NEK2對胃癌的影響及其分子機制的研究進展*

羅德勝 綜述，吳 丹，鄭晶晶 審校

(浙江省麗水市中心醫(yī)院胃腸外科 323000)

永生有絲分裂A(never in mitosis gene A，NIMA)激酶是在絲狀真菌-構巢曲霉中發(fā)現(xiàn)的一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，通過對紡錘體極的作用調節(jié)細胞周期。NIMA 相關激酶(NIMA-related kinase) 家族是在高等真核生物中發(fā)現(xiàn)的類似NIMA激酶的蛋白激酶家族，共有11個成員(NEK1～11)，其中NEK2與NIMA激酶同源性最高的[1],主要在有絲分裂周期過程的G2/M期發(fā)揮作用，對細胞周期的進展至關重要。有研究報道，NEK2在人類多種癌癥中過表達，如胃癌[2]、結直腸癌[3-4]、前列腺癌[5]和乳腺癌[6]。NEK2過表達與腫瘤發(fā)生、腫瘤進展、耐藥及預后不良[7-8]有關。NEK2與癌癥的密切關系使其成為抗癌治療[8]中的潛在治療靶點。早期研究表明，NEK2抑制劑通過誘導細胞周期阻滯和細胞凋亡有效地抑制癌細胞的增殖，并顯著抑制體內的腫瘤生長[9]。在包括胃癌、白血病、結直腸癌、前列腺癌、乳腺癌和肝癌細胞在內的19種癌細胞系中，胃癌細胞系對NEK2抑制劑MBM-5的敏感性相對高于其他癌細胞系[10]。這些結果表明，NEK2在胃癌和胃癌細胞的發(fā)育中起著關鍵作用，闡明NEK2促進胃癌發(fā)生發(fā)展的機制可能有助于胃癌的治療和NEK2抑制劑的研究。

1 NEK2通過ERK/MAPK通路促進胃癌細胞增殖

在NEK2沉默表達后，在BGC-823和SGC-7901細胞中檢測出細胞增殖相關的基因表達變化，發(fā)現(xiàn)當BGC-823和SGC-7901細胞中的NEK2表達顯著降低時，調節(jié)細胞增殖的關鍵基因表達顯著下調，包括c-JUN和細胞周期蛋白D1，它們被認為是ERK/MAPK通路的下游分子。所以通過ERK/MAPK信號轉導，NEK2的表達增強可以提高細胞的增殖進而促進胃癌中的細胞活力、增殖和細胞周期進展[11-12]。有研究還發(fā)現(xiàn)NEK2過表達促進了胃癌細胞株的細胞周期進展，參與了胃癌細胞增殖的調控。而在人類骨髓瘤中，NEK2通過激活ERK通路促進骨髓瘤的耐藥性，這也間接支持了NEK2可通過ERK/MAPK通路促進腫瘤進展的結論[12]，具體作用機制還需要進一步研究。

在許多哺乳動物細胞類型中，ERK可以將細胞外刺激信號整合到細胞中，作為介導細胞生長和增殖[13]的重要調節(jié)因子。眾所周知，不受控制的生長或惡性增殖是腫瘤發(fā)展的必要步驟。此外，有研究表明，NEK2的異常表達明顯影響乳腺癌細胞的有絲分裂過程，在乳腺癌中，NEK2過表達與預后不良顯著相關，表明NEK2可能是治療乳腺癌[14]的潛在靶點。此外，有研究還發(fā)現(xiàn)NEK2和ERK的聯(lián)合升高與胃癌患者預后不良顯著相關，表明NEK2是介導胃癌中信號傳遞的重要因素[15]。因此，NEK2有可能成為胃癌治療的潛在靶點。

