P21活化激酶7在肿瘤中的研究进展△

田聪 综述 闵大六 姚阳 审校

1苏州大学医学部研究生院，苏州 215123

2上海交通大学附属第六人民医院肿瘤内科，上海 200233

P21活化激酶7在肿瘤中的研究进展△

田聪1综述 闵大六2#姚阳2审校

1苏州大学医学部研究生院，苏州 215123

2上海交通大学附属第六人民医院肿瘤内科，上海 200233

P21活化激酶7(PAK7，也被称作PAK5)是一种最近被发现且知之甚少的P21激活的磷酸化蛋白激酶(P21-activated kinase，PAK)家族成员之一。P21活化激酶为一类通过与Rac1和Cdc42结合而激活的高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。PAK7主要表达在脑组织中，定位于线粒体。PAK7在一系列细胞功能中发挥重要作用，如细胞骨架重组、细胞生长、增殖、分化、基因转录及细胞凋亡。近年研究发现，PAK7在某些肿瘤细胞中过表达，并通过多条信号通路参与肿瘤的形成、转移和迁移浸润。本文主要就PAK7的结构、功能及其相关的实验研究做一综述。

P21活化激酶7;磷酸化蛋白激酶;细胞信号通路;肿瘤

肿瘤的发生是一个复杂的过程。从分子生物学角度看，正常情况下细胞增殖与细胞凋亡之间保持一种动态平衡，这种平衡是维持多细胞生物自身稳定的重要因素。一般认为，肿瘤的发生是由于某种原因导致原癌基因的激活或抑癌基因的失活，干扰了细胞正常的增殖、分化、基因转录和凋亡。P21活化激酶(P21-activated kinase，PAK)为一类进化上保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，参与调节细胞骨架重排、细胞生存、细胞迁移、细胞凋亡、有丝分裂、血管生成、基因转录和翻译等生物学功能，在肿瘤的发生、侵袭和转移过程中起着重要作用［1］。PAK7也被称作PAK5，PAK7为PAK家族中新近发现的成员，也是PAK家族中研究最少的激酶之一［2］。本文主要就PAK7的结构、功能及其相关的实验研究做一综述。

1 PAK7的结构特点

PAK是进化上高度保守的苏氨酸/丝氨酸激酶家族，是啤酒酵母Ste20的同源基因［3］。PAK为 Rho家族小鸟苷三磷酸酶(Rho-GTPase)Cdc42/ Rac下游靶蛋白［4］。Rac、Cdc42和Rho为小鸟苷三磷酸酶(Rho-GTPase)中研究最多的三个亚型，PAK能和活化的Rac和Cdc42结合，参与许多重要细胞活动，调节细胞加工，例如细胞黏附、细胞迁移、细胞生存和细胞凋亡［5］。

目前已知PAK家族成员共有6个，PAK1～PAK6。所有的PAK家族激酶C端均有激酶催化结构域，N端非催化区域有Cdc42/Rac结合域(CRIB)。根据家族成员间结构和构造上的相似性，PAK家族可分为两类，Ⅰ类(A组)包括PAK1、PAK2与PAK3，在催化结构域有80%～90%的同源性。Ⅱ类(B组)包括PAK4、PAK5与PAK6，与A组仅有40%～50%的同源性［6］。Ⅰ类PAK有自动抑制结构域(auto-inhibitory domain，AID)与其CRIB结构域部分重叠形成二聚体，从而与Cdc42和Rac1相互作用被激活，参与细胞活动的各种功能。Ⅱ类PAK与Ⅰ类不同，Ⅱ类不具有AID，其激活不需要与Cdc42和Rac1相互作用，并且与Cdc42的结合并不增强PAK4～PAK6的激酶活性［6］。然而Ching等学者分析得出PAK7 N端含有一段120个氨基酸的自动抑制区域，并且通过与Cdc42的结合调控其活化，其N末端对PAK7线粒体定位和保护细胞生存是必需的，且N端含一个核定位信号(nuclear localization signal，NLS)(5～10氨基酸)，可以引导PAK7进入细胞核内。在C-末端含有1个Ste20样的激酶区域［7］。PAK7和PAK家族其他成员相比，并不能和啤酒酵母Ste20的突变互补［8］。

PAK7(也称为PAK5)是Ⅱ类PAK家族中最后被克隆的基因，通过对PAK7 cDNA的分析显示，PAK7在人基因组DNA中跨度长达300 kb，定位于20p12位，含12个外显子，编码80 kD蛋白［9］。

