Aurora-A激酶的研究進(jìn)展

鄭向前 高 明 任秀寶 綜述 Jin Q.Cheng 審校

Aurora激酶家族是一組近年來發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)中心體和微管功能的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其參與了中心體的復(fù)制與分離、紡錘體微管的組裝和穩(wěn)定、染色體濃集和染色體中板聚合等多種事件，對于執(zhí)行各種有絲分裂活動和維持基因組的完整性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，在細(xì)胞有絲分裂的正常進(jìn)程中起著非常重要的作用［1-2］。哺乳動物細(xì)胞Aurora激酶家族迄今發(fā)現(xiàn)有3個(gè)成員：Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C［3］。Aurora-A 是 Aurora 激酶家族的重要成員。相關(guān)研究表明在一些實(shí)體腫瘤如乳腺癌、卵巢癌、食管癌、結(jié)腸癌、肺癌及膀胱癌等腫瘤中均出現(xiàn)Aurora-A基因的高表達(dá)，尤其是乳腺癌和卵巢癌［4-5］。最近的研究表明，Aurora-A的表達(dá)水平與某些腫瘤的生物學(xué)行為有明顯的相關(guān)性，對某些腫瘤的預(yù)后也有一定的預(yù)測作用［6］。大量文獻(xiàn)報(bào)道，Aurora-A作為一個(gè)癌基因，對包括PP1、RASGAP、TPX2、Ajuba、P53、CDH1等在內(nèi)的多種蛋白底物磷酸化，從而參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程［7-9］。同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)，Aurora-A過表達(dá)能破壞紫杉醇或噻氨酯噠唑激活紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn)的作用，從而引起腫瘤對這些藥物的耐藥［10］。目前，由于Aurora-A激酶在多種惡性腫瘤中高表達(dá)且影響腫瘤的生物學(xué)特性，已經(jīng)逐漸引起人們重視并將其視為腫瘤治療的一個(gè)熱門靶點(diǎn)，其小分子抑制劑的研究和使用，尤其是與化療藥物的聯(lián)合應(yīng)用，將成為今后惡性腫瘤治療的新方向。在此，將近幾年國內(nèi)外對Aurora-A激酶的研究進(jìn)行分析總結(jié)，對其生物學(xué)功能、與腫瘤的關(guān)系及其抑制劑的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Aurora-A的生物學(xué)功能

Aurora-A是一種關(guān)鍵的激酶編碼基因，定位在20q13.2，該區(qū)在人類惡性腫瘤中普遍存在擴(kuò)增，如結(jié)腸癌、卵巢癌、胃癌、乳腺癌以及食管癌等。Aurora-A最早從乳腺癌組織中檢測到，被稱為BTAK，又名Aurora2、AIKl、STKl5、STK6、HsAIRKl等［11］，由403個(gè)氨基酸組成，蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)含有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)是可變區(qū)，一個(gè)是催化區(qū)。催化區(qū)位于C末端，氨基酸序列具有高度保守性，催化區(qū)內(nèi)含有活化環(huán)和降解框，活化環(huán)參與Aurora-A激酶活性的調(diào)節(jié)，降解框D-box參與Aurora-A激酶的降解。可變區(qū)位于N末端，此區(qū)含有3個(gè)box，與Aurora-A的胞內(nèi)定位以及識別、結(jié)合中心體的相關(guān)蛋白有關(guān)，其中A-box還負(fù)責(zé)激活 D-box的降解功能［3，5］。

Aurora-A的mRNA、蛋白水平在G1和S期最低，在G2和M期增大至峰值，M期結(jié)束后迅速下降。Aurora-A激酶在G2到M期轉(zhuǎn)換期間激活，于有絲分裂早期激酶活性達(dá)到最大。Aurora-A在S期末開始分布于中心體，并對中心體起修飾作用。這時(shí)中心體已復(fù)制完成，并且中心粒開始復(fù)制時(shí)細(xì)胞中檢測不到Aurora-A激酶，因此Aurora-A并未直接參與中心體的復(fù)制。但是體外培養(yǎng)細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，Aurora-A的異常表達(dá)可以激起中心體的擴(kuò)增，并且不依賴Aurora-A激酶的活性［12-13］。同時(shí)，Aurora-A在雙極紡錘體的建立和維持過程中起關(guān)鍵作用，抑制Aurora-A活性，可導(dǎo)致單極紡錘體的形成，而雙極紡錘體才是染色體正確分離的前提。另有研究顯示，在Aurora-A缺失的人類腫瘤細(xì)胞中，雖然形成了雙極紡錘體，但染色體不能排列到赤道平面上，可能是由于微管聚集，或動粒與微管相互作用失誤所致［8］。

