極光激酶B的功能及在腫瘤發(fā)病機制中的相關(guān)性研究進展

張峰華，張順美，朱奕帆，甘滔

（1.贛南醫(yī)學(xué)院康復(fù)學(xué)院；2.贛南醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，江西 贛州 341000）

極光激酶B（Aurora kinase B，AURKB）是一種高度保守且不易變異的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，與極光激酶A（Aurora kinase A，AURKA）和極光激酶C（Aurora kinase C，AURKC）同屬于極光激酶家族，主要在有絲分裂中起作用［1］。近年來，AURKB已被證實在多種腫瘤中高表達，可推進癌癥的發(fā)生發(fā)展，是一個很有前景的癌癥治療靶點。以往針對極光激酶家族在癌癥中作用的研究大多集中于AURKA，AURKB在癌癥中的作用機制尚不完全清楚。近年來AURKB在癌癥靶向治療領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，出現(xiàn)了越來越多的AURKB特異性小分子抑制劑甚至進入臨床試驗階段。本文對AURKB的生物學(xué)特性、功能和定位及其在腫瘤中的相關(guān)分子機制研究進展進行綜述，以期為AURKB作為靶點應(yīng)用于癌癥臨床治療提供理論指導(dǎo)。

1 AURKB的結(jié)構(gòu)

AURKB是由位于染色體17p13.1上的Aurora B基因編碼的蛋白，該基因也被稱為AIK2、AIM1、ARK2、AIRK2、IPL1、STK1、STK5和STK12。作為參與有絲分裂的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，AURKB與AURKA和AURKC同屬極光蛋白家族，于1995年在果蠅中首次被發(fā)現(xiàn)。與極光激酶基因家族的其他成員類似，AURKB由3個結(jié)構(gòu)域組成：N端結(jié)構(gòu)域、激酶結(jié)構(gòu)域以及C端結(jié)構(gòu)域。極光家族3個成員之間的激酶結(jié)構(gòu)域或催化結(jié)構(gòu)域高度保守，而N端結(jié)構(gòu)域呈現(xiàn)不同程度的序列差異，這賦予了它們不同的生物學(xué)特性、細(xì)胞定位和功能［2］。AURKB的激酶結(jié)構(gòu)域由N端β-鏈葉和C端α-螺旋葉組成，這兩個葉由一個鉸鏈區(qū)連接在一起，共同形成活性激酶構(gòu)象［3］。AURKB激酶結(jié)構(gòu)域的C末端含有催化T-環(huán)，在Thr232處的自動磷酸化導(dǎo)致AURKB激活。AURKB含有3種類型的降解元件：位于N末端結(jié)構(gòu)域的Ken基序、DAD/A盒和位于C末端結(jié)構(gòu)域的D-box，它們被認(rèn)為介導(dǎo)了AURKB蛋白的降解［3］。

2 AURKB功能和定位

在極光激酶家族中，AURKA和AURKB主要存在于有絲分裂活躍的細(xì)胞中，并在高度增殖的組織中上調(diào)，而AURKC的存在僅限于減數(shù)分裂期間的生殖細(xì)胞。每個極光激酶家族成員的有絲分裂作用主要依賴于它們的表達水平、表達時間和細(xì)胞定位，而不是它們的激酶活性［4］。

2.1 AURKB在有絲分裂中的功能和定位 AURKB是染色體乘客復(fù)合物（Chromosomal passenger complex， CPC）的重要成員，CPC還包括內(nèi)著絲粒蛋白（Inner centromere protein，INCENP）、Survivn和Borealin。AURKB在與CPC的成員（如INCENP）相互作用后，通過激活環(huán)的自磷酸化（Thr232），AURKB在羧基端Thr-Ser-Ser基序磷酸化INCENP使其激活。激活后的INCENP可進一步活化AURKB激酶全部活性，從而構(gòu)成AURKB激活的正向反饋環(huán)路［5］?；罨蟮腁URKB主要在染色體分離和胞質(zhì)分裂中發(fā)揮重要作用。

