邓成念，周文玉，谢 斌，刘模荣

钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶(CaMK)属于钙信号下游的一种多功能丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族[1]，CaMKⅡ包括α、β、γ和δ 4种不同亚型，CaMKⅡ各种亚型在多种恶性肿瘤中过表达，如非小细胞肺癌(NSCLC)、结直肠癌、乳腺癌、前列腺癌、骨肉瘤、肝癌和胃癌等[2-6]，且与其增殖、侵袭和转移等生物学特性及临床病理参数密切相关。有研究表明CaMKⅡ能够通过调控肿瘤干细胞的生长及分化,进而在肿瘤复发和治疗抵抗等方面发挥重要作用[7]。本文对CaMKⅡ在肿瘤中的研究进展综述如下。

1 CaMKⅡ概述

CaMK包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ 4种类型。CaMKⅡ为一种多聚体蛋白，其全酶由12个亚基聚合组成，全酶分子质量为300～700 kU，亚基分子质量为50～62 kU。每个亚基都具有位于N-末端的催化结构区，与其相邻的自动调节区和末端的中心结合区。CaMKⅡ有4个不同的基因(α、β、γ和δ)，每个基因编码一个不同的CaMKⅡ同种型，其中α和β亚型在神经细胞的发育及功能活性中发挥重要作用，γ亚型在免疫系统尤其是T细胞记忆、CD8+细胞活化中发挥重要的作用，而δ亚型的研究主要集中在调节心肌细胞的稳态和功能。因此，肿瘤的发生和发展可能与CaMKⅡγ亚型高表达所致免疫功能紊乱有关。所有的CaMKⅡ亚型似乎都具有共同的调控机制和蛋白质靶标，但是在组织分布上却有所不同[8]。CaMKⅡ的激活需要Ca2+和钙调蛋白，当钙调蛋白结合4个Ca2+时，它与CaMKⅡ结合并在苏氨酸286(T286)位点诱导CaMKⅡ自身磷酸化，这可能为CaMKⅡ在癌症中潜在作用的基础。鉴于CaMKⅡ活化包括转录因子、离子通道、激酶在内的约40种蛋白质[9]，故其在多种肿瘤的增殖、侵袭、分化和转移中发挥关键作用。

2 CaMKⅡ表达与相关肿瘤发生和发展机制

2.1CaMKⅡ表达与NSCLC 肺癌是世界上最常见的恶性疾病，也是与癌症相关的死亡主要原因，每年有近160万人死于肺癌[10]。近年，肺腺癌(ADC)发病率逐年增高[11]，肿瘤转移是肺腺癌治疗失败和与癌症相关病死率的主要原因。现临床对于NSCLC尚无明确的预后生物标志物[12]。Liu等[13]通过总结CaMKⅡ表达与肺腺癌样本及其临床病理参数之间的关系，发现CaMKⅡ表达与组织学类型、TNM分期、淋巴结转移和远处转移有一定关系，CaMKⅡ表达阳性患者比CaMKⅡ表达阴性患者更容易转移。说明CaMKⅡ表达与肺腺癌转移密切相关，CaMKⅡ和肿瘤标志的组合可用于预测肺腺癌患者的转移。该研究还证明CaMKⅡγ在人NSCLC组织中异常表达并与其恶性程度具有相关性，并且CaMKⅡγ可以用作NSCLC的潜在恶性生物标志物[13]。Aran等[14]发现NSCLC中有多种致癌信号通路，CaMKⅡγ可以在Ser177/181处磷酸化IKBα激酶β(IKKβ)，并在NSCLC中起IKKβ活化的介体作用；同时，CaMKⅡγ可以直接或间接上调细胞外信号调节激酶1/2(Erk 1/2)、蛋白激酶B、Stat 3和β-catenin等多种信号通路，参与调节细胞增殖。上述研究表明，在未来的研究中应探讨CaMKⅡ作为生物标志物在癌症诊断和治疗中的作用。

