新希望！PAK4蛋白能夠阻止胰腺癌轉移！

近日，來至英國倫敦國王學院、倫敦大學瑪麗女王學院和Addenbrooke』s Hospital等研究機構的研究者找到了PAK4蛋白阻止胰腺癌細胞轉移的最新證據，並在《Scientific Report》上發表了文章，題為「PAK4 interacts with p85 alpha: implications for pancreatic cancer cell migration」。此研究發現了PAK4在癌症細胞生長和擴散至身體其他部位（腫瘤轉移）的作用的關鍵證據，同時發現了PAK4與PI3K通路之間的緊密聯繫。據此，研究人員表示有望開發出阻止胰腺癌轉移的新療法。

胰腺導管腺癌（Pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）是最為兇猛的實體瘤之一，其5年生存率小於3%。在PDAC中，K-RAS是最常突變的基因，目前認為K-RAS下游有三條主要的效應通路：MAPK（促分裂素原活化蛋白激酶）、PI3K（磷脂醯肌醇3-激酶）和RalGEF。

PAK4屬於絲氨酸/蘇氨酸PAK家族的一員。前期研究表明PAK4可能是胰腺癌細胞轉移的驅動因子，而PAK4功能的發揮可能與PI3K通路有關-最終影響PI3K/AKT通路，調控細胞的存活與增殖。但是越來越多的證據表明，PI3K/AKT通路也與細胞的運動有關，而這可能是受上游的HGF/c-Met信號通路的調控，且與PAK4有關。因此，深刻理解PAK4在各通路中的作用對於開發抗癌藥物至關重要。相關信號通路見下圖：

圖1 HGF/c-Met信號通路（選自DOI: 10.5772/23296）

在本研究中，Claire Wells博士領導的團隊對PAK4在相關通路中的作用進行了深入研究，期望找到克服胰腺癌轉移的利器。本文在此僅做簡單介紹，具體研究細節在此不再贅述，詳情請參考文章原文：http://www.nature.com/articles/srep42575。

該研究的主要內容及結論如下：

首先，研究者考察了胰腺癌細胞系中PAK家族蛋白的表達情況。研究者選取了兩個正常細胞系（HPDE和DechTERT）作為對照，通過PAK異構體特異性抗體考察三種胰腺癌細胞系（PaTu8988S、PaTu8988T和Capan1）中PAK家族各蛋白的表達情況。通過膠密度密度定量均一化后，發現PAK4在三種胰腺癌細胞系中表達最高。

圖2 PAK家族蛋白表達情況

與此同時，研究者研究了各細胞系中KRAS、c-Met和PI3K的p85 α亞基的表達情況，發現它們的表達與PAK4的表達存在一定的正相關，預示了PAK4可能在相關信號通路中發揮了重要作用。

圖3 KRAS、c-Met和PI3K的p85 α亞基的表達情況

其次，研究者發現胰腺癌細胞系能夠對HGF做出響應。研究者通過監測c-Met的表達量、時間推移視頻顯微鏡以及器官型培養情況，考察加入HGF與否對胰腺腫瘤細胞系PaTu8988T的影響，發現HGF可以誘導PaTu8988T遷移及侵襲組織。

圖4 HGF對胰腺腫瘤細胞系PaTu8988T運動能力及侵襲組織能力的影響

第三，研究者證明PAK4是胰腺癌細胞系響應HGF發生遷移的必須蛋白。研究者通過siRNA（RNA沉默）技術，抑制胰腺癌細胞系PaTu8988T的PAK4表達，考察PAK4對胰腺癌細胞系PaTu8988T遷移能力及侵襲能力的影響。研究發現PAK4被抑製表達（siRNA2和siRNA5）以後，PaTu8988T的遷移及侵襲能力減弱。

圖5 PAK4對胰腺癌細胞系PaTu8988T侵襲組織能力的影響

第四，PI3K活性是HGF調控胰腺癌細胞侵襲所必需的。研究者通過PI3K抑製劑LY294002抑制PI3K活性，考察胰腺癌細胞系PaTu8988T的遷移和侵襲能力。研究發現，使用LY294002后胰腺癌細胞系PaTu8988T的遷移和侵襲能力大大降低，從而證明PI3K活性是HGF調控胰腺癌細胞侵襲所必需的。

第五，PAK4通過脯氨酸富含域結合PI3K的p85 α亞基。前面的研究證明PAK4和PI3K都是胰腺癌細胞響應HGF進行遷移所必須的蛋白，那麼自然而然想到PAK4和PI3K是否存在相互作用是下一步研究方向。研究者構建了去掉PXXP的PAK4突變體（PAK4ΔPxxP）與PAK4野生型與GST融合，通過GFP融合p85 α下拉檢測確定PAK4與p85 α的相互作用情況。研究結果證明PAK4通過脯氨酸富含域（PxxP）與p85 α的SH3結構域結合發揮功能。

圖6 PAK4及p85 α突變體構建示意圖

第六，PAK4可最大化胰腺癌細胞中Akt蛋白的磷酸化。前面的研究證明PAK4和PI3K對於響應HGF調控胰腺癌細胞遷移至關重要，研究者通過抑制PAK4表達來考察胰腺癌細胞是否通過影響Akt磷酸化來調控PI3K的活性。研究發現，抑制PAK4表達的細胞其Akt磷酸化大幅降低，從而證明PAK4參與Akt蛋白的磷酸化過程。

那麼發現PAK4的重要功能有何重要意義呢？

首先，PAK4蛋白對於胰腺癌細胞遷移的作用有望找到治療胰腺癌及其他癌症的新方法。「在PAK4與PI3K有確切聯繫之前我們就發現了一些PAK4參與PI3K通路的跡象，但是發現相互作用的直接證據是一個重要的進步，因為給予了我們開發新型抑製劑治療疾病的額外途徑，這類型的研究可以讓我們聯繫到靶向PAK4與PI3K的組合療法。」該研究的領導者Claire Wells博士表示。

「胰腺癌最大的問題之一是複發，即使對於可以進行手術的患者，複發的比例也相當高，」Wells博士補充道：「如果我們在病人手術后能夠開發阻止癌細胞從胰腺中轉移的治療方法，就可以阻止複發以及癌細胞的擴散。」

PAK4在胰腺癌細胞中高表達，此研究組成了全面研究該蛋白在癌症進展中的精確作用的一部分。Wells博士的研究組之前就已經發表PAK4在其他類型癌症中的重要作用，包括前列腺癌、乳腺癌及黑色素瘤。

其次，該研究還表明RNA沉默技術在研究信號通路中的重要作用。該研究中的重要結論是在研究者採用RNA沉默技術抑制PAK4后得到的，如果沒有該項技術，研究者很難搞清PAK4的作用。Wells博士解釋道：「該技術使我們看到細胞信號通路的細節，我們清楚的發現，如果我們去除這些細胞中的PAK4，它們就失去了攻擊能力。」

最後，該研究確定了PAK4是一個開發藥物非常具有希望的靶點。實際上研究者們已經測試了以PAK4為靶點的部分化合物。該研究組也計劃進一步研究，找出胰腺癌細胞依賴PAK4的更多細節，以及還有哪些蛋白及通路與PAK4相互作用促使細胞生長和遷移，以便開發更加安全和有效的藥物。

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參考資料

https://medicalxpress.com/news/2017-02-role-rogue-protein-pak4-pancreatic.html

http://www.intechopen.com.sci-hub.cc/books/molecular-targets-of-cns-tumors/the-role-of-hgf-c-met-pathway-signaling-in-human-medulloblastoma

http://www.nature.com/articles/srep42575