AURKB的活性在G2晚期開始增加，在有絲分裂中期至結(jié)束時達到最大值［6］。AURKB在有絲分裂過程中的定位受其C末端結(jié)構(gòu)域的調(diào)節(jié)，AURKB在分裂前中期定位于染色體的著絲粒，促進染色體在中期的正確對齊，在中后期轉(zhuǎn)移到中區(qū)，在末期轉(zhuǎn)移到中間體，對完成細(xì)胞質(zhì)分裂至關(guān)重要［7］（表1）。

表1 AURKB在細(xì)胞周期中的定位和功能

2.1.1 AURKB在有絲分裂前期的定位和功能在有絲分裂開始時，AURKB使組蛋白H3的Ser10殘基磷酸化，而磷酸化后的組蛋白H3有利于染色體的凝聚［8］。隨后，AURKB隨CPC被靶向至著絲粒，這一過程由含有Cullin3的泛素連接酶觸發(fā)，并受周期蛋白依賴性激酶1（Cyclin-dependent kinase 1，Cyclin B1-CDK1）復(fù)合體的負(fù)調(diào)控［9］。此外Haspin介導(dǎo)的組蛋白H3的Thr3磷酸化和苯并咪唑出芽抑制解除同源物蛋白1（Budding uninhibited by benz?imidazoles 1，Bub1）介導(dǎo)的組蛋白H2A的Thr120磷酸化，也可促進CPC在著絲粒處的定位［10-12］。在此階段，AURKB可介導(dǎo)染色體和微管之間的連接，從而調(diào)控染色體分離［11］。

2.1.2 AURKB在有絲分裂中期至后期的定位和功能 在中期AURKB定位于著絲粒，而在后期，AURKB定位于中間體。AURKB參與調(diào)節(jié)紡錘體組裝檢查點（Spindle assembly checkpoint，SAC），糾正紡錘體和動粒之間錯誤的附著［13］，維持正確的染色體配對和準(zhǔn)確的染色體分離［14-15］。SAC一旦失活，后期促進復(fù)合物/細(xì)胞周期體（Anaphase-promoting complex/cyclosome，APC/C）則被激活，使細(xì)胞周期進入分裂后期［16］。當(dāng)SAC有活性時，AURKB會磷酸化APC/C的輔助因子細(xì)胞周期分裂蛋白20（Cell divi?sion cycle 20，CDC20）并使其失去活性，以防止APC/C的激活。只有在所有染色體與動粒正確而穩(wěn)定地附著之后，SAC才會被沉默，以便細(xì)胞進入分裂后期并完成有絲分裂［17］。在這一時期，AURKB還可控制著絲粒和端粒異染色質(zhì)的分離。在裂殖酵母中，端粒上的AURKB可通過異染色質(zhì)蛋白1（Heterochro?matin protein 1，HP-1）和Rad21（內(nèi)聚蛋白復(fù)合體的最關(guān)鍵成分）的解離使端粒分散，并且還可通過磷酸化冷凝蛋白復(fù)合體亞基2（Condensin complex sub?unit 2，Cnd2）增強染色體的凝結(jié)和完全端粒分離。在后期，AURKB負(fù)責(zé)將一種保護動粒附近黏連蛋白的蛋白體（Shugoshin 1，SGO1）引入到著絲粒上以去除黏連蛋白，并觸發(fā)姐妹染色單體分離［18］。此外，定位于中區(qū)的AURKB還起著延遲染色體去凝集和核膜重塑的作用，可幫助滯后的染色體進入主核，從而防止微核形成［19］。

