LKB1-AMPK通路：肿瘤抑制中的代谢和生长控制

摘要

介绍

所有细胞的一个基本要求是，只有当营养物质足够丰富以保证细胞成功分裂时，它们才能将营养物质的可用性与生长因子发出的信号耦合起来，以驱动增殖。虽然细胞代谢和肿瘤发生之间的联系是100年前由Otto Warburg首次提出的，但控制代谢和细胞生长的信号通路之间的相互联系的分子机制在过去十年才开始被破译，这使得这成为癌症研究中的一个活跃领域。新发现的直接连接细胞代谢和癌症的联系之一来自于发现丝氨酸/苏氨酸激酶LKB1（肝激酶B1，也称为丝氨酸/苏氨酸激酶11-STK11），一种已知的肿瘤抑制剂，是AMP活化蛋白激酶（AMPK）的关键上游激活物^1-4AMPK是在所有真核生物中发现的一个中央代谢开关，它控制葡萄糖和脂质代谢，以响应营养素和细胞内能量水平的变化。

LKB1最初被鉴定为人类染色体19p13上的肿瘤抑制基因，与遗传性癌症疾病Peutz-Jeghers综合征（PJS）有关⁵重要的是，LKB1号机组也是散发性人类肺癌中最常见的突变基因之一，尤其是在多种亚型非小细胞肺癌（NSCLC）中⁶，其中至少15-35%的病例有这种病变⁷最近还发现，在20%的宫颈癌中，LKB1发生了体细胞突变⁸这是人类乳头状瘤病毒引起的癌症中已知的第一个复发性基因改变。LKB1和AMPK共同控制细胞生长，以应对环境营养素的变化，正如我们在本综述中所讨论的，这可能会确定癌症治疗的新靶点和药物，因为AMPK的活性可以用已经用于糖尿病治疗的药物作为靶点。除了控制细胞生长和代谢外，LKB1和AMPK在细胞极性中也发挥保守作用，其破坏也与致癌有关。由于LKB1是已知的少数在致癌过程中通过突变失活的丝氨酸/苏氨酸激酶之一，因此早期的一个关键问题在于其底物的鉴定。

LKB1是一种主激酶

对LKB1介导其抑癌功能的底物的搜索导致了AMPK作为直接底物的鉴定^1-4AMPK是由一个催化亚基（AMPKα亚基）和两个调节亚基（AM KPβ和AMPKγ）组成的异源三聚体(图1). AMPK在细胞内ATP下降而细胞内AMP增加时被激活，例如在营养缺乏或缺氧期间。对蠕虫、苍蝇和小鼠的生化和遗传分析表明，LKB1是能量应激条件下磷酸化AMPKα激活环的主要激酶⁹.

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图1

LKB1和AMPK激酶复合物中的蛋白质示意图

LKB1和AMPK均存在于异源三聚体蛋白复合物中。LKB1失活突变是遗传性癌症疾病Peutz-Jeghers综合征的基础。大多数突变影响激酶结构域的功能，表明LKB1的肿瘤抑制功能需要其激酶活性。除了缺失或移码外，还发现了一些错义突变，大多数突变聚集在激酶结构域，导致激酶活性丧失。少数突变位于激酶结构域之外，其中一些突变已被证明由于LKB1及其调节亚单位STRAD（STE20-related adapter protein）和Mo25之间的蛋白-蛋白质相互作用中断而导致激酶活性降低，而这似乎是其激酶活性所必需的¹⁸⁶总之，遗传证据表明LKB1的抑癌功能需要其激酶活性。虽然哺乳动物中只有一个LKB1基因，但存在两个STRAD和两个Mo25家族成员，并且STRADα的突变是遗传性癫痫病发生的基础¹⁸⁷LKB1有两种已知的剪接形式，其C端氨基酸不同^188,189，证据表明STRAD蛋白也经历了广泛的选择性剪接¹⁹⁰与LKB1一样，AMPK由一个催化亚基（α）和两个调节亚基组成。β亚单位包含一个保守的糖原结合域，它也调节AMPK活性¹⁹¹γ亚单位包含一系列结晶硫蛋白-β-合成酶（CBS）结构域的串联重复序列，如最近的X射线晶体学研究所示，AMP分子直接与之结合¹⁹²AMP与AMPKγ的结合被认为可以促进AMPKα中关键激活环苏氨酸（Thr172）的磷酸化，而这是AMPK活性所必需的，主要是通过抑制对Thr 172的磷酸酶活性¹⁹³AMPKγ2基因中一些AMP-结合囊的突变导致肥厚型心肌病，与Wolff-Parkinson-White综合征相关¹⁹⁴.

