Aurora激酶与消化道肿瘤关系的研究进展*

熊诗萌 综述 刘宏斌 审校

Aurora 激酶是调节细胞周期的一类蛋白，又称丝/苏氨酸蛋白激酶，在高等哺乳动物基因组中有3个亚型，即Aurora-A、Aurora-B 和Aurora-C。正常情况下，Aurora激酶通过调节有丝分裂过程中中心体的成熟和分离、双极纺锤体组装和稳定、染色体精确分离及细胞质有效分裂等过程，保证细胞周期正常完成。1988年首次在果蝇中成功克隆出Aurora基因［1］，之后在人类细胞确定Aurora基因为癌基因［2］，近年来Aurora 激酶及其抑制剂抗肿瘤作用逐渐成为研究的热点。本文就Aurora 激酶的生物学特性及其抑制剂在消化道肿瘤中的研究进展进行综述。

1 细胞周期

细胞周期是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束至下一次有丝分裂完成所经历的整个过程，包括分裂间期和分裂期两个阶段。分裂间期主要为有丝分裂过程储备物质，分为G1、S、G2 期。G1 期为DNA合成前期，主要负责RNA和蛋白质的生物合成；S期又称DNA合成期，主要完成DNA的复制；G2期为DNA 合成后期，主要加速合成RNA 和与有丝分裂直接相关的蛋白质，如微丝、微管蛋白等。分裂期即M期，又分为前期、中期、后期和末期。前期染色质浓缩，纺锤体开始形成，核膜消失；中期纺锤丝与染色体着丝点相连，牵引染色体排列在赤道面上，后期姐妹染色单体分开并移向二极；末期染色体到达二极，两个新细胞形成。

2 Aurora激酶的结构及表达特点

Aurora-A激酶最早发现于一种突变型的果蝇属中，Aurora-A激酶的缺失导致有丝分裂过程中双极纺锤体形态出现缺陷［3］。人类Aurora 激酶家族Aurora-A、Aurora-B、Aurora-C激酶的编码基因分别定位在染色体20q13.2、17p13.1、19q13.3-ter［4］。3个亚型的蛋白质一级结构［5］均有1个长度为309～403的氨基酸序列：1个N末端结构域（39～129个氨基酸序列），含有3个Box，调控Aurora-A的胞内识别、定位以及结合中心体的相关蛋白，其中A-box还参与激活降解框（D-Box）；中间链接区为催化激酶结构域和活化环；C末端结构域（15～20个氨基酸序列）含D-Box。激酶区包含1个典型的bilobal结构。N末端残片包含1个五股反向的β片状结构和2个α螺旋结构（氨基酸残基127～215），C末端残片为α螺旋结构（氨基酸残基216～385），链接区（氨基酸残基210～216）有重要的催化活性，催化结构域中的苏氨酸（Thr-288）残基，是Aurora-A磷酸化的位点［6］。Aurora-B催化区与Aurora-A相似度达71%，Aurora-C催化区同Aurora-B相似度达83%，具有高度保守性，因此在选择底物和抑制剂时具有特异性［7］。3种Aurora激酶的表达位置随时间而异。Aurora-A在细胞有丝分裂S期开始出现在复制的中心体上，分裂前期主要在中心体周围定位，中期移位至双极纺锤体附近的微管上，后期和末期移至极性微管上。Aurora-B在前期和中期定位于着丝粒上，后期位于纺锤体赤道板的微管上，随着纺锤体的延伸，胞质开始分裂，在末期通过胞质分裂先集聚在纺锤体中央和细胞皮层的裂沟内移部位，最终聚集在中间体。

3 Aurora激酶的生物学功能

3.1 Aurora-A

Aurora-A在有丝分裂S期定位于中心体后，被Ajuba蛋白的LIM结构域激活，在G2/M期最高表达且活性也最大，启动分裂。同时，活化的Aurora-A通过招募与DTACC络合的MSPS/XMAP215微管相关蛋白至微管组装中心，促进中心体成熟并调节星体微管的排列［8］。在有丝分裂中后期，Aurora-A激酶活性受TPX2调节，使纺锤体正常装配并移位至二极［9］。Aurora-A激酶的降解在G1期通过Cdh1介导的APC/C依赖的泛素化降解过程而实现，人Aurora-A激酶在Ser51上的磷酸化可抑制Cdh1介导的泛素化和降解，所以抑制这个位点的磷酸化可以降低胞内Aurora-A激酶［10］。Aurora-A激酶不直接参与中心体的复制。有研究发现［11］，Aurora-A过表达可引起中心体异常扩大和异倍体形成、纺锤体检测点功能缺失（spindle assembly checkpoint，SAC）和染色体突变，导致细胞分裂和有丝分裂间的平衡失调，引起细胞异常增殖。