2.2CaMKⅡ表达与结直肠癌 结直肠癌是全球常见的癌症之一，是受遗传和环境因素共同影响的复杂疾病[15]。预计到2030年，全球每年结直肠癌将导致超过110万例死亡和220万例新诊断病例[16]，对人们生命安全构成严重威胁。因此，临床迫切需要了解结直肠癌的分子发病机制，这对于预防疾病及寻找有助于降低相关病死率的药物至关重要。Ca2+是一种普遍存在的第二信使，可作为多种细胞过程(例如控制细胞周期、凋亡和迁移)的信号分子，其中Ca2+信号在结直肠癌的发生和发展中扮演着举足轻重的角色[17]。CaMKⅡ是Ca2+信号最重要的传感器和调节剂，细胞内Ca2+浓度升高则是细胞增殖的重要环节，当细胞内Ca2+水平周期性上升时，Ca2+通过结合钙调蛋白激活CaMKⅡ，CaMKⅡ通过直接或间接上调NF-κB、STAT3、Erk1/2、p38、MAPK和Wnt/β-Catenin等[6，18]信号通路导致结直肠癌的发生和发展，其信号通路错综复杂、联系密切。有研究表明CaMKⅡ是结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭所必需的[19]。也有研究显示，通过寡核苷酸微阵列分析对来自12个结肠癌和12个直肠癌的原发肿瘤组织进行了表达谱分析，结果显示在结肠癌和直肠癌之间差异表达的基因中CaMKⅡγ是最显著改变的基因之一[20]，其为直肠癌的关键基因，并在细胞黏附中起关键作用，可能与直肠癌转移的发生率更高有关[6]。说明CaMKⅡγ有可能成为区分结肠癌和直肠癌的分子标志物。在人结肠癌细胞系HCT116中，CaMKⅡ特异性抑制剂KN-93降低了癌细胞的增殖、迁移和侵袭。CaMKⅡ特异性抑制剂(例如KN-62和KN-93)通过抑制结直肠癌等肿瘤和正常细胞中CaMKⅡ依赖性过程[21]，从而导致细胞周期停滞、细胞凋亡或细胞增殖抑制。因此，CaMKⅡ不仅可以作为区分结直肠癌的分子标志物，而且其特异抑制剂的研发可能为结直肠癌的治疗带来福音。

2.3CaMKⅡ表达与乳腺癌 乳腺癌是最常见的恶性肿瘤，并且是全世界女性与癌症相关死亡的主要原因[22]。尽管近年乳腺癌存活率有所提高，但仍有1/3的患者发生远处转移，乳腺癌一旦转移，通常被认为是无法治愈的[23]。Ca2+信号是乳腺癌细胞转移的控制器[24]。当细胞内Ca2+水平升高时，Ca2+与钙调蛋白结合，从而激活CaMKⅡ，并导致T286处CaMKⅡ磷酸化，在T286处CaMKⅡ的磷酸化诱导CaMKⅡ的自主激活。CaMKⅡ的T286磷酸化控制乳腺癌细胞的迁移和侵袭，而其细胞作用可能是通过启动EMT以及激活FAK、STAT5a和Akt介导的，并且抑制CaMKⅡ活性阻止了乳腺癌细胞在体外的侵袭和迁移[9]。因此，预防T286处CaMKⅡ磷酸化对控制乳腺癌细胞转移具有潜在治疗意义。但是也有研究显示CaMKⅡ(T286)的磷酸化导致细胞凋亡，例如三阴性乳腺癌(TNBC)通常是指具有侵袭性且预后不良[25]。有研究者通过进行TNBC细胞和异种移植小鼠用氯喹(CQ)和异鼠李素(IH)联合处理实验，证明了氧化应激介导的CaMKⅡ/Drp1信号传导在调节CQ/IH诱导的线粒体裂变和凋亡中的关键作用[26]。这些作用与氧化应激介导的CaMKⅡ(T286)和Drp1(S616)的磷酸化以及随后的线粒体易位有关。同样，乳腺癌特异性调幅射频电磁场(BCF)是一种针对乳腺癌脑转移的新型靶向治疗方法。有研究证明BCF诱导Ca2+内流通过CaMKⅡ激活p38MAPK以抑制肿瘤细胞生长，BCF暴露诱导是通过V3.2电压门控钙通道的间歇性钙通量激活p38信号传导从而介导肿瘤抑制作用，其中V3.2电压门控钙通道在功能上可能与假定的微结构域耦联，以激活CaMKⅡ-p38信号传导，从而限制了Ca2+向其他细胞区室的迁移[27]。以上可能解释为CaMKⅡ的生物学特性通过多位点磷酸化和靶向特定亚细胞微域控制。目前临床对于CaMKⅡ在肿瘤细胞中的促进或抑制作用机制仍然知之甚少。