LKB1还磷酸化并激活与AMPK密切相关的12种激酶^10,11(图2). 在14种激酶中，大多数最新数据表明只有AMPKα1和AMPKβ2在低ATP条件下被激活，可能是因为它们只与AMPKγ相互作用¹²有趣的是，这14种激酶中有4种是MAP/微管亲和调节激酶（MARK）/Par-1家族的哺乳动物成员，该家族与秀丽线虫早期胚胎分裂和极性所需的par-1激酶。Par-4对秀丽线虫LKB1的正交¹³LKB1（或其同源基因）作为激活AMPK、MARK/par-1和其他几个AMPK相关激酶的主上游激酶的能力似乎在真核生物中广泛保守。

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图2

LKB1相关信令

LKB1与其两个调节亚单位STRAD和Mo25的复合物直接磷酸化并激活14个AMPK相关激酶家族。这些激酶反过来直接磷酸化一些下游底物，以调节对细胞极性、代谢和生长控制的影响。显示了AMPK及其相关家族成员的所有成熟底物，需要进一步体内数据的底物显示为问号。值得注意的是，许多已知底物以组织特异性方式表达，可能无法解释LKB1及其下游激酶在所有细胞类型中的普遍作用。底部：侧翼各底物中最具特征的磷酸化位点的序列，以及从体外肽库和丙氨酸扫描肽突变研究中选择的残基。重要的是，迄今为止，还没有来自人类肿瘤的实质性突变数据专门支持任何下游激酶，包括两个AMPK催化基因，作为LKB1在肿瘤抑制中的一个特别关键的靶点。这些下游激酶缺乏突变的一个令人困惑的问题是，它们之间存在大量冗余，这表明它们中任何一个的丢失都可能由其他家族成员补偿，而LKB1的情况则不同，在体内没有其他特定激酶对其进行补偿。

小鼠LKB1的组织特异性敲除(表1)到目前为止，除了一些下丘脑神经元外，LKB1似乎决定了所有组织中大多数AMPK的激活¹⁴，T细胞¹⁵和内皮细胞¹⁶其中，CAMKK2似乎发挥了关键作用，尽管只是对钙浓度的变化作出反应^17-19因此，LKB1独特地介导能量应激后AMPK的长期适应性激活，使其成为代谢检查点。

LKB1-AMPK-mTORC1检查点

在被鉴定为LKB1底物之前，已知AMPK可以调节肝脏、肌肉和脂肪等特殊代谢组织中的脂质、胆固醇和葡萄糖代谢²⁰在过去5年中，来自多个实验室的研究表明，由LKB1-AMPK控制的主要生长调节途径之一是哺乳动物靶向罗哌霉素（mTOR）途径。mTOR是营养素和生长因子输入的中央集合体，控制所有真核生物的细胞生长，在大多数人类癌症中被解除调控²¹.

mTOR存在于两种生物化学和功能离散的信号复合物中²².mTOR复合物1（mTORC1）包括猛禽，猛禽作为支架招募下游底物，如4EBP1和核糖体S6激酶（p70S6K1），这些底物有助于mTORC1-依赖性调节蛋白质翻译²³.mTORC1控制许多细胞生长调节剂的翻译，包括细胞周期蛋白D1、缺氧诱导因子1a（HIF-1α和c-myc），它们反过来促进包括细胞周期进展、细胞生长和血管生成在内的过程，所有这些都可以在肿瘤发生过程中被解除调控²¹虽然最近的研究表明雷帕霉素并不能完全抑制多种细胞类型中的mTORC1活性，但mTORC2对营养敏感，并被雷帕霉素强烈抑制^24-26相反，mTORC2含有rictor亚单位，对营养物质不敏感，也不受雷帕霉素的强烈抑制²¹.

