Aurora激酶與消化道腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展*

熊詩(shī)萌 綜述 劉宏斌 審校

Aurora 激酶是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的一類蛋白，又稱絲/蘇氨酸蛋白激酶，在高等哺乳動(dòng)物基因組中有3個(gè)亞型，即Aurora-A、Aurora-B 和Aurora-C。正常情況下，Aurora激酶通過(guò)調(diào)節(jié)有絲分裂過(guò)程中中心體的成熟和分離、雙極紡錘體組裝和穩(wěn)定、染色體精確分離及細(xì)胞質(zhì)有效分裂等過(guò)程，保證細(xì)胞周期正常完成。1988年首次在果蠅中成功克隆出Aurora基因［1］，之后在人類細(xì)胞確定Aurora基因?yàn)榘┗颍?］，近年來(lái)Aurora 激酶及其抑制劑抗腫瘤作用逐漸成為研究的熱點(diǎn)。本文就Aurora 激酶的生物學(xué)特性及其抑制劑在消化道腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞周期

細(xì)胞周期是指連續(xù)分裂的細(xì)胞從一次有絲分裂結(jié)束至下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個(gè)過(guò)程，包括分裂間期和分裂期兩個(gè)階段。分裂間期主要為有絲分裂過(guò)程儲(chǔ)備物質(zhì)，分為G1、S、G2 期。G1 期為DNA合成前期，主要負(fù)責(zé)RNA和蛋白質(zhì)的生物合成；S期又稱DNA合成期，主要完成DNA的復(fù)制；G2期為DNA 合成后期，主要加速合成RNA 和與有絲分裂直接相關(guān)的蛋白質(zhì)，如微絲、微管蛋白等。分裂期即M期，又分為前期、中期、后期和末期。前期染色質(zhì)濃縮，紡錘體開(kāi)始形成，核膜消失；中期紡錘絲與染色體著絲點(diǎn)相連，牽引染色體排列在赤道面上，后期姐妹染色單體分開(kāi)并移向二極；末期染色體到達(dá)二極，兩個(gè)新細(xì)胞形成。

2 Aurora激酶的結(jié)構(gòu)及表達(dá)特點(diǎn)

Aurora-A激酶最早發(fā)現(xiàn)于一種突變型的果蠅屬中，Aurora-A激酶的缺失導(dǎo)致有絲分裂過(guò)程中雙極紡錘體形態(tài)出現(xiàn)缺陷［3］。人類Aurora 激酶家族Aurora-A、Aurora-B、Aurora-C激酶的編碼基因分別定位在染色體20q13.2、17p13.1、19q13.3-ter［4］。3個(gè)亞型的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)［5］均有1個(gè)長(zhǎng)度為309～403的氨基酸序列：1個(gè)N末端結(jié)構(gòu)域（39～129個(gè)氨基酸序列），含有3個(gè)Box，調(diào)控Aurora-A的胞內(nèi)識(shí)別、定位以及結(jié)合中心體的相關(guān)蛋白，其中A-box還參與激活降解框（D-Box）；中間鏈接區(qū)為催化激酶結(jié)構(gòu)域和活化環(huán)；C末端結(jié)構(gòu)域（15～20個(gè)氨基酸序列）含D-Box。激酶區(qū)包含1個(gè)典型的bilobal結(jié)構(gòu)。N末端殘片包含1個(gè)五股反向的β片狀結(jié)構(gòu)和2個(gè)α螺旋結(jié)構(gòu)（氨基酸殘基127～215），C末端殘片為α螺旋結(jié)構(gòu)（氨基酸殘基216～385），鏈接區(qū)（氨基酸殘基210～216）有重要的催化活性，催化結(jié)構(gòu)域中的蘇氨酸（Thr-288）殘基，是Aurora-A磷酸化的位點(diǎn)［6］。Aurora-B催化區(qū)與Aurora-A相似度達(dá)71%，Aurora-C催化區(qū)同Aurora-B相似度達(dá)83%，具有高度保守性，因此在選擇底物和抑制劑時(shí)具有特異性［7］。3種Aurora激酶的表達(dá)位置隨時(shí)間而異。Aurora-A在細(xì)胞有絲分裂S期開(kāi)始出現(xiàn)在復(fù)制的中心體上，分裂前期主要在中心體周圍定位，中期移位至雙極紡錘體附近的微管上，后期和末期移至極性微管上。Aurora-B在前期和中期定位于著絲粒上，后期位于紡錘體赤道板的微管上，隨著紡錘體的延伸，胞質(zhì)開(kāi)始分裂，在末期通過(guò)胞質(zhì)分裂先集聚在紡錘體中央和細(xì)胞皮層的裂溝內(nèi)移部位，最終聚集在中間體。

