极光激酶A在肿瘤形成中的机制研究进展

翁泽安

三峡大学人民医院 宜昌市第一人民医院(湖北 宜昌 443000)

极光激酶A在肿瘤形成中的机制研究进展

翁泽安

三峡大学人民医院 宜昌市第一人民医院(湖北 宜昌 443000)

Aurora-A(极光激酶A)是一种高度进化保守蛋白激酶，在肿瘤细胞形成过程中发挥重要的调控作用。人体多种实体肿瘤均发现Aurora-A的过表达，高表达的Aurora-A通过多种分子机制参与肿瘤的生存、增殖，而且Aurora-A的表达水平与肿瘤患者的药物抵抗和不良预后呈正相关。本文介绍了Aurora-A的结构和亚细胞定位、活化和降解的具体途径，本文着重阐述Aurora-A促进肿瘤形成的分子机制，从而为肿瘤的药物治疗提供新的治疗靶点。

Aurora-A；蛋白激酶；肿瘤形成

极光激酶A(Aurora-A)是高度进化保守的丝/ 苏氨酸蛋白激酶家族中的一员，在细胞有丝分裂和肿瘤形成过程中发挥重要的调控作用。Aurora激酶是在研究果蝇过程中首次被发现[1]，目前研究证实，在哺乳动物的细胞中，至少存在Aurora-A、Aurora-B、Aurora-C三种Aurora激酶[2]。前期研究证实，Aurora-A在细胞有丝分裂过程中发挥关键的作用。Aurora-A主要调控中心体和微管的功能，主要涉及中心体的复制和分离，纺锤体的组装，染色质的凝聚，G2-M期的转换以及细胞质的分裂[3]。下调Aurora-A的表达可导致纺锤体组装和染色体分离的障碍，最终导致基因的不稳定和肿瘤形成[4]。在机体多种肿瘤中均发现Aurora-A的过表达，如乳腺癌，胃癌，卵巢癌，食管癌，结肠直肠癌等，这暗示Aurora-A可能在肿瘤形成中发挥重要作用。Aurora-A的过表达可能和肿瘤患者的不良预后有关，因此有可能成为新的治疗靶点[5]。本文从Aurora-A的结构和亚细胞定位，Aurora-A活化和降解的调节等方面就Aurora-A在肿瘤细胞的表达和促进肿瘤形成的途径进行综述。

1 Aurora A的结构与亚细胞定位

Aurora-A主要包括两个结构域：N末端的调节结构域和C末端的催化结构域。在N末端存在A-Box 和B-Box两个功能区，它们与激酶的降解密切相关。然而，C末端苏氨酸的磷酸化水平与激酶的活化有关[6]。

Aurora-A基因主要位于20q13.2染色体区域。在细胞有丝分裂过程中，Aurora-A的表达水平发生不同的变化。Aurora-A主要定位于中心体区和中心体末端的微管区。在G 1期，Aurora-A的表达水平很低。在S期和G 2早期，Aurora-A定位于中心体同时伴随着中心体的复制。在M期的开始阶段，Aurora-A定位于微管组织中心和辐射微管。在M期的后期，Aurora-A主要定位于极性微管。在有丝分裂晚期，少量的Aurora-A定位于中心纺锤体和中间体处。总之，在整个有丝分裂过程中，大部分Aurora-A定位于中心体，但是在有丝分裂晚期，仍有小部分定位于纺锤体极微管和中心纺锤体[7]。

2 Aurora-A 的活化和降解

Aurora-A的活化需要多种蛋白的参与。目前研究证实，TPX 2是Aurora-A最重要的辅因子，它参与了Aurora-A的活化过程。在非洲瓜蟾细胞中发现，PLX 1可使TPX 2的N端磷酸化而活化，活化的TPX 2再介导Aurora-A的活化。研究还发现，当TPX 2的Ser 204位点磷酸化也可使Aurora-A活化，即使磷酸化水平很低仍具有活化Aurora-A的能力。TPX 2通过N端与Aurora-A结合，可促进Aurora-A的活化段进入C端的催化口袋。Aurora-A这种构型变化可避免Thr 288磷酸化位点发生PP-1依赖的去磷酸化而失活[8]。