Aurora-A在諸多決定有絲分裂及因Aurora-A的消耗而導(dǎo)致有絲分裂副產(chǎn)物形成的過程中扮演了極為重要的角色。因此可以預(yù)言，Aurora-A選擇性的抑制將對抗有絲分裂產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2 Aurora-A激酶與腫瘤的關(guān)系

Aurora-A過表達(dá)可以促進(jìn)惡性腫瘤的形成，Aurora-A的mRNA和蛋白雖然在各種腫瘤中過表達(dá)的頻率相當(dāng)高，但是這并不與其基因的擴(kuò)增相關(guān)。例如，雖然60%以上的肝細(xì)胞癌中Aurora-A的mRNA和蛋白高表達(dá)，但是只有3%能檢測到Aurora-A基因的擴(kuò)增，這種情況在乳腺癌和胃癌中也有報(bào)道［14-15］。因此，Aurora-A的過表達(dá)可能不單單是通過基因擴(kuò)增來調(diào)節(jié)，也可能是由于其他機(jī)制，如轉(zhuǎn)錄激活或者抑制蛋白的降解引起的。

Aurora-A可磷酸化多種底物來發(fā)揮其作用，Aurora-A能直接與BRCA1的aa1 314～1 863區(qū)域結(jié)合，并且在有絲分裂早期磷酸化BRCA1的Ser308位點(diǎn)，從而影響細(xì)胞周期。Aurora-A還能磷酸化P53的Ser315位點(diǎn)，促進(jìn)MDM2介導(dǎo)的P53的降解，同時(shí)也能磷酸化P53的Ser215位點(diǎn)，降低P53的轉(zhuǎn)錄活性，從而下調(diào)P53的抑癌功能；而P53能反饋性的抑制Aurora-A的癌基因活性，同時(shí)這種作用可被TPX2所阻滯。因此認(rèn)為Aurora-A激酶與P53相互作用在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起到了重要的作用。在乳腺癌特異性表達(dá)Aurora-A的轉(zhuǎn)基因鼠中，mTOR的Ser2 448和AKT的Ser473位點(diǎn)磷酸化活性明顯升高，證明了Aurora-A能調(diào)節(jié)mTOR信號通路［16］。除此之外Aurora-A還能通過磷酸化調(diào)節(jié)以下底物：CPEB、Eg5、TACC、Ajuba、TPX2、CENP-A 以及 PP1 等［17-18］。當(dāng)然，Aurora-A與這些蛋白之間的關(guān)系大部分都是相互調(diào)節(jié)的，如PP1能使Aurora-A去磷酸化，降低其酶活性；TPX2也能激活A(yù)urora-A，促使Aurora-A在有絲分裂期到紡錘體上；Ajuba也能激活A(yù)urora-A，促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂期。

有文獻(xiàn)指出，具有異倍體的惡性腫瘤一般比具有二倍體的惡性腫瘤惡性程度更高［10］。研究表明，Aurora-A與惡性腫瘤異倍體之間有明顯的相關(guān)性，能促進(jìn)異倍體的形成。主要有兩方面因素：細(xì)胞質(zhì)故障和有絲分裂紡錘體的形成，通過激活紡錘體的檢驗(yàn)點(diǎn)，從而導(dǎo)致有絲分裂終止，形成異倍體。因此，Aurora-A的異?？赡芘c惡性腫瘤的病理特點(diǎn)、臨床分期及預(yù)后有某種相關(guān)性。但是，針對不同腫瘤的研究結(jié)果不一［6，12］。同時(shí)，Aurora-A的基因（Phe31Ile和Val57Ile基因）多態(tài)性與人類腫瘤易感性關(guān)系密切，Phe31Ile的Ile31等位基因已被發(fā)現(xiàn)在人結(jié)腸癌及卵巢癌中常呈現(xiàn)擴(kuò)增。目前有前瞻性病例對照研究顯示，若Phe31Ile和Val57Ile多態(tài)性并存，不僅使女性患乳腺癌的風(fēng)險(xiǎn)率增加2倍，尤其在絕經(jīng)后女性中，還可增加患者罹患侵襲性乳腺癌的概率［12，19］。另有報(bào)道，Val57Ile多態(tài)性與胃癌的進(jìn)展程度密切相關(guān)，而Phe31Ile多態(tài)性則與胃癌的易感性緊密相連［17］。

