STK25的生物學(xué)特性及其與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

張亦超，吳英珂，王衛(wèi)星

（武漢大學(xué)人民醫(yī)院 普通外科，湖北 武漢 430060）

哺乳動(dòng)物絕育20（sterile twenty，Ste20）樣激酶家族是典型的絲裂原活化蛋白激酶大家族，可通過經(jīng)典的MAPK信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化、死亡、應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等多種重要的細(xì)胞生理/病理過程[1-2]。該家族共有60個(gè)成員，在哺乳動(dòng)物中已有超過30個(gè)成員被研究和記錄，基于序列同源性，這些成員又被劃分為p21活化蛋白激酶（p21-activated protein kinases，PAK）和生發(fā)中心激酶（germinal center kinases，GCK） 2個(gè)小家族，而STK25（又稱作YSK1或SOK1）、MST3（mammalian Ste20-like kinase 3）、MST4共同構(gòu)成GCK家族第III亞族（GCKIII）[3-5]。在研究細(xì)胞極性改變及凋亡時(shí)，學(xué)者發(fā)現(xiàn)GCKII亞族（MST1、MST2）與GCKIII亞族存在極高的相似性，因此這兩個(gè)亞族在影響疾病的發(fā)生與發(fā)展的研究中常被共同討論[6]。

近年來，腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)與代謝治療得到了廣泛關(guān)注，通過營養(yǎng)干預(yù)影響腫瘤的代謝過程，主要以調(diào)節(jié)碳水化合物、蛋白質(zhì)/氨基酸及脂肪三大宏量營養(yǎng)素?cái)z入為主，包括減少葡萄糖的供給，提高蛋白質(zhì)供給，選擇合適的脂肪酸及生酮飲食，最終抑制腫瘤細(xì)胞的生長，甚至誘導(dǎo)其死亡[7-8]。研究[9-11]表明，GCKIII與多種人類疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，而STK25不僅可以影響正常細(xì)胞的糖脂代謝，通過激活下游各類信號通路直接/間接誘導(dǎo)細(xì)胞的增殖/死亡，在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)水平與腫瘤的生長和增殖也呈現(xiàn)一定的相關(guān)性。本文將分別從STK25及家族部分成員的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生物學(xué)作用及腫瘤學(xué)效應(yīng)等方面進(jìn)行綜述，探討STK25與腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究進(jìn)展，為最終將其應(yīng)用于腫瘤的臨床治療提供借鑒。

1 STK25的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

GCKIII編碼基因是由12個(gè)外顯子組成，在體內(nèi)多種細(xì)胞內(nèi)均可廣泛表達(dá)，如睪丸、胃腸道、肝臟等。STK25是該家族第一個(gè)被克隆的成員，研究過程中發(fā)現(xiàn)STK25編碼基因位于染色體2q37.3，其mRNA編碼的426-殘基蛋白則來自外顯子2-12，外顯子1則編碼了5’端的非翻譯區(qū)域[5,12]。GCKII、III亞族的一級結(jié)構(gòu)均包含一個(gè)保守的蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域和一個(gè)可變的調(diào)控結(jié)構(gòu)域，分別位于N末端和C末端。N端的激酶催化結(jié)構(gòu)域又劃分為11個(gè)子域，具有絲/蘇氨酸蛋白激酶的全部特征。而由于GCKIII C端調(diào)控結(jié)構(gòu)域的限制導(dǎo)致該亞家族成員在Ste20樣激酶家族中長度最短[5]。另外2個(gè)亞族功能區(qū)還包含了核定位序列（nuclear localization signal，NLS）、核輸出序列（nuclear export sequences，NES）、caspase裂解位點(diǎn)及部分未命名的同源序列（圖1）[13]，決定了該蛋白在細(xì)胞中的分布、從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移、核易位等改變。凋亡過程中，caspase酶可通過作用于caspase裂解位點(diǎn)，使NLS序列高度暴露，實(shí)現(xiàn)激酶的核轉(zhuǎn)移[14-15]。進(jìn)一步研究顯示GCKIIIC端調(diào)控域與PDCD10（programmed cell death 10/cerebral cavernous malformation 3，CCM3）的N端同源二聚體高度相似[16]，并且已在心血管疾病及腦海綿狀畸形疾病中發(fā)現(xiàn)MST4的C端（346-416）殘基與PDCD10共結(jié)晶，提示該亞族可能也與心血管疾病、腦畸形、細(xì)胞存活或凋亡相關(guān)[17]。

