PIP5K1A与肿瘤*

尹 嫚 综述 王云飞 审校

(1济宁医学院临床医学院，济宁 272013；2济宁医学院附属医院，济宁 272029)

肿瘤是正常细胞在各种致瘤因子作用下，发生基因突变导致组织过度增殖所形成的新生物，严重危害着人类的生命健康。

PIP5K1A(phosphatidylinositol 4-phosphate 5-kinase type-1 alpha)是一种I型磷脂酰肌醇磷酸激酶，其作用于PI3K/AKT通路的上游，是许多生物过程中的主要调节因子，它的主要作用是通过磷酸化和去磷酸化过程来调控细胞中的生物合成和信号通路。已有研究表明，多种恶性肿瘤中存在PIP5K1A的过表达或其环状RNA(circPIP5K1A)的表达异常。本文就PIP5K1A的结构与功能、PIP5K1A与肿瘤的关系以及相关抑制剂进行了归纳与阐述，以期对PIP5K1A的研究提供有价值的信息。

1 PIP5K1A结构与功能

1.1 PIP5K1A结构

PIP5K1有3个同工酶：PIP5K1A、PIP5K1B和PIP5K1C。因为小鼠基因的命名法与人类基因的命名法相反，PIP5K1A亚型的命名法变得有些混乱[1-3]。此外，该蛋白家族还使用了一些同义词，包括PI5PK、PIPK1、PIP5K和PIPkin。其中，PIP5K1A是脂质激酶家族中的主要成员，是作用于PI3K/AKT通路上游的关键脂质激酶[1-4]，通过此通路，PIP5K1A调控细胞增殖、凋亡和迁移，调节各种靶蛋白的定位和活性。

PIP5K1A的晶体结构是在3.3Å分辨率下确定的[5]。在晶体中，可以看到PIP5K1A形成了一个边对边的二聚体，生物物理和生化证据表明，这种二聚体在溶液中形成，是完全催化活性解析所必需的[5]。Amos 等[6]利用多尺度分子动力学方法研究了PIP5K1A激酶的膜结合机制，发现PIP5K1A可以作为单体或二聚体与细胞膜结合，二聚体PIP5K1A一次仅通过一个催化位点与膜接触结合；PIP5K1A激酶通过激活环与含PIP的膜相互作用；激酶和双分子层接触后，再进行重新定位，使其与含有PI4P的膜产生有效地结合。这为研究PIP5K1A的信息传递、物质交换等提供了依据。

1.2 生物功能

1.2.1PIP5K1A基本细胞学作用 PIP5K1A存在于表皮的所有层中，在细胞外钙(Cao)处理的人角化细胞中，PIP5K1A、PIP2、IP3和细胞内钙(Cai)的水平增加；而PIP5K1A的敲除或沉默则阻碍了Cao诱导的Cai升高以及角化细胞分化标记物的诱导[7]。因此，PIP5K1A是Cao诱导的第二信使IP3、Cai和角化细胞分化所必需的。PIP5K1A还通过调控PIP2介导的AKT通路和细胞质钙释放促进成肌细胞分化[8]，是成肌细胞分化中的重要调节因子。

PIP5K1A是细胞定向迁移过程中的重要调节因子，PIP5K1A的缺失会导致膜皱缩、细胞扩散和肌动蛋白组织缺陷，使局部黏着点形成受损，最终影响迁移的方向持久性[9]。

PIP5KIA还参与了自噬性溶酶体再生(ALR)过程的调节[10]，并且调节ALR管化后的断裂过程。ALR 后期自噬溶酶体管化后，PIP5KIA 在其管状结构上将 PI4P 转化为 PIP2，并且招募网格蛋白Clathrin，从而导致管状结构断裂形成原溶酶体[11]。

1.2.2PIP5K1A的促癌作用 在肿瘤细胞中，PIP5K1A能调控侵袭性伪足的形成。由于侵袭性伪足具有细胞外基质(ECM)降解活性，故在癌症侵袭中起作用[12-13]。在趋化或机械刺激的反应下，PIP5K1A被招募到质膜的前缘，诱导侵袭性伪足的形成[14]。因此，PIP5K1A在PIP5K1家族成员中特异性参与了侵袭性伪足的形成。

PIP5K1A能够调控癌细胞中的MRP2活性。在小鼠原代肝细胞、PANC1和HepG2细胞中，siPIP5K1A处理增加了细胞内的CDF (MRP2底物)[2]，表明PIP5K1A缺失导致肝细胞和癌细胞中MRP2活性降低。因此,PIP5K1A在癌细胞中的缺失可能有利于阻止抗癌耐药和恶性进展。

PIP5K1A调控P53的稳定性。多种癌症都有TP53的突变，从而促进肿瘤进展[15]。细胞核中的PIP5K1A在应激状态下与P53结合，突变的P53蛋白在细胞核中积聚，产生致癌活性，促进肿瘤进一步发展，而PIP5K1A的缺失或抑制会降低突变体P53蛋白水平[16]。因此,P53的稳定性受细胞核PIP5K1A及其产物PI(4,5)P2调控，该通路是一个很有前途的癌症治疗靶点。