3 Aurora激酶的生物學(xué)功能

3.1 Aurora-A

Aurora-A在有絲分裂S期定位于中心體后，被Ajuba蛋白的LIM結(jié)構(gòu)域激活，在G2/M期最高表達(dá)且活性也最大，啟動(dòng)分裂。同時(shí)，活化的Aurora-A通過(guò)招募與DTACC絡(luò)合的MSPS/XMAP215微管相關(guān)蛋白至微管組裝中心，促進(jìn)中心體成熟并調(diào)節(jié)星體微管的排列［8］。在有絲分裂中后期，Aurora-A激酶活性受TPX2調(diào)節(jié)，使紡錘體正常裝配并移位至二極［9］。Aurora-A激酶的降解在G1期通過(guò)Cdh1介導(dǎo)的APC/C依賴的泛素化降解過(guò)程而實(shí)現(xiàn)，人Aurora-A激酶在Ser51上的磷酸化可抑制Cdh1介導(dǎo)的泛素化和降解，所以抑制這個(gè)位點(diǎn)的磷酸化可以降低胞內(nèi)Aurora-A激酶［10］。Aurora-A激酶不直接參與中心體的復(fù)制。有研究發(fā)現(xiàn)［11］，Aurora-A過(guò)表達(dá)可引起中心體異常擴(kuò)大和異倍體形成、紡錘體檢測(cè)點(diǎn)功能缺失（spindle assembly checkpoint，SAC）和染色體突變，導(dǎo)致細(xì)胞分裂和有絲分裂間的平衡失調(diào)，引起細(xì)胞異常增殖。

3.2 Aurora-B

Aurora-B 是染色體過(guò)客蛋白的核心成員，通過(guò)磷酸化組蛋白H3 的第10 位絲氨酸和著絲粒蛋白A（CENP-A）的第7 位絲氨酸參與染色質(zhì)濃縮，通過(guò)調(diào)節(jié)SAC，修正錯(cuò)誤的紡錘體-著絲粒連接，促進(jìn)染色體正確的定向排列和分離［12-13］。有研究發(fā)現(xiàn)，活化的Aurora-B 能夠活化組蛋白H2AX（Ser121），活化的H2AX可以反作用Aurora-B并使其活化，這種正反饋調(diào)節(jié)，加速Aurora-B 的活化［14］。Aurora-B 的降解是通過(guò)依賴一種蛋白酶體與HC8 結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。抑制Aurora B的活性將抑制SAC的功能，使細(xì)胞有絲分裂在染色體分離和胞質(zhì)分裂之前提前結(jié)束。這將導(dǎo)致染色體多倍體化，若繼續(xù)進(jìn)入細(xì)胞周期則會(huì)形成多核細(xì)胞。

3.3 Aurora-C

Aurora-C 是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的染色體過(guò)客蛋白，相關(guān)研究較少。Aurora-C 表達(dá)水平在G2/M 期上升，在M期達(dá)到高峰，比Aurora-B 稍晚，在哺乳動(dòng)物的睪丸內(nèi)高表達(dá)。在小鼠卵母細(xì)胞中表達(dá)突變的Aurora-C，可引起減數(shù)分裂周期阻滯，形成非整倍體染色體。

4 Aurora激酶與消化道腫瘤的關(guān)系

4.1 Aurora激酶與食管癌

食管癌是上消化道腫瘤中最具侵襲性的惡性腫瘤之一，其典型癥狀為進(jìn)行性吞咽困難。研究顯示，Aurora-A 高表達(dá)與食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）相關(guān)并能促進(jìn)其發(fā)展［15］。Aurora-B 蛋白過(guò)表達(dá)與ESCC 患者較差的總體生存率相關(guān)，Aurora-B 的缺失降低了ESCC細(xì)胞的惡性表型。有研究發(fā)現(xiàn)［16］，Aurora-A 過(guò)表達(dá)能夠使食管癌細(xì)胞對(duì)順鉑產(chǎn)生耐藥，通過(guò)凋亡陣列發(fā)現(xiàn)Au?rora-A 過(guò)表達(dá)可以在mRNA 和蛋白水平上調(diào)p21 活化激酶7（p21-activated kinase7，PAK7），轉(zhuǎn)錄因子E2F1與PAK7啟動(dòng)子的結(jié)合增強(qiáng)。E2F1下調(diào)降低了PAK7的表達(dá)，PAK7下調(diào)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加，從而逆轉(zhuǎn)Aurora-A誘導(dǎo)的順鉑耐藥，因此PAK7有望成為治療ESCC癌患者的候選藥物。

