Borealin在腫瘤中的作用及其分子機(jī)制研究進(jìn)展

王 琛，齊廣瑩

(1.桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院病理科，廣西 桂林 541000；2.桂林醫(yī)學(xué)院 廣西腫瘤免疫與微環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗室，廣西 桂林 541000)

細(xì)胞有絲分裂是一個高度復(fù)雜并且受到嚴(yán)格控制的過程,它對腫瘤細(xì)胞擴(kuò)增起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用,有絲分裂過程發(fā)生錯誤會導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定,從而引發(fā)腫瘤。Borealin作為染色體乘客復(fù)合體(Chromosomal passenger complex，CPC)的調(diào)控亞基之一，在有絲分裂過程中起著至關(guān)重要作用。目前在臨床中觀察到Borealin在多種腫瘤中呈高表達(dá)狀態(tài)，并與患者不良預(yù)后密切相關(guān)。在體外實(shí)驗研究中表明Borealin參與腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移和侵襲等生物學(xué)過程。這些現(xiàn)象使得Borealin逐漸成為抗癌藥物研發(fā)中一個極具價值的分子靶標(biāo)，并且其抑制劑的運(yùn)用有望成為腫瘤治療的有效途徑。因此，本文就目前Borealin與腫瘤關(guān)系及Borealin靶向藥物的研究進(jìn)展作以綜述。

1 Borealin概述

細(xì)胞分裂周期基因8(Cell division cycle-associated protein 8，CDCA8)編碼蛋白稱為Borealin/Dasra B。該蛋白是由Gassmann等[1]和Sampath等[2]在Hela細(xì)胞和非洲爪蟾卵細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)。人類CDCA8基因定位于1p34.2，含11個外顯子和10個內(nèi)顯子，cDNA總長2139 bp，編碼280個氨基酸組成的堿性蛋白(等電點(diǎn)9.9)。Borealin在細(xì)胞內(nèi)與催化成分(Aurora-B)、凋亡抑制蛋白(Survivin)和內(nèi)著絲粒蛋白(Inner centromere protein,INCENP)共同組成染色體乘客復(fù)合體(CPC)。Borealin和Survivin與INCENP的氨基端CEN-BOX按1∶1∶1比例結(jié)合，以三螺旋束形式形成CEN功能模塊(CEN module)[3-4]。CEN模塊控制著Aurora B的定位和活化,CPC 中任何成分的缺失都將會導(dǎo)致其他成分的錯誤定位和有絲分裂過程的破壞。Borealin在有絲分裂前期出現(xiàn)在染色體臂和內(nèi)著絲粒上，在中期集中在內(nèi)著絲粒，在后期開始遷移到紡錘體中間區(qū)，并在整個末期和胞質(zhì)分裂過程中一直位于中間體上。

2 Borealin的生物學(xué)作用

Borealin在有絲分裂中可以幫助CPC著絲粒定位,校正動粒結(jié)合位點(diǎn)并穩(wěn)定雙極紡錘體[1],所以Borealin與有絲分裂的正常進(jìn)行息息相關(guān)。但是，Borealin異常表達(dá)易導(dǎo)致不完全的有絲分裂，使得遺傳基因組不穩(wěn)定,高頻率產(chǎn)生非雙倍體DNA的細(xì)胞，從而引發(fā)腫瘤。

2.1 Borealin與CPC組成蛋白之間的相互作用 在體外，Borealin是Aurora B激酶的底物。Borealin的二聚結(jié)構(gòu)域與動點(diǎn)蛋白Sgo1相互作用驅(qū)動Aurora B介導(dǎo)的紡錘體組裝。Bonner等[5]發(fā)現(xiàn)Sgo1直接與CPC亞基Borealin的二聚化結(jié)構(gòu)域相互作用。Borealin和蛋白磷酸酶PP2A可以同時與Sgo1的卷曲結(jié)構(gòu)域結(jié)合，提示Sgo1可以整合Borealin和PP2A的活性來調(diào)節(jié)Aurora B底物的磷酸化。Borealin蛋白能夠促進(jìn)Survivn和INCENP的結(jié)合[6]。Trivedi等[7]發(fā)現(xiàn)，在低于內(nèi)著絲粒濃度的情況下，CPC的Borealin亞基在體外驅(qū)動CPC相分離，CPC在著絲粒內(nèi)側(cè)以分離狀態(tài)存在。Abad等[8]發(fā)現(xiàn)Survivin本身并不能與核小體結(jié)合，需要Borealin和INCENP才能結(jié)合。破壞Borealin與核小體的相互作用會將CPC排除在染色體之外，并導(dǎo)致染色體聚集缺陷。因此，Borealin是決定染色體結(jié)合和CPC功能的主要調(diào)節(jié)因子。