3 Aurora-A激酶抑制劑的研究進(jìn)展

在正常細(xì)胞中，Aurora-A僅在胸腺組織中較高表達(dá)，而在小腸、睪丸、結(jié)腸、脾和腦組織中表達(dá)水平很低。因此可認(rèn)為，Aurora-A激酶抑制劑相對特異性的靶向腫瘤組織，而對其他正常組織損傷性較小。此外由于Aurora-A激酶只在細(xì)胞有絲分裂期表達(dá)并激活，因此處于非增殖期的正常細(xì)胞將不會受到Aurora-A激酶抑制劑的影響［20］。目前在研的Aurora激酶抑制劑很多，部分已經(jīng)進(jìn)入早期臨床應(yīng)用，但大多數(shù)都是非特異性的抑制劑，能同時(shí)抑制Aurora-A、Aurora-B及Aurora-C。Aurora激酶小分子化學(xué)合成抑制劑的第1代包括Hesperadin、ZM447439和MK0457（也稱作VX-680）等，第2代也已得到發(fā)展，包括AZD1152、PHA-739358及MLN8237等，這些藥物正處于臨床試驗(yàn)的評估階段［21-22］。根據(jù)藥物抑制Aurora激酶的種類還可以將其分成：1）非特異性Aurora激酶抑制劑：此類抑制劑可以同時(shí)抑制Auro-ra-A、Aurora-B及Aurora-C；2）Aurora-A激酶抑制劑：此類抑制劑主要以抑制Aurora-A的活性為主，包括MLN8054及MLN8237；3）Aurora-B激酶抑制劑：此類抑制劑主要以抑制Aurora-B的活性為主，包括AZD1152等。近幾年推出的各種Aurora激酶抑制劑以及其生物學(xué)療效見表1。

目前關(guān)于Aurora-A的研究較多，且Aurora-A與腫瘤的關(guān)系最緊密，因此著重介紹特異性Aurora-A激酶分子抑制劑，包括第1代產(chǎn)品MLN8054和第2代產(chǎn)品MLN8237。

MLN8054（Millennium）是口服、有效、有力且具有選擇性的苯并氮雜卓類Aurora-A抑制劑（抑制Aurora-A和B的IC50值分別為4和172 nmol/L），是ATP競爭性和可逆性抑制劑。在體內(nèi)模型中，采用低濃度的MLN8054抑制Aurora-A會導(dǎo)致有絲分裂紡錘體形成異常，而高濃度的MLN8054會造成組蛋白H3的磷酸化缺失。該化合物對人類腫瘤（包括結(jié)腸癌、前列腺癌和非小細(xì)胞肺癌）均表現(xiàn)出抗腫瘤活性［5，23］，目前正處于臨床期研究。

MLN8237（Alisertib）是一種新型的，特異性抑制Aurora-A的口服小分子抑制劑，也是第2代Aurora-A特異性抑制劑，其特點(diǎn)是口服利用率高，選擇性抑制Aurora-A激酶，目前已進(jìn)入Ⅱ期臨床試驗(yàn)階段［24］，對實(shí)體瘤和血液系統(tǒng)惡性腫瘤表現(xiàn)出了良好的療效。

表1 各種Aurora激酶抑制劑以及其生物學(xué)療效Table1 Aurora kinase inhibitors and their biological efficacy

4 結(jié)語

Aurora-A激酶在正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中的生物功能的闡明使小分子抑制劑得到了很快的發(fā)展。臨床前期及臨床試驗(yàn)的初步結(jié)果表明［21］，盡管Aurora-A激酶抑制劑誘導(dǎo)癌細(xì)胞生長受阻和凋亡的分子機(jī)制還有待于進(jìn)一步解釋，但這類抑制劑對于癌癥的治療是很有希望的。因此，在未來治療癌癥的過程中，Aurora-A激酶抑制劑作為有力的抗癌靶向藥物需要進(jìn)一步證實(shí)，許多臨床試驗(yàn)將會在不久的將來給出答復(fù)。

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