2.1.3 AURKB在有絲分裂末期的定位和功能 在末期，AURKB保持定位于中間體，在Ser387位點磷酸化MgcRacGAP1（MKLP1與Rho家族GTPase激活蛋白CYK-4）后激活RhoA GTP酶［20］，從而誘導(dǎo)肌動蛋白聚合和肌球蛋白激活，這兩者都是在胞質(zhì)分裂過程中形成收縮環(huán)所必需的。此外，AURKB還使額外的底物（即Vimentin、Desmin和GFAP）磷酸化，以形成分裂溝。因此，AURKB在維持末期基因組的完整性和胞質(zhì)分裂過程中細(xì)胞質(zhì)成分的分離中起關(guān)鍵作用。

2.2 AURKB在非有絲分裂期間的定位和功能

由于N末端結(jié)構(gòu)域的核定位序列（Nuclear local?ization sequence，NLS），AURKB可被定位于間期細(xì)胞的細(xì)胞核中。關(guān)于AURKB在間期是如何被調(diào)節(jié)的知之甚少，但非常明確的是極光激酶家族蛋白的功能絕不局限于有絲分裂調(diào)控［9］。雖然大部分AURKB在有絲分裂完成時被APC/C破壞［21］，但相當(dāng)一部分AURKB被留存至間期或被重新合成。關(guān)于AURKB非有絲分裂功能的研究主要集中于胚胎干細(xì)胞（Embryonic stem cell，ESCs）的干性維持調(diào)控。在胚胎干細(xì)胞（Embryonic stem cells，ESCs）中，AURKB首先通過磷酸化組蛋白H3，重塑端粒上的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)維持干細(xì)胞中的端粒長度。AURKB還可在Ser404位點磷酸化端粒重復(fù)序列結(jié)合因子1（Telomeric repeat binding factor 1，TERF1），使其無法結(jié)合在端粒DNA上。TERF1的缺失直接影響多端粒信號（Multiple telomeric signal，MTS）的形成，使端粒結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，進而促進ECS的干性維持。此外，在胚胎發(fā)育過程中，AURKB還可能通過調(diào)控八聚體結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子4（Octamer-binding transcription factor，OCT4）、Nanog、Kruppel樣因子4（Kruppel-like factor 4，KLF4）等多能性轉(zhuǎn)錄因子活性影響細(xì)胞功能［22］。這些研究表明，AURKB除了在有絲分裂中的典型功能外，還參與了其他細(xì)胞生理過程。

3 AURKB在癌癥中的相關(guān)機制研究

AURKB生理功能的紊亂往往與癌癥相關(guān)聯(lián)，在肺癌、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤等多種癌癥細(xì)胞中都觀察到AURKB的過度表達或拷貝數(shù)擴增［23-24］，且其表達水平與癌癥患者生存期呈負(fù)相關(guān)［25］。在成為癌癥預(yù)后指標(biāo)的同時，AURKB也被認(rèn)為是潛在的癌癥治療靶標(biāo)［26］。研究發(fā)現(xiàn)，AURKB可參與調(diào)控癌細(xì)胞的增殖、遷移和耐藥性能，干預(yù)AURKB功能可有效改善多種癌癥的病程進展［27］。早期對于AURKB調(diào)控癌癥發(fā)生發(fā)展的研究多停留在表型層面，缺乏對分子機制的深入研究。本文對近年來所報道的在癌細(xì)胞中AURKB作用的分子及通路進行了回顧，發(fā)現(xiàn)AURKB在癌癥發(fā)病過程中參與調(diào)控的分子機制主要可分為以下幾類。

