NEK2对胃癌的影响及其分子机制的研究进展*

罗德胜 综述，吴 丹，郑晶晶 审校

(浙江省丽水市中心医院胃肠外科 323000)

永生有丝分裂A(never in mitosis gene A，NIMA)激酶是在丝状真菌-构巢曲霉中发现的一种丝/苏氨酸蛋白激酶，通过对纺锤体极的作用调节细胞周期。NIMA 相关激酶(NIMA-related kinase) 家族是在高等真核生物中发现的类似NIMA激酶的蛋白激酶家族，共有11个成员(NEK1～11)，其中NEK2与NIMA激酶同源性最高的[1],主要在有丝分裂周期过程的G2/M期发挥作用，对细胞周期的进展至关重要。有研究报道，NEK2在人类多种癌症中过表达，如胃癌[2]、结直肠癌[3-4]、前列腺癌[5]和乳腺癌[6]。NEK2过表达与肿瘤发生、肿瘤进展、耐药及预后不良[7-8]有关。NEK2与癌症的密切关系使其成为抗癌治疗[8]中的潜在治疗靶点。早期研究表明，NEK2抑制剂通过诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡有效地抑制癌细胞的增殖，并显著抑制体内的肿瘤生长[9]。在包括胃癌、白血病、结直肠癌、前列腺癌、乳腺癌和肝癌细胞在内的19种癌细胞系中，胃癌细胞系对NEK2抑制剂MBM-5的敏感性相对高于其他癌细胞系[10]。这些结果表明，NEK2在胃癌和胃癌细胞的发育中起着关键作用，阐明NEK2促进胃癌发生发展的机制可能有助于胃癌的治疗和NEK2抑制剂的研究。

1 NEK2通过ERK/MAPK通路促进胃癌细胞增殖

在NEK2沉默表达后，在BGC-823和SGC-7901细胞中检测出细胞增殖相关的基因表达变化，发现当BGC-823和SGC-7901细胞中的NEK2表达显著降低时，调节细胞增殖的关键基因表达显著下调，包括c-JUN和细胞周期蛋白D1，它们被认为是ERK/MAPK通路的下游分子。所以通过ERK/MAPK信号转导，NEK2的表达增强可以提高细胞的增殖进而促进胃癌中的细胞活力、增殖和细胞周期进展[11-12]。有研究还发现NEK2过表达促进了胃癌细胞株的细胞周期进展，参与了胃癌细胞增殖的调控。而在人类骨髓瘤中，NEK2通过激活ERK通路促进骨髓瘤的耐药性，这也间接支持了NEK2可通过ERK/MAPK通路促进肿瘤进展的结论[12]，具体作用机制还需要进一步研究。

在许多哺乳动物细胞类型中，ERK可以将细胞外刺激信号整合到细胞中，作为介导细胞生长和增殖[13]的重要调节因子。众所周知，不受控制的生长或恶性增殖是肿瘤发展的必要步骤。此外，有研究表明，NEK2的异常表达明显影响乳腺癌细胞的有丝分裂过程，在乳腺癌中，NEK2过表达与预后不良显著相关，表明NEK2可能是治疗乳腺癌[14]的潜在靶点。此外，有研究还发现NEK2和ERK的联合升高与胃癌患者预后不良显著相关，表明NEK2是介导胃癌中信号传递的重要因素[15]。因此，NEK2有可能成为胃癌治疗的潜在靶点。

2 NEK2通过调节KDM5B/H3K4me3促进胃癌细胞的增殖、迁移和肿瘤生长

KDM5B是一种组蛋白去甲基化酶，属于JmjC结构域蛋白家族[16]。组蛋白甲基化是一种翻译后修饰，可影响染色质的形成和翻译调控等生化过程，而抑癌基因中广泛的H3K4me3表达则会引起肿瘤抑制[17-18]。在包括胃癌[19]、乳腺癌[20]、宫颈癌[21]、胰腺癌[22]、非小细胞肺癌[23]在内的各种原发性癌症中，KDM5B的表达水平升高，进而促进肿瘤的发生、侵袭和转移[24]。在胃癌细胞中过表达KDM5B可促进胃癌细胞的体外生长和转移，在体内可促进异种移植的形成、生长和转移[19]。

在对NEK2抑制剂具有较高敏感性的胃癌细胞系中观察到NEK2和KDM5B过表达。当NEK2被抑制时，细胞KDM5B的表达水平会降低，从而导致H3K4me3表达增加。而NEK2过表达将导致KDM5B表达增加，H3K4me3表达降低。尽管NEK2与癌症之间的关系经常被报道，但NEK2如何协调改变信号向恶性转化的具体机制仍不清楚[8]。LI等[25]的研究排除了NEK2与KDM5B之间的直接相互作用，但证实了NEK2可以通过β-catenin/myc在体外和体内调节KDM5B/H3K4me3的表达，这是c-myc和KDM5B抑制剂实验的双重验证[16]。

