Aurora A的功能及其在肝癌發生和發展中的作用
文章來源：中華肝臟病雜誌, 2017,25(06) : 477-480
作者：李苗 任正剛
摘要
Aurora A在細胞有絲分裂過程中發揮重要作用，它位於中心體和紡錘體，主要參與中心體的成熟和分離、雙極紡錘體的組裝，以及有絲分裂進程的調控。近年發現Aurora A可通過多種機制參與腫瘤的發生及發展。Aurora A過表達可引起中心體異常擴增和異倍體形成、紡錘體檢查點缺陷和染色體不穩定，導致細胞凋亡和有絲分裂間的平衡失調，引起細胞異常增殖；Aurora A還參與p53、BRCA1通路的調節，導致這些抑癌基因功能障礙和細胞活力變化，並通過上調c-Myc誘導端粒酶活性，引起肝癌發生。Aurora A還可誘導肝癌細胞耐藥性。因此，近年它逐漸成為腫瘤治療的一個新靶點。現總結近年針對Aurora A激酶的研究，對其生物學功能及其在肝癌發生中的作用進行綜述。
Aurora A是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，最早在果蠅的突變體中發現，該突變體紡錘體極化缺陷，形成單極紡錘體，因此，將該酶以北極地區的夜空現象"極光"命名[1]。它參與調節細胞進入有絲分裂、中心體成熟、紡錘體組裝等，在細胞有絲分裂進程中起重要作用。Aurora A的失活會影響有絲分裂過程中紡錘體的形成和中心體的正常排列，進而導致細胞凋亡；而其過表達則導致遺傳的不穩定性，造成細胞多倍體形成，誘發惡性腫瘤[2]。本文就Aurora A的功能及其在肝癌發生中的研究進展進行綜述。
一、Aurora A的結構及其在有絲分裂中的作用
1．Aurora A的結構及活性調節：
Aurora A的編碼基因定位於染色體20q13.2，這是基因易位、缺失或擴增活躍的染色體區段，具有先天不穩定性。Aurora A由403個氨基酸組成，其蛋白質一級結構含有兩個結構域，一個是位於C末端的高度保守的催化結構域，一個是位於N末端的可變的定位結構域。催化區含2個保守序列即活化環和降解盒，活化環參與Aurora A激酶活性的調節，降解盒參與Aurora A激酶的降解。可變區含有3個box，參與Aurora A的胞內定位以及識別、結合中心體的相關蛋白，使Aurora A以依賴微管的方式定位於中心體上[2]。
Aurora A細胞功能的發揮是通過其活性調節實現的，包括磷酸化、去磷酸化以及依賴蛋白酶體的降解等。Xplk2靶蛋白（target protein for xenopus kinesin-like protein 2, TPX2）、I-2（inhibitor 2）、Ajuba通過磷酸化Aurora A將其活化，蛋白磷酸酶1（type-1 protein phosphatase, PP1）等通過去磷酸化Aurora A抑制其活性，細胞周期後期促進複合物(anaphase-promoting complex/cyclosome，APC/C) -Cdhl依賴的蛋白酶體則可降解Aurora A[3]。
2．Aurora A在細胞有絲分裂過程中的作用：
Aurora A的表達呈細胞周期依賴性，其mRNA水平、蛋白水平、激酶活性及其在細胞內的分布，均隨細胞周期各時相的轉化而動態變化。在細胞分裂前期，Aurora A主要定位於中心體周圍，中期位於紡錘體極附近的微管上，後期和末期位於極性微管上；它在G2期到M期轉換期間激活，在有絲分裂早期活性達到最大，主要負責中心體的成熟和分離、雙極紡錘體的組裝，以及有絲分裂進程的調控[4]。
（1）Aurora A表達與中心體成熟：