2 NEK2通過調節(jié)KDM5B/H3K4me3促進胃癌細胞的增殖、遷移和腫瘤生長

KDM5B是一種組蛋白去甲基化酶，屬于JmjC結構域蛋白家族[16]。組蛋白甲基化是一種翻譯后修飾，可影響染色質的形成和翻譯調控等生化過程，而抑癌基因中廣泛的H3K4me3表達則會引起腫瘤抑制[17-18]。在包括胃癌[19]、乳腺癌[20]、宮頸癌[21]、胰腺癌[22]、非小細胞肺癌[23]在內的各種原發(fā)性癌癥中，KDM5B的表達水平升高，進而促進腫瘤的發(fā)生、侵襲和轉移[24]。在胃癌細胞中過表達KDM5B可促進胃癌細胞的體外生長和轉移，在體內可促進異種移植的形成、生長和轉移[19]。

在對NEK2抑制劑具有較高敏感性的胃癌細胞系中觀察到NEK2和KDM5B過表達。當NEK2被抑制時，細胞KDM5B的表達水平會降低，從而導致H3K4me3表達增加。而NEK2過表達將導致KDM5B表達增加，H3K4me3表達降低。盡管NEK2與癌癥之間的關系經常被報道，但NEK2如何協(xié)調改變信號向惡性轉化的具體機制仍不清楚[8]。LI等[25]的研究排除了NEK2與KDM5B之間的直接相互作用，但證實了NEK2可以通過β-catenin/myc在體外和體內調節(jié)KDM5B/H3K4me3的表達，這是c-myc和KDM5B抑制劑實驗的雙重驗證[16]。

LI等[25]還發(fā)現(xiàn)了一種NEK2/β-catenin/myc/KDM5B通路，這可能是胃癌中NEK2表達的新機制。同時通過研究NEK2的生物學行為，以及NEK2在體外和體內對胃癌細胞株KDM5B的調節(jié)作用發(fā)現(xiàn)，NEK2和KDM5B在10種胃癌細胞系中都高表達，高水平的NEK2和KDM5B在臨床中均與胃癌密切相關[19,26]。在MGC-803細胞中敲除NEK2也導致KDM5B表達受到抑制，而在BGC-823細胞系中過表達NEK2則導致KDM5B表達增強。這些結果表明了NEK2和KDM5B之間的可能關系。研究同時還發(fā)現(xiàn)NEK2在胃癌的增殖、遷移和腫瘤生長中起著重要的作用[25]。KDM5B將H3K4me3脫甲基化為轉錄不活躍狀態(tài)，降低抑癌基因的轉錄，進而促進癌細胞增殖、轉移和腫瘤發(fā)生。在體外和體內，NEK2均能通過β-catenin/myc調節(jié)KDM5B/H3K4me3的表達。這一發(fā)現(xiàn)揭示了NEK2引起胃癌惡性轉化的新機制，并有助于推動設計更有效的NEK2靶向治療胃癌的新方法。

3 通過抑制NEK2激酶活性，MBM-5在胃癌中發(fā)揮作用

在包括胃癌、白血病、結直腸癌、前列腺癌、乳腺癌和肝癌細胞在內的19個癌細胞系中，胃癌細胞系對NEK2抑制劑MBM-5的敏感性相對高于其他癌細胞系[10,27]。

MBM-5是一種合成的新型化合物,通過對接模擬研究發(fā)現(xiàn)它能與具有高親和力的NEK2結合。Hec1作為NEK2的重要底物，在S165位點被NEK2磷酸化，研究人員測定了Hec1(S165)的磷酸化情況，MBM-5以濃度和時間依賴的方式有效抑制Hec1(S165)的磷酸化，表明MBM-5能夠進入細胞并抑制細胞內NEK2活性。這種抑制通過誘導染色體分離缺陷和胞質分裂失敗而阻礙有絲分裂的進展，最終使細胞發(fā)生凋亡。更重要的是，MBM-5有效地抑制了人胃癌和結直腸癌細胞異種移植物的腫瘤生長[27]。 上述研究證明MBM-5有效地抑制了NEK2的激酶活性，并在抗癌治療方案中顯示出潛在的應用前景。