4.2 Aurora激酶與胃癌

胃癌是來(lái)源于胃黏膜上皮的惡性腫瘤，發(fā)病率和死亡率均居中國(guó)惡性腫瘤的第2位和第3位［17］。有研究指出Aurora-A、Aurora-B高表達(dá)促進(jìn)胃腺癌生長(zhǎng)和浸潤(rùn)，促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，其機(jī)理可能與腫瘤的黏附功能及細(xì)胞外基質(zhì)的降解等有關(guān)［18］。Aurora-A可通過(guò)FOXP1-FBXL7泛素化復(fù)合體調(diào)節(jié)Survivin表達(dá)，導(dǎo)致胃癌細(xì)胞出現(xiàn)藥物抵抗，促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖［19］。Aurora-A能使FOXP1磷酸化，活化的FOXP1與FBXL7的啟動(dòng)子結(jié)合，下調(diào)FBXL7的表達(dá)。下調(diào)的FBXL7與E3泛素連接酶作用減弱，導(dǎo)致Survivin降解減弱，最終導(dǎo)致癌細(xì)胞穩(wěn)定表達(dá)。一項(xiàng)在中國(guó)人群中開(kāi)展的病例對(duì)照研究［20］（包括胃癌組385例，對(duì)照組470例），發(fā)現(xiàn)Aurora-A基因（AURKA）在胃癌中經(jīng)常被擴(kuò)增和過(guò)表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)胃癌的炎癥和腫瘤發(fā)生，可能與胃癌預(yù)后不良有關(guān)。進(jìn)一步過(guò)表達(dá)分析表明，AURKA rs2273535多態(tài)性TT基因型與AA基因型相比，增加了72%的胃癌患病風(fēng)險(xiǎn)。與AA基因型相比，TT+AT基因型與女性、年齡＜55歲組和非吸煙者的胃癌患病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)，上述結(jié)果，需要不同種族的人群中進(jìn)行更大規(guī)模的研究來(lái)證實(shí)。有研究發(fā)現(xiàn)，有絲分裂檢查點(diǎn)基因中的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）可能增加胃癌的易感性，女性患者中rs911160和rs2289590多態(tài)性與胃癌發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)［21］。研究發(fā)現(xiàn)，人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN）和AURKA改變，影響胃癌細(xì)胞表型的變化［22］。AURKA的下調(diào)影響PTEN的表達(dá)水平，PTEN通過(guò)調(diào)節(jié)p-AURKA抑制的AURKA表達(dá)，抑制胃腺癌細(xì)胞的惡性表型變化，表明p-AURKA可能是PTEN與AURKA激活的關(guān)鍵中介，可能是維持PTEN誘導(dǎo)胃腺癌細(xì)胞惡性表型的關(guān)鍵。

4.3 Aurora激酶與肝癌和胰腺癌

Aurora-A 高表達(dá)和肝癌的侵襲程度與患者的預(yù)后密切相關(guān)。Aurora-A 的mRNA 和蛋白質(zhì)均高表達(dá)，說(shuō)明Aurora-A過(guò)表達(dá)不僅通過(guò)基因擴(kuò)增來(lái)實(shí)現(xiàn)，也有可能通過(guò)轉(zhuǎn)錄的激活或蛋白質(zhì)的降解減少而實(shí)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，MYC-Aurora 蛋白復(fù)合物是P53 突變肝癌的一個(gè)可操作藥物靶點(diǎn)［23］。P53 發(fā)生突變的肝癌（在小鼠和人類中分別為TrP53和TP53），通過(guò)構(gòu)象變化的Aurora-A 抑制劑抑制MYC 與Aurora-A 的相互作用，導(dǎo)致MYC降解和細(xì)胞死亡，抑制了小鼠腫瘤生長(zhǎng)并延長(zhǎng)其存活時(shí)間。在人源腫瘤異種移植模型（patient-derived tumor xenograft，PDX）中，人類肝癌移植的小鼠模型對(duì)構(gòu)象改變的AURKA 抑制劑高度敏感。Aurora-A 在胰腺癌中過(guò)表達(dá)［24］，在有絲分裂過(guò)程中促進(jìn)G2～M 期的轉(zhuǎn)化。在歐洲人群一項(xiàng)研究中，包括8 477例胰腺癌病例和6 946例對(duì)照組，通過(guò)胰腺癌全基因組關(guān)聯(lián)研究［25］，發(fā)現(xiàn)在7 168個(gè)SNPs中，有62個(gè)基因通路與胰腺癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，進(jìn)一步重點(diǎn)分析研究了3個(gè)SNPs，分別為SMC2 中的rs3818626、ARHGEF7 中 的rs79447092 和TP53 中的rs9895829，均與胰腺癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，提示可能是胰腺癌的潛在易感位點(diǎn)。

