康 雙，李樹珍綜述，李 萌審校

0 引 言

NIMA相關(guān)激酶7(NIMA-related kinase7, NEK7)屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，在多種器官中表達(dá)，例如心臟、大腦、肝、肺和脾等[1]。NEK7是一種多功能激酶，可影響中心體復(fù)制，線粒體調(diào)控，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，DNA修復(fù)和紡錘體的組裝[2]。近年有研究發(fā)現(xiàn)，NEK7也是Nod樣受體蛋白(Nod-like receptor protein 3, NLRP3)炎癥小體活化的重要組成成分[3]。但在正常生長(zhǎng)條件下，NEK7處于低活性狀態(tài)，且含量有限，因此NEK7不能同時(shí)參與NLRP3炎癥小體的活化和細(xì)胞周期的調(diào)控，而是可能起到雙向開關(guān)的作用[4]。一旦體內(nèi)平衡被破壞，NEK7就會(huì)過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)異常細(xì)胞的產(chǎn)生或者炎癥反應(yīng)，從而引發(fā)各種疾病。本文將就NEK7的生物學(xué)特征及其在各種疾病中的潛在功能進(jìn)行綜述。

1 NEK7的生物學(xué)特征

1.1 NEK蛋白激酶家族的發(fā)現(xiàn)NIMA相關(guān)激酶(NIMA-related kinases,NEKs)是代表有絲分裂激酶的第三家族。該家族的創(chuàng)始成員無(wú)絲分裂乳曲霉A(Never-in mitosis,NIMA)是由Oakley等[5]在絲狀真菌構(gòu)巢曲霉分裂周期突變體中發(fā)現(xiàn)的。NEK蛋白家族的特征是N末端催化域包含所有絲氨酸/蘇氨酸激酶的典型基序，并且與曲霉NIMA的序列高度相似[6]。NEK是一大類具有相似結(jié)構(gòu)和功能的同源激酶，它們參與多種生理調(diào)控過(guò)程，例如有絲分裂調(diào)控，纖毛形成和DNA損傷反應(yīng)等[7]。目前，在大多數(shù)真核生物中均存在NEKs，其中人類基因組中存在11個(gè)編碼NEKs的基因，包括NEK1到NEK11。NEK2是第1個(gè)被鑒定的人類有絲分裂NEK激酶，位于中心體附近，在S期和G2期表達(dá)和活性最高，可調(diào)控有絲分裂的中心體分離[8]。NEK5也具有相似的功能，它能調(diào)節(jié)間期中心體的組裝[9]。此外，NEK2、NEK6、NEK7和NEK9有助于建立基于微管的有絲分裂紡錘體，而NEK1、NEK10和NEK11則與DNA損傷反應(yīng)密切相關(guān)[6]。NEK家族在整個(gè)進(jìn)化過(guò)程中，廣泛參與檢查點(diǎn)和纖毛生物學(xué)的調(diào)節(jié)，且NEK家族成員的突變是纖毛病和癌癥發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力[10]。

1.2 NEK7的結(jié)構(gòu)及功能定位NEK7位于中心體，是NEK激酶家族中最小的成員之一，2000年，NEK7由Kandli等[11]從小鼠基因組中分離并克隆，可在多種組織中廣泛表達(dá)，例如腦、心臟、肺、肝和脾等。NEK7主要集中在紡錘體的兩極，調(diào)節(jié)微管的功能，與有絲分裂紡錘體的形成和細(xì)胞質(zhì)的分離密切相關(guān)，在細(xì)胞周期的調(diào)控中發(fā)揮重要作用[12]。NEK7基因位于1號(hào)染色體上，可編碼相對(duì)分子質(zhì)量為34 500的氨基酸多肽。在NEK家族中， NEK6和NEK7 在其 C 端結(jié)構(gòu)域中具有約86%的同一性，而在其無(wú)序的N端延伸中僅具有約20%的同一性。研究表明，這兩種蛋白質(zhì)由于時(shí)空組織分布和酶調(diào)控的差異而顯示出不同的作用和生物學(xué)功能，這對(duì)介導(dǎo)其與蛋白質(zhì)之間的相互作用至關(guān)重要[13]。重要的是，NEK7連同NEK6和 NEK9構(gòu)成一個(gè)有絲分裂信號(hào)模塊，其中NEK6和NEK7被NEK9磷酸化和激活，共同促進(jìn)有絲分裂進(jìn)程[14]。很長(zhǎng)一段時(shí)間，NEK7被認(rèn)為與細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)以及哺乳動(dòng)物細(xì)胞的生存緊密相關(guān)[1]。直到近年，NEK7 被證實(shí)也是參與NLRP3炎癥小體活化必不可少的組成成分[15]。因此，越來(lái)越多的證據(jù)表明NEK7不僅參與有絲分裂調(diào)控，而且在NLRP3炎癥小體活化過(guò)程中也發(fā)揮重要作用。

