NUAK家族在肿瘤中的双重作用

2022-03-14 17:30葛彦锋庄秀芬王旭青
医学研究杂志 2022年11期
关键词:黑色素瘤激酶卵巢癌

葛彦锋 范 昕 庄秀芬 王旭青

NUAK家族是AMPK激酶家族的重要成员,与AMPK家族具有相似的结构域,能够参与调控细胞黏附、轴突发育、平衡生物能量。近年来,随着生物信息学和精准医学的发展,分子标志物的研究成为肿瘤研究的热点话题[1]。NUAK家族在肿瘤中的作用相继被发现,越来越多的证据表明,NUAK家族能够参与调控细胞周期、极化和细胞死亡,在不同肿瘤的发生、发展中起到促癌和抑癌的双重作用[2]。本文讨论NUAK家族的促癌和抑癌作用并就其在不同肿瘤中的相关调控机制进行系统性综述。

一、NUAK家族结构和功能

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),由一个N-末端催化结构域、一个泛素相关结构域和一个C-末端间隔序列构成[3]。NUAK1是AMPK激酶家族的第5个成员,是由KIAA0537 cDNA克隆编码的一种蛋白,相对分子质量为74kDa。NUAK1是Akt的下游因子,可以直接被Akt依赖的调节结构域上的丝氨酸残基磷酸化而激活[4]。在人类肾脏细胞中,NUAK1能够调节肌球蛋白磷酸酶靶亚基1(myosin phosphatase target subunit 1,MYPT1)的磷酸化,促进MYPT1与衔接蛋白14-3-3的相互作用,从而控制细胞黏附[5]。肝激酶B1(liver kinase B1,LKB1)在体内神经极化过程中对轴突的发育至关重要,敲减NUAK1能够抑制LKB1引起的轴突分支数量的增加,NUAK1是LKB1调节皮质神经元轴突生长和分支的主要效应因子[6]。

NUAK2是AMPK激酶家族的第4个成员,编码一种SNF1/AMPK相关激酶,最早于1995年被Rosen发现,是角质形成细胞暴露于紫外线辐射后经减法杂交鉴定出的一种差异表达的基因,主要定位于细胞核中,与AMPK家族具有相似的结构域[3]。NUAK2能够参与调控丙型病毒性肝炎的基因组复制,并通过磷酸化SMAD2促进TGF-β信号转导,从而介导肝纤维化[7]。棕色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT)是一种产热器官,能够快速氧化自身的脂肪储备和循环底物,从而产生热量并提高代谢率,NUAK2能够改变线粒体效率,调节BAT产热从而平衡能量稳态,这使其成为治疗肥胖症和相关代谢紊乱的新靶点[8]。

二、NUAK家族与恶性肿瘤

1. NUAK家族与肝癌:肝癌在世界范围内发生率高且呈上升趋势。尽管关于肝癌手术治疗和靶向治疗的研究越来越多,但其复发率高、转移率高、预后差,治愈率仍然相对较低[9]。据报道,NUAK1在肝癌组织中的相对表达量明显高于癌旁正常肝组织,下调NUAK1的表达能够抑制肝癌细胞的生长和迁移[10]。NUAK1可以通过FYN-STAT3依赖的方式驱动肝癌细胞动态组重排和上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT),从而促进肝癌细胞对靶向药物的耐药性[11]。

Hippo-YAP信号通路能够控制细胞生长、增殖和凋亡,被认为是肿瘤发生的重要原因,该途径的主要下游效应因子Yes激酶相关蛋白(yes-associated protein,YAP)已被证明在包括肝癌在内的多种恶性肿瘤中异常表达,其核定位与许多癌症的不良预后呈正相关,YAP已成为一个有吸引力的治疗靶点。Yuan等[12]通过生物信息学分析探讨肝细胞癌中YAP和NUAK2的相关性,发现NUAK2与YAP转录水平呈显著正相关。进一步研究发现,YAP和NUAK2的相互作用可形成一个双正反馈环路,最大限度地提高YAP的活性,从而驱动肝癌的发生和发展。一方面,YAP可通过与NUAK2的增强子Tead结合,直接参与调控NUAK2转录[13]。另一方面, YAP的活性可受肌动球蛋白细胞骨架调节[13]。当NUAK2磷酸化位于肌球蛋白轻链磷酸酶(myosin light chain phosphatase,MLCP)的调节亚基S445上的MYPT1时,它会抑制MLCP的磷酸酶活性,增加MLC的磷酸化,从而引发肌动蛋白纤维的组装,产生肌动蛋白张力,进而增强YAP活性[12]。总之,YAP能够驱动NUAK2转录,NUAK2又能通过肌动球蛋白与细胞骨架相互作用,激发YAP活性,两者可形成一个双正反馈环路,最大限度地提高YAP活性,YAP通过调节细胞增殖和凋亡,进而促进肝癌的发生和发展。

