極光激酶B在骨肉瘤侵襲與轉(zhuǎn)移中的作用研究進(jìn)展

孫伯林,吳嘉寶,鐘南山,劉志禮,劉家明

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科; 南昌大學(xué)脊柱脊髓研究所,南昌 330006)

極光激酶(Aurora)家族是一組絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,分為A、B、C三型。其中極光激酶B(Aurora-B)在有絲分裂中發(fā)揮重要作用,參與中心體調(diào)節(jié)、紡錘體形成和染色體分離,以確保細(xì)胞周期正常完成。近年來(lái),越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)Aurora-B參與多種腫瘤的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移過(guò)程[1-2],且與腫瘤的不良預(yù)后密切相關(guān)。在骨肉瘤中,Aurora-B同樣參與骨肉瘤侵襲、轉(zhuǎn)移過(guò)程[3]。本文就Aurora-B的生物學(xué)特性及其在骨肉瘤侵襲、轉(zhuǎn)移中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 Aurora-B的結(jié)構(gòu)及表達(dá)特點(diǎn)

Aurora-B激酶又名Aurora-1、AIK2、AIM-1、ARK2、AIR-2、AIRK-2、STK12和IAL-1,其調(diào)控基因定位于人類17號(hào)染色體短臂13.1區(qū)域(17p13.1)。Aurora激酶的功能由其定位和時(shí)空表達(dá)以及其N端區(qū)域的序列差異來(lái)定義。Aurora-B與Aurora激酶基因家族的其他成員相似,由3個(gè)結(jié)構(gòu)域組成:N端結(jié)構(gòu)域、激酶結(jié)構(gòu)域、C端結(jié)構(gòu)域。激酶結(jié)構(gòu)域或催化結(jié)構(gòu)域在極光家族的所有3個(gè)成員之間高度保守,而N末端結(jié)構(gòu)域顯示出不同程度的序列差異,為蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用提供選擇性[4]。Aurora-B與著絲粒中心蛋白(INCENP)、存活素(Survivin)等蛋白分子共同組成染色體乘客蛋白復(fù)合物(CPC),在有絲分裂過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。

2 Aurora-B的生物學(xué)功能

Aurora-B可磷酸化組蛋白H3,從而對(duì)細(xì)胞分裂期的染色體分離起到至關(guān)重要的作用。除了在胞質(zhì)分裂中具有已知的功能作用外,Aurora-B本身已被證明存在于具有著絲粒蛋白(INCENP)和存活蛋白的復(fù)合物中[5]。Aurora-B除了磷酸化組蛋白H3和CENP-A外,還可以通過(guò)控制波形蛋白-Ser-72的卵裂溝特異性磷酸化,從而影響到波形蛋白絲的分離。波形蛋白上Aurora-B磷酸化位點(diǎn)的突變,會(huì)導(dǎo)致有絲分裂后細(xì)胞中波形蛋白絲的分離受損[6]。Aurora-B還參與調(diào)節(jié)紡錘體組裝檢測(cè)點(diǎn)(SAC)功能,糾正紡錘體和動(dòng)粒之間的錯(cuò)誤附著,維持正確的染色體排列和染色體分離。SAC的功能隨著Aurora-B的活性變化而變化,若Aurora-B的活性被抑制,則SAC的功能也會(huì)被抑制,那么細(xì)胞的有絲分裂周期則會(huì)受到影響而提前結(jié)束,將導(dǎo)致染色體的多倍化[7]。Aurora-B的降解則是通過(guò)一種蛋白酶體與HC8的結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。