人成纤维生长因子1(HEF1)是Cas蛋白家族的一员，主要促进黏附蛋白的聚集，同时与局部黏附蛋白复合体结合而促进细胞的迁移。HEF 1在细胞G 0和G 1期表达水平很低，在G 2和M期迅速达到高峰，同时和Aurora-A共同聚集于中心体。HEF 1和Aurora-A的结合同时伴随着局部黏附蛋白的解离。HEF1关键结构域(363-405)与Aurora-A相互作用而使其活化，活化的Aurora-A使HEF1的Ser 296磷酸化而与HEF 1解离，这样允许Aurora-A与其他的特定底物结合[9-10]。

Ajuba是一种骨架蛋白，包含有多种LIM结构域，目前被认为是Aurora-A的共作用因子和催化因子。在Aurora-A与Ajuba相互作用过程中，两者均被磷酸化，而且这个过程影响cyclin-B/CDK1复合体的活化，最终驱使细胞发生有丝分裂。虽然在人体内还未发现两者的相互作用，但是果蝇体内Ajuba基因的突变导致果蝇在幼虫向成虫的变化过程中死亡。Ajuba定位于神经干细胞的中心体上，Ajuba突变导致中心体分离障碍和纺锤体形成缺陷。有趣的是,Ajuba突变后Aurora-A的活性并未受到影响，但是Aurora-A在中心体的聚集明显减少[9，11]。

Aurora-A的降解是一个复杂的过程，APC/C依赖的泛素化降解途径发挥重要的作用。APC/C在两种E2泛素连接酶(Ube2C和Ube2S)的协助下可使底物泛素化而降解失活。Ube2C首先启动泛素化，它使底物生成一条短的肽链，与此同时Ube2S通过增加K11肽链而延长泛素链。Ube2C和Ube2S以非竞争的方式与APC/C结合，形成高效的功能复合体促进底物与蛋白酶体的结合。Cdc 20和Cdh 1作为Aurora-A的共同活化剂，不仅参与了底物识别过程，同时通过提高E2酶结合APC/C的稳定性来增强APC/C的活性[12]。

研究发现，Cdh1介导的APC/C依赖的泛素化降解途径也发挥重要的作用。在Hela细胞中，利用RNA干扰技术敲低Cdh1的表达，结果发现在有丝分裂退出过程中Aurora-A没有被降解，同时发现姐妹染色单体的分离加快。当在Hela细胞中表达非降解的Aurora-A，出现相同的结果。由此说明，Cdh1介导的APC/C依赖的泛素化降解途径对Aurora-A的降解起到关键的调控作用[13]。

3 Aurora-A与肿瘤

3.1 Aurora-A在肿瘤细胞中的表达Aurora-A在人类多种肿瘤中过表达，包括原发性结肠直肠癌、神经胶质瘤、乳腺癌、卵巢癌和胰腺癌等。Aurora-A通过各种机制调控肿瘤的增殖，主要途径包括：①加快肿瘤细胞周期进程;②激活肿瘤细胞生存或抗凋亡信号通路;③诱导肿瘤细胞基因的不稳定;④促进肿瘤细胞上皮-间质转化;⑤促进具有自我更新能力的肿瘤干细胞形成。Aurora-A可通过这些机制调控肿瘤细胞的增殖、浸润和转移[14]。