3.1 AURKB與MYC的相互作用 作為最常見的癌基因，MYC癌基因（c-MYC，MYCN，MYCL）過度表達于大約70%的腫瘤中，其高水平表達一般源于染色體水平的擴增或易位以及限制MYC表達的通路突變。在高表達c-MYC的B細(xì)胞淋巴瘤中，c-MYC間接促進AURKB表達，而在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，MYCN已被證明是AURKB的直接轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子［28］。BORAH N A等［29］發(fā)現(xiàn)，在人視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤的AURKB啟動子上富集了一個MYCN結(jié)合基序，進一步支撐了MYCN對AURKB的直接調(diào)控。另一方面，在急性淋巴細(xì)胞白血病中發(fā)現(xiàn)AURKB可在Ser67位點磷酸化MYC使其更加穩(wěn)定，而c-MYC又可激活A(yù)URKB轉(zhuǎn)錄，構(gòu)成一個正反饋循環(huán)，促進了T細(xì)胞白血病發(fā)生［30］。這種正反饋調(diào)控是否也存在于其他癌癥中，尚未可知。

3.2 AURKB與P53、FBW7的相互作用P53是一種經(jīng)典的腫瘤抑制基因，也是細(xì)胞周期的重要調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)各種重要的生物過程，包括細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期停滯和衰老，在乳腺癌、卵巢癌等多種人類腫瘤中都發(fā)現(xiàn)了P53的突變或缺失。已有研究表明，有絲分裂間期AURKB可在Ser183、Thr211和Ser215磷酸化P53，并通過MDM2癌基因（Murine double minute2，MDM2）介導(dǎo)的泛素化促進P53降解，影響P53的轉(zhuǎn)錄后水平。此外，AURKB也可通過與新型組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶抑制因子結(jié)合，在P53 DNA結(jié)合域的Ser269或Thr284位點磷酸化P53，并顯著降低P53的轉(zhuǎn)錄活性，從而損害其下游靶點P21和BCL2-associated X的蛋白質(zhì)（BCL2 associated X protein，Bax）表達并抑制細(xì)胞周期進程［31］。

F-box和WD重復(fù)結(jié)構(gòu)域-7（F-box and WD re?peat domain-containing 7，F(xiàn)BW7）也稱為FBXW7、CDC4、AGO和SEL10，是一種腫瘤抑制因子，其突變在乳腺癌、膀胱癌和宮頸癌等癌癥中多有報道［32］。在前列腺癌細(xì)胞中P53突變或水平降低導(dǎo)致微小核糖核酸-25（MicroRNA-25，miR-25）表達增加，進而使FBXW7水平降低。而在人類肺癌細(xì)胞中，P53基因的缺失也會導(dǎo)致FBW7的表達水平下調(diào)［33］。作為AURKB的負(fù)調(diào)控因子，F(xiàn)BXW7可通過泛素化調(diào)節(jié)AURKB的轉(zhuǎn)錄后水平，由此可見，AURKB、P53、FBXW7之間可能存在一個反饋環(huán)路，其中任意一個基因的突變都會促進腫瘤的進展。

3.3 AURKB與細(xì)胞周期蛋白的相互作用 細(xì)胞周期蛋白家族是一種參與真核生物細(xì)胞周期調(diào)節(jié)的高度保守的蛋白家族。在生理情況下，此家族的多個成員都是AURKB所作用的下游靶點，而在癌癥發(fā)生發(fā)展中，AURKB的功能紊亂同樣可通過其靶向的細(xì)胞周期蛋白促進癌癥細(xì)胞的惡性增殖。

細(xì)胞周期蛋白D1（Cyclin D1，CCND1）又稱BCL1/PRAD1，是由人類CCND1基因所編碼的蛋白質(zhì)。CCND1與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4/6（Cyclin-dependent kinases，CDK4/6）形成活性復(fù)合物，磷酸化成視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白（Retinoblastoma protein，pRb），驅(qū)動G1期到S期的進展。NIE M等［26］發(fā)現(xiàn)，AURKB和CCND1在胃癌組織中表達上調(diào)，且與胃癌患者預(yù)后不良高度相關(guān)。后續(xù)的體內(nèi)外實驗證明，AURKB能通過介導(dǎo)CCND1基因啟動子中的H3Ser10位點磷酸化激活CCND1表達，加速G1/S期進展，促進胃癌細(xì)胞增殖。