Aurora A在G2期及M期定位於中心體上，主要作用是促進中心體周圍物質的生長，增加中心體微管的成核活動，去除Aurora A會導致G2期中心體成熟障礙以及M期微管成核障礙[5]。Aurora A發揮作用需要正確的定位以及中心體成分的相互作用，正確定位於中心體需要多種中心體蛋白激酶的作用，如P21-激活激酶1、Polo樣激酶-1（Polo-like kinase-1, Plk-1）以及周期素依賴性激酶11（cyclin dependent kinase11，Cdk-11），其中P21-激活激酶1直接綁定並磷酸化Aurora A；與之相互作用的中心體成分包括中心體蛋白、NDEL1、LATS、轉化酸性捲曲螺旋蛋白(transforming acidic coiled-coil protein，TACC)等。中心體蛋白可增加γ微管蛋白環複合體的募集，驅動中心體的成熟[6]；TACC則在有絲分裂早期通過Aurora A的募集作用聚集到中心體，被Aurora A磷酸化，特異性地作用於中心體微管成核，並促進微管的聚集[7]。總之，在細胞核核膜破裂之前，Aurora A定位於中心體，並被Ajuba活化，活化的Aurora A進一步募集微管蛋白、TACC/MAP215複合物、中心體蛋白及其他中心體蛋白，促進中心體成熟及微管成核能力[8]。
（2）Aurora A調節中心體分離和雙極紡錘體裝配：
中心體成熟之後，在G2期逐漸分開形成雙極紡錘體，這一過程也需要Aurora A的參與。缺乏Aurora A可導致單極紡錘體或一極缺乏中心粒而另一極出現多個中心粒的紡錘體[9]。Aurora A調節中心體分離的機制可能與並磷酸化驅動蛋白相關蛋白（kinesin-related proteins）有關，Aurora A磷酸化驅動蛋白Eg5引起中心體分離，抑制Aurora A或Eg5可導致單極紡錘體形成[10]。在有絲分裂紡錘體裝配過程中起作用的主要是微管Aurora A。微管Aurora A分布於細胞質，並保持未激活狀態，一旦核膜破裂，這部分Aurora A通過Ran通路活化。在這一過程中，中心體旁高濃度的RCC1使Ran-GDP轉化為GTP-結合狀態，並與輸入蛋白β結合，釋放微管裝配因子，如TPX2、Numa、NUSAP、Rae1等，TPX2可活化Aurora A，並將其定位於微管的極性末端，驅動雙極紡錘體的裝配[5,8]。
（3）Aurora A與細胞周期調控：
Aurora A在促進細胞及時進入有絲分裂即G2/M轉換過程中起重要作用。抑制Aurora A的表達會導致細胞於G2/M期停滯，促進細胞凋亡[11]。DNA損傷會阻滯G2/M轉換，Aurora A過表達則可抑制G2期DNA損傷誘導的檢查點活化，使細胞繞過G2/M檢查點，導致中心體擴增及細胞轉化[12]。這種作用是通過中心體Cyclin-B/Cdk-1的活化完成。Aurora A通過輔因子Bora的協調作用與Plk-1結合併使其磷酸化，磷酸化的Plk-1通過磷酸化Cdc25B磷酸酶、降解Cdk1抑制酶Wee1來調節Cyclin-B/Cdk1的活性，啟動G2/M轉換。Aurora A還可通過自身磷酸化，促進Cdc25B磷酸酶的活化。此外，Aurora A還可使BRCA1的ser308磷酸化，並與其在M早期共定位到中心體，調控G2/M轉換，控制細胞周期進程。因此，Aurora A通過磷酸化Cdc25B及BRCA1，介導Cyclin-B/Cdk-1過程及參與G2/M期轉換[5,13]。
此外，在細胞周期中，中心體還可誘導纖毛形成，感知外界環境變化，調控細胞周期進程。Aurora A與其結合蛋白HEF1可通過觸發纖毛解體而影響纖毛的功能，進而影響細胞周期的進程[14]。
二、Aurora A在腫瘤發生、發展中的作用
由於Aurora A在細胞周期中的重要作用，Aurora A的表達量或功能異常會導致細胞異常分裂，干擾細胞周期的進程，促進腫瘤的發生、發展[15]。
1．Aurora A過表達與肝癌發生、發展：