2.2 Borealin與其他蛋白之間的相互作用 Trivedi等[9]發(fā)現(xiàn)在分裂前中期，Borealin-微管以一種與張力無關(guān)的方式控制著CPC對動粒的磷酸化。Borealin-微管之間連接不當(dāng)會導(dǎo)致動粒磷酸化減少和紡錘體檢查點(diǎn)信號減弱。Liu等[10]發(fā)現(xiàn)，組蛋白H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶MLL5蛋白在功能上與Borealin相互作用，促進(jìn)CPC的表達(dá)，從而有助于有絲分裂的保真度和基因組的完整性。Liu等[11]證明了Borealin與異染色質(zhì)蛋白1(HP1)直接相互作用，這種相互作用是由進(jìn)化上保守的PXVXL基序介導(dǎo)的。Borealin-HP1的相互作用將CPC招募到著絲粒，并通過Aurora B底物CENP-A中Ser-7的磷酸化來調(diào)控Aurora B激酶的激活。Wumaier等[12]發(fā)現(xiàn)支架蛋白IQ結(jié)構(gòu)域三磷酸鳥苷合酶-激活蛋白1 (IQ motif containing GTPase-activating protein 1,IQGAP1)在胞質(zhì)分裂過程中與Borealin相互作用。單獨(dú)敲低Borealin、單獨(dú)敲低IQGAP1或同時敲低Borealin和IQGAP1均可抑制胞質(zhì)分裂的完成，形成多核細(xì)胞。結(jié)果表明，胞質(zhì)分裂過程中Borealin在中間體的正確定位由IQGAP1決定，IQGAP1可能在胞質(zhì)分裂調(diào)節(jié)Borealin功能中起重要作用。另外還有一些研究報道揭示了CDCA8在癌細(xì)胞中表達(dá)激活的分子機(jī)制。Dai等[13]通過突變分析和電泳運(yùn)動漂移分析，在CDCA8堿性啟動子中發(fā)現(xiàn)了兩個關(guān)鍵的激活元件，轉(zhuǎn)錄因子NF-Y和CREB1。過表達(dá)NF-Y增強(qiáng)CDCA8啟動子活性，敲低NF-Y下調(diào)CDCA8轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)一步證實(shí)了NF-Y是CDCA8轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控因子。Pike等[14]發(fā)現(xiàn)蛋白激酶C epsilon(PKCε)通過在S227磷酸化Aurora B的同時，增加了底物Borealin的磷酸化。這一過程對于CPC離開脫落檢查點(diǎn)，完成細(xì)胞分裂至關(guān)重要。Comisso等[15]發(fā)現(xiàn)干細(xì)胞分化關(guān)鍵蛋白OCT4、蛋白磷酸酶1型核抑制因子(NIPP1)和細(xì)胞周期蛋白CCNF可以同時驅(qū)動染色體乘客復(fù)合體組分Borealin、Survivin和Aurora B的表達(dá)，促進(jìn)中心體聚集，增加有絲分裂的穩(wěn)定性。OCT4或NIPP1或CCNF的缺失會導(dǎo)致嚴(yán)重的有絲分裂缺陷、多極紡錘體和多個中心體，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

3 Borealin與腫瘤

許多大數(shù)據(jù)分析和研究表明，有絲分裂的調(diào)控亞基 Borealin被一致認(rèn)為具有癌基因功能。在多種腫瘤細(xì)胞中存在過表達(dá)的現(xiàn)象，參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程，并與腫瘤的惡性程度和預(yù)后有關(guān)。

3.1 Borealin與肺癌 肺癌是全球最常見的癌癥(占總病例的11.6%)，也是癌癥死亡的主要原因(占癌癥死亡總數(shù)的18.4%)[16]。目前有多項證據(jù)支持，Borealin與肺癌高度相關(guān)，并且有望成為肺癌的潛在生物標(biāo)志物。Li等[17]發(fā)現(xiàn)Borealin在A549和PC-9細(xì)胞中高表達(dá)，可用于評估肺腺癌患者的預(yù)后，并可作為獨(dú)立的風(fēng)險因素預(yù)測肺腺癌患者的生存。Hayama等[18]通過對肺癌組織芯片免疫組織化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)Borealin和Aurora B的過度表達(dá)與肺癌患者的預(yù)后不良密切相關(guān)。并且Aurora B直接磷酸化CDCA8的絲氨酸(154)、絲氨酸(219)、絲氨酸(275)和蘇氨酸(278)，可以穩(wěn)定癌細(xì)胞中的Borealin蛋白。Zeng等[19]發(fā)現(xiàn)CDCA8是肺腺癌中與腫瘤免疫微環(huán)境及臨床結(jié)果相關(guān)的干性基因之一。因此，選擇性抑制Borealin可能是治療肺癌患者的一種有前途的治療策略。