細(xì)胞周期蛋白B1（Cyclin B1，CCNB1）是由CCNB1基因所編碼的蛋白質(zhì)，是調(diào)節(jié)細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞周期進程的重要因子，主要參與G2/M期的轉(zhuǎn)換。DING L D等［34］發(fā)現(xiàn)，AURKB可在Ser145位點磷酸化腫瘤細(xì)胞周期相關(guān)和表達上調(diào)蛋白（Cellcycle-related and expression elevated protein in tumor，CREPT），使其在轉(zhuǎn)錄過程中直接靶向CCNB1的啟動子區(qū)域促進CCNB1表達，加速G2/M期進程，促進胃癌細(xì)胞增殖從而推動胃癌發(fā)展。此外，在淋巴瘤細(xì)胞中敲低AURKB會引起CCND1、CCNB1蛋白水平下降，并顯著抑制淋巴瘤細(xì)胞增殖［35］，進一步佐證了AURKB對細(xì)胞周期因子的調(diào)控是其促進癌癥發(fā)病的重要途徑。

3.4 AURKB調(diào)控多條信號通路影響癌癥發(fā)生發(fā)展

3.4.1 PI3K/AKT通路 PI3K/AKT是一條促進細(xì)胞代謝、增殖、存活的信號通路，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。在肝癌細(xì)胞、骨肉瘤細(xì)胞和肺癌細(xì)胞中敲低AURKB可有效抑制PI3K/AKT/NF-κB信號通路，下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶2（Matrix metallopeptidase 2，MMP2）和基質(zhì)金屬蛋白酶9（Matrix metallopeptidase 9，MMP9）蛋白水平，抑制癌細(xì)胞侵襲和遷移［36-37］。有研究報道，上調(diào)AURKB可誘導(dǎo)蛋白酪氨酸激酶2（Protein tyrosine kinase 2，PTK2）、AKT、磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）和核因子-κB（Nuclear factor-KappaB，NF-κB）蛋白表達增加，從而通過激活PTK2/PI3K/AKT/NF-κB通路促進骨肉瘤細(xì)胞的惡性表型轉(zhuǎn)化［38］。在淋巴瘤細(xì)胞中敲低AURKB可降低AKT蛋白水平，抑制淋巴瘤細(xì)胞增殖［39］。TANAKA K等［40］發(fā)現(xiàn)，抑制AURKB可減少AKT和Forkhead家族蛋白O1/O3（Forkhead box proteins O1 and O3，F(xiàn)OXO1/3）的磷酸化并誘導(dǎo)P53上調(diào)凋亡調(diào)控因子（P53 upregulated modulator of apoptosis，PUMA）轉(zhuǎn)錄，促進肺癌細(xì)胞凋亡，同時也發(fā)現(xiàn)，AURKB可在Ser87位點磷酸化細(xì)胞死亡調(diào)節(jié)因子（Bcl-2 interacting mediator of cell death，BIM），導(dǎo)致其降解，抑制AURKB可穩(wěn)定BIM，促進肺癌細(xì)胞凋亡，最終達到抗癌效果。

3.4.2 ERK/NF-κB通路 ERK/NF-κB信號已被證明在惡性腫瘤增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移中起重要作用［41］。SONG H H等［42］證明，AURKB可在Ser125磷酸化核仁磷酸蛋白1（Nucleophosmin 1，NPM1），以此激活ERK/NF-κB通路，使MMP2、MMP9、Bcl2家族抗凋亡蛋白（Bcl-xL）、X連鎖凋亡抑制蛋白（X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）表達上調(diào)，促進骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）細(xì)胞增殖和侵襲，導(dǎo)致OS表型惡化。

3.4.3 mTOR/ULK1通路 已知mTOR/ULK1途徑可抑制自噬水平［43］。WU X等［44］通過收集臨床OS樣本信息并進行分析，發(fā)現(xiàn)AURKB表達與患者的總體生存率呈負(fù)相關(guān)，并在體內(nèi)外實驗中發(fā)現(xiàn)，AURKB的沉默可能通過抑制mTOR/ULK1信號通路活性促進自噬，從而抑制OS細(xì)胞侵襲和遷移。