4.4 Aurora激酶與結(jié)直腸癌

馬瑋瑋等［26］發(fā)現(xiàn)，Aurora-A 在結(jié)直腸癌中過(guò)表達(dá)，并且隨浸潤(rùn)程度加深表達(dá)增強(qiáng)，指出P53與Auro?ra-A 蛋白相互調(diào)節(jié)。P53 與Aurora-A 抑制性結(jié)構(gòu)域D-Box 結(jié)合，抑制其活性，而Aurora-A 激酶在P53 的Ser315 和Ser215 位點(diǎn)磷酸化可分別介導(dǎo)P53 的降解降低P53的轉(zhuǎn)錄活性，使P53表達(dá)活性下調(diào)。高表達(dá)Aurora-A 可能使正常的wt-P53（野生型）變?yōu)閙t—P53（突變型），失去對(duì)Aurora-A 蛋白的抑制作用，使Aurora-A 高表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞惡性增殖。Wnt 和Ras-MAPK 信號(hào)信號(hào)通路過(guò)度激活促使結(jié)直腸腺瘤發(fā)生［27］，20q的增益和AURKA的過(guò)表達(dá)促進(jìn)腺瘤癌變，研究者在2個(gè)結(jié)直腸癌細(xì)胞系中，通過(guò)差異表達(dá)和PPI 網(wǎng)絡(luò)分析，發(fā)現(xiàn)了AURKA 和Wnt、Ras-MAPK 信號(hào)通路之間的調(diào)控作用。