2 NEK7的生物學(xué)功能

2.1 NEK7在有絲分裂調(diào)控中的作用在有絲分裂的過(guò)程中，NEK6、NEK7和NEK9這3種蛋白質(zhì)在紡錘體的形成上協(xié)同作用，其中NEK9是NEK6和NEK7的上游激活劑[16]，NEK6和NEK7與NEK9的非催化區(qū)域直接相互作用，NEK9可以通過(guò)破壞這些激酶的自抑制構(gòu)象來(lái)激活NEK6和NEK7，從而促進(jìn)紡錘體的形成[17]。研究證實(shí)，NEK6、NEK7 或 NEK9 的缺失會(huì)導(dǎo)致前期中心體分離失敗并抑制有絲分裂紡錘體的形成[18]。此外，有研究表明，在NEK7耗盡的細(xì)胞中，中心粒周圍物質(zhì)(pericentriolar material, PCM)顯著減少。因此，NEK7的缺失會(huì)減少G2/M期中心粒周圍物質(zhì)聚集在中心體周圍，使細(xì)胞停滯在中期并引起凋亡[19]。Salem等[14]通過(guò)NEK7缺陷小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，NEK7的缺失會(huì)導(dǎo)致小鼠胚胎晚期或出生后早期階段嚴(yán)重的發(fā)育遲緩，甚至死亡，這同樣也證實(shí)了NEK7可能是細(xì)胞分裂的重要調(diào)節(jié)劑。此外，已有研究證實(shí)，在DNA氧化性損傷發(fā)生后，NEK7被募集到端粒中，以ATM激活依賴性方式穩(wěn)定端粒體復(fù)制結(jié)合因子1(telomeric repeat binding factor 1, TRF1)的表達(dá)，從而保護(hù)端粒的DNA氧化性損傷[20]。以上研究進(jìn)一步證實(shí)了NEK7可能是哺乳動(dòng)物有絲分裂的重要調(diào)控因子，其在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的作用，見圖1。

圖1 NEK7在有絲分裂調(diào)控中的作用Figure 1 The role of NEK7 in the regulation of mitosis

2.2 NEK7在NLRP3炎癥小體活化中的作用NLRP3炎癥小體是一種細(xì)胞內(nèi)蛋白復(fù)合物，可通過(guò)組裝NLRP3，凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)和蛋白酶Caspase-1來(lái)引發(fā)細(xì)胞炎癥反應(yīng)，以響應(yīng)外源性微生物感染和內(nèi)源性損傷[21]。近期有研究表明，NEK7與NLRP3的富含亮氨酸重復(fù)序列(leucine-rich repeats，LRR)有關(guān)，NEK7以非依賴激酶方式與NLRP3的富含亮氨酸重復(fù)系列結(jié)合，促進(jìn)NLRP3-ASC復(fù)合物的形成，ASC寡聚化及caspase-1的活化，從而激活NLRP3炎癥小體[4]。此外，有報(bào)道顯示NF-κB可上調(diào)NLRP3的表達(dá)[22]。而NF-κB的亞基 RELA也可以轉(zhuǎn)錄上調(diào) NEK7的表達(dá)[23]，若二者同時(shí)發(fā)生則有可能加強(qiáng)NEK7和NLRP3的相互作用，可從側(cè)面印證NEK7是NLRP3活化的重要促進(jìn)因素。進(jìn)一步研究證實(shí)，K+外流是NLRP3炎癥小體激活的重要驅(qū)動(dòng)因素[24]，而NEK7是一種特定的K+傳感器，當(dāng)體內(nèi)平衡被破壞，細(xì)胞內(nèi)鉀離子流出增加時(shí)，NEK7和NLRP3的相互作用增強(qiáng)從而激活NLRP3炎癥小體[25]，見圖2。

圖2 NEK7在NLRP3炎癥小體活化中的作用Figure 2 The role of NEK7 in the activation of NLRP3 inflammasomes

