Pak5-KO 基因敲除小鼠

PAK5，也称为P21激活的激酶5，是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，属于PAK激酶家族中的B组成员。PAK5是Rho GTPase Cdc42的效应器，在细胞信号传导中发挥重要作用。PAK5在脑组织中高度表达，并在其他组织中也有表达。在细胞系中，PAK5已被证明在丝状伪足形成和神经突生长中发挥作用。通过在实验小鼠中敲除PAK5基因，研究发现PAK5-null小鼠的表型与PAK4-null小鼠的表型完全不同。PAK4-null小鼠是胚胎致死的，而PAK5-null小鼠则能正常发育并具有生育能力。在没有PAK5的情况下，神经系统和PAK5正常表达的其他组织均表现出正常。这些结果表明PAK5与其他Rho GTPase靶标之间存在功能冗余性[1]。

研究表明，PAK5在肿瘤的发生和发展中发挥着重要作用。在乳腺癌中，PAK5缺乏可以抑制MMTV-PyVT驱动的乳腺癌发生。DDX5是PAK5的底物，在胸腺嘧啶69处被磷酸化。PAK5介导的DDX5磷酸化可以促进乳腺癌细胞的增殖和转移。PAK5和磷酸化DDX5胸腺嘧啶69的表达水平升高与转移和患者的不良临床预后相关。PAK5促进了DDX5的磷酸化依赖性泛素化，从而稳定DDX5。DDX5的磷酸化和泛素化增强了DDX5/Drosha/DGCR8复合物的形成，从而促进了microRNA-10b的加工。研究证实，在PAK5-/-/MMTV-PyVT转基因小鼠中，DDX5的磷酸化和泛素化以及成熟的miR-10b的表达水平下降。这些发现为PAK5在microRNA生物合成中的作用提供了新的见解，PAK5可能是乳腺癌治疗的潜在靶点[2]。

在骨肉瘤患者中，化疗耐药性与PAK5和Ezrin基因的表达相关。通过建立SOSP-9607/CDDP骨肉瘤细胞顺铂耐药模型，研究发现PAK5和Ezrin在耐药细胞系中的蛋白表达水平显著高于敏感细胞系。免疫组化检测发现，骨肉瘤组织中PAK5和Ezrin的表达量显著高于旁肿瘤组织。相关性分析表明，PAK5和Ezrin的表达呈正相关。这些结果表明，PAK5和Ezrin基因的表达可能通过协同作用影响骨肉瘤患者对化疗药物的耐受性[3]。

在肺鳞状细胞癌中，PAK5通过磷酸化SOX2来促进细胞的干性。TCGA数据显示，PAK5在肺鳞状细胞癌组织中过表达。研究发现，PAK5的缺乏消除了肺鳞状细胞癌细胞自我更新的能力，降低了SOX2的表达和磷酸化。在异种移植模型中，PAK5的敲低或药理抑制抑制了肺鳞状癌细胞在体内的肿瘤生长和转移。这些发现表明，PAK5介导的SOX2磷酸化促进了肺鳞状癌细胞癌干细胞样的表型。PAK5抑制可能成为SOX2阳性肺鳞状细胞癌治疗的潜在靶点[4]。

PAK5在肾细胞癌中促进转移。研究发现，PAK5在肾细胞癌中过表达，并与晚期TNM分期和较低的总体生存率相关。PAK5增加了N-钙粘蛋白的表达水平。机制上，PAK5与Slug结合并在丝氨酸87处磷酸化它。因此，磷酸化的Slug激活了N-钙粘蛋白，加速了上皮-间质转化。这些结果表明，Slug是PAK5的一个新底物，PAK5介导的Slug-S87磷酸化增加了N-钙粘蛋白和肾细胞癌的促转移表型，表明磷酸化的Slug-S87可能是进展期肾细胞癌的潜在治疗靶点[5]。

PAK5通过抑制其核转位来抑制凋亡诱导因子（AIF）的核转位，从而促进乳腺癌的发生。PAK5通过降低线粒体膜通透性和增加膜电位来抑制乳腺癌细胞中线粒体AIF的释放。此外，PAK5在苏氨酸281位点磷酸化AIF，抑制AIF/导入素α3复合物的形成，导致AIF核转位减少。研究发现，PAK5介导的AIF磷酸化促进了乳腺癌细胞的增殖，并在体内加速了乳腺癌的生长。PAK5和AIF在乳腺癌中的表达与患者的不良预后呈正相关。PAK5的表达与AIF核转位呈负相关。这些结果表明，PAK5-AIF信号通路可能在乳腺肿瘤形成中发挥重要作用，为乳腺癌的治疗提供了新的治疗靶点[6]。

