PAK5的生物學(xué)特性及其與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

摘要：PAKs （p21活化激酶）家族是高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，Cdc42和Rac（Rho小GTP酶亞家族）的下游效應(yīng)分子。由6個PAKs組成，分為兩個亞家族： I 組 （PAK1， 2， 3）和 II 組 （PAK4， 5， 6），PAK5 是PAKs中最不為人知的成員，PAKs在受到小GTP酶 Cdc42和Rac活化形式的刺激時，會調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的許多過程。PAK5在哺乳動物細(xì)胞的多種信號通路中發(fā)揮重要作用，控制細(xì)胞骨架組織、細(xì)胞運(yùn)動、凋亡、增殖和侵襲遷移等多種細(xì)胞功能。本文就PAK5的結(jié)構(gòu)、功能及影響腫瘤細(xì)胞凋亡、增殖和侵襲、遷移等方面進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：P21活化激酶5（PAK5）;細(xì)胞凋亡;細(xì)胞增殖;侵襲;遷移

1 PAK5的結(jié)構(gòu)特點及功能

PAKs是高度保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，分為兩個亞家族： I 組 （PAK1， 2， 3）和 II 組 （PAK4， 5， 6）[2]。所有 PAKs 結(jié)構(gòu)的 C末端均含有催化域，N末端含有調(diào)節(jié)域（PBD），其內(nèi)部有一個Cdc42/Rac結(jié)構(gòu)域（CRIB）。6個家族成員的CRIB 結(jié)構(gòu)域 在I型和II型PAKs之間高度相似，其標(biāo)識超過50%。當(dāng)RHO家族的小G蛋白處于GTP負(fù)載狀態(tài)時，CRIB結(jié)構(gòu)域與RHO家族的小G蛋白特異性地相互作用。在結(jié)構(gòu)上，I型和II型PAKs的CRIB 結(jié)構(gòu)域以類似的方式與小的GTPases相互作用，NMR研究表明，II型PAKs的CRIB域是在缺乏小GTPase的情況下展開的[16]，盡管他們相似，I型和II型PAKs的CRIB結(jié)構(gòu)域似乎專門針對不同的GTPases， I型PAKs作用于RAC亞型和CDC42的下游，II型PAKs更傾向于CDC42。

2 PAK5與細(xì)胞凋亡

細(xì)胞增殖和凋亡之間的平衡對細(xì)胞的生存至關(guān)重要，并受多種細(xì)胞內(nèi)信號通路的控制，雖然大量蛋白參與細(xì)胞凋亡機(jī)制，但主要有兩種調(diào)控方法：以線粒體功能為靶點，或通過受體蛋白直接轉(zhuǎn)導(dǎo)凋亡信號。PAK5可以保護(hù)細(xì)胞不凋亡，通過第一種調(diào)節(jié)方式促進(jìn)細(xì)胞存活[19]，具體地說，PAK5通過在絲氨酸338上獨立磷酸化激活Raf-1，但將Raf-1靶向線粒體很大程度上與磷酸化無關(guān)[20]，PAK5和Raf-1之間的緊密結(jié)合在II類PAKs中是獨一無二的，Raf家族蛋白激酶受Ras介導(dǎo)的信號通路調(diào)控。哺乳動物中已經(jīng)鑒定出三種Raf亞型：Raf-1、A-Raf和B -Raf[21]，RAF-1的活化機(jī)制是由生長因子介導(dǎo)的，需要越來越多的磷酸化殘基，Raf-1是ERK/MAPK通路的關(guān)鍵調(diào)控因子，調(diào)控從細(xì)胞粘附和遷移到細(xì)胞存活和凋亡的不同細(xì)胞過程。PAK5和Raf1可以共同調(diào)控線粒體的分布，可能導(dǎo)致線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡.