3 NEK7在相關(guān)疾病中的作用

NEK7被認(rèn)為是高度保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶，影響中心體復(fù)制、線粒體調(diào)節(jié)、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、DNA修復(fù)和有絲分裂紡錘體的組裝。NEK7的異常表達(dá)或翻譯后修飾會(huì)導(dǎo)致紡錘體紊亂，細(xì)胞質(zhì)分裂障礙，微核形成，有絲分裂阻滯，甚至細(xì)胞死亡[26]。此外，NEK7也是NLRP3炎癥小體的必要組成成分，其與NLRP3炎癥小體的激活密切相關(guān)，故任何穩(wěn)態(tài)失衡都有可能導(dǎo)致NEK7的表達(dá)異常，從而引起炎癥反應(yīng)，細(xì)胞增殖，甚至癌癥的發(fā)生[27]。

3.1 NEK7與炎癥相關(guān)疾病已知NEK7與NLRP3炎性小體的激活密切相關(guān)，而NLRP3炎癥小體在先天免疫中起重要作用，參與多種病理生理過(guò)程[28]。近期研究表明，NEK7可以通過(guò)多種途徑參與NLRP3炎癥小體的活化[1]。Chen等[23]通過(guò)敲低NEK7構(gòu)建體內(nèi)外模型發(fā)現(xiàn)，LPS可以誘導(dǎo)TLR4/NF-κB信號(hào)的激活，促進(jìn)NF-κB的亞基RELA與NEK7的結(jié)合，增加NEK7的表達(dá)。同時(shí)NEK7與NLRP3的相互作用促進(jìn)NLRP3炎癥小體激活，在體外消除了LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞焦亡，并在體內(nèi)改善了DSS誘導(dǎo)的慢性結(jié)腸炎。此外，炎癥反應(yīng)是創(chuàng)傷性腦損傷后神經(jīng)炎的重要致病因素，NLRP3炎癥小體的過(guò)度活化加劇了神經(jīng)炎癥反應(yīng)[29]。NEK7被認(rèn)為是創(chuàng)傷性腦損傷后神經(jīng)炎癥和神經(jīng)損傷的潛在治療靶標(biāo)，研究發(fā)現(xiàn)NEK7作為調(diào)節(jié)劑，通過(guò)調(diào)節(jié)NEK7-NLRP3組裝，pro-Caspase-1募集，Caspase-1激活和神經(jīng)損傷后的焦磷酸化來(lái)調(diào)控NLRP3炎癥小體激活和下游神經(jīng)炎癥[30]。值得注意的是，在系統(tǒng)性紅斑狼瘡中，NEK7-NLRP3復(fù)合體與免疫和炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，NEK7和NLRP3與系統(tǒng)性紅斑狼瘡的疾病活動(dòng)指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，在經(jīng)過(guò)連續(xù)激素治療后NEK7和NLRP3的表達(dá)量明顯增加，因此NEK7-NLRP3復(fù)合體可能在系統(tǒng)性紅斑狼瘡的發(fā)病過(guò)程中起保護(hù)作用[31]。最近有研究表明，在脊髓損傷的小鼠模型中，NEK7和NLRP3的表達(dá)增加，抑制NEK7表達(dá)能減少NLRP3炎癥小體的活化，從而減輕脊髓損傷后局部的炎癥反應(yīng)，為脊髓損傷提供可能的治療方法[32]。由此可見，NEK7廣泛參與NLRP3相關(guān)的炎癥性疾病的發(fā)生發(fā)展，并且發(fā)揮了重要作用。

3.2 NEK7與腫瘤相關(guān)疾病已知NEK7是一種中心體激酶，其與中心體的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。中心體在間期細(xì)胞中調(diào)節(jié)微管的數(shù)量、穩(wěn)定性、極性和空間分布。在有絲分裂中，中心體建立兩極紡錘體，確保細(xì)胞分裂過(guò)程的對(duì)稱性和雙極性，而這一功能對(duì)染色體的精確分離是必需的，中心體在細(xì)胞周期進(jìn)程中起主導(dǎo)作用，但是在有絲分裂的G1/S和G2/M期，中心體會(huì)受到中心體激酶的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致紡錘體的形成受阻，難以準(zhǔn)確定位，并可能產(chǎn)生異倍體，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[33]。