3.2 Borealin與乳腺癌 乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤之一，也是女性癌癥死亡的第二大原因[20]。乳腺癌早期通常無明顯癥狀，容易被忽視，導(dǎo)致病死率高。Bu等[21]發(fā)現(xiàn)在E2刺激的乳腺癌細(xì)胞MCF7和T47D細(xì)胞中和腫瘤標(biāo)本中CDCA8均有較高的表達(dá)，并且Kaplan-Meier圖分析顯示，CDCA8的高表達(dá)與預(yù)后不良呈正相關(guān)。Jiao等[22]采用免疫組織化學(xué)方法檢測了112例乳腺癌組織，發(fā)現(xiàn)CDCA8在乳腺癌組織中經(jīng)常過度表達(dá)，并且CDCA8的高表達(dá)與轉(zhuǎn)錄因子FOXM1的表達(dá)呈正相關(guān)。此外，還發(fā)現(xiàn)CDCA8與FOXM1組合比單個標(biāo)記具有更高的危險比。提示FOXM1-CDCA8可能參與了乳腺癌的進(jìn)展，有望成為診斷、評估乳腺癌預(yù)后的指標(biāo)及乳腺癌新的治療靶點(diǎn)。

3.3 Borealin與肝癌 肝癌是嚴(yán)重威脅人類健康的主要?dú)⑹种唬?018年全球肝癌的死亡率為8.3%，是全球癌癥相關(guān)死亡的第二大原因[16,23]。中國已經(jīng)成為肝癌發(fā)病最為集中的國家之一，因此，尋找肝癌標(biāo)記物和藥物作用靶點(diǎn)迫在眉睫。Shuai等[24]發(fā)現(xiàn)CDCA8在肝癌組織中的表達(dá)高于癌旁組織，其表達(dá)水平與T分期、臨床分期、組織學(xué)分級高度相關(guān)。并且發(fā)現(xiàn)CDCA8可能與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期、ErbB,MAPK,mTOR,Notch,p53和TGF-β信號通路有不同程度的相關(guān)性。Li等[25]利用攜帶條件性Borealin等位基因的小鼠，發(fā)現(xiàn)在ΔN90-β-catenin和c-Met誘導(dǎo)的肝癌發(fā)生發(fā)展的過程中受到很大程度上的阻礙，表明Borealin可能在肝癌形成中起關(guān)鍵作用。Jeon等[26]發(fā)現(xiàn)CDCA8在肝細(xì)胞癌中高表達(dá)，并且CDCA8高表達(dá)的患者預(yù)后較差。敲低CDCA8可以激活腫瘤抑制因子ATF3和失活A(yù)KT/β-catenin信號來抑制肝癌的增殖和干性。因此，靶向CDCA8可能是原發(fā)性肝癌治療和預(yù)防轉(zhuǎn)移或復(fù)發(fā)的下一步分子策略。

3.4 Borealin與膀胱癌 膀胱癌是全球第九大常見的惡性腫瘤，每年約有50萬新發(fā)病例，20萬人死于該疾病[27]，在中國，膀胱癌是最常見的泌尿系統(tǒng)腫瘤之一。Gao等[28]發(fā)現(xiàn)， CDCA8在膀胱癌中高表達(dá)，參與了膀胱癌細(xì)胞生長周期的調(diào)控。抑制CDCA8表達(dá)可抑制T24和5637細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，誘導(dǎo)膀胱癌細(xì)胞凋亡?；谏镄畔W(xué)的機(jī)制分析表明，CDCA8的高表達(dá)可能影響細(xì)胞周期和p53信號通路。Pan等[29]在TCGA數(shù)據(jù)庫中，基于mRNA表達(dá)干性指數(shù)(MRNAsi)進(jìn)行評估和校正，發(fā)現(xiàn)CDCA8在膀胱癌干細(xì)胞的維持中起重要作用。

3.5 Borealin與胰腺癌 胰腺癌是一種高度致命的疾病，發(fā)病隱匿，預(yù)后極差，存活率較低。Li等[30]發(fā)現(xiàn)驅(qū)動蛋白KIF18B與CDCA8的啟動子區(qū)域結(jié)合，從而激活其轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)胰腺導(dǎo)管腺癌的增殖。Gao等[31]利用TCGA和免疫組織化學(xué)方法分析，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動蛋白KIF23與CDCA8表達(dá)呈正相關(guān)，KIF23可能通過影響CDCA8的表達(dá)促進(jìn)胰腺癌的增殖。