3 PAK5與腫瘤細(xì)胞的增殖

腫瘤的另一個顯著特征是細(xì)胞增殖.PAK5可能通過影響細(xì)胞周期調(diào)節(jié)劑的表達(dá)而起作用。一項對人類乳腺癌細(xì)胞系的研究表明，對PAK5的抑制導(dǎo)致抑制了細(xì)胞的生長，是由于G1期阻滯，PAK5促增殖效應(yīng)的機(jī)制很可能指向抑制G1期阻滯，沉默PAK5后，細(xì)胞周期蛋白D1、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2 （CDK2）和細(xì)胞分裂周期25a （Cdc25A）水平降低，而p21（CIP1/WAF1）表達(dá)明顯增加。CDKs是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的蛋白激酶家族，細(xì)胞周期蛋白D1與CDK4或CDK6形成復(fù)合物，其活性是細(xì)胞周期G1/S轉(zhuǎn)化所必需的，細(xì)胞周期蛋白D1的過表達(dá)加速了細(xì)胞周期的進(jìn)展，在腫瘤的增殖中是常見的。CDK2是CDK復(fù)合物的催化亞基，其活性僅限于細(xì)胞周期的G1-S階段，對G1/S的轉(zhuǎn)化至關(guān)重要，此外，Cdc25A是細(xì)胞周期從G1向S期進(jìn)展所必需的，主要激活CDK2，促進(jìn)G1/S轉(zhuǎn)化。p21是一種CDK抑制劑，可直接與多種CDKs結(jié)合并抑制其活性，因此可作為細(xì)胞周期進(jìn)展的調(diào)節(jié)劑，由于相關(guān)細(xì)胞周期調(diào)控因子的改變，PAK5的過表達(dá)最有可能通過G1阻滯預(yù)防促進(jìn)腫瘤的增殖，然而，PAK5如何與這些細(xì)胞周期調(diào)控因子相互作用的具體機(jī)制仍不清楚。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PAK5在胃癌細(xì)胞系中過表達(dá)，PAK5過表達(dá)顯著促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖，這可能與G1/S細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)，因為細(xì)胞周期阻滯預(yù)防是人類癌癥的重要標(biāo)志。此外，PAK5基因沉默也可降低人肝癌細(xì)胞的增殖，提示PAK5與多種人類腫瘤的增殖密切相關(guān)]。

4 PAK5與腫瘤細(xì)胞的侵襲與遷移

PAK5除了在細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖中發(fā)揮重要作用外，還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架。細(xì)胞骨架的主要由三個結(jié)構(gòu)組成：肌動蛋白，微管和中間絲。細(xì)胞骨架的形態(tài)學(xué)改變對腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動、滲透和血管生成有重要影響，從而導(dǎo)致發(fā)生附近浸潤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，PAK5在腫瘤進(jìn)展中的功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架，從而引起細(xì)胞形態(tài)、粘附和運(yùn)動的改變?；罨腜AK5對細(xì)胞骨架有兩個獨立的作用.首先，它通過結(jié)合和抑制MARKK穩(wěn)定微管。MARKK–MARK–Tau級聯(lián)是細(xì)胞骨架重組的關(guān)鍵步驟。PAK5通過與MARKK的催化區(qū)域結(jié)合而不是磷酸化來促進(jìn)微管的可塑性?；罨疢ARK可磷酸化Tau蛋白，導(dǎo)致Tau蛋白從微管中分離。滅活MARK完全消除了影響，這種磷酸化作用在阿爾茨海默腦組織異常Tau蛋白中增加，導(dǎo)致Tau蛋白與微管分離。其次，PAK5通過誘導(dǎo)絲狀偽足的形成、應(yīng)力纖維的溶解和局部粘附，促進(jìn)肌動蛋白的動態(tài)變化

5 展望

綜上所述，PAK5參與眾多重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及細(xì)胞功能的調(diào)控，影響著腫瘤細(xì)胞的凋亡、增殖、遷移與侵襲的作用，在過去的研究中，PAK5在腫瘤進(jìn)展中的過表達(dá)比突變更為常見，PAK5在結(jié)腸直腸癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、EOC等易侵襲和遷移的腫瘤中過表達(dá)，但在正常組織或腫瘤原位生長中很少發(fā)現(xiàn)。然而，導(dǎo)致PAK5在癌癥中上調(diào)的原因尚不清楚。PAK5在腫瘤中過表達(dá)的特殊機(jī)制以及更好地理解PAK5活性的調(diào)節(jié)機(jī)制都是必要的。作為PAK家族最后確定的成員，PAK5在腫瘤進(jìn)展中仍然知之甚少。在未來的幾年里，PAK5的研究將會提升到一個新的高度，包括更多種類的腫瘤和更多類型的腫瘤的發(fā)展規(guī)律，PAK5的臨床資料和體內(nèi)實驗將為PAK5過表達(dá)在腫瘤發(fā)展中的作用提供更多的證據(jù)。重要的是，PAK5過表達(dá)在腫瘤進(jìn)展中的機(jī)制進(jìn)一步將被闡明，進(jìn)一步闡明PAK5的生理功能和調(diào)控機(jī)制，將為PAK5靶向抗癌治療提供新的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]Field J， Manser E. The PAKs come of age： celebrating 18 years of discovery.Cell Logist 2012;2（2）：54-8.

[2]Giroux V， Dagorn JC， Iovanna JL. A review of kinases implicated in pancreatic cancer. Pancreatology， 2009， 9（6）： 738–54.