极光激酶B在骨肉瘤侵袭与转移中的作用研究进展

孙伯林,吴嘉宝,钟南山,刘志礼,刘家明

(南昌大学第一附属医院骨科; 南昌大学脊柱脊髓研究所,南昌 330006)

极光激酶(Aurora)家族是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,分为A、B、C三型。其中极光激酶B(Aurora-B)在有丝分裂中发挥重要作用,参与中心体调节、纺锤体形成和染色体分离,以确保细胞周期正常完成。近年来,越来越多的研究发现Aurora-B参与多种肿瘤的增殖、侵袭和转移过程[1-2],且与肿瘤的不良预后密切相关。在骨肉瘤中,Aurora-B同样参与骨肉瘤侵袭、转移过程[3]。本文就Aurora-B的生物学特性及其在骨肉瘤侵袭、转移中的作用研究进展进行综述。

1 Aurora-B的结构及表达特点

Aurora-B激酶又名Aurora-1、AIK2、AIM-1、ARK2、AIR-2、AIRK-2、STK12和IAL-1,其调控基因定位于人类17号染色体短臂13.1区域(17p13.1)。Aurora激酶的功能由其定位和时空表达以及其N端区域的序列差异来定义。Aurora-B与Aurora激酶基因家族的其他成员相似,由3个结构域组成:N端结构域、激酶结构域、C端结构域。激酶结构域或催化结构域在极光家族的所有3个成员之间高度保守,而N末端结构域显示出不同程度的序列差异,为蛋白质-蛋白质相互作用提供选择性[4]。Aurora-B与着丝粒中心蛋白(INCENP)、存活素(Survivin)等蛋白分子共同组成染色体乘客蛋白复合物(CPC),在有丝分裂过程中发挥重要的调控作用。

2 Aurora-B的生物学功能

Aurora-B可磷酸化组蛋白H3,从而对细胞分裂期的染色体分离起到至关重要的作用。除了在胞质分裂中具有已知的功能作用外,Aurora-B本身已被证明存在于具有着丝粒蛋白(INCENP)和存活蛋白的复合物中[5]。Aurora-B除了磷酸化组蛋白H3和CENP-A外,还可以通过控制波形蛋白-Ser-72的卵裂沟特异性磷酸化,从而影响到波形蛋白丝的分离。波形蛋白上Aurora-B磷酸化位点的突变,会导致有丝分裂后细胞中波形蛋白丝的分离受损[6]。Aurora-B还参与调节纺锤体组装检测点(SAC)功能,纠正纺锤体和动粒之间的错误附着,维持正确的染色体排列和染色体分离。SAC的功能随着Aurora-B的活性变化而变化,若Aurora-B的活性被抑制,则SAC的功能也会被抑制,那么细胞的有丝分裂周期则会受到影响而提前结束,将导致染色体的多倍化[7]。Aurora-B的降解则是通过一种蛋白酶体与HC8的结合而实现的。

3 Aurora-B在肿瘤中的作用

基于Aurora-B的功能特点,Aurora-B在多种恶性肿瘤的发生、发展中发挥重要作用。如:在胃癌中,胃癌细胞在CREPT/RPRD1B和Aurora-B的促进下显示出加速的G2/M转变[8];在肺癌中,Aurora-B可通过介导Ser87的磷酸化来影响BIM,从而通过FOXO1/3来控制PUMA,进而对肺癌产生影响,此外,Aurora-B的抑制剂会增强肺癌化疗和放疗的疗效[9];在乳腺癌中,Aurora-B升高会导致化疗耐药并预示预后不良,另有研究表明,Aurora-B通过OCT4/AKT/GSK3β/Snail1信号传导,诱导上皮-间充质转化(EMT)促进乳腺癌转移[10];在前列腺癌中,Aurora-B的激活可促进前列腺癌细胞中HIF1α的CHIP依赖性降解,促进肿瘤进展[11-12];在膀胱癌中,Aurora-B可被K561-二甲基HSP70激活,从而促进膀胱癌细胞增殖[13];在肝癌中,Aurora-B是肝细胞癌(HCC)中butein的直接靶标[14];在喉癌中,Survivin和Aurora-B及其相互作用可能在喉癌的转移和预后中发挥重要作用[15];此外,Aurora-B还在头颈部鳞状细胞癌、口腔鳞状细胞癌、胶质母细胞瘤等肿瘤发生、发展中发挥重要作用[16-18]。

4 Aurora-B在骨肉瘤侵袭与转移中的作用

骨肉瘤是儿童和青少年最常见的原发性恶性骨肿瘤,侵袭性强、预后差,多数患者发现时已合并远处转移。ZHU等[19]通过抑制Aurora-B的表达,发现骨肉瘤U2-OS细胞迁移和侵袭能力受到明显抑制。截至目前,Aurora-B主要通过以下几条途径影响骨肉瘤的侵袭和转移。

4.1 Aurora-B促进NPM1磷酸化调控骨肉瘤的发生和转移

NPM1是一种普遍表达的核质穿梭蛋白,在核糖体组装、染色质重塑、DNA修复、复制和转录中发挥积极作用。ERK1/2是高度保守的、通用的细胞外调节激酶,参与一系列病理过程。ERK1/2的磷酸化可诱导肿瘤细胞中的NF-κB活化,而NF-κB的激活则启动MMP-2和MMP-9的转录,通过细胞外基质(ECM)的降解增强肿瘤细胞的侵袭性。