癌症遗传学和果蝇遗传学发现了mTORC1的上游成分，包括结节性硬化综合征2（TSC2）抑癌基因及其专性伴侣TSC1²⁷TSC2通过调节小GTPase Rheb间接抑制mTORC1，因此TSC1或TSC2的缺失导致mTORC2过度激活²⁸当ATP、葡萄糖或氧气水平较低时，AMPK直接磷酸化保守丝氨酸位点上的TSC2^29-32并启动附近的丝氨酸残基，以便随后被GSK-3磷酸化³³Wnt信号传导通过GSK-3抑制TSC2的磷酸化，使TSC2活性成为AMPK和GSK-3激活状态的生化一致检测器，其决定mTORC1信号传导下游的量。

虽然TSC2显然是调节mTORC1的输入的中央接收器，但缺乏TSC2的细胞在AMPK激活后仍部分抑制mTORC2^34,35与这些数据一致，猛禽被确定为AMPK的直接底物体内AMPK诱导猛禽体内两个保守丝氨酸磷酸化与14-3-3结合，并导致mTORC1激酶活性受到抑制³⁵AMPK激活后，猛禽的磷酸化被证明是mTOR下调和有效G2/M细胞周期阻滞所必需的³⁵综上所述，目前的数据表明，能量应激导致AMPK的LKB1依赖性激活，AMPK通过双重机制直接磷酸化TSC2和猛禽以抑制mTORC1活性，尽管AMPK额外底物可能有助于mTOR的调节(图3). 重要的是，mTORC1目前是LKB1下游唯一的信号通路，已证明在人类和小鼠Peutz-Jeghers综合征模型的肿瘤中被解除调控^31,36和非小细胞肺癌^7,37.

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图3

AMPK和PI3K信号会聚对抗性调节许多下游效应器，包括mTORC1复合物

许多遗传性错构瘤和癌症易感综合征都与mTORC1或HIF-1α的过度激活有关。在人类癌症中失活的肿瘤抑制剂显示为浅蓝色，在人类癌症中过度激活的癌基因显示为金色。细胞内ATP水平降低的条件（低血糖或2-脱氧葡萄糖[2DG]等抑制剂或二甲双胍等氧化磷酸化抑制剂和相关双胍类抑制剂导致的低糖酵解率）将导致AMPK以LKB1依赖性方式激活。AICAR是ZMP的前体，作为一种AMP-mimetic，被认为直接结合AMPKγ亚单位的AMP-binding口袋。A769662是唯一已知的直接结合AMPK以诱导其活性的小分子，尽管目前尚不清楚该化合物在何处与AMPK异三聚体结合。

LKB1-AMPK对其他生长调节剂的控制

据报道，LKB1还可以调节mTORC1以外的其他关键癌症相关通路。最值得注意的是，LKB1、AMPK和抑癌基因p53之间存在着一些联系。在确定LKB1的任何直接底物之前，据报道，LKB1重组为LKB1缺陷的肿瘤细胞，可以刺激p53活性，并增加LKB1表达水平Cdkn1a型mRNA，编码细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21^38,39此外，AMPK已被证明调节p53依赖性细胞凋亡⁴⁰并直接磷酸化丝氨酸15上的p53⁴¹，是由ATM、ATR和DNA-PK DNA-损伤反应激酶磷酸化的既定p53位点⁴²一些研究表明，AMPK在p53下游也被激活⁴³这导致发现了抑制mTOR信号传导的倍体蛋白1和倍体蛋白2-p53靶基因⁴⁴芝麻素1或芝麻素2的过度表达导致AMPK激活增加和mTORC1信号的抑制，而缺乏芝麻素的小鼠在暴露于致癌物后无法下调mTORC1。在这种情况下，倍半萜激活AMPK的分子机制尚待完全阐明。除了倍体蛋白外，编码AMPKβ1调节亚单位的PRKAB1是一个p53应答基因，这表明p53可以通过另一种机制抑制mTOR⁴⁵.

重要的是，AMPK已被证明磷酸化FOXO3a中的一个保守丝氨酸，这是PI3K/Akt信号传导的靶向转录因子，在细胞生存和代谢中起关键作用⁴⁶值得注意的是，FOXO3a中的最佳映射AMPK位点与14-3-3结合的共识相匹配，这也是TSC2中最佳映射AMPK位点的情况(图2). AMPK和Akt信号对FOXO和mTOR信号的平行调节表明，需要进一步研究这些控制细胞生长和代谢的中枢通路之间的功能重叠。

AMPK还被报道磷酸化细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p27的Thr198^47,48然而，也有报道称Thr198被Rsk、Akt和Pim激酶磷酸化，从而促进细胞生长。为什么这些促生长和抗生长信号都针对同一个磷酸化位点，还没有确定。一些额外的AMPK底物被认为在生长调节中起作用^{49 50}然而，未来对每个磷酸化位点进行严格验证的磷酸特异性抗体的研究，以及对野生型或AMPK缺陷细胞急性能量应激后早期时间点的仔细分析，将有助于确定这些候选靶点中哪些是真正的直接AMPK底物体内.

