Aurora-A激酶的研究进展

郑向前 高 明 任秀宝 综述 Jin Q.Cheng 审校

Aurora激酶家族是一组近年来发现的调节中心体和微管功能的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其参与了中心体的复制与分离、纺锤体微管的组装和稳定、染色体浓集和染色体中板聚合等多种事件，对于执行各种有丝分裂活动和维持基因组的完整性方面发挥着至关重要的作用，在细胞有丝分裂的正常进程中起着非常重要的作用［1-2］。哺乳动物细胞Aurora激酶家族迄今发现有3个成员：Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C［3］。Aurora-A 是 Aurora 激酶家族的重要成员。相关研究表明在一些实体肿瘤如乳腺癌、卵巢癌、食管癌、结肠癌、肺癌及膀胱癌等肿瘤中均出现Aurora-A基因的高表达，尤其是乳腺癌和卵巢癌［4-5］。最近的研究表明，Aurora-A的表达水平与某些肿瘤的生物学行为有明显的相关性，对某些肿瘤的预后也有一定的预测作用［6］。大量文献报道，Aurora-A作为一个癌基因，对包括PP1、RASGAP、TPX2、Ajuba、P53、CDH1等在内的多种蛋白底物磷酸化，从而参与肿瘤的发生、发展过程［7-9］。同时也有研究发现，Aurora-A过表达能破坏紫杉醇或噻氨酯哒唑激活纺锤体检验点的作用，从而引起肿瘤对这些药物的耐药［10］。目前，由于Aurora-A激酶在多种恶性肿瘤中高表达且影响肿瘤的生物学特性，已经逐渐引起人们重视并将其视为肿瘤治疗的一个热门靶点，其小分子抑制剂的研究和使用，尤其是与化疗药物的联合应用，将成为今后恶性肿瘤治疗的新方向。在此，将近几年国内外对Aurora-A激酶的研究进行分析总结，对其生物学功能、与肿瘤的关系及其抑制剂的研究进展进行综述。

1 Aurora-A的生物学功能

Aurora-A是一种关键的激酶编码基因，定位在20q13.2，该区在人类恶性肿瘤中普遍存在扩增，如结肠癌、卵巢癌、胃癌、乳腺癌以及食管癌等。Aurora-A最早从乳腺癌组织中检测到，被称为BTAK，又名Aurora2、AIKl、STKl5、STK6、HsAIRKl等［11］，由403个氨基酸组成，蛋白质一级结构含有两个结构域，一个是可变区，一个是催化区。催化区位于C末端，氨基酸序列具有高度保守性，催化区内含有活化环和降解框，活化环参与Aurora-A激酶活性的调节，降解框D-box参与Aurora-A激酶的降解。可变区位于N末端，此区含有3个box，与Aurora-A的胞内定位以及识别、结合中心体的相关蛋白有关，其中A-box还负责激活 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期结束后迅速下降。Aurora-A激酶在G2到M期转换期间激活，于有丝分裂早期激酶活性达到最大。Aurora-A在S期末开始分布于中心体，并对中心体起修饰作用。这时中心体已复制完成，并且中心粒开始复制时细胞中检测不到Aurora-A激酶，因此Aurora-A并未直接参与中心体的复制。但是体外培养细胞的研究发现，Aurora-A的异常表达可以激起中心体的扩增，并且不依赖Aurora-A激酶的活性［12-13］。同时，Aurora-A在双极纺锤体的建立和维持过程中起关键作用，抑制Aurora-A活性，可导致单极纺锤体的形成，而双极纺锤体才是染色体正确分离的前提。另有研究显示，在Aurora-A缺失的人类肿瘤细胞中，虽然形成了双极纺锤体，但染色体不能排列到赤道平面上，可能是由于微管聚集，或动粒与微管相互作用失误所致［8］。

Aurora-A在诸多决定有丝分裂及因Aurora-A的消耗而导致有丝分裂副产物形成的过程中扮演了极为重要的角色。因此可以预言，Aurora-A选择性的抑制将对抗有丝分裂产生深远的影响。

2 Aurora-A激酶与肿瘤的关系

Aurora-A过表达可以促进恶性肿瘤的形成，Aurora-A的mRNA和蛋白虽然在各种肿瘤中过表达的频率相当高，但是这并不与其基因的扩增相关。例如，虽然60%以上的肝细胞癌中Aurora-A的mRNA和蛋白高表达，但是只有3%能检测到Aurora-A基因的扩增，这种情况在乳腺癌和胃癌中也有报道［14-15］。因此，Aurora-A的过表达可能不单单是通过基因扩增来调节，也可能是由于其他机制，如转录激活或者抑制蛋白的降解引起的。