3.6 Borealin與其他腫瘤 Li等[32]發(fā)現(xiàn)CDCA8對骨肉瘤細(xì)胞體外增殖有明顯的促進(jìn)作用。Ci等[33]研究發(fā)現(xiàn)，CDCA8在皮膚黑色素瘤組織和細(xì)胞系中的表達(dá)高于正常組織和細(xì)胞。在體外實(shí)驗中，敲除CDCA8基因抑制了A375和MV3細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，降低了ROCK途徑的兩個下游效應(yīng)蛋白ROCK1和肌球蛋白輕鏈的磷酸化水平。Wang等[34]通過對81對原發(fā)性結(jié)直腸癌和癌旁組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)分析后，發(fā)現(xiàn)Borealin在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá)。使用siRNA抑制Borealin的表達(dá)可顯著抑制HCT-116細(xì)胞的生長并誘導(dǎo)其凋亡。Wang等[35]發(fā)現(xiàn)CDCA8與轉(zhuǎn)錄因子E2F1協(xié)同作用促進(jìn)了膠質(zhì)瘤的增殖和遷移。另外還有研究表明，CDCA8是前列腺癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的良好生物標(biāo)志物[36]。

4 Borealin在腫瘤治療中的作用

4.1 Borealin抑制劑有望成為腫瘤治療的新方案 腫瘤的治療一直以來都局限于手術(shù)或化療。近年來，隨著功能基因組學(xué)的不斷發(fā)展，對評估基因功能及發(fā)現(xiàn)藥物靶標(biāo)提供了新的思路。針對CPC為靶點(diǎn)設(shè)計、合成小分子抑制劑作為抗腫瘤藥物已經(jīng)得到廣泛關(guān)注。Aurora-B抑制劑現(xiàn)有一些已進(jìn)入臨床試驗,且表現(xiàn)出良好的抗腫瘤活性，但部分受試者出現(xiàn)白細(xì)胞數(shù)目短暫性減少,引起惡心和口腔炎癥[37]及疲勞、腹瀉、發(fā)聲及呼吸困難、高血壓、便秘及腹痛等一系列副作用。因此，為了減小副作用，調(diào)控亞基Borealin成為了極具價值的藥物分子靶標(biāo)。阻斷Survivin和Borealin之間的相互作用是一種很有前途的策略。Yue等[38]開發(fā)了一種基于雙分子熒光互補(bǔ)(BIFC)技術(shù)的培養(yǎng)細(xì)胞高通量篩選方法，該方法可以識別特異性阻斷Survivin和Borealin相互作用的小分子化學(xué)抑制劑。依托泊苷被確定為有效的藥物之一。在未來，更大規(guī)模的篩查可能會發(fā)現(xiàn)更多、更好的Borealin抑制劑，為腫瘤治療提供新方案。

4.2 Borealin抑制劑有助于緩解化療藥的耐藥性 有研究表明Borealin還參與了化療藥的耐藥過程，因此Borealin抑制劑與化療藥聯(lián)合運(yùn)用可能有助于改善耐藥，緩解病情。Yu等[39]發(fā)現(xiàn)CDCA8在三苯氧胺耐藥的乳腺癌細(xì)胞中顯著升高。下調(diào)CDCA8表達(dá)可顯著抑制耐他莫昔芬乳腺癌細(xì)胞的增殖，降低其對他莫昔芬的耐藥性。過表達(dá)CDCA8促進(jìn)了對他莫昔芬敏感乳腺癌細(xì)胞的生長，并誘導(dǎo)其對他莫昔芬產(chǎn)生耐藥性。Qi等[40]發(fā)現(xiàn)在卵巢癌中過表達(dá)CDCA8，促進(jìn)了卵巢癌細(xì)胞的體外和體內(nèi)增殖。CDCA8通過誘導(dǎo)G2/M期阻滯、加速細(xì)胞凋亡、增加DNA損傷和干擾DNA雙鏈斷裂修復(fù)蛋白RAD51對奧拉帕利布和順鉑的作用，而使卵巢癌細(xì)胞對奧拉帕利和順鉑的敏感性降低。

5 結(jié) 語

目前，雖然有許多文獻(xiàn)表明Borealin在多種腫瘤中均有表達(dá)，但是Borealin推動腫瘤的進(jìn)展及Borealin在腫瘤微環(huán)境中作用等方面我們還沒有清楚認(rèn)識，還有待于后續(xù)研究。同時，關(guān)于Borealin抑制劑的篩選及開發(fā)的研究還不是很完善，希望在后續(xù)的研究中能夠發(fā)現(xiàn)更多的Borealin抑制劑，并用于動物實(shí)驗及臨床實(shí)驗，從而找到Borealin抑制劑臨床應(yīng)用的有效劑量。相信在不久的未來，靶向Borealin藥物的開發(fā)能為腫瘤治療提供新策略，能為腫瘤化療耐藥的患者帶來曙光。