PDZ結合激酶/T淋巴細胞因子激活的殺傷細胞源性蛋白激酶的作用機制及其在腫瘤治療中的潛在價值

武銳鋒,劉宇宏

(延安大學附屬醫院 風濕免疫科,陜西 延安 716000)

PDZ結合激酶/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,參與調節細胞存活、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,通過胞質分裂調控蛋白(Protein regulation cytokiness 1,PRC1)的磷酸化促進胞質分裂[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生和發展。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、成人室管膜下區及胎兒出生后小腦外顆粒細胞層的GFAP陽性神經祖細胞[6]。此前,Han等[7]結果顯示,PBK/TOPK也在心肌、腎臟及腦等缺血組織中發揮重要作用,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揮的作用,為開發新型抗腫瘤藥物提供作用靶點。

1 PBK/TOPK參與有絲分裂

PBK/TOPK在有絲分裂中起關鍵作用。PBK/TOPK的表達在有絲分裂期間上調,其在Thr9位點被結合并磷酸化,并被cdk1/cyclin B復合物激活[8]。在精子發生過程中,有絲分裂和減數分裂期間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,活化的cdk1/cyclinB1復合物使PP1a發生磷酸化而失活,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結合域與有絲分裂的C2H2鋅指蛋白結合并磷酸化,促進Ser10處的組蛋白H3的磷酸化使染色質凝聚[11],具有FHA和RING結構域的檢查點蛋白(Check point protein with FHA and RING domains,CHFR)泛素化并調節的PBK/TOPK導致PTEN磷酸化和失活,從而誘導AKT的激活,對G2到M期的過程發揮重要作用[12]。以上研究發現,PBK/TOPK是促進有絲分裂進展的重要物質,有望成為腫瘤治療的關鍵靶點。

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揮作用。PBK/TOPK作為p38生長因子激活的介質,在DNA損傷感應機制中發揮作用,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鍵介質,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)是自噬誘導中的關鍵節點,PBK/TOPK是一種磷酸化ULK1 的新型上游激酶,PBK/TOPK可在Ser469、Ser495和Ser533位點處直接結合并磷酸化ULK1,降低了其活性和穩定性,PBK/TOPK抑制增強了膠質瘤細胞對替莫唑胺的敏感性[15]。2019年,Ma等[16]發現,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,研究還發現,嗜生態病毒整合位點1(ecotropic vira integration site-1,EVI1)可通過直接靶向PBK/TOPK的啟動子區域誘導高級別漿液性卵巢癌的自噬促進轉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節劑,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,當miR-216b-3p在肺腺癌中的表達恢復時,靶向PBK/TOPK負調控其表達,上調腫瘤抑制物p53的表達,下調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,阻止腫瘤的發生和發展[17]。此外,PBK/TOPK通過調節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[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靶基因的轉錄激活,從而促進細胞增殖、存活、遷移和轉化。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生

3.2PBK/TOPK與消化系統惡性腫瘤 此外,PBK/TOPK與失調的γ-catenin結合激活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移。PBK/TOPK也可激活ERK通路,促進食管鱗狀細胞癌的轉移[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上調抑制遷移/侵襲[21]。通過文獻檢索發現,FoxM1是轉錄因子,PBK是FoxM1下游靶點,FoxM1可調節PBK,激活β-catenin途徑對肝細胞性肝癌發揮致癌活性。新發現的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]發現,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直腸癌細胞的轉化,促進了在體內和體外結直腸癌的發生。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的穩定性和活性,促進結直腸癌的發生[24]。p53相關蛋白激酶(p53-related protein kinase,PRPK)是PBK/TOPK的一種新的底物,PBK/TOPK在Ser250處與PRPK結合并磷酸化,直接參與結直腸癌的轉移。此外,在異種移植小鼠模型中,TOPK和PRPK促進HCT116人結直腸癌細胞的肝轉移,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,其表達水平與侵襲性相關。PBK/TOPK通過β-catenin-TCF/LEF信號傳導通路激活基質金屬蛋白酶-2和-9基因的啟動子,從而增加基質金屬蛋白酶的表達促進前列腺癌轉移性侵襲[26]。

3.4PBK/TOPK與血液系統惡性腫瘤 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,因此,PBK/TOPK也被認為是一種血液系統惡性腫瘤相關激酶[2-3,27]。PBK/TOPK在白血病中受蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)和BCR/ABL調節,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現,但PBK/TOPK可能是BCR/ABL陽性患者的靶點[28]。研究[29]發現,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。c-Myc通過E2F1調節PBK/TOPK的表達,在c-Myc-E2F1-PBK信號軸上調節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]發現,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結合并磷酸化,導致組蛋白3的磷酸化,促進BL腫瘤在體內外的生長。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]等發現,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、侵襲和轉移密切相關,TGF-β1促進上皮-間質轉化,上皮-間質轉化是腫瘤轉移的先決條件。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TGF-β1/Smad信號中的TBX3,促進乳腺癌細胞的上皮間質轉化和侵襲[35]。此外,PBK/TOPK也通過NF-kB/Snail信號途徑介導TGF-β1誘導的上皮間質轉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結合并磷酸化JNK1,增強了H-Ras介導的細胞轉化,參與了紫外線B(ultraviolet B,UVB)誘導的皮膚癌的發生[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,從而導致腫瘤的發生發展。因此,小分子PBK/TOPK抑制劑可作為許多腫瘤治療的潛在靶點。目前已發現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在體內和體外抑制腫瘤生長,在結腸癌、神經膠質瘤、腎上腺皮質腺癌、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,均有血液系統毒性,其脂質體制劑可避免血液系統毒性。由OTS964為原料合成了[18F]FE-OTS964,一種可以特異性結合TOPK的臨床前藥物,測試結果發現,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抑制結直腸癌生長和轉移[50]。艾普拉唑和泮托拉唑是兩種抑制結直腸癌生長的質子泵抑制劑[51-52]。1-苯基菲啶-6(5 H)-酮衍生物在結直腸癌異種移植模型中,口服可有效抑制腫瘤生長,其療效優于OTS964,藥代動力學表現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

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生發展,且能與化療和放療共同作用來對抗癌癥,消除癌癥。目前,已有研究發現,關于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。望PBK/TOPK抑制劑能給腫瘤患者的治療帶來更多益處。