2.NUAK家族与胃癌:胃癌是亚洲国家常见的恶性肿瘤之一,病死率较高[9]。胃癌的发病机制很复杂,目前仍知之甚少。近年来研究发现,相关癌基因的表达在促进胃癌的侵袭、转移中起重要作用,同时促癌基因的高表达往往提示患者预后不良。目前,寻找更多癌基因以及探讨不同癌基因之间的相互作用机制是临床和基础研究中的关键。

Chen等[14]研究发现,NUAK1的高表达与胃癌患者的不良预后密切相关。NUAK1能够通过诱导EMT影响胃癌细胞的侵袭和转移,这与EMT相关的转录因子slug、SIP1的表达以及mTOR/p70S6k信号通路紧密相关。Tang等[15]研究发现,在胃癌组织中,NUAK2的蛋白表达水平明显高于癌旁正常组织,提示NUAK2在胃癌与癌旁组织中存在差异表达,其可通过上调miRNA21调节第10号染色体同源丢失性磷酸酶张力蛋白基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,PTEN)的表达诱导胃癌细胞顺铂耐药。以上研究结果表明,NUAK2可能作为胃癌治疗的一个潜在靶点。细胞周期调控在调节癌细胞增殖和肿瘤生长中起着关键作用。NUAK2能够促进胃癌细胞的增殖能力并调节其细胞周期。PCNA是反映细胞增殖状态的良好指标,NUAK2高表达上调了胃癌细胞中CDK2和PCNA的表达水平,表明NUAK2能够促进胃癌细胞的增殖[16]。

癌症干细胞(cancer stem cells,CSCs)是癌细胞的一个特殊亚群,具有自我更新的能力,并有助于肿瘤的发生、转移和化学耐药。近年来,CSCs已经在许多实体肿瘤中被发现,有研究指出,大多数肿瘤预后不佳与CSCs的高分化能力密切相关[17]。研究表明,NUAK2能够促进胃癌CSCs相关的标志物ALDH1、CD44和CD133的表达,这表明NUAK2可能在肿瘤的发生、发展中起着重要的作用[15]。

3. NUAK家族与黑色素瘤:黑色素瘤是由黑色素细胞恶变引起的恶性肿瘤,是最具侵袭性和致命性的皮肤恶性肿瘤。尽管局部黑色素瘤可通过手术切除(5年生存率>90%),但黑色素瘤经常侵袭和转移,晚期黑色素瘤患者预后极差[9]。

Bell等[18]研究证实了NUAK1的表达可以影响黑色素瘤细胞的黏附性,从而调控黑色素瘤细胞的侵袭能力。Namiki等[19]通过公共阵列数据库(GSE2631)与临床参数相结合分析发现,位于人染色体1q32的NUAK2是肢端黑色素瘤中一个很有研究价值的癌基因。敲除NUAK2的黑色素瘤细胞增殖和迁移能力显著降低,并且下调了黑色素瘤细胞mTOR的表达[19]。此外,多变量COX回归分析显示,肢端黑色素瘤NUAK2高表达患者比NUAK2低表达患者更容易复发。免疫组化分析显示,NUAK2和p-Akt(S473)与肢端黑色素瘤中的表达密切相关,这表明NUAK2对PI3K通路之间的调控对黑色素瘤的发生至关重要[19]。检测细胞周期相关基因的表达发现, NUAK2通过PI3K通路调控CDK2的表达参与黑色素瘤的周期调控。

4. NUAK2与胶质母细胞瘤:胶质母细胞瘤是成人最常见的原发性脑恶性肿瘤,5年生存率<3.3%[9]。几乎没有有效的治疗方法可用。目前的治疗标准是基于欧洲癌症研究与治疗组织和加拿大国家癌症研究所进行的3期随机临床试验,该试验表明,最大限度地手术切除肿瘤之后,在每日剂量替莫唑胺(temozolomide,TMZ)和放射治疗的同时使用TMZ,然后继续使用TMZ的治疗优于单独使用放射治疗。尽管这种联合放化疗方法改善了预后,但很少有患者存活超过5年[20]。