3.4.4 OCT4/AKT/GSK3β/SNAIL1通路 OCT4是維持胚胎干細(xì)胞自我更新和多能性最重要的轉(zhuǎn)錄因子之一，它的表達與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［45］。ZHANG J C等［46］發(fā)現(xiàn)，AURKB表達升高激活OCT4/AKT/GSK3β/Snail1信號通路，AURKB可通過磷酸化OCT4的Thr343位點進而激活A(yù)KT，并導(dǎo)致糖原合成酶激酶3β（Glycogen synthase kinase-3β，GSK3β）失活和SNAIL1穩(wěn)定，最終促進乳腺癌細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程。他們的研究結(jié)果還表明，用抑制劑靶向或沉默AURKB可抑制OCT4/AKT/GSK3β/Snail1信號、逆轉(zhuǎn)三陰性乳腺癌細(xì)胞的EMT及抑制基底細(xì)胞樣乳腺癌（Basal-likebreastcarcino?ma，BLBC）的病灶轉(zhuǎn)移，提示AURKB可能通過OCT4/AKT/GSK3β/Snail1通路促進BLBC的EMT和病灶轉(zhuǎn)移［46］。

由此可見，AURKB在調(diào)控癌癥發(fā)生發(fā)展過程中所依賴的分子機制極其復(fù)雜多樣。在不同癌癥類型中，AURKB可能參與調(diào)控相同的分子或通路，如PI3K/AKT通路介導(dǎo)了AURKB在肝癌、肺癌等一系列癌癥中的作用。同時面對同一靶點分子，AURKB對其的調(diào)控可能隨腫瘤類型變化而變化，如過表達/敲除AURKB在骨肉瘤細(xì)胞中影響了細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（Extracellular regulated protein kinases，ERK）的蛋白水平［42］，但在乳腺癌細(xì)胞中過表達/敲除AURKB卻并未影響ERK的蛋白水平［46］。同時，AURKB在癌癥細(xì)胞中發(fā)揮的調(diào)控作用同樣并不局限于有絲分裂過程，而是多途徑多靶點地在細(xì)胞周期調(diào)控之外發(fā)揮多重作用，進一步說明其作為藥物治療靶點在癌癥臨床治療中擁有巨大前景。

4 結(jié)語

本文從AURKB的結(jié)構(gòu)、定位、功能及其在癌癥中所依賴的調(diào)控機制等方面介紹了AURKB的有絲分裂功能和非有絲分裂功能，以及AURKB在癌癥中可能參與調(diào)節(jié)的分子機制。AURKB的生理功能決定了其與癌癥中的密切關(guān)系，其功能紊亂在多種癌癥的發(fā)病過程中都起促進作用，因此針對AURKB的靶向治療也受到高度關(guān)注。目前已有多種針對AURKB抑制劑被研發(fā)，包括Hesperadin、SP-96、Barasertib等，其中Barasertib的特異性抑制效果最好，也因此進入了多種癌癥的臨床分期試驗，具有良好的應(yīng)用前景。鑒于AURKB在不同類型癌癥中所調(diào)控影響的通路不盡相同，其抑制劑治療改善各類癌癥的作用也可能會有差異，同時與其他抗癌藥的聯(lián)合治療效果也可能隨癌癥類型以及聯(lián)用藥物的不同而變化。因此，深入研究和闡明AURKB在不同類型癌癥中的作用或調(diào)控的分子通路，以及探索其抑制劑在癌癥靶向治療以及藥物聯(lián)用方面的功效和差異，對于AURKB小分子抑制劑的臨床應(yīng)用意義巨大，也是未來需要進一步探究的領(lǐng)域。