2.4CaMKⅡ表达与前列腺癌 前列腺癌是西方男性中最常被诊断出的癌症。尽管局部前列腺癌可以使用既定的手术和放射治疗得到控制，但晚期前列腺癌的预后仍然令人失望，故了解其发病机制极其重要[28]。在前列腺癌中CaMKⅡ能够引起细胞骨架重塑导致细胞运动性增加[29]。CaMKⅡ可以通过Ca2+/CaM依赖性和非依赖性机制激活。此外，CaMKⅡ还可以被乙酰基辅酶A激活，其中β-氧化途径是其中之一，β氧化速率限制酶ACOX家族蛋白的基因缺失降低了CaMKⅡ的激活，而过表达ACOX则增加了CaMKⅡ的激活。激活的CaMKⅡ可以促进前列腺癌细胞的增殖、迁移和转移。Yu等[30]对原发性前列腺癌(20例)、淋巴结转移(19例)和骨转移(19例)前列腺癌标本中的pCaMKⅡ(T286)表达进行了免疫组织化学分析，发现原发性前列腺癌与淋巴结转移或骨转移之间的pCaMKⅡ(T286)表达存在差异。证明CaMKⅡ与前列腺癌的转移有关。Peimine(PM)是贝母中的一种生物活性物质，PM通过Ca2+/CaMKⅡ/JNK途径破坏细胞内钙稳态，从而抑制前列腺癌细胞的生长和运动并诱导凋亡[31]。但是，在多种培养的细胞系中也观察到了依赖CaMKⅡ的凋亡[32]。因此，在不同的肿瘤中CaMKⅡ可能激活方式不一致，从而导致CaMKⅡ的生物学特性差异显著。

2.5CaMKⅡ表达与骨肉瘤 骨肉瘤是儿童和青少年最常见的原发性恶性骨肿瘤，其中超过90%是高度恶性肿瘤[33]。因此，为了增强骨肉瘤的疗效，迫切需要了解其新的生物学靶标或分子机制。众所周知，肿瘤的生长、进展和转移取决于新生血管的形成，而血管内皮生长因子(VEGF)家族的成员是一些血管生成的主要诱因。VEGF通过与内皮细胞上的VEGF受体1和2(VEGFR-1和VEGFR-2)结合，从而导致其随后的募集、增殖和迁移而局部作用于肿瘤微环境(旁分泌)，而且VEGF已被证明在多种癌症中具有自分泌作用，这种自分泌作用导致不同信号通路的激活，最终诱导肿瘤的生长和增殖。而VEGF诱导的骨肉瘤肿瘤生长受CaMKⅡ控制。有研究通过基因或药理作用抑制骨肿瘤患者CaMKⅡ，观察到VEGF蛋白分泌减少了约50%；当CaMKⅡ在骨肿瘤细胞中过表达时，观察到VEGF蛋白分泌增加了约1000%；同时抑制CaMKⅡ和VEGFR会导致低氧诱导因子(HIF)-1α和AP-1与VEGF启动子的结合减少，这很可能是导致VEGF转录下降的原因[34]。也有研究表明，活性CaMKⅡα同种型(p-α-CaMKⅡ)在人类骨肉瘤的生长和侵袭性中起关键作用。p-α-CaMKⅡ可能通过控制几种细胞内蛋白质和转录因子(例如CREB、ERK、c-Fos和p21)的激活和表达最终导致这些细胞的失控增殖和生长，也可能通过调节几种分子和不同VEGFR表达来改变骨肿瘤的微环境，从而促进骨肉瘤生长环境[35]。CaMKⅡ和VEGFR抑制剂的联合使用可以用作手术前或手术后干预，联合治疗将减弱骨肉瘤肿瘤生长和增殖的能力，减小肿瘤体积使其切除更加容易。但关于CaMKⅡ抑制剂在骨肉瘤的治疗方面仍需更多的临床前研究来佐证。