PAK5在多种癌症中发挥着重要的致癌作用，是许多细胞进程的重要介质。PAK5在人类器官中高度表达，如肺、肝、肾、血管内皮细胞和炎症细胞。PAK5最初在脑中检测到，并加速了神经细胞中的丝状伪足形成。它可以通过与Cdc42-GTP结合来逆转Rho的作用，并通过与Cdc42-GTP结合来介导神经轴突的维持和发展。此外，PAK5被认为在癌症中具有多种、多方面的功能。目前，许多研究表明，PAK5在卵巢癌、宫颈癌、黑色素瘤、骨肉瘤、肾癌、乳腺癌、胃癌等癌症中失调，参与细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭。这篇综述重点关注PAK5的结构、表达和信号通路，强调其在癌症中的作用[7]。

PAK5介导的E47磷酸化促进了结肠癌的EMT和转移。PAK5在晚期癌症中过表达，转录因子E47是E-钙粘蛋白的直接抑制因子和EMT的诱导因子。研究发现，PAK5介导的E47磷酸化促进了晚期结肠癌的EMT。在肝细胞生长因子（HGF）刺激下，PAK5与E47相互作用并在丝氨酸39处磷酸化E47，这降低了细胞-细胞粘附性，增加了细胞迁移和侵袭。此外，E47的磷酸化促进了其在核中的积累，并通过依赖导入素α的方式增强了E47与E-钙粘蛋白启动子的结合，导致E-钙粘蛋白转录抑制。相反，PAK5敲低导致HGF诱导的E47磷酸化受阻，减弱了E47与导入素α的关联，并减少了E47与E-钙粘蛋白启动子的结合。此外，研究发现在结肠癌组织中PAK5和磷酸化E47的表达之间存在密切的相关性。更重要的是，E47的磷酸化表达与结肠癌的侵袭性表型相关，在转移性结肠癌的某些病例中发现核磷酸化E47的染色。这些结果表明，E47是PAK5的一个新底物，PAK5介导的E47磷酸化促进了结肠癌的EMT和转移，表明磷酸化E47在丝氨酸39可能是进展期结肠癌的潜在治疗靶点[8]。

PAK5-Egr1-MMP2信号通路控制乳腺癌细胞的迁移和侵袭。PAK5是PAK激酶家族中最近发现的成员，其在癌症中的作用尚不清楚。研究发现，PAK5的敲低可以显著抑制乳腺癌细胞的增殖。伤口愈合实验、迁移实验和侵袭实验表明，PAK5促进了细胞迁移。此外，为了阐明PAK5对细胞生长和迁移的潜在机制，研究者检测了细胞周期蛋白D1、p21、早期生长反应蛋白1（Egr1）和基质金属蛋白酶2（MMP2）的蛋白表达。研究进一步揭示了PAK5-Egr1-MMP2信号通路是细胞迁移和侵袭的关键调节因子。这些结果表明，PAK5可能是乳腺癌的潜在治疗靶点[9]。

黑色素瘤相关突变位于PAK5的富含丝氨酸结构域内，其将激酶活性引导至有丝分裂途径。PAK激酶家族成员的过表达和活性增加已知可以促进肿瘤发生；然而，与癌症相关的PAK突变对肿瘤发生和进展的贡献尚不清楚。研究发现，PAK5是人类黑色素瘤中PAK家族成员中突变最频繁的成员。超过60%的黑色素瘤相关PAK5基因突变是错义突变，这些突变在整个蛋白编码序列中分布，使得区分致癌驱动因子和乘客突变变得困难。为了解决这个问题，研究者将五个最常见的黑色素瘤相关PAK5错义突变稳定地引入人永生化原代黑色素细胞（hMELTs）中。虽然这些突变体的表达并没有促进单细胞迁移或诱导替莫唑胺耐药性，但其中一部分突变体驱动了异常的黑色素细胞增殖。这些有丝分裂突变体，PAK5 S364L和D421N，聚集在蛋白中一个无结构的富含丝氨酸的结构域内，并分别通过激酶非依赖性和依赖性机制不恰当地激活了ERK和PKA。这些发现建立了突变PAK5增强PKA和MAPK信号传导的能力，并将有丝分裂途径的参与定位在PAK5的一个富含丝氨酸的区域[10]。

综上所述，PAK5作为一种重要的丝氨酸/苏氨酸激酶，在细胞信号传导和肿瘤发生发展中发挥着重要作用。PAK5的异常表达和功能与多种癌症的发生和发展密切相关，包括乳腺癌、骨肉瘤、肺鳞状细胞癌、肾细胞癌和结肠癌。PAK5通过磷酸化其底物蛋白，如DDX5、SOX2、Slug和E47，影响细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭。此外，PAK5还通过与AIF的相互作用来抑制凋亡。PAK5的研究为癌症的治疗提供了新的思路和策略。