5 Aurora激酶抑制劑與消化道腫瘤治療

Aurora 激酶的過(guò)度表達(dá)或基因擴(kuò)增已在多種腫瘤中得到證實(shí)。近年來(lái)，一系列Aurora 激酶抑制劑（aurora kinase inhibitors，AKIs）在體內(nèi)、外有效地抑制了腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展［28］。VX-680 為一種靶向作用Aurora激酶的ATP結(jié)合位點(diǎn)的小分子抑制劑，能夠增強(qiáng)食管癌細(xì)胞間的黏附能力，從而抑制食管癌細(xì)胞的惡性表型，同時(shí)還能抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而達(dá)到治療目的［29］。一種天然化合物Deguelin 在體內(nèi)、外對(duì)ESCC 具有顯著的抗腫瘤作用［30］。在體內(nèi)試驗(yàn)中，Deguelin 可阻斷組蛋白H3 的磷酸化，抑制ESCC 異種移植物的生長(zhǎng)；在體外試驗(yàn)中，Deguelin結(jié)合在Aurora-B的ATP位點(diǎn)，抑制Auro?ra-B活性，導(dǎo)致ESCC細(xì)胞阻滯在G2/M周期，多倍體細(xì)胞形成，誘導(dǎo)凋亡。另一種新的化合物APIO-EE-9，與Aurora-A 和Aurora-B 在ATP 結(jié)合位點(diǎn)相互作用，可顯著降低組蛋白H3 第10 位絲氨酸的下游極光激酶磷酸化，從而形成多個(gè)細(xì)胞核和中心體，抑制細(xì)胞生長(zhǎng)和菌落形成，同時(shí)顯著抑制嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷小鼠（severe combined immunodeficiency mice，SCID）食管源性異種移植瘤的增長(zhǎng)，誘導(dǎo)食管癌細(xì)胞凋亡，且這種抑制作用呈劑量依賴性［31］。TY-011化合物是Aurora-A 和Aurora-B 的抑制劑，能夠以時(shí)間和濃度依賴的方式顯著抑制胃癌細(xì)胞增殖，將胃癌細(xì)胞阻滯在G2/M 期，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，并誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞DNA 的損傷，且這種難以修復(fù)的DNA 損傷最終也會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡［32］。AZD1152是一種高度選擇性的Aurora-B 抑制劑，能通過(guò)劑量和時(shí)間依賴性有效地降低胃癌細(xì)胞葡萄糖的攝取和乳酸的產(chǎn)生［33］。AZD1152還能誘導(dǎo)核糖體蛋白亞基RPS7在胃癌中表達(dá)，過(guò)表達(dá)RPS7 抑制了C-Myc 的啟動(dòng)子活性，而CMyc被認(rèn)為是癌細(xì)胞葡萄糖代謝的重要調(diào)節(jié)因子，胃癌患者血清和組織中Aurora-B 的水平與C-Myc、GLUT1、LDHA呈正相關(guān)，但與RPS7呈負(fù)相關(guān)。在肝癌細(xì)胞中的抗腫瘤研究發(fā)現(xiàn)，Ouabain通過(guò)降低Auro?ra-A、SMC2、Cyclin D、p-CDK1的表達(dá)，增加P53的表達(dá)，誘導(dǎo)染色體分離障礙和S 期阻滯，過(guò)表達(dá)或抑制Aurora-A 顯著降低或增強(qiáng)Ouablin 介導(dǎo)的抗癌作用［34］。有研究發(fā)現(xiàn)，一種新型Aurora-A 和Aurora-B的抑制劑SNS-314可以顯著抑制肝癌細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)多倍體細(xì)胞的產(chǎn)生并促進(jìn)凋亡，且該藥具有更低的IC50和更強(qiáng)的促凋亡能力，Aurora-A作為Hippo信號(hào)途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)子YAP轉(zhuǎn)錄機(jī)制的正調(diào)控因子，SNS-314使YAP 下調(diào)，激活P53-P21信號(hào)通路，阻止細(xì)胞周期由G1/S 期向M 期的轉(zhuǎn)變，并延長(zhǎng)細(xì)胞周期的進(jìn)程［35］。Aurora 激酶抑制劑CCT137690 是一種通過(guò)RIPK1、RIPK3 和MLKL 誘導(dǎo)胰腺導(dǎo)管腺癌細(xì)胞內(nèi)壞死樣死亡的藥物，其可以減緩小鼠胰腺導(dǎo)管腺癌原位腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。Aurora-A和糖原合成酶激酶3β的表達(dá)與患者的生存時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，Aurora-A 可能是胰腺癌的治療靶點(diǎn)［36］。LDD970 為小分子靛玉紅衍生物，其能夠抑制HT29大腸癌細(xì)胞中活化的Auro?ra-A水平，抑制癌細(xì)胞的遷移并上調(diào)凋亡相關(guān)蛋白，對(duì)人結(jié)直腸癌的治療具有一定潛力［37］。ENMD-2076是一種新型小分子多激酶抑制劑，能夠選擇性作用于Aurora-A 和Aurora-B，并且調(diào)控血管生成激酶（VEGFR2/KDR 和FGFR1 和2），ENMD-2076 在結(jié)直腸癌的臨床前模型以及異種移植模型上能夠?qū)е录?xì)胞周期停滯，具有良好的抗腫瘤活性［38］。

6 結(jié)語(yǔ)

在有絲分裂過(guò)程中，研究者對(duì)Aurora激酶與腫瘤發(fā)生發(fā)展的變化研究逐漸深入。Aurora激酶在消化道腫瘤細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，使細(xì)胞周期紊亂、細(xì)胞基因不穩(wěn)定，抑癌基因活性下調(diào)，使細(xì)胞凋亡減少，誘導(dǎo)細(xì)胞惡性增殖，干擾消化道腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)行為，導(dǎo)致腫瘤耐藥。隨著Aurora激酶在消化道腫瘤細(xì)胞中作用機(jī)制的進(jìn)一步研究，Aurora激酶抑制劑的研發(fā)有了更完善的理論支持。目前，選擇性相對(duì)較高的Aurora激酶抑制劑具有靶向治療的作用，可有效降低臨床中出現(xiàn)的不良反應(yīng)，因此開(kāi)發(fā)高選擇性、低毒性的Aurora激酶抑制劑具有重要意義。目前發(fā)現(xiàn)的多種選擇性或非選擇性Aurora激酶抑制劑，如天然化合物Deguelin、APIO-EE-9、AZD1152、Ouabain、CCT137690、ENMD-2076等，盡管這些藥物作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究，但對(duì)于消化道腫瘤的治療帶來(lái)了希望，預(yù)示著以Aurora激酶為靶點(diǎn)的抗腫瘤藥物將在消化道腫瘤靶向和個(gè)性化治療中發(fā)揮重要作用。