一项基于137例胶质瘤组织的研究发现,NUAK1的表达与胶质瘤患者的生存状况、世界卫生组织(WHO)分级等密切相关,NUAK1高表达患者的中位生存期(18.37个月,95% CI:15.95~20.04个月)明显短于NUAK1低表达患者(43.80个月,95% CI:23.47~48.36个月)[21]。基质金属蛋白酶(matrix metallo proteinases,MMPs)是由肿瘤细胞和间充质细胞产生,能够降解细胞外基质,在肿瘤转移过程中发挥重要作用,其中基质金属蛋白酶2(matrix metallo proteinases 2,MMP2)和基质金属蛋白酶9(matrix metallo proteinases 9,MMP9)是侵袭和转移所必需的基质降解酶[22]。Lu等[21]研究发现,NUAK1可以通过诱导MMP2和MMP9的激活促进胶质瘤细胞的侵袭能力。

NUAK2在胶质母细胞瘤组织中的表达显著高于正常组织,且NUAK2在高级别胶质母细胞瘤(WHO Ⅳ级)与低级别胶质母细胞瘤(WHO Ⅰ级)中存在差异表达[23]。Fu等[23]通过细胞实验证实了NUAK2能够促进胶质瘤细胞的增殖、增强细胞的迁移和侵袭能力。同时,NUAK2促进肿瘤干细胞相关基因(EZH2、CD133、BMI、MDR1、SSEA1和STAT3)的表达。以上研究结果表明,NUAK家族抑制剂的相关研究使得NUAK家族有望成为胶质母细胞瘤新的治疗靶点。

5.NUAK家族与宫颈癌:宫颈癌是全球女性中第四大常见癌症,尽管宫颈癌治疗和筛查方法不断发展,早期诊断和治疗降低了病死率,但5年癌症特异性生存率仍然很低[9]。近年来研究表明,NUAK2在宫颈癌组织和细胞系中高表达[16]。Li等[16]研究发现,敲减NUAK2能够抑制宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭,并能抑制宫颈癌细胞的上皮-间充质转化。此外,在线STRING数据库搜索与NUAK2结合的基因,发现细胞质FMR1相互作用蛋白2(cytoplasmic fmr1-interacting protein 2,CYFIP2)可以直接与NUAK2结合。CYFIP2是一种能够与细胞质FMR蛋白相互作用的蛋白,参与胰腺内分泌肿瘤、结肠腺癌、胃癌等多种肿瘤的增殖和凋亡,进一步Co-IP检测发现,CYFIP2与NUAK2呈负相关,抑制CYFIP2表达可部分抵消NUAK2下调对宫颈癌细胞增殖、迁移和EMT的影响。总之,NUAK2能够直接结合CYFIP2,通过调控CYFIP2的表达从而促进宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力,并促进宫颈癌的EMT进程。

6.NUAK家族与卵巢癌:卵巢癌是女性生殖系统常见的恶性肿瘤,其早期症状隐匿、容易转移复发和产生耐药性,使得卵巢癌患者5年生存率<30%,严重危害女性健康[9]。Zhang等[24]研究发现,NUAK1可促进卵巢癌细胞的侵袭和迁移能力,并通过激活NUAK1/miR-1181/HOXA10轴促进卵巢癌上皮-间充质转化。Phippen等[25]研究发现,NUAK1与高级别浆液性卵巢癌的不良预后相关。Akt/mTOR信号通路可以通过上皮-间充质转化和MMPs的表达促进癌细胞的侵袭和转移。近年来研究表明,NUAK1可通过上调MMP2和MMP9的表达,通过Akt/mTOR信号通路促进EMT进程,从而介导卵巢癌细胞的侵袭。此外,NUAK1还可通过调节纤维连接蛋白的生成促进卵巢癌转移[26]。

Emmanuel等[27]将发情周期中小鼠卵巢表面上皮表达异常的基因列表与已报道的卵巢癌基因进行交叉匹配,以确定其是否参与调控正常上皮细胞向卵巢癌进展的过程。结果发现,NUAK2在小鼠发情周期中受到调控,在卵巢癌中表达失调,在卵巢癌的发生、发展中可能存在作用[27]。免疫组化结果显示,与正常输卵管上皮和包涵体囊肿比较,卵巢癌组织的NUAK2表达水平明显降低。此外,有研究发现,NUAK2表达较低的患者总体生存期较短,中位死亡时间为22个月,而NUAK2表达较高的患者的中位死亡时间为42个月,差异有统计学意义(P<0.05),表明NUAK2的表达与总存活率显著相关[27]。