LI等[25]还发现了一种NEK2/β-catenin/myc/KDM5B通路，这可能是胃癌中NEK2表达的新机制。同时通过研究NEK2的生物学行为，以及NEK2在体外和体内对胃癌细胞株KDM5B的调节作用发现，NEK2和KDM5B在10种胃癌细胞系中都高表达，高水平的NEK2和KDM5B在临床中均与胃癌密切相关[19,26]。在MGC-803细胞中敲除NEK2也导致KDM5B表达受到抑制，而在BGC-823细胞系中过表达NEK2则导致KDM5B表达增强。这些结果表明了NEK2和KDM5B之间的可能关系。研究同时还发现NEK2在胃癌的增殖、迁移和肿瘤生长中起着重要的作用[25]。KDM5B将H3K4me3脱甲基化为转录不活跃状态，降低抑癌基因的转录，进而促进癌细胞增殖、转移和肿瘤发生。在体外和体内，NEK2均能通过β-catenin/myc调节KDM5B/H3K4me3的表达。这一发现揭示了NEK2引起胃癌恶性转化的新机制，并有助于推动设计更有效的NEK2靶向治疗胃癌的新方法。

3 通过抑制NEK2激酶活性，MBM-5在胃癌中发挥作用

在包括胃癌、白血病、结直肠癌、前列腺癌、乳腺癌和肝癌细胞在内的19个癌细胞系中，胃癌细胞系对NEK2抑制剂MBM-5的敏感性相对高于其他癌细胞系[10,27]。

MBM-5是一种合成的新型化合物,通过对接模拟研究发现它能与具有高亲和力的NEK2结合。Hec1作为NEK2的重要底物，在S165位点被NEK2磷酸化，研究人员测定了Hec1(S165)的磷酸化情况，MBM-5以浓度和时间依赖的方式有效抑制Hec1(S165)的磷酸化，表明MBM-5能够进入细胞并抑制细胞内NEK2活性。这种抑制通过诱导染色体分离缺陷和胞质分裂失败而阻碍有丝分裂的进展，最终使细胞发生凋亡。更重要的是，MBM-5有效地抑制了人胃癌和结直肠癌细胞异种移植物的肿瘤生长[27]。 上述研究证明MBM-5有效地抑制了NEK2的激酶活性，并在抗癌治疗方案中显示出潜在的应用前景。

虽然MBM-5下调了总Hec1的蛋白水平，但它似乎与Hec1磷酸化水平的降低无关。因为在MBM-5(0.5或1.0 μmol/L)处理24 h后，Hec1的磷酸化水平几乎无法检测到，同时观察到总Hec1略有下降。 先前的一项研究报道了类似的现象[28]，即Hec1蛋白水平的下调均伴随着Hec1磷酸化的降低。因此，Hec1的磷酸化可能与Hec1的蛋白水平相关，要么影响其转录，要么影响翻译后修饰，这需在未来的研究中深入探索。

总之，MBM-5被认为是NEK2抑制剂中最有前途的化合物之一。 它在体外对多种癌细胞具有显著的抗肿瘤活性。其对胃癌MGC-803和结直肠肿瘤HCT-116异种移植物体内生长的抑制作用显现了其具备的抗肿瘤潜力，尽管其体内半衰期相当短。MBM-5通过靶向抑制NEK2激酶，被明确为先导化合物。

4 NEK2通过蛋白激酶B(Akt)通路影响胃癌进展

胃癌的发展与NEK2过表达相关[29]，特别是在肿瘤体积大和淋巴结转移的患者中，同时还有证据表明过表达的NEK2通过隔离和灭活蛋白磷酸酶1(PP1)参与胃癌的发展，随后激活Akt介导的下游致癌通路。因此，通过Akt/缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)轴，葡萄糖代谢被重新编程为有氧糖酵解，为胃癌细胞的生长快速提供能量。此外，自噬活性通过Akt/mTOR轴被抑制，导致对癌症治疗的反应受损，细胞存活率增强。相反，通过NEK2沉默子来灭活Akt可降低有氧糖酵解，促进自噬细胞死亡，最终抑制胃癌细胞的生长。这些结果表明，NEK2通过激活Akt介导的通路促进胃癌进展，这扩大了人们对胃癌发病机制的认识，也为临床治疗提供了新的靶点。

虽然已经越来越认识到NEK2的致瘤作用，但关于NEK2在胃癌中具体功能的认识仍有不足。据报道，NEK2可以通过调节组蛋白甲基化和随后的基因过表达[25]来协助胃癌细胞的生长和迁移。也有研究表明，NEK2通过ERK/MAPK信号通路[14]促进胃癌细胞的快速增殖。随着分子和细胞生物学的快速发展，越来越多的证据证明了NEK2参与了一个复杂的调控网络。除了调节细胞周期外，NEK2还通过PP1α/Akt轴激活核因子-κB(NF-κB)，与泛素-蛋白酶体系统相互作用以维持细胞稳定性，并参与Wnt/β-catenin通路[30]，NEK2功能的解除会引起异常的细胞周期进程，并常与多种癌症[31]的发病机制相关。因此，在胃癌中，NEK2很有可能通过多种机制调控胃癌生物学的许多方面。

目前研究还发现，除了调控Akt通路外[29]，NEK2还调节剪接因子SRSF1的激活和RNA的剪接功能，这对促凋亡变异[32]的前表达至关重要。NEK2调控着一个复杂的网络工作，而每个网络分支的协调功能对于维持正常的细胞活动至关重要。值得注意的是，胃癌是一种异质性疾病，涉及多种生物通路的改变，如p53、wnt/β-catenin、RAS/RAF/MAPK和PI3K/Akt通路。因此，胃癌的发生发展可能是NEK2与许多其他致瘤因素共同作用的结果。鉴于此，进一步系统探索NEK2调控网络及其与其他信号通路的相互作用，将为NEK2在胃癌发生发展中所起作用的机制研究提供更全面的理论指导。未来需要研究NEK2致癌功能和胃癌分子基础的整体视角。