3.2 Aurora-B

Aurora-B 是染色体过客蛋白的核心成员，通过磷酸化组蛋白H3 的第10 位丝氨酸和着丝粒蛋白A（CENP-A）的第7 位丝氨酸参与染色质浓缩，通过调节SAC，修正错误的纺锤体-着丝粒连接，促进染色体正确的定向排列和分离［12-13］。有研究发现，活化的Aurora-B 能够活化组蛋白H2AX（Ser121），活化的H2AX可以反作用Aurora-B并使其活化，这种正反馈调节，加速Aurora-B 的活化［14］。Aurora-B 的降解是通过依赖一种蛋白酶体与HC8 结合实现的。抑制Aurora B的活性将抑制SAC的功能，使细胞有丝分裂在染色体分离和胞质分裂之前提前结束。这将导致染色体多倍体化，若继续进入细胞周期则会形成多核细胞。

3.3 Aurora-C

Aurora-C 是一个新发现的染色体过客蛋白，相关研究较少。Aurora-C 表达水平在G2/M 期上升，在M期达到高峰，比Aurora-B 稍晚，在哺乳动物的睾丸内高表达。在小鼠卵母细胞中表达突变的Aurora-C，可引起减数分裂周期阻滞，形成非整倍体染色体。

4 Aurora激酶与消化道肿瘤的关系

4.1 Aurora激酶与食管癌

食管癌是上消化道肿瘤中最具侵袭性的恶性肿瘤之一，其典型症状为进行性吞咽困难。研究显示，Aurora-A 高表达与食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）相关并能促进其发展［15］。Aurora-B 蛋白过表达与ESCC 患者较差的总体生存率相关，Aurora-B 的缺失降低了ESCC细胞的恶性表型。有研究发现［16］，Aurora-A 过表达能够使食管癌细胞对顺铂产生耐药，通过凋亡阵列发现Au⁃rora-A 过表达可以在mRNA 和蛋白水平上调p21 活化激酶7（p21-activated kinase7，PAK7），转录因子E2F1与PAK7启动子的结合增强。E2F1下调降低了PAK7的表达，PAK7下调导致细胞凋亡增加，从而逆转Aurora-A诱导的顺铂耐药，因此PAK7有望成为治疗ESCC癌患者的候选药物。

4.2 Aurora激酶与胃癌

胃癌是来源于胃黏膜上皮的恶性肿瘤，发病率和死亡率均居中国恶性肿瘤的第2位和第3位［17］。有研究指出Aurora-A、Aurora-B高表达促进胃腺癌生长和浸润，促进肿瘤转移，其机理可能与肿瘤的黏附功能及细胞外基质的降解等有关［18］。Aurora-A可通过FOXP1-FBXL7泛素化复合体调节Survivin表达，导致胃癌细胞出现药物抵抗，促进胃癌细胞增殖［19］。Aurora-A能使FOXP1磷酸化，活化的FOXP1与FBXL7的启动子结合，下调FBXL7的表达。下调的FBXL7与E3泛素连接酶作用减弱，导致Survivin降解减弱，最终导致癌细胞稳定表达。一项在中国人群中开展的病例对照研究［20］（包括胃癌组385例，对照组470例），发现Aurora-A基因（AURKA）在胃癌中经常被扩增和过表达，进而促进胃癌的炎症和肿瘤发生，可能与胃癌预后不良有关。进一步过表达分析表明，AURKA rs2273535多态性TT基因型与AA基因型相比，增加了72%的胃癌患病风险。与AA基因型相比，TT+AT基因型与女性、年龄＜55岁组和非吸烟者的胃癌患病风险呈正相关，上述结果，需要不同种族的人群中进行更大规模的研究来证实。有研究发现，有丝分裂检查点基因中的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）可能增加胃癌的易感性，女性患者中rs911160和rs2289590多态性与胃癌发生的风险显著相关［21］。研究发现，人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN）和AURKA改变，影响胃癌细胞表型的变化［22］。AURKA的下调影响PTEN的表达水平，PTEN通过调节p-AURKA抑制的AURKA表达，抑制胃腺癌细胞的恶性表型变化，表明p-AURKA可能是PTEN与AURKA激活的关键中介，可能是维持PTEN诱导胃腺癌细胞恶性表型的关键。