2 PAK7的生理功能

PAK7主要表达在神经组织中。在神经纤维瘤细胞中，PAK7参与了鸟嘌呤核苷酸交换因子介导的神经生长。在N1E-115细胞上，PAK7的表达可以诱导丝状伪足的形成，而促进神经突起的向外生长［9］。这一机制可能与PAK7抑制Rho活性相关。近来研究发现P120蛋白亦能抑制Rho活性［10］，而PAK7在丝氨酸/苏氨酸位点上磷酸化P120蛋白，PAK7进一步与磷酸化的P120蛋白相互作用使其在神经组织中发挥重要的作用。P120蛋白属于δ-蛋白家族，是一个重要的细胞骨架重组的调节者，通过鸟嘌呤分解抑制剂抑制小鸟苷三磷酸酶中Rho的活性，从而诱导细胞运动、调控转录、保持钙黏蛋白的稳定、参与炎症发生和神经系统形态的形成。Wong等学者得出在N1E-115神经纤维瘤细胞上，PAK7与P120相互作用共同调控神经突起的生长［11］。

PAK7是已知能活化细胞生存信号通路的蛋白，主要定位于线粒体中，具有保护细胞生存的功能。PAK7能保守性定位到线粒体膜，并在112位丝氨酸磷酸化Bad蛋白，导致Bad蛋白不能正常定位在线粒体外膜。Bad蛋白是Bcl-2家族主要的促凋亡基因之一，其在外周及中枢神经元、淋巴细胞、骨髓造血细胞、生殖细胞及许多上皮细胞均有表达，同时在多种肿瘤组织中均有较高表达，如胶质母细胞瘤、前列腺癌等［12］，并与白血病的预后不良相关，可作为一个预后指标。PAK7通过对Bad蛋白的磷酸化阻止Bad定位于线粒体，从而实现对细胞凋亡的抑制［13］。进一步研究发现，PAK7既能在112位丝氨酸直接磷酸化Bad蛋白，也能激活AKT。其中，AKT是一个丝氨酸/苏氨酸激酶，位于磷脂酰肌醇3激酶(P13-K)的下游，为许多促细胞生存信号蛋白所激活，激活的AKT间接于136位丝氨酸磷酸化Bad蛋白，有效实现PAK7抗凋亡的作用［14］。

另一方面，Matenia等［15］研究发现在神经元中，PAK7与微管结合调节激酶2(microtubule affinity-regulating kinase，MARK2，也称作Par-1)结合，并下调MARK2的活性，从而使微管和肌动蛋白维持稳定。

邹亚光等［16］学者发现正畸过程中并发牙周炎者龈沟液PAK7的检出率及含量均高于未并发牙周炎组;牙周炎组经治疗痊愈或好转后龈沟液PAK7的含量减少，提示PAK7的表达在牙周炎的发病机制中可能有一定的作用。

最近Strochlic等［17］的一项研究使用放射性同位素标记法识别出两类新的PAK7激酶作用物蛋白Pacsin1和Synaptojanin1。这两种蛋白可以相互作用来调节突触囊泡的内吞和再循环。PAK7直接磷酸化脑胞质中的Pacsin1和Synaptojanin1，PAK7的磷酸化可以促进Pacsin1和Synaptojanin1在体内的结合，从而调节突触囊泡的传递。

3 PAK7与肿瘤的关系

PAK参与多种信号通路的过程。在肿瘤细胞中PAK的过度表达可以改变细胞骨架重组、细胞生存、生长、有丝分裂和血管生成等生物学功能，在肿瘤的发生、侵袭和转移过程中起着重要作用。许多研究表明人类的多种肿瘤中可发现PAK的突变、过度表达以及基因扩增。PAK1在乳腺癌、多发性神经纤维瘤和非小细胞癌表达增加［18］;PAK4基因扩增和体细胞突变发生在胰腺癌、结肠癌、胃癌［19］;PAK6参与前列腺癌和乳腺癌等与激素相关的肿瘤的生物学行为［19］;有数据显示，PAK5在人的胰脏、卵巢、睾丸和肠组织中都有表达［9］;近年来的研究表明，PAK7在恶性肿瘤的发生发展过程中可能扮演着重要的角色。

3.1 PAK7与神经母细胞瘤

Dan等［9］应用细胞转染、免疫荧光和神经突外生长评分测定法验证了在N1E-115神经母细胞瘤细胞上，PAK7的高表达可以诱导丝状伪足的形成，从而促进神经突起的向外生长。相反，PAK7的低表达抑制轴突生长，同时表明野生型PAK7对神经突起的生长无影响。结果得出，PAK7的表达对N1E-115神经母细胞瘤细胞轴突的生长是必要的。