圖1 哺乳動(dòng)物GCKII和GCKIII蛋白的結(jié)構(gòu)Figure1 Structure of the mammalian GCKII and GCKIII proteins

2 STK25調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖/死亡/遷移

STK25在小鼠、大鼠和人類組織器官中均有廣泛表達(dá)，正常狀態(tài)下，STK25定位于細(xì)胞的高爾基體中，以細(xì)胞遷移所需的信號級聯(lián)方式工作，即高爾基體蛋白GM130靶向結(jié)合STK25的C端（270-302），通過磷酸化下游特異性底物14-3-3ζ后，直接調(diào)節(jié)細(xì)胞極性及遷移[18]。而在受到外界刺激（ROS、化學(xué)性缺氧）時(shí)，STK25首先自磷酸化使自身被切割，產(chǎn)生一個(gè)35 kDa的N端片段，該片段可從高爾基體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中誘導(dǎo)高爾基體解體，同時(shí)磷酸化下游特異性底物14-3-3ζ的Ser58位點(diǎn)，釋放14-3-3ζ/ASK1（apoptosis signal-regulating kinase 1）復(fù)合物中的ASK1，激活JNK和p38-MAPK，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[19-20]。另外，GCKIIIC端調(diào)控域與PDCD10在結(jié)構(gòu)上高度相似，而PDCD10在細(xì)胞遷移、增殖、凋亡和高爾基體組裝中的研究已較為成熟[21-23]，因此STK25與PDCD10之間是否有相互作用值得關(guān)注。研 究[24-26]發(fā)現(xiàn)PDCD10在體外可直接與STK25的C端（333-426）及FAS相關(guān)磷酸酶1（Fas associated phosphatase-1，F(xiàn)AP-1）連接，其結(jié)合域使PDCD10去磷酸化，從而負(fù)調(diào)節(jié)PDCD10活性和下游信號傳導(dǎo)，可能誘導(dǎo)Fas介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。同時(shí)在傷口愈合實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，PDCD10正常狀態(tài)下可與STK25、GM130形成相互作用形成復(fù)合物，維持高爾基體穩(wěn)定及細(xì)胞功能，而PDCD10缺失的細(xì)胞不能正確地重新定向高爾基體和中心體，并顯示出細(xì)胞遷移受損，該過程也表現(xiàn)出GM130/STK25復(fù)合物穩(wěn)定性被破壞及底物14-3-3ζ去磷酸化，不難推斷PDCD10對高爾基體的影響至少部分是通過STK25介導(dǎo)的14-3-3ζ磷酸化所產(chǎn)生[22]。因此改變STK25的活性或表達(dá)水平，通過STK25/GM130/PDCD10調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖/凋亡/極性可能為腫瘤治療提供新方向。

3 STK25調(diào)節(jié)能量代謝

機(jī)體主要通過以三大營養(yǎng)物質(zhì)“糖類、蛋白質(zhì)、脂肪”為基礎(chǔ)的能量代謝維持自身正常的生理功能，而能量代謝的異常和紊亂與疾病產(chǎn)生密切相關(guān)。由于生活水平的提高，糖脂代謝異常導(dǎo)致的疾病也逐年遞增。在尋找糖尿病治療靶點(diǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，STK25可作為異位脂質(zhì)沉積、全身葡萄糖和胰島素穩(wěn)態(tài)的中央調(diào)節(jié)器，而非脂肪組織中的異位脂質(zhì)沉積可推動(dòng)胰島素抵抗效應(yīng)，最終可誘導(dǎo)2型糖尿病的發(fā)生與發(fā)展[9,27]。研究顯示，2型糖尿病患者骨骼肌中STK25的表達(dá)水平較正常人顯著上升，而抑制STK25的表達(dá)可增強(qiáng)胰島素敏感性，提高肌肉細(xì)胞對葡萄糖的攝取[28]。此外，在兩項(xiàng)動(dòng)物學(xué)研究中也發(fā)現(xiàn)與野生型幼鼠相比，過度表達(dá)STK25的轉(zhuǎn)基因小鼠表現(xiàn)出高胰島素血癥、全身葡萄糖和胰島素穩(wěn)態(tài)受損[29]，而STK25基因敲除小鼠可抵制高脂飲食誘導(dǎo)的葡萄糖不耐受和胰島素抵抗效應(yīng)[30]，但具體的分子機(jī)制尚不清楚。