LKB1与糖脂代谢

尽管LKB1依赖性激酶对葡萄糖和脂质代谢的重新编程对抑制糖尿病至关重要，但对LKB1的生长和肿瘤抑制作用也可能很重要。AMPK通过代谢酶乙酰辅酶A羧化酶（ACC）和HMG-CoA还原酶（HMGR）的直接磷酸化，急性抑制脂肪酸和胆固醇的合成⁵¹因此，AMPK的激活提供了抑制HMGR活性的内源性机制，类似于他汀类化合物对HMGR的药物抑制⁵²由于ACC1和HMGR普遍表达，所有组织类型的LKB1缺陷细胞都会表现出更高的脂质和胆固醇合成速率。最近的RNAi研究表明，ACC1和脂肪酸合成酶（FASN）对许多培养的肿瘤细胞系的生存至关重要^53-55研究表明，FASN和ACC的化学抑制剂可以抑制前列腺癌和肺癌异种移植瘤的生长^56,57事实上，各种FASN抑制剂正被考虑用于癌症治疗的临床试验⁵⁸抑制脂肪生成是LKB1抑癌功能的重要组成部分，这一点仍然是合理的。

除了这些脂肪酶之外，AMPK还被认为通过磷酸果糖-2激酶（PFK2）的多种亚型的磷酸化来剧烈调节糖酵解^59,60这些数据对诱导型PFKF2（PFKFB3）亚型特别有吸引力，该亚型在某些类型的人类癌症中的表达显著上调⁶¹的确，基因消融Pfkfb3型小鼠肺成纤维细胞抑制KRAS依赖性转化⁶²PFKFB3和小分子抑制剂阻断肺癌异种移植瘤的生长⁶³.

更广泛地说，LKB1-依赖性激酶也可以通过广泛表达的转录辅激活物的磷酸化来控制细胞生长和代谢。p300组蛋白乙酰转移酶（HAT）⁶⁴，几种IIa类组蛋白脱乙酰转移酶（HDAC）^65-67和CRTC（前TORC）^68-71CREB辅活化子家族均被证明是AMPK和相关LKB1依赖激酶的底物(图2). 目前的数据表明，作为对不同刺激的响应，LKB1-依赖性激酶的亚群可能针对这些下游效应器中的相同磷酸化位点⁷²据报道，AMPK及其相关激酶磷酸化II类HDAC和CRTCs，通过14-3-3结合导致其细胞质隔离和失活，类似于AMPK的其他几种底物及其亲属。虽然II类HDAC和CRTC的最佳研究转录靶点分别是肌肉和肝脏中的代谢基因，但这些蛋白质在细胞增殖和肿瘤发生中可能发挥更广泛的作用^{73 74}AMPK最近被证明通过增加细胞NAD+水平来增强SIRT1活性⁷⁵导致许多下游SIRT1靶点的调控，包括FOXO3和PPARγ辅活化子1（PGC1）（也称为PPARGC1A），这两种靶点也被认为是AMPK的直接底物^46,76SIRT1本身也与肿瘤发生有关⁷⁷AMPK和SIRT1之间的这种联系可能进一步阐明营养素是如何控制细胞生长的。

AMPK还抑制mTOR依赖的转录调节因子，以抑制细胞生长和肿瘤发生。参与细胞生长的两种mTORC1调节转录因子是固醇调节元件结合蛋白1（SREBP-1）和低氧诱导因子1a（HIF-1α）。SREBP-1是一种甾醇感应转录因子，在许多哺乳动物细胞类型中驱动脂肪生成。mTORC1信号是SREBP-2核积累和SREBP-1a靶基因诱导所必需的⁷⁸这可以被雷帕霉素或AMPK激动剂抑制^78,79与此一致的是，携带肝脏特异性磅1缺失增加了SREBP-1靶基因的表达，增加了肝脏脂质积聚和脂肪变性⁷¹此外，SREBP-1似乎对果蝇和哺乳动物细胞的细胞生长至关重要⁷⁸提示它可能是LKB1、AMPK和mTOR信号转导的重要靶点。还需要进一步的研究来检测SREBP-1在LKB1缺乏的肿瘤中是否上调，以及在这些条件下SREBP-2对肿瘤形成的重要性。