在體外通過Aurora A過表達介導NIH 3T3細胞及Rat1成纖維細胞轉化，並將這些轉化的細胞注射到裸鼠體內後出現腫瘤生長[8]。此外，在人肝癌組織中存在Aurora A過表達，且其表達量與肝癌分化程度、肝癌分期、p53基因突變以及不良預後具有相關性，提示Aurora A過表達與肝癌的發生、發展有關[16]。
Aurora A過表達誘導腫瘤發生、發展可能的機制：一方面，Aurora A過表達導致中心體擴增，有絲分裂紡錘體異常裝配，染色體分離失敗形成異倍體，導致基因組不穩定，從而導致腫瘤的發生。但是Aurora A高表達並不直接激活中心體擴增，它是通過擾亂紡錘體裝配的檢查點，引起胞質分裂失敗，從而導致中心體的複製以及異倍體細胞的出現[1]。另一方面，Aurora A過表達導致紡錘體檢測點缺陷。Aurora A過表達干擾了G2/M檢測點蛋白Mad2與CDC20的相互作用，過早地激活APC/C的蛋白水解功能，使Mad2從有絲分裂前、中期到後期一直附著於著絲點，從而使紡錘體查測點處於持續激活狀態，因此，細胞可繞過G2/M檢查點，在存在紡錘體異常的情況下仍然進入有絲分裂後期[8,17]。
2．Aurora A與抑癌基因功能障礙：
Aurora A與抑癌基因產物（如p53、BRCA1等)在調控細胞活力方面相互對抗，它們的平衡對於維持細胞的正常生長非常重要，這種平衡被打破會誘導細胞增殖及肝癌發生。
Aurora A可與p53相互作用。p53可激活下游基因，參與調節細胞周期進程和凋亡，且p53可定位到中心體，調節中心體的擴增。Aurora A是一種p53結合蛋白，與p53相互作用，在p53信號通路中起重要調節作用。一方面，Aurora A可磷酸化p53的ser315，通過Mdm2導致p53泛素化和蛋白水解，使其轉錄激活功能喪失，細胞繞過G2/M檢查點，出現異常增殖。有報道p53水平與Aurora A濃度呈負相關，抑制Aurora A的表達使p53穩定性增加，細胞被阻滯在G2/M階段[18]。Aurora A還可磷酸化p53的ser215，解除p53與DNA的結合及其反式激活活性，抑制p53的下游基因[19]。另一方面，p53與Aurora A N末端的Aurora-box結合，抑制Aurora A的激酶活性，從而抑制中心體擴增和細胞轉化。
Aurora A還可與BRCA1相互作用，促使細胞進入M期，促進細胞過度增殖，促進腫瘤發生。在有絲分裂M期早期，Aurora A可直接綁定BRCA1，磷酸化其Ser308，導致細胞從G2期進入M期，抑制BRCA1 Ser308磷酸化會導致細胞生長停滯於G2期。此外，Aurora A還可通過調節BRCA1 E3連接酶的活性來抑制中心體微管成核活動，使中心體成熟障礙[13]。
3．Aurora A與c-Myc作用誘導端粒酶活性：
c-Myc是一個基因轉錄因子，可調節多種控制生長、增殖、蛋白合成、代謝以及凋亡的基因[20]；它還可綁定在常染色質區域的DNA序列，與多種外源性因子相互作用調節染色質狀態[21]。Aurora A通過與c-Myc相互作用引起肝癌的發生。多項動物實驗已經證實c-Myc過表達可引起肝臟腫瘤，在人肝癌患者中也檢測到c-Myc的擴增和過表達[22]。c-Myc可與Aurora A的啟動子結合，誘導Aurora A表達，在肝癌患者中，兩者的表達量在mRNA水平與蛋白水平均呈正相關；c-Myc抑製劑可減少Aurora A的核內聚積，Aurora A的核內聚積可通過與c-Myc啟動子結合誘導c-Myc轉錄。c-Myc或Aurora A的抑製劑可通過下調糖酵解以及生物合成的相關基因，如PDK1、ALDOC、GLS1及RPL23等，抑制細胞增殖、ATP產生、細胞代謝，促進細胞凋亡，改善肝細胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）的惡性表型，抑制腫瘤生長[23]。此外，Aurora A通過上調c-Myc誘導端粒酶活性，刺激人端粒酶逆轉錄酶的mRNA和啟動子活性，延長細胞生存時間，誘導腫瘤發生[24]。可見，c-Myc和Aurora A之間構成反饋通路，在轉錄水平互相調節，在HCC的發生、發展中發揮重要作用。