3.2 Aurora-A与机体常见肿瘤的关系

3.2.1 Aurora-A和乳腺癌 乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，目前已成为威胁女性健康的主要原因。一项回顾性研究表明，大约73%乳腺癌患者的Aurora-A基因呈高表达，而且Aurora-A的过表达可诱导乳腺癌患者耐药的产生，同时极大提高乳腺癌细胞的自我更新能力[15]。Aurora-A可通过多种机制提高乳腺癌细胞的自我更新能力，进而促进乳腺癌的增殖和转移。FOXM1(The FOX subclass M1)作为一种转录因子，在肿瘤启动、进展和耐药过程中发挥重要的作用。在乳腺癌干细胞中，细胞核中Aurora-A通过与FOXM1的启动子结合促进FOXM1的表达，与此同时，FOXM1也可结合Aurora-A的启动子调节后者表达，并与FOXM1形成正反馈环路共同调控乳腺癌的增殖[16]。在乳腺癌干细胞中，细胞核中的Aurora-A还可与异核核糖核蛋白K(hnRNP K)形成转录因子复合体，共同结合MYC的启动子区域P1，在转录水平上上调MYC的表达，高表达的MYC促进了乳腺癌干细胞的增殖[17]。Wnt信号通路在乳腺细胞发育中发挥关键作用，能够促进乳腺祖细胞的自我更新能力。研究发现，在乳腺癌MCF7细胞系中，Aurora可使转录因子Snail磷酸化而增强Snail的核移位过程。细胞核中Snail与MiR-128的启动子结合而抑制MiR-128的转录,在转录水平减弱MiR-128的表达。表达下调的MiR-128与Wnt3a mRNA的结合减少而稳定Wnt3a的表达[18]。YAP是HIPPO信号通路中的关键分子，在肿瘤的发生发展中重要的角色。在乳腺癌MDA-MB-231细胞中，活化的Aurora-A可使YAP蛋白的Ser397位点磷酸化，从而增强YAP的活性[19]。

3.2.2 Aurora-A和前列腺癌AKT信号通路是一种经典的细胞内转导通路，能够抑制细胞自噬、促进细胞增殖，在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用。研究表明，Aurora可通过AKT信号通路调控前列腺癌的增殖。在前列腺癌PC3细胞中，利用RNA干扰技术敲低Aurora-A的表达，结果发现AKT磷酸化水平下降的同时伴随细胞自噬水平的增加。因此Aurora-A可提高AKT信号通路的磷酸化水平抑制肿瘤细胞的自噬，进而促进肿瘤细胞的增殖[20]。目前证实，Aurora-A也可通过其他途径促进前列腺癌的增殖。雄激素受体(The androgen receptor，AR)是前列腺癌的主要驱动因素，提高雄激素受体和激活剂的水平促进前列腺癌的发展。文献报道指出，大部分前列腺癌患者Aurora-A的水平都是升高的，而且Aurora-A的过表达与前列腺癌的进展和不良预后有关。Aurora-A可使AR的Thr282和Ser29位点磷酸化，从转录水平上增强AR的表达。与此同时，Aurora-A也可增加前列腺抗原PSA的表达。当下调Aurora-A的表达水平时，肿瘤细胞出现凋亡和生长阻滞[21-22]。蛋白质核有丝分裂器(NuMA)是一种核蛋白，在有丝分裂中具有重要作用，而且与恶性肿瘤增殖有关。有文献指出，在前列腺癌PC-3细胞中，Aurora-A可使NuMA的C末端多个位点磷酸化，由此促进肿瘤细胞的增殖并同时抑制细胞凋亡[23]。

3.2.3 Aurora-A和神经母细胞瘤神经母细胞瘤是儿童常见的恶性实体肿瘤，N-Myc的扩增与神经母细胞瘤的预后和药物抵抗密切相关。在神经母细胞瘤细胞中，高表达的Aurora-A可通过多种机制调节N-Myc的表达，进而影响神经母细胞瘤的生存和增殖。在神经母细胞瘤细胞系BE2-C中，敲低Aurora-A的表达，结果发现N-Myc蛋白表达水平降低，同时N-Myc核移位过程被抑制。由此Aurora-A可通过调节N-Myc核移位过程促进神经母细胞瘤的增殖、生长和血管形成[24]。Aurora-A也可通过抑制N-Myc的降解过程稳定N-Myc的表达，从蛋白水平控制N-Myc的表达。N-Myc的降解需要E3泛素连接酶 SCFFbxW7 的协助。Aurora-A通过与N-Myc氨基酸残基(61-89)结合，竞争性抑制Aurora-A与SCFFbxW7结合，导致N-Myc的降解水平降低[25-26]。