在非酒精性脂肪肝炎/肝?。╪on-alcoholic steatohepatitis/Non-alcoholic fatty liver disease，NASH/NAFLD）的研究中發(fā)現(xiàn)，STK25是影響該病進(jìn)展及預(yù)后的關(guān)鍵因子。研究人員在以膽堿不足的飲食飼養(yǎng)小鼠，模擬NASH中肝細(xì)胞損傷、脂肪變性、纖維化等病理改變時(shí)發(fā)現(xiàn)STK25敲除后的小鼠該病理改變不顯著，甚至可阻斷該病理進(jìn)程，而且不同時(shí)期NASH患者肝穿刺檢測STK25 mRNA表現(xiàn)一致性[27]。進(jìn)一步研究證實(shí)，對照組小鼠肝和人肝細(xì)胞中的STK25表達(dá)增加，并且其可通過抑制脂解活性抑制β-氧化和甘油三酯外排，促進(jìn)肝內(nèi)脂滴中脂肪沉積，與STK25敲除后模型表現(xiàn)相反[31-32]。為干預(yù)疾病的進(jìn)程，靶向運(yùn)輸STK25反義寡核苷酸（STK25 antisense oligonucleotide，STK25 ASO），發(fā)現(xiàn)其可選擇性與肝細(xì)胞表面大量表達(dá)的去唾液酸糖蛋白受體（asialoglycoprotein receptor，ASGPR）結(jié)合，抵抗肝細(xì)胞氧化應(yīng)激，改善線粒體功能，并可抑制肝臟中成脂基因及乙酰輔酶A羧化酶（Acetyl CoA carboxylase，ACC）的表達(dá)，最終延緩NAFLD的發(fā)展[33]。因此，有理由推測STK25可能通過干預(yù)脂肪酸從頭合成的酶活性及氧化過程，抑制脂肪酸的相關(guān)代謝。綜上所述，STK25與葡萄糖、脂質(zhì)的代謝密切相關(guān)，病理狀態(tài)下STK25表達(dá)上升，誘導(dǎo)胰島素抵抗、糖耐量下降、脂質(zhì)沉積。這一系列代謝的改變將進(jìn)一步引發(fā)細(xì)胞形態(tài)和功能改變，誘導(dǎo)細(xì)胞的增殖或者死亡。

4 STK25與腫瘤的關(guān)系

4.1 STK25抑制Warburg效應(yīng)與腫瘤

近年來諸多研究證實(shí)，腫瘤的生物學(xué)本質(zhì)是一種代謝性疾病，因此基于腫瘤代謝靶點(diǎn)的治療成為腫瘤治療研究的新方向，也就是說通過調(diào)控三大基本營養(yǎng)物質(zhì)的代謝抑制腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。Warburg效應(yīng)又稱有氧糖酵解，即在含氧量正常的情況下，細(xì)胞的葡萄糖攝取量和乳酸的堆積量也會(huì)升高，利用糖酵解作為主要能量代謝的來源，獲得更高的糖分解能力，這也是腫瘤細(xì)胞一個(gè)典型的代謝特征，而阻斷或降低該特異性過程，可能提高抗腫瘤治療的效果[34-35]。在一項(xiàng)針對結(jié)直腸腫瘤細(xì)胞增殖的研究中發(fā)現(xiàn)，STK25與經(jīng)典的癌原蛋白Golph3均可表達(dá)于高爾基體中，并在轉(zhuǎn)錄及翻譯層面發(fā)現(xiàn)，STK25的過表達(dá)顯著抑制了Golph3的表達(dá)[9]。該項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)STK25、Golph3的改變影響了mTORC1/mTORC2復(fù)合物的磷酸化及下游糖酵解過程。從而得出結(jié)論，STK25可通過下調(diào)Golph3依賴性mTOR途徑，抑制糖酵解從而負(fù)調(diào)控細(xì)胞增殖，提示STK25可能成為抑制腫瘤細(xì)胞生長增殖的靶點(diǎn)。