HIF是一种由构成性β（ARNT）亚单位和α亚单位组成的异二聚体，其蛋白水平通过缺氧灭活靶向HIF-α亚单位的血管Hippel-Lindau（VHL）E3连接酶而稳定⁸⁰除了通过缺氧增加外，HIF-1α蛋白水平高度依赖于mTORC1信号。癌基因和肿瘤抑制因子突变引起的mTORC1过度激活足以促进小鼠癌症模型和细胞中HIF-1α蛋白水平及其下游靶点的表达在体外⁸¹在其启动子中含有缺氧反应元件（HRE）的公认的HIF-1转录靶点包括血管生成因子，如VEGF和血管生成素-2，许多糖酵解酶，以及葡萄糖转运蛋白GLUT家族的多个成员⁸²以这种方式，肿瘤中HIF-1α的激活可能是Warburg效应的原因，即肿瘤细胞倾向于依赖糖酵解而非氧化磷酸化⁸³事实上，HIF-1α对葡萄糖代谢的调节在多种情况下都有助于肿瘤的发生^84,85与早期对TSC缺陷成纤维细胞的研究一致⁸⁶我们最近发现，在LKB1和AMPK缺陷的成纤维细胞中，HIF-1α及其靶点GLUT1和己糖激酶水平以雷帕霉素可逆的方式增加³⁶同样，Peutz-Jeghers患者的胃肠错构瘤上皮或磅1^+/-老鼠(表1)与周围正常组织相比，HIF-1α和HIF-1靶基因的表达增加，这表明HIF-1α可能是Peutz-Jeghers综合征LKB1-缺陷下游的相关靶基因³⁶PJS患者肿瘤中葡萄糖摄取增加也可用于指导胃肠道错构瘤的手术切除。FDG-PET成像研究磅1^+/-小鼠的胃肠道错构瘤以雷帕霉素敏感的方式被特异性标记。鉴于此，研究LKB1突变的存在是否决定了其他肿瘤模型中FDG-PET信号的水平，尤其是在非小细胞肺癌和宫颈癌中，将是一件有趣的事情。

LKB1-AMPK和电池极性

Par4、Par1和Ampk果蝇突变体在胚胎发生过程中存在极性缺陷^87-90和卵子发生⁹¹在哺乳动物细胞中，LKB1的诱导激活足以促进肿瘤细胞的完全极化，包括顶端和基底外侧细胞的分选、肌动蛋白帽和完整刷状边界，即使在没有细胞间接触的情况下也是如此⁹²在培养的海马神经元中，LKB1的过度表达会诱导多个轴突，并且LKB1或其亚单位STRAD的RNAi耗竭会阻止轴突分化⁹³与这些发现一致，小鼠LKB1或脑特异性激酶1（BRSK1）或BRSK2（秀丽线虫SAD1激酶的同源物和LKB1的下游靶点）的组织特异性缺失导致发育中哺乳动物大脑皮层神经元极化期间轴突规范的丢失⁹⁴需要注意的是，LKB1似乎不需要用于所有组织的极化，因为磅1在小鼠中，细胞极性或组织结构没有明显的破坏⁹⁵。LKB1关于建立极性而非维持极性的要求是解释这些实验的另一个考虑因素。已知细胞极性是通过一些保守的拮抗极性蛋白复合物的作用建立的，LKB1及其下游的MARK/par-1激酶有助于这种调节（参见方框1).

LKB1还可能通过参与细胞骨架重塑的下游激酶的一些底物影响细胞极性和迁移。例如，微管相关蛋白（MAP）的MARK依赖性磷酸化被认为在细胞迁移中起作用⁹⁶可能与缺乏LKB1的非小细胞肺癌转移性增加有关⁷.MARKs磷酸化丝氨酸残基在MAPs微管结合域中，导致细胞微管的动态不稳定性增加⁹⁷.