3.2.4 Aurora-A和胶质瘤胶质瘤干细胞是胶质瘤来源的神经干细胞，具有很强的自我更新能力和致瘤性，是导致胶质瘤复发和药物抵抗的重要因素。Aurora-A广泛参与了胶质瘤干细胞的活性调节，促进了胶质瘤的发生发展。β-连环蛋白(β-catenin)是Wnt信号通路重要的调节因子，对维持Wnt信号通路的活性具有重要作用。Aurora-A通过与AXIN直接结合而破坏AXIN/GSK3b/β-catenin复合体并稳定β-catenin，活化Wnt信号通路而促进胶质瘤干细胞的自我能力和致瘤性[27]。研究指出，多种信号通路也可通过调节Aurora-A的活性促进胶质瘤干细胞的增殖和自我更新能力。成纤维细胞生长因子1(FGF1)结合并激活FGF受体调节细胞增殖和神经发生。在胶质瘤细胞系U-87细胞中，利用FGF1处理U-87细胞，结果发现Aurora-A的蛋白表达水平增加。与此同时，当加入FGF受体抑制剂SU5402后，结果却发现Aurora表达水平下降。因此FGF1信号通路可诱导Aurora-A的表达，进而促进胶质瘤的生存和增殖[28]。

3.2.5 Aurora-A和胃癌存活素(Survivin)是凋亡抑制蛋白家族的一员，对细胞增殖和生存有重要的作用。据文献报道，Aurora-A可通过FOXP1-FBXL7泛素化复合体调节survivin的表达，结果导致胃癌出现药物抵抗。Aurora-A可使FOXP1磷酸化，活化的FOXP1与FBXL(F-box/LRR-repeat protein 7)的启动子结合，在转录水平上下调FOXL7的表达。下调的FOXL 7与E 3泛素连接酶作用减弱，最终Survivin因降解作用减弱而稳定表达[29]。Aurora-A也可通过其他机制影响胃癌的增殖。P 53是经典的抑癌基因，对肿瘤细胞的生长和增殖具有关键的调节作用。研究证实，Aurora-A可通过E3泛素连接酶HDM2 (Human Double Minute 2)调节P 53的表达。在胃癌细胞系SNU-1细胞中，Aurora-A通过磷酸化AKT上调HDM2的表达，HMD2表达水平的提高加快了P 53的降解。因此，Aurora-A通过调节抑癌基因P53的表达而影响胃癌的发生发展[30]。

4 展望

Aurora-A对细胞的有丝分裂过程起到关键的调控作用。机体多种肿瘤细胞中，Aurora-A都是过表达的，高表达的Aurora-A参与了肿瘤细胞的生存、增殖、转移和耐药。因此，Aurora-A可作为抑制肿瘤生长的靶标。目前，Aurora-A抑制剂研究正处于临床试验阶段。实际上，Aurora-A各种不同的生物学功能尚未完全明确，如：Aurora-A如何精确调控细胞周期的进程？Aurora-A异常扩增如何导致肿瘤形成？Aurora-A如何单独或形成功能复合体来调控生理过程？因此，未来需要更多的基础和临床试验来证实，我们坚信探索Aurora-A在肿瘤形成的分子机制将为肿瘤的药物治疗提供新的靶点和途径。

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翁泽安，男，在读硕士研究生，主要研究方向：神经内科。

R737.33

A

1008-8164(2017)04-0065-04

2017-10-26

责任编辑：牟冬生