4.2 STK25誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與腫瘤

在神經(jīng)源性腫瘤中，STK25的表達(dá)對應(yīng)著不同的預(yù)后水平。神經(jīng)營養(yǎng)素受體Trk家族是神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞存活的關(guān)鍵調(diào)控因子，TrkA在小兒神經(jīng)源性腫瘤的研究中被發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡，高水平的TrkA提示更好的預(yù)后[36]。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，CCM2作為CCM3的同源物，其N端的磷酪氨酸結(jié)構(gòu)域（phosphotyrosine binding，PTB）可結(jié)合TrkA，C端的Karet結(jié)構(gòu)域可結(jié)合STK25，最終形成CCM2/TrkA/STK25依賴的細(xì)胞死亡途徑，該途徑最終仍是通過激活經(jīng)典的caspase完成，因此CCM2/TrkA/STK25的作用類似于上游的開關(guān)信號[10]。也就是說，神經(jīng)母細(xì)胞瘤中STK25的表達(dá)水平與CCM2和TrkA的表達(dá)水平相關(guān)，高表達(dá)STK25的患者對應(yīng)更為良好的預(yù)后。

4.3 STK25負(fù)調(diào)控癌基因轉(zhuǎn)錄與腫瘤

除以上述2條STK25相關(guān)信號通路外，學(xué)者還發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的Hippo信號通路也與STK25有一定關(guān)系。Hippo信號通路在調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡中發(fā)揮著重要作用，該通路中關(guān)鍵介質(zhì)是LATS1和LATS2激酶，其功能是負(fù)調(diào)控癌基因轉(zhuǎn)錄共激活因子YAP和具有PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子TAZ的活性[37]。LATS1/2降解使得YAP/TAZ過度活化，在小鼠模型中促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，該現(xiàn)象也發(fā)生在人類多種惡性腫瘤中[38-40]。研究[41-42]已證實(shí)，Hippo通路中的關(guān)鍵介質(zhì)LATS受MST1/2調(diào)控，MST1/2在疏水基處將LATS1/2磷酸化，去除LATS1/2的自抑制構(gòu)象，從而使LATS1/2的激活環(huán)基發(fā)生自磷酸化和反磷酸化相互作用。正是這種磷酸化激活循環(huán)，從而達(dá)到完全LATS激酶活性及抗腫瘤效應(yīng)。然而，在敲除MST1/2基因后，LATS信號并未完全阻斷，提示一定存在其他信號分子可部分激活LATS激酶，如MAP4Ks[43]。最新研究發(fā)現(xiàn)，與MST1/2同家族的STK25同樣可以促進(jìn)LATS激活環(huán)基的磷酸化，且與之前的疏水基磷酸化無關(guān)[44-45]。該研究還指出，完全不表達(dá)STK25導(dǎo)致LATS活性部分降低和YAP/TAZ活性升高，腫瘤細(xì)胞增殖，而STK25 KO小鼠雖然存活，但表現(xiàn)出顯著的肝臟腫大。即STK25為Hippo信號通路的新型調(diào)節(jié)劑，它通過獨(dú)立于標(biāo)準(zhǔn)的MST/MAP4K信號通路機(jī)制激活LATS1/2，從而解釋了為什么MST/MAP4Ks無法完全補(bǔ)償繼STK25缺失后的YAP/TAZ激活。另外，根據(jù)人類癌癥數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，STK25的局灶性缺失在人類癌癥中很常見，如宮頸鱗狀細(xì)胞癌、膀胱尿路上皮癌、頭頸部鱗狀細(xì)胞癌等[44]。而該局灶性丟失是否會(huì)解除Hippo信號通路，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生與發(fā)展有待進(jìn)一步研究。

5 總結(jié)與展望

Ste20家族的生物學(xué)效應(yīng)具有重要意義，其中PAK與腫瘤的增殖、侵襲密切相關(guān)，也得到了學(xué)者的廣泛研究，而GCK與腫瘤之間的關(guān)系尚不明確。STK25作為GCK亞家族的重要成員之一，在慢性代謝性疾病中的研究較為成熟，如糖尿病、脂肪性肝炎等，且該分子在腫瘤發(fā)生與發(fā)展過程中也起到一定的輔助作用。但如何從代謝層面上解釋與腫瘤關(guān)系的研究有待進(jìn)一步深入，是否可以通過調(diào)控STK25的水平調(diào)節(jié)腫瘤糖脂代謝過程，最終抑制腫瘤的發(fā)生與發(fā)展可能成為腫瘤代謝治療研究的一個(gè)新方向。