3 Aurora-B在腫瘤中的作用

基于Aurora-B的功能特點(diǎn),Aurora-B在多種惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。如:在胃癌中,胃癌細(xì)胞在CREPT/RPRD1B和Aurora-B的促進(jìn)下顯示出加速的G2/M轉(zhuǎn)變[8];在肺癌中,Aurora-B可通過(guò)介導(dǎo)Ser87的磷酸化來(lái)影響B(tài)IM,從而通過(guò)FOXO1/3來(lái)控制PUMA,進(jìn)而對(duì)肺癌產(chǎn)生影響,此外,Aurora-B的抑制劑會(huì)增強(qiáng)肺癌化療和放療的療效[9];在乳腺癌中,Aurora-B升高會(huì)導(dǎo)致化療耐藥并預(yù)示預(yù)后不良,另有研究表明,Aurora-B通過(guò)OCT4/AKT/GSK3β/Snail1信號(hào)傳導(dǎo),誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移[10];在前列腺癌中,Aurora-B的激活可促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞中HIF1α的CHIP依賴性降解,促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[11-12];在膀胱癌中,Aurora-B可被K561-二甲基HSP70激活,從而促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞增殖[13];在肝癌中,Aurora-B是肝細(xì)胞癌(HCC)中butein的直接靶標(biāo)[14];在喉癌中,Survivin和Aurora-B及其相互作用可能在喉癌的轉(zhuǎn)移和預(yù)后中發(fā)揮重要作用[15];此外,Aurora-B還在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、口腔鱗狀細(xì)胞癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等腫瘤發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用[16-18]。

4 Aurora-B在骨肉瘤侵襲與轉(zhuǎn)移中的作用

骨肉瘤是兒童和青少年最常見(jiàn)的原發(fā)性惡性骨腫瘤,侵襲性強(qiáng)、預(yù)后差,多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已合并遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。ZHU等[19]通過(guò)抑制Aurora-B的表達(dá),發(fā)現(xiàn)骨肉瘤U2-OS細(xì)胞遷移和侵襲能力受到明顯抑制。截至目前,Aurora-B主要通過(guò)以下幾條途徑影響骨肉瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。

4.1 Aurora-B促進(jìn)NPM1磷酸化調(diào)控骨肉瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移

NPM1是一種普遍表達(dá)的核質(zhì)穿梭蛋白,在核糖體組裝、染色質(zhì)重塑、DNA修復(fù)、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮積極作用。ERK1/2是高度保守的、通用的細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶,參與一系列病理過(guò)程。ERK1/2的磷酸化可誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞中的NF-κB活化,而NF-κB的激活則啟動(dòng)MMP-2和MMP-9的轉(zhuǎn)錄,通過(guò)細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的降解增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的侵襲性。

近期研究發(fā)現(xiàn),Aurora-B通過(guò)磷酸化NPM1 Ser125,進(jìn)一步激活ERK/NF-κB信號(hào)通路,促進(jìn)骨肉瘤侵襲轉(zhuǎn)移[20]。SONG等[20]將慢病毒載體注射到裸鼠骨肉瘤組織中,結(jié)果顯示,與對(duì)照組相比,瘤內(nèi)注射LV/Aurora-B的裸鼠腫瘤體積和肺結(jié)節(jié)數(shù)量增加。此外,與對(duì)照組相比,轉(zhuǎn)染LV/Aurora-B的裸鼠中Aurora-B和pNPM1 Ser125的表達(dá)水平明顯高于對(duì)照組。這些結(jié)果表明,Aurora-B通過(guò)介導(dǎo)NPM1的磷酸化促進(jìn)骨肉瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。

4.2 Aurora-B通過(guò)激活mTOR/ULK1通路活性促進(jìn)骨肉瘤侵襲、轉(zhuǎn)移

雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。它從氨基酸、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)因子和環(huán)境信號(hào)中獲取輸入,是一種整合生長(zhǎng)因子和營(yíng)養(yǎng)信號(hào)的中樞細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑,可調(diào)節(jié)各種細(xì)胞過(guò)程[21]。其中,mTOR影響哺乳動(dòng)物自噬起始激酶ULK1(酵母ATG1的同源物)是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的途徑,并且已證明該途徑的失活可提高細(xì)胞自噬水平[22]。AMPK是壓力和能量代謝的關(guān)鍵傳感器,可負(fù)向調(diào)控mTOR、激活自噬起始因子ULK1并促進(jìn)細(xì)胞自噬通量[23]。

WU等[24]發(fā)現(xiàn),沉默Aurora-B的表達(dá),可抑制mTOR/ULK1信號(hào)通路活性而抑制骨肉瘤轉(zhuǎn)移;而氯喹和mTOR激活劑可以逆轉(zhuǎn)沉默Aurora-B對(duì)骨肉瘤細(xì)胞遷移和侵襲的抑制作用。這些結(jié)果表明,Aurora-B通過(guò)激活mTOR/ULK1信號(hào)通路活性而促進(jìn)骨肉瘤侵襲、轉(zhuǎn)移。