2.6CaMKⅡ表达与肝癌 肝细胞癌是全世界与癌症相关的死亡第二大主要原因。年轻肝细胞癌患者预后可得到改善，但年龄相对较大患者(通常认为>45岁)在被诊断出肝细胞癌后病死率增加。在分子水平上阻断肝癌发展对于治疗肝癌至关重要。CaMKⅡ在调节肝癌细胞线粒体应激中具有重要地位。CaMKⅡ通过促进线粒体延伸因子1(MIEF1)表达引起线粒体生物功能紊乱，如氧化损伤、电位降低、裂变和凋亡导致肝癌细胞凋亡，而CaMKⅡ的阻滞有利于癌症存活并维持线粒体功能[36]。类似的，一项肝细胞癌的研究也表明线粒体裂变主要受CaMKⅡ调控[37]，CaMKⅡγ还可以通过AKT/mTORC1信号传导拮抗肝细胞癌发生过程[38]。以上研究证明CaMKⅡ在肝细胞癌的进展中起到一定程度的保护作用。但Meng等[39]通过体内异种移植研究和体外细胞培养实验研究显示，CaMKⅡγ在肝细胞癌中过度磷酸化，而且其过表达增强肝细胞癌进程。因此，CaMKⅡγ在肝细胞癌的发生和发展过程中可能具有双重作用，但具体机制需要进一步试验探索。

2.7CaMKⅡ表达与其他肿瘤 鉴于CaMKⅡ有多个亚型且组织分布不同、活化形式繁多，故其与许多肿瘤有千丝万缕的联系，如胃癌、口腔鳞状细胞癌(OSCC)和白血病等。抑制CaMKⅡβ可以触发Akt/NF-κB途径抵抗胃腺癌细胞的细胞增殖和迁移[40]，CaMKⅡ还参与幽门螺旋杆菌诱导NF-κB介导的炎症反应从而导致胃癌的发生和发展，并为诊断包括胃癌在内的胃炎性疾病提供了潜在的分子标志[41]。TRPV4/CaMKⅡ/AKT轴可能会被细胞外环境激活，从而促进OSCC肿瘤细胞的生长[42]。活化的CaMKⅡ参与调节Erk 1/2的激活，导致髓样白血病细胞增殖[43]。

总之，在本文中，我们描述了CaMKⅡ与各种肿瘤发生和发展相关机制的最新进展。由于激酶结构和功能之间的特殊关系，CaMKⅡ能够将多种信号事件转化为下游生理效应，其中CaMKⅡ的生物学特性可能与多位点磷酸化和靶向特定亚细胞微域控制有关，从而对多数肿瘤具有促进作用，且可以成为相关肿瘤诊断的新型分子标志物，其抑制剂有助于抑制肿瘤细胞增殖、侵袭和转移；而对部分肿瘤则表现出保护作用。尽管我们对CaMKⅡ的了解正在发展，但对其在许多肿瘤中的具体机制仍然知之甚少，需要进一步探讨，以期为相关肿瘤的早期诊断、预后评估及临床靶向治疗提供新方法。