4.3 Aurora激酶与肝癌和胰腺癌

Aurora-A 高表达和肝癌的侵袭程度与患者的预后密切相关。Aurora-A 的mRNA 和蛋白质均高表达，说明Aurora-A过表达不仅通过基因扩增来实现，也有可能通过转录的激活或蛋白质的降解减少而实现。研究发现，MYC-Aurora 蛋白复合物是P53 突变肝癌的一个可操作药物靶点［23］。P53 发生突变的肝癌（在小鼠和人类中分别为TrP53和TP53），通过构象变化的Aurora-A 抑制剂抑制MYC 与Aurora-A 的相互作用，导致MYC降解和细胞死亡，抑制了小鼠肿瘤生长并延长其存活时间。在人源肿瘤异种移植模型（patient-derived tumor xenograft，PDX）中，人类肝癌移植的小鼠模型对构象改变的AURKA 抑制剂高度敏感。Aurora-A 在胰腺癌中过表达［24］，在有丝分裂过程中促进G2～M 期的转化。在欧洲人群一项研究中，包括8 477例胰腺癌病例和6 946例对照组，通过胰腺癌全基因组关联研究［25］，发现在7 168个SNPs中，有62个基因通路与胰腺癌风险相关，进一步重点分析研究了3个SNPs，分别为SMC2 中的rs3818626、ARHGEF7 中 的rs79447092 和TP53 中的rs9895829，均与胰腺癌风险相关，提示可能是胰腺癌的潜在易感位点。

4.4 Aurora激酶与结直肠癌

马玮玮等［26］发现，Aurora-A 在结直肠癌中过表达，并且随浸润程度加深表达增强，指出P53与Auro⁃ra-A 蛋白相互调节。P53 与Aurora-A 抑制性结构域D-Box 结合，抑制其活性，而Aurora-A 激酶在P53 的Ser315 和Ser215 位点磷酸化可分别介导P53 的降解降低P53的转录活性，使P53表达活性下调。高表达Aurora-A 可能使正常的wt-P53（野生型）变为mt—P53（突变型），失去对Aurora-A 蛋白的抑制作用，使Aurora-A 高表达，促进细胞恶性增殖。Wnt 和Ras-MAPK 信号信号通路过度激活促使结直肠腺瘤发生［27］，20q的增益和AURKA的过表达促进腺瘤癌变，研究者在2个结直肠癌细胞系中，通过差异表达和PPI 网络分析，发现了AURKA 和Wnt、Ras-MAPK 信号通路之间的调控作用。