近期研究发现,Aurora-B通过磷酸化NPM1 Ser125,进一步激活ERK/NF-κB信号通路,促进骨肉瘤侵袭转移[20]。SONG等[20]将慢病毒载体注射到裸鼠骨肉瘤组织中,结果显示,与对照组相比,瘤内注射LV/Aurora-B的裸鼠肿瘤体积和肺结节数量增加。此外,与对照组相比,转染LV/Aurora-B的裸鼠中Aurora-B和pNPM1 Ser125的表达水平明显高于对照组。这些结果表明,Aurora-B通过介导NPM1的磷酸化促进骨肉瘤的发生和转移。

4.2 Aurora-B通过激活mTOR/ULK1通路活性促进骨肉瘤侵袭、转移

雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一种丝氨酸/苏氨酸激酶。它从氨基酸、营养物质、生长因子和环境信号中获取输入,是一种整合生长因子和营养信号的中枢细胞生长调节剂,可调节各种细胞过程[21]。其中,mTOR影响哺乳动物自噬起始激酶ULK1(酵母ATG1的同源物)是一种调节细胞自噬的途径,并且已证明该途径的失活可提高细胞自噬水平[22]。AMPK是压力和能量代谢的关键传感器,可负向调控mTOR、激活自噬起始因子ULK1并促进细胞自噬通量[23]。

WU等[24]发现,沉默Aurora-B的表达,可抑制mTOR/ULK1信号通路活性而抑制骨肉瘤转移;而氯喹和mTOR激活剂可以逆转沉默Aurora-B对骨肉瘤细胞迁移和侵袭的抑制作用。这些结果表明,Aurora-B通过激活mTOR/ULK1信号通路活性而促进骨肉瘤侵袭、转移。

4.3 Aurora-B受microRNA的调控参与骨肉瘤侵袭转移

microRNA(miRNA)是一类小的非编码RNA分子,长度约为22个核苷酸。成熟的miRNA通过与靶mRNA转录物的3′非翻译区(3′UTR)中的互补序列结合,参与基因表达的转录和转录后调控。研究发现,多种miRNA参与骨肉瘤的侵袭与转移过程[25-26]。

YU等[27-28]分别过表达miRNA let-7a和let-7g,发现Aurora-B的mRNA和蛋白质表达水平明显下降,而骨肉瘤细胞迁徙、侵袭能力降低;而抑制let-7a和let-7g的表达后,Aurora-B的表达水平明显升高,而骨肉瘤细胞迁徙、侵袭能力增强,提示Aurora-B受miRNA let-7a和let-7g的调控,参与骨肉瘤细胞侵袭、转移。

4.4 Aurora-B调控PI3K/Akt/NF-κB通路介导骨肉瘤的侵袭和迁移

PI3K/Akt/NF-κB信号通路在肿瘤细胞存活、血管生成、分化、生长和转移中发挥重要作用。ZHU等[29]用免疫组化方法,检测出Aurora-B与p-Akt的表达呈正相关,并且用LV-Aurora-B感染骨肉瘤U2-OS细胞和HOS细胞,结果显示感染LV-Aurora-B的骨肉瘤细胞中PI3K、p-PI3K(Tyr199)和p-Akt(Ser473)、NF-κB(p65)蛋白的表达水平明显下降,且细胞迁移能力降低。此外,LV-AURKB感染的侵袭细胞数显著低于对照组。提示抑制Aurora-B的表达可下调PI3K/Akt/NF-κB信号通路活性,进而抑制骨肉瘤细胞侵袭、迁移能力。

4.5 Aurora-B抑制剂与骨肉瘤的治疗

目前,针对Aurora激酶家族抑制剂的开发与研究越来越受到人们的重视。现今已报道[30]了多种结构类型的化合物对Aurora激酶有较好的抑制作用。Hesperadin是第一个被证实的Aurora-B抑制剂。Hesperadin能减弱H3组蛋白的磷酸化,并通过诱导异常微管及微丝的相互作用,阻断微管装配,进而阻滞异常有丝分裂中的细胞周期进程。Tan IIA可在ATP结合位点竞争性结合来抑制Aurora-B,是Aurora-B的ATP竞争性抑制剂。AZD1152是现今最具研究价值的Aurora-B特异性抑制剂,它能在人类血浆中快速转化成有活性的AZD1152-HQPA。

多种肿瘤对Aurora激酶的抑制剂产生治疗反应[9]。通过AZD1152-HQPA抑制Aurora-B,可诱导转移性黑色素瘤细胞凋亡和坏死。然而,这些抑制剂无法区别获得极光激酶生理功能的正常细胞,从而对正常组织产生高毒性,这表明靶向极光激酶的治疗策略可能是一把双刃剑[1]。

5 结语

Aurora-B在多种肿瘤的发生、发展、侵袭和转移中发挥重要作用,并在骨肉瘤组织中高表达,在骨肉瘤细胞的侵袭、转移中发挥关键作用[20,24,31]。目前,多种Aurora-B激酶抑制剂已被研发问世。尽管上述一系列研究对骨肉瘤的疗效有待商榷,但它们给骨肉瘤的治疗带来了希望。以Aurora-B激酶为靶点的抗骨肉瘤药物的研发,未来将在骨肉瘤靶向和个性化治疗中发挥重要作用。