在大约25%的人类癌症中发现KRAS突变，KRAS突变是超过90%胰管腺癌病例的驱动因素[15]。PIP5K1A表达的减少可特异性降低致癌KRAS信号和增殖，抑制KRAS驱动的致癌基因，并使胰腺癌细胞系对MAPK抑制剂敏感[17]。因此，PIP5K1A可作为KRAS信号通路中治疗KRAS突变癌症的潜在靶点。

2 PIP5K1A 与肿瘤

2.1 PIP5K1A 与前列腺癌(PCa)

PIP5K1A在高级别PCa中过表达，并与PIP2和雄激素受体(AR)表达相关。Flemming等[18]研究发现，在PCa患者中，PIP5K1A表达水平较高，且与AR表达呈正相关。此外，转移病灶中发现的PIP5K1A和AR mRNA水平较原发肿瘤相比明显增高。在PCa细胞中，AR过度表达显著增加了PIP5K1A的表达和AKT磷酸化[3]；在PCa患者的肿瘤标本中AR-V7表达与PIP5K1A呈正相关[19]。因此，PIP5K1A是AR-V7和AR的关键辅助因子。这些研究结果确定了包括PIP5K1A、AR-V7和AR在内的新型协同机制，它们驱动PCa的进展，为靶向治疗侵袭性PCa提供了新的信息。

2.2 PIP5K1A 与卵巢癌

卵巢癌是妇科最常见的恶性肿瘤之一，其最常见的亚型是上皮性卵巢癌(EOC)，5年生存率很低。卵巢癌中环状RNA PIP5K1A(circPIP5K1A)的表达较邻近正常组织高[20]；Kaplan-Meier生存分析数据显示circPIP5K1A表达增加是卵巢癌患者预后不良的预测因素，支持其参与卵巢癌的进展。miR-661(circPIP5K1A的靶点)的表达抑制了体外卵巢癌细胞的生长、侵袭和迁移，而IGFBP5(miR-661的靶点)发挥相反的作用。因此，沉默circPIP5K1A可以通过靶向miR-661/IFGBP5轴从而抑制卵巢癌细胞的生长、迁移和侵袭，circPIP5K1A在卵巢癌进展中发挥着重要作用，为靶向抑制circPIP5K1A治疗卵巢癌提供了新方法。

2.3 PIP5K1A与乳腺癌

近些年来，乳腺癌已成为女性发病率第一的恶性肿瘤[21]，其有效治疗方式变得尤为重要。在MDA-MB-231细胞系中检测到过表达PIP5K1A，显示其参与了乳腺癌的发生与发展[4]。Waugh等[22]在COSMIC数据库中对乳腺癌病例进行分析，发现大多数病例PIP5K1A的基因拷贝数有所上升，这个基因对应于1q-a染色体，而该染色体在50%～60%的乳腺癌中数量异常，PIP5K1A基因在大约10%的乳腺癌样本中扩增。此外，通过对多个组织的拷贝数变异进行了评估发现，PI4KB/PIPK1A/AKT3/PIK3C2B的共扩增在乳腺癌中最为显著。Sarwar 等[4]亦通过MDA-MB-231细胞系和体内异种移植小鼠模型揭示了PIP5K1A在三阴性乳腺癌的增殖、存活和转移中可能发挥重要作用。

2.4 PIP5K1A 与结肠癌

结肠癌是全球常见的恶性疾病，是导致死亡的主要原因之一。circPIP5K1A在结肠癌组织中较其邻近的正常组织明显上调，这说明circPIP5K1A参与了结肠癌的发生发展[23]。Transwell实验中，circPIP5K1A的强化表达显著增强了细胞的侵袭和迁移，而在COLO320DM细胞中沉默circPIP5K1A可诱导细胞死亡和抑制细胞迁移。此外，circPIP5K1A过表达增加了AP-1的表达，但降低了IRF-4、CDX-2和Zic-1的表达，而miR-1273a的过表达抑制了circPIP5K1A在结肠癌进展中的致癌作用。这些结果表明了circPIP5K1A-miR-1273a轴在调控结肠癌发展中的致癌作用，并为研究结肠癌的发病机制提供了新的视角。

2.5 PIP5K1A 与非小细胞肺癌(NSCLC)

在全球范围内，最常见的癌症是肺癌，NSCLC占所有肺癌病例的80%以上，大多数NSCLC患者发现较晚，诊断时已经有晚期局部浸润或远处转移。因此，更好地理解与NSCLC发病机制相关的分子机制对于有效的诊断和治疗至关重要。根据circBase数据库(http://www.circbase.org/)，hsa_circ_0014130位于chr1:151206672-151212515，对应的基因符号为PIP5K1A。因此，我们将hsa_circ_0014130表示为circPIP5K1A[23]。Shaoyan等[24]研究发现hsa_circ_0014130(即circPIP5K1A)在NSCLC组织中的表达较相邻正常组织显著升高，结合临床病理因素发现，circPIP5K1A表达水平与TNM分期或淋巴转移之间有显著相关性。因此，circPIP5K1A可能参与NSCLC的癌变、进展和转移，可能成为NSCLC潜在的非侵袭性生物标志物和治疗NSCLC的新靶点，有必要进一步探索。