3.2.1 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma,RB)是最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，是RB1基因種系的遺傳性突變引起，通常發(fā)生于兒童期[34]。近年研究認(rèn)為視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，存在多種致癌基因和抑癌基因的突變。Kooi等[35]的最新研究已將NEK7鑒定為一種高表達(dá)的新型視網(wǎng)膜胚芽候選驅(qū)動(dòng)基因，與正常視網(wǎng)膜色素上皮相比，NEK7在視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤中的表達(dá)普遍上調(diào)。此外，通過(guò)慢性病毒介導(dǎo)的RNA干擾方法抑制NEK7的表達(dá)，可減低細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2(cyclin-dependent kinase 2, CDK2)和細(xì)胞周期蛋白E(Cyclin E)復(fù)合物的表達(dá)，從而影響有絲分裂G1/S期的進(jìn)程，進(jìn)而引起細(xì)胞周期停滯，最終抑制視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的細(xì)胞增殖[36]。

3.2.2 肝細(xì)胞癌肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是全球第五大最常見的惡性腫瘤，也是第二大最常見的癌癥死亡原因。肝癌的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，早期診斷仍存在一定的局限性，迫切需要其他新型分子進(jìn)一步完善肝癌的診斷和治療[37]。研究表明，NEK7在肝癌患者的肝細(xì)胞中表達(dá)明顯增高，NEK7高表達(dá)與腫瘤數(shù)目，腫瘤直徑，臨近器官浸潤(rùn)，腫瘤等級(jí)和TINM分期顯著相關(guān)。這項(xiàng)研究首次證實(shí)了NEK7在肝細(xì)胞癌細(xì)胞系和組織中顯著過(guò)表達(dá)，通過(guò)慢性病毒介導(dǎo)的RNA干擾方法抑制NEK7的表達(dá)，NEK7的下調(diào)抑制了肝細(xì)胞癌中細(xì)胞周期蛋白B1(Cyclin B1)的表達(dá)。由于細(xì)胞周期蛋白B1可以通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白依賴性激酶1(cyclin-dependent kinase 1,CDK1)在G2期到有絲分裂過(guò)程中發(fā)揮重要作用，因此敲低NEK7表達(dá)可能通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白B1抑制肝細(xì)胞癌的增殖[27, 38]。

3.2.3 胰腺導(dǎo)管腺癌胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)是癌癥死亡的第四大原因，由于其早期轉(zhuǎn)移且手術(shù)切除和化療等傳統(tǒng)治療方法的益處有限，因此有必要進(jìn)一步了解基因組改變的機(jī)制，為PDAC提供有效的治療策略[39]。細(xì)胞黏附是癌癥進(jìn)展和轉(zhuǎn)移性傳播的關(guān)鍵介質(zhì)之一，細(xì)胞黏附分子的改變將會(huì)改變腫瘤細(xì)胞與其他細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白之間相互作用的能力[40]。越來(lái)越多的證據(jù)表明可以通過(guò)阻斷細(xì)胞之間的相互作用來(lái)治療腫瘤轉(zhuǎn)移。Yan等[41]通過(guò)生物信息分析等生物學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)NEK7作為細(xì)胞黏附相關(guān)基因，在體外癌細(xì)胞與NEK7的結(jié)合會(huì)增加遷移和侵襲能力，在體內(nèi)NEK7促進(jìn)胰腺癌的細(xì)胞侵襲、黏附、增殖和轉(zhuǎn)移能力。使用癌癥類器官脾注射模型的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，下調(diào)NEK7可以抑制癌細(xì)胞的肝臟轉(zhuǎn)移。因此，NEK7在胰腺癌轉(zhuǎn)移和進(jìn)展中起重要作用，NEK7的靶向治療可能對(duì)PDAC患者預(yù)后有重要意義。