另一组保守的MARK底物是Dishevelled（Dvl）蛋白，它是Wnt信号通路的关键介质⁹⁸尽管Dvl的MARK磷酸化调节Dvl的膜定位，但这对于爪蟾中的经典Wnt信号传导不是必需的⁹⁹Dvl中的MARK磷酸化位点似乎不需要MARK影响Wnt信号^99,100这表明Wnt信号传导中一定有其他未识别的MARK底物。有趣的是，最近发现规范和非规范Wnts通过Dvl与Par复合体的结合诱导细胞骨架重塑，促进非典型PKC介导的MARK失活^101-103因此，促进包括结肠癌和乳腺癌在内的多种组织中肿瘤发生的Wnt依赖性信号可能通过多种机制调节LKB1依赖性信号，以及副病毒（参见图4).

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图4

通过LKB1依赖信号控制细胞极性

Par复合物由非典型PKC家族成员、Par-3支架、cdc42结合Par-6和cdc42磷酸化许多下游极性蛋白，包括LKB1、MARK家族和致死巨幼虫（LGL）。LKB1还需要来自E-cadherin的信号被招募，并能够在粘附结合处磷酸化AMPK。已知LKB1依赖性AMPK激活可调节果蝇突变体中肌球蛋白轻链（MLC）的磷酸化状态，这可能是通过间接调节MLC的激酶（MLCK）和磷酸酶（MYPT1）实现的。LKB1依赖的MARK激酶反过来磷酸化Par-3支架，从而导致细胞内Par复合物和MARK酶类相互排斥。MARK也被公认为磷酸化包括tau、MAP2和MAP4在内的MAP，并已被报道在某些情况下磷酸化DLG和Dishevelled（DVL）蛋白。

最近也有报道称，AMPK可以调节果蝇和哺乳动物细胞的细胞极性。MDCK细胞中AMPK激活导致紧密连接增加^104,105糖酵解抑制剂2DG对结肠癌细胞株的治疗导致极化细胞数量的AMPK依赖性增加⁸⁹此外，LKB1及其调节亚单位STRAD以E-cadherin依赖的方式定位于MDCK细胞中的粘附连接¹⁰⁶E-cadherin的缺失导致粘附连接处AMPK活化的特异性缺失。对果蝇AMPK突变体的研究表明，Par复合物和其他极性标记的位置错误，包括肌球蛋白轻链（MLC）磷酸化的丢失⁸⁹本文认为MLC可能是AMPK的下游底物；这似乎不太可能，因为这些位点不符合所有其他已知的AMPK底物基序体内AMPK基板。然而，据报道，AMPK及其相关家族成员调节调节MLC（MLCK）的激酶和磷酸酯酶的活性¹⁰⁷，MYPT1¹⁰⁸)，因此需要进一步研究该机制的完整分子细节。鉴于AMPK及其相关激酶的重叠底物特异性（参见图2)，AMPK可能通过靶向一些与其他AMPK家族成员相同的底物来控制细胞极性，例如在其他条件下磷酸化的MARK。

最后，最近的研究表明，LKB1通过激活MST4激酶促进上皮细胞顶部表面刷状边界的形成。MST4与LKB1伴侣Mo25结合，这种相互作用通过芽殖酵母得以保存¹⁰⁹LKB1-依赖性极化导致MST4易位和随后的细胞骨架连接蛋白ezrin磷酸化。MST4的这种功能是刷状边界诱导所必需的，而不是极化的其他方面。

细胞极性的控制在LKB1依赖性肿瘤抑制中是否起作用还需要进一步研究。最近的一项研究表明，它的重要性LKB1号机组在三维培养中，MCF10A乳腺腺泡中的RNAi导致极性丧失，并促进致癌myc依赖性细胞增殖¹¹⁰，这种效果在标准组织培养皿中是看不到的^111-113因此，对LKB1在细胞极性中的作用的分析可能最好在LKB1缺乏小鼠模型的背景下进行。

LKB1与小鼠肿瘤模型

与细胞生长、代谢和极性的调节一致，对小鼠LKB1功能丧失的遗传学研究揭示了一些癌症表型（参见表1). 与PJS患者一样Lkb1型发展为胃肠道息肉病^114-118引人注目的是，老鼠磅1在胃肠道平滑肌细胞中被特异性删除也会发展成息肉磅1^+/-小鼠¹¹⁹这些小鼠的转化生长因子β（TGFβ信号转导通路发生改变，这与错构瘤的形成有关¹²⁰并提出了起始事件可能是平滑肌室中LKB1的丢失，而不是上皮细胞中的LKB1。需要进一步研究来测试该模型。除了胃肠道错构瘤外，PJS患者还容易患上其他一些恶性肿瘤，包括乳腺、卵巢、子宫内膜和胰腺肿瘤，其中一些肿瘤已在特定领域进行了研究磅1鼠标模型（请参见表1). 鉴于最近发现宫颈癌中普遍存在的LKB1体细胞突变及其与不良预后的关系⁸特别值得注意的是，雌性小鼠子宫内膜上皮中LKB1的缺失会导致高度浸润性腺癌吗¹²¹.