3 PIP5K1A抑制剂

3.1 ISA-2011B

通过Pictet-Spengler方法开发二酮哌嗪融合C-1吲哚-3-基取代1,2,3,4-四氢异喹啉得到一种四氢异喹啉衍生物，称为ISA-2011B(CAS号：1395347-24-6)[25]，相关研究[20]通过高通量筛选发现ISA-2011B表现出与PIP5K1A具有最高的结合亲和力，其对各种侵袭性癌细胞系的增殖具有有效的抑制作用。

ISA-2011B是一种新型抗癌药物，它通过靶向AKT/AR相关通路对PCa细胞发挥靶向作用，无毒性作用。PIP5K1A作为ISA-2011B的靶点，ISA-2011B处理使AR、MMP9、VEGF、VEGFR1表达下降，PIP5K1A显著下调，阻断PI3K及其下游在丝氨酸473的AKT磷酸化(pAKT S473)，增加P27的表达，并下调CDK1等细胞周期调控因子，CDK1的下调可能导致AR信号通路的抑制，这些通路参与细胞增殖、存活和侵袭的调控[3,18-19]。靶向抑制PIP5K1A或ISA-2011B治疗可诱导细胞凋亡，抑制肿瘤的生长和侵袭性,这一发现为指导PCa靶向治疗提供了新的信息。

MDA-MB-231细胞是一种缺乏ER、HER-2和PR表达、但pAKT组成性高表达的三阴性乳腺癌模型。ISA-2011B在MDA-MB-231细胞中具有靶向作用，其通过抑制PIP5K1A及升高的PI3K/AKT通路的下游信号从而抑制三阴性乳腺肿瘤的生长和侵袭性。此外，ISA-2011B可能针对PIP5K1A表达升高的ER+乳腺癌[4]。这些结果说明了ISA-2011B作为一种新的靶向疗法治疗三阴性和ER+乳腺癌的潜力。

ISA-2011B目前多试验于PCa和乳腺癌肿瘤中，表现出了良好的治疗潜能，有助于确定该化合物作为癌症治疗剂的未来临床应用，在其他过表达PIP5K1A肿瘤的作用还有待研究。

3.2 窄谱吲哚-嘧啶化合物(GSK2291363)

GSK2291363能有效抑制PIP5K1A，其Kd为440nM。将GSK2291363与PIP5K1A(PDB:4TZ7)的晶体结构对接显示了一个标准的结合位[15]。一系列羟吲哚也呈现了潜在的药物化学起点。这两个系列以及更广泛的激酶组分析为设计具有细胞活性和激酶选择性的PIP5K1A抑制剂提供了潜在的基础。

3.3 吡喃苯醌类

Katja S等[1]为了寻找PIP5K1A新的抑制剂，通过非辐射法测定hPIP5K1A酶活性，利用斑马鱼PIP5K1A的晶体结构对一个内部化合物库进行电子筛选，内部库中所有吡喃苯醌支架[26]的化合物(29个化合物)都被hPIP5K1A抑制。尽管所有被测试的结构共享苯醌主链，但它们的活性数据差异是明显的。抑制试验中最活跃的化合物13是鉴定出的最佳抑制剂，其IC50值为1.55μM，改变ATP浓度没有对化合物13的IC50值产生任何影响，但其IC50值随底物浓度线性增加。这表明化合物13不是ATP竞争抑制剂，而是底物竞争抑制剂。吡喃苯醌衍生物的亲油性受R4位长烃链的强烈影响，烃链似乎对化合物的活性很重要。在所有被测的烃链衍生物中，化合物2的活性最高。在今后的工作中，还需进一步改善这一系列化合物的理化性质才有可能向临床转化。

4 小结与展望

PIP5K1A在许多生物过程中都发挥着重要的作用。PIP5K1A磷酸化和去磷酸化调控细胞中PIP2的生物合成和磷脂信号传导，参与细胞迁移自噬性溶酶体再生等过程，介导Cao诱导角化细胞分化。在致癌方面，PIP5K1A有助于侵袭性伪足的形成，调控P53稳定和癌细胞中MRP2的活性，是KRAS信号通路中治疗KRAS突变癌症的潜在靶点，参与了多种癌症的进展。目前，PIP5K1A如何通过PI3K/AKT通路发挥其在各种癌症中的致癌特性是当前的研究热点。尽管PIP5K1A抑制剂已经表现出了在抗癌治疗中的功效，但其相关研究甚少，可能的机制有待进一步完善，对抑制剂的研发也较为局限，现仅有ISA-2011B在PCa和乳腺癌中应用较多，在其他癌症中的作用尚未进行验证，因此，应不断深入探究PIP5K1A抑制剂的理化性质及其对PIP5K1A过表达肿瘤的治疗及分子机制，以便促进PIP5K1A抑制剂的进一步研制，为众多癌症患者提供更好的治疗选择。

利益冲突：所有作者均申明不存在利益冲突。