5 Aurora激酶抑制剂与消化道肿瘤治疗

Aurora 激酶的过度表达或基因扩增已在多种肿瘤中得到证实。近年来，一系列Aurora 激酶抑制剂（aurora kinase inhibitors，AKIs）在体内、外有效地抑制了肿瘤的发生和进展［28］。VX-680 为一种靶向作用Aurora激酶的ATP结合位点的小分子抑制剂，能够增强食管癌细胞间的黏附能力，从而抑制食管癌细胞的恶性表型，同时还能抑制肿瘤细胞的增殖、诱导细胞凋亡，从而达到治疗目的［29］。一种天然化合物Deguelin 在体内、外对ESCC 具有显著的抗肿瘤作用［30］。在体内试验中，Deguelin 可阻断组蛋白H3 的磷酸化，抑制ESCC 异种移植物的生长；在体外试验中，Deguelin结合在Aurora-B的ATP位点，抑制Auro⁃ra-B活性，导致ESCC细胞阻滞在G2/M周期，多倍体细胞形成，诱导凋亡。另一种新的化合物APIO-EE-9，与Aurora-A 和Aurora-B 在ATP 结合位点相互作用，可显著降低组蛋白H3 第10 位丝氨酸的下游极光激酶磷酸化，从而形成多个细胞核和中心体，抑制细胞生长和菌落形成，同时显著抑制严重联合免疫缺陷小鼠（severe combined immunodeficiency mice，SCID）食管源性异种移植瘤的增长，诱导食管癌细胞凋亡，且这种抑制作用呈剂量依赖性［31］。TY-011化合物是Aurora-A 和Aurora-B 的抑制剂，能够以时间和浓度依赖的方式显著抑制胃癌细胞增殖，将胃癌细胞阻滞在G2/M 期，诱导肿瘤细胞凋亡，并诱导胃癌细胞DNA 的损伤，且这种难以修复的DNA 损伤最终也会导致肿瘤细胞死亡［32］。AZD1152是一种高度选择性的Aurora-B 抑制剂，能通过剂量和时间依赖性有效地降低胃癌细胞葡萄糖的摄取和乳酸的产生［33］。AZD1152还能诱导核糖体蛋白亚基RPS7在胃癌中表达，过表达RPS7 抑制了C-Myc 的启动子活性，而CMyc被认为是癌细胞葡萄糖代谢的重要调节因子，胃癌患者血清和组织中Aurora-B 的水平与C-Myc、GLUT1、LDHA呈正相关，但与RPS7呈负相关。在肝癌细胞中的抗肿瘤研究发现，Ouabain通过降低Auro⁃ra-A、SMC2、Cyclin D、p-CDK1的表达，增加P53的表达，诱导染色体分离障碍和S 期阻滞，过表达或抑制Aurora-A 显著降低或增强Ouablin 介导的抗癌作用［34］。有研究发现，一种新型Aurora-A 和Aurora-B的抑制剂SNS-314可以显著抑制肝癌细胞的增殖，诱导多倍体细胞的产生并促进凋亡，且该药具有更低的IC50和更强的促凋亡能力，Aurora-A作为Hippo信号途径转导子YAP转录机制的正调控因子，SNS-314使YAP 下调，激活P53-P21信号通路，阻止细胞周期由G1/S 期向M 期的转变，并延长细胞周期的进程［35］。Aurora 激酶抑制剂CCT137690 是一种通过RIPK1、RIPK3 和MLKL 诱导胰腺导管腺癌细胞内坏死样死亡的药物，其可以减缓小鼠胰腺导管腺癌原位肿瘤细胞的生长。Aurora-A和糖原合成酶激酶3β的表达与患者的生存时间呈负相关，Aurora-A 可能是胰腺癌的治疗靶点［36］。LDD970 为小分子靛玉红衍生物，其能够抑制HT29大肠癌细胞中活化的Auro⁃ra-A水平，抑制癌细胞的迁移并上调凋亡相关蛋白，对人结直肠癌的治疗具有一定潜力［37］。ENMD-2076是一种新型小分子多激酶抑制剂，能够选择性作用于Aurora-A 和Aurora-B，并且调控血管生成激酶（VEGFR2/KDR 和FGFR1 和2），ENMD-2076 在结直肠癌的临床前模型以及异种移植模型上能够导致细胞周期停滞，具有良好的抗肿瘤活性［38］。

6 结语

在有丝分裂过程中，研究者对Aurora激酶与肿瘤发生发展的变化研究逐渐深入。Aurora激酶在消化道肿瘤细胞中过表达，使细胞周期紊乱、细胞基因不稳定，抑癌基因活性下调，使细胞凋亡减少，诱导细胞恶性增殖，干扰消化道肿瘤细胞的生物学行为，导致肿瘤耐药。随着Aurora激酶在消化道肿瘤细胞中作用机制的进一步研究，Aurora激酶抑制剂的研发有了更完善的理论支持。目前，选择性相对较高的Aurora激酶抑制剂具有靶向治疗的作用，可有效降低临床中出现的不良反应，因此开发高选择性、低毒性的Aurora激酶抑制剂具有重要意义。目前发现的多种选择性或非选择性Aurora激酶抑制剂，如天然化合物Deguelin、APIO-EE-9、AZD1152、Ouabain、CCT137690、ENMD-2076等，尽管这些药物作用机制有待进一步研究，但对于消化道肿瘤的治疗带来了希望，预示着以Aurora激酶为靶点的抗肿瘤药物将在消化道肿瘤靶向和个性化治疗中发挥重要作用。