Aurora-A可磷酸化多种底物来发挥其作用，Aurora-A能直接与BRCA1的aa1 314～1 863区域结合，并且在有丝分裂早期磷酸化BRCA1的Ser308位点，从而影响细胞周期。Aurora-A还能磷酸化P53的Ser315位点，促进MDM2介导的P53的降解，同时也能磷酸化P53的Ser215位点，降低P53的转录活性，从而下调P53的抑癌功能；而P53能反馈性的抑制Aurora-A的癌基因活性，同时这种作用可被TPX2所阻滞。因此认为Aurora-A激酶与P53相互作用在恶性肿瘤的发生发展中起到了重要的作用。在乳腺癌特异性表达Aurora-A的转基因鼠中，mTOR的Ser2 448和AKT的Ser473位点磷酸化活性明显升高，证明了Aurora-A能调节mTOR信号通路［16］。除此之外Aurora-A还能通过磷酸化调节以下底物：CPEB、Eg5、TACC、Ajuba、TPX2、CENP-A 以及 PP1 等［17-18］。当然，Aurora-A与这些蛋白之间的关系大部分都是相互调节的，如PP1能使Aurora-A去磷酸化，降低其酶活性；TPX2也能激活Aurora-A，促使Aurora-A在有丝分裂期到纺锤体上；Ajuba也能激活Aurora-A，促进细胞进入有丝分裂期。

有文献指出，具有异倍体的恶性肿瘤一般比具有二倍体的恶性肿瘤恶性程度更高［10］。研究表明，Aurora-A与恶性肿瘤异倍体之间有明显的相关性，能促进异倍体的形成。主要有两方面因素：细胞质故障和有丝分裂纺锤体的形成，通过激活纺锤体的检验点，从而导致有丝分裂终止，形成异倍体。因此，Aurora-A的异常可能与恶性肿瘤的病理特点、临床分期及预后有某种相关性。但是，针对不同肿瘤的研究结果不一［6，12］。同时，Aurora-A的基因（Phe31Ile和Val57Ile基因）多态性与人类肿瘤易感性关系密切，Phe31Ile的Ile31等位基因已被发现在人结肠癌及卵巢癌中常呈现扩增。目前有前瞻性病例对照研究显示，若Phe31Ile和Val57Ile多态性并存，不仅使女性患乳腺癌的风险率增加2倍，尤其在绝经后女性中，还可增加患者罹患侵袭性乳腺癌的概率［12，19］。另有报道，Val57Ile多态性与胃癌的进展程度密切相关，而Phe31Ile多态性则与胃癌的易感性紧密相连［17］。

3 Aurora-A激酶抑制剂的研究进展

在正常细胞中，Aurora-A仅在胸腺组织中较高表达，而在小肠、睾丸、结肠、脾和脑组织中表达水平很低。因此可认为，Aurora-A激酶抑制剂相对特异性的靶向肿瘤组织，而对其他正常组织损伤性较小。此外由于Aurora-A激酶只在细胞有丝分裂期表达并激活，因此处于非增殖期的正常细胞将不会受到Aurora-A激酶抑制剂的影响［20］。目前在研的Aurora激酶抑制剂很多，部分已经进入早期临床应用，但大多数都是非特异性的抑制剂，能同时抑制Aurora-A、Aurora-B及Aurora-C。Aurora激酶小分子化学合成抑制剂的第1代包括Hesperadin、ZM447439和MK0457（也称作VX-680）等，第2代也已得到发展，包括AZD1152、PHA-739358及MLN8237等，这些药物正处于临床试验的评估阶段［21-22］。根据药物抑制Aurora激酶的种类还可以将其分成：1）非特异性Aurora激酶抑制剂：此类抑制剂可以同时抑制Auro-ra-A、Aurora-B及Aurora-C；2）Aurora-A激酶抑制剂：此类抑制剂主要以抑制Aurora-A的活性为主，包括MLN8054及MLN8237；3）Aurora-B激酶抑制剂：此类抑制剂主要以抑制Aurora-B的活性为主，包括AZD1152等。近几年推出的各种Aurora激酶抑制剂以及其生物学疗效见表1。

目前关于Aurora-A的研究较多，且Aurora-A与肿瘤的关系最紧密，因此着重介绍特异性Aurora-A激酶分子抑制剂，包括第1代产品MLN8054和第2代产品MLN8237。

MLN8054（Millennium）是口服、有效、有力且具有选择性的苯并氮杂卓类Aurora-A抑制剂（抑制Aurora-A和B的IC50值分别为4和172 nmol/L），是ATP竞争性和可逆性抑制剂。在体内模型中，采用低浓度的MLN8054抑制Aurora-A会导致有丝分裂纺锤体形成异常，而高浓度的MLN8054会造成组蛋白H3的磷酸化缺失。该化合物对人类肿瘤（包括结肠癌、前列腺癌和非小细胞肺癌）均表现出抗肿瘤活性［5，23］，目前正处于临床期研究。

MLN8237（Alisertib）是一种新型的，特异性抑制Aurora-A的口服小分子抑制剂，也是第2代Aurora-A特异性抑制剂，其特点是口服利用率高，选择性抑制Aurora-A激酶，目前已进入Ⅱ期临床试验阶段［24］，对实体瘤和血液系统恶性肿瘤表现出了良好的疗效。

表1 各种Aurora激酶抑制剂以及其生物学疗效Table1 Aurora kinase inhibitors and their biological efficacy

4 结语

Aurora-A激酶在正常细胞和癌细胞中的生物功能的阐明使小分子抑制剂得到了很快的发展。临床前期及临床试验的初步结果表明［21］，尽管Aurora-A激酶抑制剂诱导癌细胞生长受阻和凋亡的分子机制还有待于进一步解释，但这类抑制剂对于癌症的治疗是很有希望的。因此，在未来治疗癌症的过程中，Aurora-A激酶抑制剂作为有力的抗癌靶向药物需要进一步证实，许多临床试验将会在不久的将来给出答复。

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