3.2.4 頭頸部鱗狀細(xì)胞癌頭頸部鱗狀細(xì)胞癌(head and neck squamous cell carcinoma,HNSCC)是頭頸部惡性腫瘤的主要病理類型，約占所有頭頸部腫瘤的90%[42]。在過(guò)去的十年中，表觀遺傳調(diào)控因子被認(rèn)為是癌癥發(fā)生發(fā)展中的關(guān)鍵因素。表觀遺傳調(diào)控的三個(gè)基本系統(tǒng)是基因調(diào)控區(qū)的DNA甲基化，組蛋白修飾，以及非編碼RNA調(diào)控。表觀遺傳失調(diào)被認(rèn)為與致癌作用有關(guān)的基因啟動(dòng)子甲基化發(fā)育異常有關(guān)，可能是頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的潛在的發(fā)生機(jī)制[43]。此前，有研究表明組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(histone methyltransferases,HMT)已被公認(rèn)為是癌癥治療的潛在靶標(biāo)。在對(duì)HMT的Wolf-Hirschhorn綜合征候選相關(guān)基因1(Wolf-Hirschhorn syndrome candidate 1, WHSC1)在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的作用研究中發(fā)現(xiàn)，HNSCC組織中WHSC1的表達(dá)顯著高于正常組織，敲低WHSC1的表達(dá)可顯著抑制HNSCC細(xì)胞增殖，延緩細(xì)胞周期進(jìn)程，且該研究證實(shí)NEK7是WHSC1的直接下游靶基因。因此，WHSC1-NEK7途徑可能在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生中起關(guān)鍵作用[44]。針對(duì)NEK7在HNSCC的具體發(fā)病機(jī)制中的探索，將會(huì)為后續(xù)HNSCC的治療提供重要的干預(yù)靶點(diǎn)。

3.2.5 乳腺癌乳腺癌(breast cancer, BA)是目前女性患者中最為高發(fā)的惡性腫瘤，全世界每年患乳腺癌的女性患者超100萬(wàn)，嚴(yán)重威脅患者的生命與健康[45]。乳腺癌是一種轉(zhuǎn)移性癌癥，大多數(shù)患者的死亡與惡性腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散有關(guān)，腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移會(huì)導(dǎo)致次級(jí)器官中新的腫瘤，而轉(zhuǎn)移瘤的生長(zhǎng)嚴(yán)重影響其預(yù)后[46]。近期有研究證實(shí)UNC-45肌球蛋白伴侶(UNC-45 myosin chaperone A, UNC-45A)是新發(fā)現(xiàn)的中心體蛋白質(zhì)，其對(duì)癌細(xì)胞的增殖及腫瘤生長(zhǎng)是必不可少的，并且UNC-45A可通過(guò)多種方式調(diào)節(jié)中心體結(jié)構(gòu)與功能，促進(jìn)有絲分裂中NEK7的轉(zhuǎn)錄[47]。實(shí)驗(yàn)表明，UNC-45A缺陷型癌細(xì)胞表現(xiàn)出廣泛的中心體周圍物質(zhì)紊亂，中心體分離和有絲分裂染色體排列的缺陷。這些細(xì)胞在中期和胞質(zhì)分裂中停滯，最終影響有絲分裂進(jìn)程。由此可見，UNC-45A對(duì)癌細(xì)胞中細(xì)胞周期的調(diào)控是由NEK7信號(hào)通路介導(dǎo)的[48]。因此，探討NEK7在乳腺癌細(xì)胞增殖和遷移中的潛在分子機(jī)制，將會(huì)為惡性乳腺癌的早期診斷提供新的理論依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

已知NEK7的經(jīng)典功能與有絲分裂紡錘體的形成和中心體的分離、細(xì)胞質(zhì)分裂期間的脫落以及間期中心體的調(diào)節(jié)有關(guān)，故以往研究表明NEK7多與癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。因此，干預(yù)有絲分裂進(jìn)程有可能干擾癌細(xì)胞的增殖和遷移。近期研究表明，NEK7是NLRP3炎癥小體的重要組成部分。NEK7與NLRP3的LRR結(jié)構(gòu)域相互作用從而直接與NLRP3相結(jié)合，進(jìn)而啟動(dòng)NLRP3炎癥小體的激活[4]。但由于受表達(dá)量的限制，NEK7可能不能同時(shí)參與有絲分裂的調(diào)節(jié)和NLRP3炎癥小體的激活，NEK7被認(rèn)為是調(diào)控以上兩種生物學(xué)進(jìn)程的開關(guān)。鑒于此，NEK7的異常表達(dá)和修飾均有可能導(dǎo)致腫瘤或者炎癥反應(yīng)的發(fā)生。因此，NEK7有可能成為癌癥患者預(yù)后的生物標(biāo)志物，而且針對(duì)NEK7開發(fā)特異性的抑制劑來(lái)治療NLRP3介導(dǎo)的自身炎癥性疾病，有可能成為未來(lái)防治腫瘤及炎癥性疾病的新途徑。