4.3 Aurora-B受microRNA的調(diào)控參與骨肉瘤侵襲轉(zhuǎn)移

microRNA(miRNA)是一類小的非編碼RNA分子,長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸。成熟的miRNA通過(guò)與靶mRNA轉(zhuǎn)錄物的3′非翻譯區(qū)(3′UTR)中的互補(bǔ)序列結(jié)合,參與基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn),多種miRNA參與骨肉瘤的侵襲與轉(zhuǎn)移過(guò)程[25-26]。

YU等[27-28]分別過(guò)表達(dá)miRNA let-7a和let-7g,發(fā)現(xiàn)Aurora-B的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平明顯下降,而骨肉瘤細(xì)胞遷徙、侵襲能力降低;而抑制let-7a和let-7g的表達(dá)后,Aurora-B的表達(dá)水平明顯升高,而骨肉瘤細(xì)胞遷徙、侵襲能力增強(qiáng),提示Aurora-B受miRNA let-7a和let-7g的調(diào)控,參與骨肉瘤細(xì)胞侵襲、轉(zhuǎn)移。

4.4 Aurora-B調(diào)控PI3K/Akt/NF-κB通路介導(dǎo)骨肉瘤的侵襲和遷移

PI3K/Akt/NF-κB信號(hào)通路在腫瘤細(xì)胞存活、血管生成、分化、生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。ZHU等[29]用免疫組化方法,檢測(cè)出Aurora-B與p-Akt的表達(dá)呈正相關(guān),并且用LV-Aurora-B感染骨肉瘤U2-OS細(xì)胞和HOS細(xì)胞,結(jié)果顯示感染LV-Aurora-B的骨肉瘤細(xì)胞中PI3K、p-PI3K(Tyr199)和p-Akt(Ser473)、NF-κB(p65)蛋白的表達(dá)水平明顯下降,且細(xì)胞遷移能力降低。此外,LV-AURKB感染的侵襲細(xì)胞數(shù)顯著低于對(duì)照組。提示抑制Aurora-B的表達(dá)可下調(diào)PI3K/Akt/NF-κB信號(hào)通路活性,進(jìn)而抑制骨肉瘤細(xì)胞侵襲、遷移能力。

4.5 Aurora-B抑制劑與骨肉瘤的治療

目前,針對(duì)Aurora激酶家族抑制劑的開(kāi)發(fā)與研究越來(lái)越受到人們的重視?，F(xiàn)今已報(bào)道[30]了多種結(jié)構(gòu)類型的化合物對(duì)Aurora激酶有較好的抑制作用。Hesperadin是第一個(gè)被證實(shí)的Aurora-B抑制劑。Hesperadin能減弱H3組蛋白的磷酸化,并通過(guò)誘導(dǎo)異常微管及微絲的相互作用,阻斷微管裝配,進(jìn)而阻滯異常有絲分裂中的細(xì)胞周期進(jìn)程。Tan IIA可在ATP結(jié)合位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合來(lái)抑制Aurora-B,是Aurora-B的ATP競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。AZD1152是現(xiàn)今最具研究?jī)r(jià)值的Aurora-B特異性抑制劑,它能在人類血漿中快速轉(zhuǎn)化成有活性的AZD1152-HQPA。

多種腫瘤對(duì)Aurora激酶的抑制劑產(chǎn)生治療反應(yīng)[9]。通過(guò)AZD1152-HQPA抑制Aurora-B,可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移性黑色素瘤細(xì)胞凋亡和壞死。然而,這些抑制劑無(wú)法區(qū)別獲得極光激酶生理功能的正常細(xì)胞,從而對(duì)正常組織產(chǎn)生高毒性,這表明靶向極光激酶的治療策略可能是一把雙刃劍[1]。

5 結(jié)語(yǔ)

Aurora-B在多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用,并在骨肉瘤組織中高表達(dá),在骨肉瘤細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用[20,24,31]。目前,多種Aurora-B激酶抑制劑已被研發(fā)問(wèn)世。盡管上述一系列研究對(duì)骨肉瘤的療效有待商榷,但它們給骨肉瘤的治療帶來(lái)了希望。以Aurora-B激酶為靶點(diǎn)的抗骨肉瘤藥物的研發(fā),未來(lái)將在骨肉瘤靶向和個(gè)性化治療中發(fā)揮重要作用。