3.2 PAK7与大肠癌

Gong等［20］首次发现PAK7在多种结肠癌细胞株SW1116、HCT116、HT29、SW480、SW620和LoVo中过度表达，且PAK7在正常肠黏膜、增生性息肉、腺癌、原发癌、转移癌中表达依次增强。同时也发现低分化结直肠癌PAK7的表达明显高于高分化结直肠癌。研究表明，随着结直肠癌恶性程度的增加PAK7的表达明显增加，PAK7参与了结直肠癌的演变。进一步功能性实验研究发现，PAK7的表达可以减弱细胞与基质的黏附，从而增强肠癌细胞在Ñ型胶原上的迁移能力。Wang［21］等学者通过增强PAK7在肠癌细胞中的表达，发现喜树碱诱导的肠癌细胞凋亡受到抑制，参与凋亡过程的Caspase-8的活化明显延迟;相反，PAK5低表达后，喜树碱诱导肠癌细胞凋亡明显增加。

3.3 PAK7与胰腺癌

Giroux等［22］应用细胞转染方法发现PAK7、CSNK2A1、MAP3K7在胰腺癌细胞株MiaPaCa2中表达，通过抑制这些激酶活性可以增加细胞Mia-PaCa2的凋亡。接着将化疗药物吉西他滨注入细胞MiaPacCa2中，下调MAPKAP1、MAK、PAK4、PAK7等一系列激酶，发现吉西他滨诱导细胞Mia-PacCa2凋亡比例明显增加，推测这些激酶参与吉西他滨治疗胰腺癌耐药过程的发生。随后，Giroux等［23］又通过RT-PCR及小鼠体内试验发现分别抑制PAK7、MAP3K7和CK2其中两种激酶的活性，使胰腺癌细胞MiaPaCa2生长受到抑制，增加其在小鼠体内的凋亡。

3.4 PAK7与胃癌

Gu等［2］应用免疫组织化学的方法检测57名胃癌患者PAK7的表达水平，结果显示77.2%的患者表达PAK7，PAK7在胃癌组织和癌旁组织中的表达差异具有统计学意义(P=0.001)。同时应用Western blotting分析方法发现PAK7在三种胃癌细胞株(MKN-45、SGC-7901和MGC-803)中高表达。为了进一步评估PAK7在胃癌发病机制的作用，研究者使用慢病毒介导的siRNA沉默PAK7在胃癌细胞株SGC-7901和MGC-803的表达，发现PAK7蛋白被敲减后，SGC-7901和MGC-803细胞的生长与增殖明显被抑制。这些结果表明，PAK7参与了胃癌细胞生长增殖的调节，是一个潜在的胃癌治疗的新靶点。该研究为进一步探讨PAK7的生物学功能，了解PAK7在肿瘤发生、发展中的作用奠定了基础。

4 PAK7在肿瘤中的应用前景

肿瘤的发生不仅是细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡异常的疾病，同时也是细胞信号通路传导异常的疾病。细胞凋亡缺陷或受阻是肿瘤发生发展的一个重要因素。许多抗肿瘤药物可以诱导肿瘤细胞凋亡，从而抑制肿瘤细胞生长。癌细胞对化疗药物的敏感性决定了抗癌的有效性。长期以来，恶性肿瘤的耐药性一直是影响肿瘤治疗效果的主要原因。其中一个重要原因是肿瘤细胞被化疗药物诱导发生凋亡的能力明显降低，PAK7在细胞凋亡中发挥了重要作用，推测PAK7可能与肿瘤细胞耐药有关。尽管目前已有研究表明PAK7参与细胞凋亡、细胞信号通路传导过程，然而对PAK7的研究仍处于一个探索阶段。PAK7的生物学功能使得它可能成为肿瘤分子靶向治疗的一个理想新靶标，并有可能在此基础上进一步发展成高效、特异、低毒的抗肿瘤药物。目前已有研究发现LCH-7749944［24］可在一定程度上抑制PAK7和PAK4两种酶的活性。

5 未来的方向

我们探讨了PAK7的生物学特性及其与肿瘤的关系，对PAK7有了初步的了解，但是目前对PAK7在肿瘤中的作用研究较少，与其他肿瘤之间的关系仍不是很清楚，PAK7与肿瘤细胞耐药的关系国内外相关报道亦甚少。利用PAK7抑制剂进行抗癌治疗的有效性评价及临床安全性等问题仍不清楚，有待进一步解决。随着对PAK7的深入研究，PAK7的靶向治疗研究可能成为肿瘤治疗的新方向。可以相信进一步了解PAK7这个多功能基因的作用通路对肿瘤的发病机制及治疗会发挥重要的作用。

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R730

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2014.12.01.08

国家自然科学基金(81172548)

#通信作者(Corresponding author)，e-mail:tianzlk@163.com

2013-06-17)