以上研究结果表明,NUAK家族在卵巢癌发生、发展中的作用存在差异性,NUAK1可以通过Akt/mTOR信号通路、NUAK1/miR-1181/HOXA10轴等促进卵巢癌的侵袭和转移,而NUAK2的表达与患者总体生存期相关,高表达NUAK2的患者总体生存期较长。

7. NUAK家族与结直肠癌:结直肠癌是一种常见的消化系统恶性疾病,发生率和病死率较高,尽管手术治疗、放化疗和免疫治疗等大大提高了结直肠癌患者的生存率,但晚期结直肠癌患者的总体预后仍然很差[9]。有研究者通过原位杂交分析结直肠癌组织、结肠癌肝转移组织和正常结肠组织,结果发现,NUAK1在结直肠癌组织中高表达,并且在发生肝转移的结直肠癌组织中表达更高,表明NUAK1在结直肠癌的进展中发挥重要作用。一项研究通过构建结直肠癌小鼠模型发现,NUAK2低表达组更容易形成肿瘤病灶。马倩等[28]运用数据库分析结直肠癌患者的生存预后,发现NUAK2高表达的结直肠癌患者远期生存率更高。为进一步研究NUAK2抑制结直肠癌进展的机制,敲低sh-NUAK2的细胞实验发现NUAK2能够抑制结直肠癌细胞的迁移和侵袭能力。裸鼠肝脏转移模型表明,NUAK2的低表达能促进转移灶的形成。CO-IP后质谱检测结果表明,丙酮酸激酶M2(pyruvate kinase M2,PKM2)能够与NUAK2发生相互作用,从而抑制结直肠癌细胞的迁移和侵袭[28]。

总之,NUAK1能够促进结直肠癌的进展,而NUAK2能够抑制结直肠癌细胞的迁移和侵袭,NUAK2的低表达能够促进结直肠癌病灶及转移灶的形成,其作用机制可能与其相互作用蛋白丙酮酸激酶M2有关。PKM2是丙酮酸激酶的同工酶,参与调节肿瘤细胞能量代谢重编程(energy metabolism reprogramming,EMR)和线粒体功能适应性线粒体重编程(adaptive mitochondrial reprogramming,AMR),在肿瘤的发生、侵袭和转移中扮演重要角色。NUAK2 能够调节PKM2,通过与PKM2的相互作用,从而抑制结直肠癌的发展和转移。

8. NUAK家族与其他恶性肿瘤:NUAK家族还与一些其他恶性肿瘤密切相关。苏琪盛等[22]研究发现,NUAK1在鼻咽癌组织中表达上调,其表达与鼻咽癌淋巴结的转移相关,是导致鼻咽癌不良预后的关键因素。熊新魁等[29]研究发现,miR-145可通过抑制NUAK1的表达并调控Akt/FOXO1信号通路, 从而抑制肝内胆管细胞癌的增殖能力。Fu等[30]研究发现,NUAK2与前列腺癌的不良预后相关,抑制NUAK2能够抑制前列腺癌的增殖和侵袭。韦海鸿等[31]研究发现,NUAK2在乳腺癌中高表达,其表达水平与淋巴结的转移、肿瘤的复发和患者的预后存在相关性。此外,NUAK1可通过LKB1激活依赖的方式结合并磷酸化p53,通过诱导细胞周期抑制因子p21的表达和G1/S期阻滞而起到抑制肿瘤的作用[32]。也有研究表明,NUAK1在二倍体成纤维细胞中能起到介导细胞衰老的作用[33]。

三、展 望

NUAK家族与多种肿瘤的发生、发展密切相关,可以起到促癌和抑癌的双重作用。在癌细胞增殖、迁移、侵袭和上皮-间充质转化方面,NUAK家族可以起到促进作用,如肝癌、胃癌、黑色素瘤、胶质母细胞瘤和宫颈癌等,也可发挥抑制作用,如结直肠癌等;在调节细胞周期方面,NUAK家族可以起到诱导细胞周期抑制因子的表达、阻滞细胞周期和介导细胞衰老的作用。然而,NUAK家族在肿瘤中的系统性报道仍然较少,其发挥作用的具体机制仍不明确,有待于进一步深入研究。此外,靶向药物的研发仍比较局限,在不同的肿瘤中设计NUAK家族的靶向干扰药物或者小分子多肽,有望为恶性肿瘤的精准靶向治疗提供新的治疗靶点。

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