由于LKB1在非小细胞肺癌中经常与KRAS共同突变^122,123，携带条件激活等位基因的小鼠喀斯特与携带LKB1条件失活等位基因的小鼠杂交。这个克拉斯；磅1^{液氧/液氧}小鼠的肿瘤发病率和转移率急剧增加，导致死亡速度加快（25周喀斯特单独与10周克拉斯；磅1^{液氧/液氧})⁷此外，这些小鼠发展出人类中所见的所有NSCLC亚型，包括以前在任何肺癌基因小鼠模型中未观察到的鳞状肺肿瘤。从机制上讲，LKB1的缺失是否允许不同的细胞群生长并形成鳞状肿瘤，或者LKB1缺失是否影响肺干细胞室并改变其分化尚待研究。最近也有报道称，皮肤角质形成细胞中LKB1的缺失可促进鳞状细胞癌的发展，DMBA治疗可大大加速鳞状细胞瘤的发展¹²⁴.鉴于赫拉（Hras）通过DMBA，这进一步表明Ras依赖性信号和LKB1丢失可能显示肿瘤细胞中选择的特定协同作用。

治疗意义

未决问题

营养调节肿瘤抑制途径的存在将细胞生长与糖脂代谢结合起来，这引发了许多有趣的预测和尚未解决的问题。例如，有助于生理性AMPK激活的环境因素（如饮食和运动）是否通过mTORC1抑制来调节致癌风险？大量流行病学研究表明，癌症风险与代谢综合征、肥胖或2型糖尿病相关¹⁶³这种关联可能是由于LKB1-AMPK信号改变下游mTORC1的过度激活导致细胞增殖增加。对AMPK和LKB1的生长抑制效应最敏感的细胞类型的确定可能揭示了细胞生长与饮食条件最紧密相关的谱系。相反，运动和热量限制，每一种都会激活某些谱系中的AMPK，可以降低总体癌症风险并改善癌症预后¹⁶⁴运动和热量限制抑制细胞生长和癌症风险的哺乳动物细胞类型仍有待确定。尽管AMPK是否介导运动和热量限制对癌症风险的某些有益影响还有很多工作要做，但最近的一项研究表明，通过增加饮食限制量，在一些啮齿动物组织中，AMPK被激活，mTORC1信号被抑制，呈剂量依赖性¹⁶⁵相反，在一些小鼠组织中观察到高脂肪饮食增加mTOR并降低AMPK活性¹⁶⁶最后，包括脂联素在内的代谢激素的低表达水平已被证明与乳腺子宫内膜癌、前列腺癌和结肠癌的风险增加相关，脂联素是某些组织中AMPK的关键激活物^167,168引人注目的是，在缺乏脂联素或脂联素受体1（AdipoR1）的大肠癌小鼠模型中，结肠息肉的发病率显著增加，这与AMPK信号缺失和结肠上皮mTORC增加有关¹⁶⁹这些影响仅在高脂肪饮食的动物中观察到，这进一步强化了细胞和生物体的代谢状态将决定LKB1最有效抑制肿瘤的条件这一概念。

AMPK强加的内源性代谢检查点是否必须被抑制以允许肿瘤发生进展也不清楚。由于LKB1在Erk和Rsk磷酸化位点的过度磷酸化，表达致癌BRAF的黑色素瘤细胞株在能量应激后不会激活AMPK¹⁷⁰此外，安培α2乳腺癌和卵巢癌中的mRNA水平受到致癌PI3K信号的严重抑制¹⁷¹这表明AMPK信号传导可以通过另一种途径被抑制。因此，有证据表明，致癌途径可以通过多种机制下调LKB1和AMPK。何时发生针对LKB1-AMPK途径的选择也不清楚，但可以想象，血管生成前肿瘤中葡萄糖和氧气扩散的限制将导致生长抑制，可能是由于激活AMPK介导的代谢生长检查点。内源性AMPK信号是否真的是血管生成前检查点的一部分是一个关键问题。此外，缺乏LKB1或AMPK的血管生成前肿瘤是否继续比含AMPK肿瘤增殖更快，但随后由于不可避免的能源短缺而导致凋亡或坏死，仍有待观察。AMPK在这些过程和整体肿瘤抑制中的作用和需求，也许最好通过在不同的研究良好的肿瘤发生小鼠模型中删除AMPK亚单位来从遗传学上解决。

