生，多种分子参与的信号调节机制引发并加剧了这一过程。有报道指出，凝血酶(Thrombin)可以诱导心钠素的表达，刺激心脏成纤维细胞增殖，引起心肌细胞形态学的改变。蛋白酶活化受体(protease-activated receptors，PARs)作为Thrombin活化的G蛋白偶联受体，能够调节相关基因的表达与心肌细胞的增生[5]。在心血管疾病发展过程中，Thrombin能够结合PARs，继而活化下游信号因子，包括非受体酪氨酸激酶c-Src和Pyk2，并进一步活化PI3K/Akt信号通路，引起级联反应，影响炎症相关基因的表达，最终导致局部过度增生而引起病变[6]。在此病变过程中，变化较为典型的炎症相关因子如环氧化物酶2(Cyclooxygenase-2，COX-2)能够在特定组织中催化花生四烯酸，产生前列腺素以维持细胞自稳态，同时诱导炎症应答反应，进而造成组织损伤[7]。大量数据显示，心脏发生病变时，心肌组织的Thrombin表达明显上调，c-Src和Pyk2均有活化；同时抑制Akt通路能够显著减少COX-2产生，表明Akt是炎症反应关键的调节因子。这些结果表明，正是通过Thrombin/PAR-c-Src&Pyk2-PI3K/Akt这一通路促进了心脏病变的恶化，Pyk2作为中间信号分子发挥着重要作用。

由于心肌组织病变涉及大量Ca2+胞膜内外的转运，而Ca2+活化Pyk2的特殊作用可能会影响这一过程，具体分子机制尚有待进一步研究。

3.2　Gab1信号通路

Pyk2对骨的形成具有负性调节作用，可以通过影响细胞黏附、细胞形态以及细胞迁移影响骨代谢，进而影响骨结构，最终影响骨生成，许多信号分子参与Pyk2调节骨髓间充质细胞代谢的过程。Paxillin是一种细胞骨架蛋白，曾有研究证明，Paxillin作为FAK的特异性靶点，被磷酸化而实现活化，发挥相应的生物学效应；近来发现，Paxillin也可以作为Pyk2的靶点，直接与Pyk2 C-末端结构域结合，在Y118位点磷酸化实现活化而发挥作用[8]。与Paxillin相类似，骨架接头蛋白-1(Grb2-associated binder-1，Gab1)也能被非受体酪氨酸激酶磷酸化，通过招募相关下游信号分子，放大细胞信号因子传递。有研究报道称，骨髓间充质细胞分化过程中，Pyk2的高表达能够使Gab1发生磷酸化，从而与生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor bound protein 2，Grb2)结合形成复合物实现激活，Gab1蛋白中部的蛋氨酸(Met)结合结构域与Met结合产生效应[9]，从而促进细胞分化。这一过程中也存在Paxillin的活化。Met的活化及其生理效应的实现受到Pyk2调节，可能通过Pyk2-Gab1-Met这一通路，同时与Paxillin共同作用影响了细胞功能，导致骨生成功能改变。

3.3　MAPK/ERK1/2信号通路

中枢神经系统是人体神经系统的部分，接受来自全身各处的传入信息，进行传递、存储和加工，产生各种效应，支配控制动物的全部行为。神经细胞之间的联系通过突触与神经递质的释放实现，许多信号分子参与神经递质释放的过程，我们就Pyk2通过自磷酸化引起神经递质多巴胺(Dopamine，DA)释放的相关分子机制及信号通路进行阐述。神经节苷酯四钠盐GQ1b能够促使神经突向外生长，调节突触结构释放神经递质的过程，进一步引起远期效应[10]。有研究发现小剂量的GQ1b能够使细胞间Ca2+大量释放，进而引起Pyk2 Tyr位点自磷酸化并实现Pyk2活化；与此同时，GQ1b可以导致肌动蛋白的去极化，引起肌动蛋白动力学改变，从而影响细胞骨架结构，最终对神经递质的释放产生作用[11]。研究显示，Pyk2活化进一步引起下游MAPK/ERK1/2信号通路的转导[12]，ERK1/2信号分子的激活引起突触蛋白类家族(Synapsins)磷酸化，促使包被神经递质的囊泡形成，并最终实现神经递质的释放。这些结果表明，在Pyk2影响DA释放过程中，正是通过GQ1b-Pyk2-MAPK/ERK1/2这一通路的调节，实现了神经系统释放多巴胺产生效应的生理过程。

3.4　Wnt信号通路

结肠上皮肿瘤是临床常见的消化系统肿瘤，多种信号分子参与肿瘤发生、肿瘤细胞迁移和相关产物代谢的过程，我们就Pyk2参与结肠上皮肿瘤发展过程的分子机制及信号通路简要概述。有研究表明，肠上皮肿瘤临床样本分析及体外模拟形成过程中均可检测到Pyk2活化，并通过使糖原合成酶激酶3(Glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)的Y216位点去磷酸化，募集大量下游信号分子泛素连接酶β-TrCP(β-transducinrepeats containing proteins)并实现泛素化[13]；进一步引起β-连环蛋白(β-catenin)活化，激活Wnt信号通路[14-15]；而β-catenin的过度表达又会造成自噬水平的提高[16]。有报道指出，细胞自噬等生命现象影响肿瘤形成和发展，在肿瘤的形成过程中，由于缺血造成的营养缺乏能够激活细胞自噬，一方面自噬能够通过清除有毒致癌物质等方式抑制肿瘤发展；另一方面又能通过限制细胞坏死和炎症发生，使肿瘤细胞在不利的条件下存活，最终造成肿瘤的迁延进展。肿瘤发生发展过程受到Pyk2的调节，正是通过Pyk2-GSK-3β-Wnt这一通路实现的，进而影响细胞代谢，最终诱发组织病变。

3.5　NF-κB信号通路

肺作为人体呼吸器官直接与外界接触，常可受到致病微生物或理化刺激引起炎症，并可能最终发展为呼吸衰竭。许多信号分子参与局部刺激物与肺泡上皮相互作用的过程，Pyk2参与磷酸神经鞘氨醇(sphingosine-1-phosphate，S1P)引发肺部急性损伤的过程并发挥重要作用。研究表明，S1P刺激肺泡上皮细胞与S1P受体(S1PRs)结合形成复合物，显著活化Pyk2，从而使胞内产生大量活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)[17]。ROS的氧化效应促使NF-κB信号通路的p65位点实现磷酸化，从而激活NF-κB信号通路[18]，使大量的炎症介质及细胞因子被释放。其中细胞间黏附分子(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)的显著上调增强了单核细胞的黏附作用[19]，但弱化了循环中单核细胞的游走能力，使得代谢产物及破损细胞结构无法及时清除，进一步引起肺部血肿和白血球计数增高，最终导致急性肺损伤，引发肺部炎症。这一过程通过Pyk2-NF-κB-ICAM-1通路调节，引发细胞功能变化，最终诱发组织损伤。

Pyk2参与多种信号转导通路的模式图见图1。

图1 Pyk2参与多种信号转导通路模式图

4　结语

Pyk2作为一种活跃的非受体酪氨酸蛋白激酶，广泛存在于多种生理及病理过程中，通过多种信号转导方式及信号通路实现其生物学效应。目前，Pyk2的研究主要集中在心血管疾病与恶性肿瘤方面，在骨形成、神经传导、急性肺损伤等方面的研究也在不断深入。本文通过对不同组织和不同生理、病理状态下Pyk2参与的细胞信号转导过程及相应作用机制进行综述，希望能够为相关疾病的诊断和治疗提供新的靶点和思路。

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