雖然MBM-5下調了總Hec1的蛋白水平，但它似乎與Hec1磷酸化水平的降低無關。因為在MBM-5(0.5或1.0 μmol/L)處理24 h后，Hec1的磷酸化水平幾乎無法檢測到，同時觀察到總Hec1略有下降。 先前的一項研究報道了類似的現(xiàn)象[28]，即Hec1蛋白水平的下調均伴隨著Hec1磷酸化的降低。因此，Hec1的磷酸化可能與Hec1的蛋白水平相關，要么影響其轉錄，要么影響翻譯后修飾，這需在未來的研究中深入探索。

總之，MBM-5被認為是NEK2抑制劑中最有前途的化合物之一。 它在體外對多種癌細胞具有顯著的抗腫瘤活性。其對胃癌MGC-803和結直腸腫瘤HCT-116異種移植物體內生長的抑制作用顯現(xiàn)了其具備的抗腫瘤潛力，盡管其體內半衰期相當短。MBM-5通過靶向抑制NEK2激酶，被明確為先導化合物。

4 NEK2通過蛋白激酶B(Akt)通路影響胃癌進展

胃癌的發(fā)展與NEK2過表達相關[29]，特別是在腫瘤體積大和淋巴結轉移的患者中，同時還有證據(jù)表明過表達的NEK2通過隔離和滅活蛋白磷酸酶1(PP1)參與胃癌的發(fā)展，隨后激活Akt介導的下游致癌通路。因此，通過Akt/缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)軸，葡萄糖代謝被重新編程為有氧糖酵解，為胃癌細胞的生長快速提供能量。此外，自噬活性通過Akt/mTOR軸被抑制，導致對癌癥治療的反應受損，細胞存活率增強。相反，通過NEK2沉默子來滅活Akt可降低有氧糖酵解，促進自噬細胞死亡，最終抑制胃癌細胞的生長。這些結果表明，NEK2通過激活Akt介導的通路促進胃癌進展，這擴大了人們對胃癌發(fā)病機制的認識，也為臨床治療提供了新的靶點。

雖然已經越來越認識到NEK2的致瘤作用，但關于NEK2在胃癌中具體功能的認識仍有不足。據(jù)報道，NEK2可以通過調節(jié)組蛋白甲基化和隨后的基因過表達[25]來協(xié)助胃癌細胞的生長和遷移。也有研究表明，NEK2通過ERK/MAPK信號通路[14]促進胃癌細胞的快速增殖。隨著分子和細胞生物學的快速發(fā)展，越來越多的證據(jù)證明了NEK2參與了一個復雜的調控網絡。除了調節(jié)細胞周期外，NEK2還通過PP1α/Akt軸激活核因子-κB(NF-κB)，與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)相互作用以維持細胞穩(wěn)定性，并參與Wnt/β-catenin通路[30]，NEK2功能的解除會引起異常的細胞周期進程，并常與多種癌癥[31]的發(fā)病機制相關。因此，在胃癌中，NEK2很有可能通過多種機制調控胃癌生物學的許多方面。

目前研究還發(fā)現(xiàn)，除了調控Akt通路外[29]，NEK2還調節(jié)剪接因子SRSF1的激活和RNA的剪接功能，這對促凋亡變異[32]的前表達至關重要。NEK2調控著一個復雜的網絡工作，而每個網絡分支的協(xié)調功能對于維持正常的細胞活動至關重要。值得注意的是，胃癌是一種異質性疾病，涉及多種生物通路的改變，如p53、wnt/β-catenin、RAS/RAF/MAPK和PI3K/Akt通路。因此，胃癌的發(fā)生發(fā)展可能是NEK2與許多其他致瘤因素共同作用的結果。鑒于此，進一步系統(tǒng)探索NEK2調控網絡及其與其他信號通路的相互作用，將為NEK2在胃癌發(fā)生發(fā)展中所起作用的機制研究提供更全面的理論指導。未來需要研究NEK2致癌功能和胃癌分子基礎的整體視角。