尽管有证据支持AMPK作为细胞代谢检查点的作用，但关键的机制问题仍然存在，即LKB1下游的哪些激酶及其底物在不同组织环境中对LKB1的抑癌活性是必需的。AMPK对mTORC1和p53的调节使其可能参与LKB1依赖性肿瘤抑制。然而，细胞极性的控制也被认为在肿瘤发生中起作用¹⁷²事实上，幽门螺杆菌CagA蛋白对MARK激酶的抑制被认为是其致病性破坏胃上皮极性和促进肿瘤生长的关键¹⁷³目前，从人类肿瘤中获得的突变数据很少，可以明确支持任何单个LKB1依赖性激酶作为LKB1在肿瘤发生中的关键靶点。它们之间存在大量冗余，这表明在许多组织中，任何一种激酶的缺失都可能由其他家族成员补偿。

LKB1作为抑癌剂的效力可能来自其对多种生长抑制途径的控制。例如，小鼠肺上皮LKB1和KRAS的联合缺失导致3种不同的表型：加速肿瘤进展和肿瘤生长；新肿瘤类型鳞癌的出现；转移瘤数量急剧增加。虽然AMPK和mTORC1信号可能在这种加速的生长成分中发挥作用，但细胞极性的丧失和MARK活性丧失后细胞骨架信号的增加也可能影响LKB1缺陷肿瘤的独特转移性质。新肿瘤类型的出现也可能反映了AMPK及其几个相关家族成员下游的转录重编程导致的去分化。AMPK还被证明调节其他肿瘤抑制机制，包括促进自噬¹⁷⁴和细胞衰老¹⁷⁵在能源匮乏的条件下。AMPK或LKB1在不同生理和病理环境下诱导完整生物体衰老或自噬的绝对需求尚待充分研究。

另一个重要的问题是，LKB1或AMPK放松管制是否经常会导致Warburg效应。细胞培养和靶向小鼠敲除的研究表明，驱动肿瘤发生的癌基因和肿瘤抑制因子的突变会刺激HIF-1α¹⁷⁶事实上，即使在正常氧条件下，HIF-1α及其靶基因在LKB1-、AMPK-和TSC-缺陷的成纤维细胞中也上调，这表明这些基因中任何一个的缺失都足以激活完整的HIF-1β转录程序，从而改变细胞代谢^36,177的确，对Peutz-Jeghers患者和LKB1+/-小鼠的胃肠道肿瘤进行免疫组织化学研究表明，两者均含有HIF-1α及其靶向GLUT1升高，而LKB1/-小鼠的这些肿瘤尽管是良性的，但FDG-PET呈阳性³⁶这些观察结果进一步促进了对LKB1或AMPK正常抑制HIF-1α的生理或病理环境的检查，以及它们的失活是否通常参与大多数肿瘤的糖酵解转换。考虑到激素、运动和饮食对LKB1-AMPK通路的调节，未来的研究应该解决LKB1或AMPK是否介导行为或激素干预后肿瘤代谢和FDG-PET成像的变化。LKB1突变型非小细胞肺癌和宫颈癌是否表现出改变的FDG-PET，以及是否可以用于指导不同患者人群的治疗干预，将是未来研究的重要目标。无论如何，反映LKB1和AMPK激活状态的新血清和组织生物标记物的开发将导致未来针对靶向治疗药物疗效的临床试验的更好优化。

虽然这些和许多其他问题需要数年才能完全解决，但这一高度保守的途径的发现已经导致对所有真核生物将其生长与营养条件和代谢耦合的机制有了根本性的见解。深入了解这一途径的关键组成部分，不仅可以为癌症和糖尿病找到未来的治疗目标，还可以揭示抑制细胞生长和重新编程代谢所需的最少步骤。

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