4．Aurora A基因多態性與肝癌易感性：
Aurora A基因編碼區存在單核苷酸多態性，其中在核苷酸91號位置存在T/A多態性，編碼氨基酸31號位置的苯丙氨酸/異亮氨酸（phenylalanine /isoleucine, F/I），該基因多態性與人類肝癌易感性相關。HCC患者中含I31等位基因的基因型比例明顯高於非HCC者，F31I基因型分布與HCC的風險增加明顯相關[25]。可能的機制是I31等位基因在腫瘤組織中被優先擴增，且I31等位基因與異倍體的形成有一定相關性，因此，與F31等位基因相比，I31有一定的致癌作用。而且F31I位於Aurora A NH2-末端的一個非保守結構域，該區域被證實在有絲分裂過程中Aurora A從細胞質轉移到中心體的過程中發揮作用。此外，E2泛素結合酶（E2 ubiquitin-conjugating enzyme，UBE2N）與Aurora AI31等位基因結合力較弱，提示F31I多態性可通過防止被泛素化降解來調節Aurora A的活性。在有絲分裂中，Aurora A和UBE2N的結合先於Aurora A和中心體的相互作用。因此，Aurora A I31和UBE2N間的弱結合作用會導致Aurora A與中心體的作用減弱，進而導致子細胞基因組不穩定、細胞轉化以及腫瘤形成[26]。因此，Aurora A F31I多態性，可能作為一種遺傳修飾，導致人對HCC易感。
三、Aurora A對肝癌細胞生物學行為的影響
1．對肝癌惡性表型的影響：
Aurora A與肝癌細胞的惡性表型相關。缺氧可使HCC細胞中缺氧誘導因子1α（hypoxia-inducible factor 1α, HIF-1α）和Aurora A表達增加；HIF-1α下調可導致Aurora A表達量下降並抑制HCC的生長和侵襲，敲除Aurora A可模仿HIF-1α下調對HCC表型的影響，而過表達Aurora A可部分緩解HIF-1α下調所誘導的HCC表型改變。兩者之間的相互作用是通過Akt和p38 MAPK信號通路介導的。因此，Aurora A可作為一個關鍵調節因子，介導HIF-1α對Akt和p38 MAPK信號通路的激活，促進肝癌的惡性表型[27]。
2．對HCC耐藥性的影響：
眾所周知，HCC對化療不敏感，Aurora A便參與HCC耐藥性的形成。有報道敲除Aurora A可顯著增加HCC細胞對化療藥物的敏感性，而Aurora A過表達則誘導腫瘤耐葯，說明Aurora A參與介導了HCC對化療藥物的耐藥性。可能的機制是Aurora A的過表達可促進Ikβα蛋白表達，增強核因子-κB活性，進而促進miRNA-21A轉錄和表達，抑制凋亡相關蛋白PTEN，最終抑制caspase-3介導的細胞凋亡，導致腫瘤細胞耐葯[28]。
四、展望
Aurora A的發現為人們對細胞周期，尤其是影響腫瘤生成的有絲分裂過程提出了新的概念。在HCC中存在Aurora A的過表達或功能異常，使細胞有絲分裂檢測點的監測功能失控、細胞周期紊亂、細胞基因不穩定，致細胞過度增殖，誘導腫瘤發生，並干擾肝癌細胞生物學行為，誘導腫瘤惡性程度增加，並導致腫瘤耐藥性。因此，Aurora A已成為肝癌治療新的研究靶點，目前已發現多種選擇性及非選擇性Aurora A抑製劑，如MK0457、MLN8237、ENMD 2076、Alisertib等，儘管這些藥物尚處於1期或2期臨床試驗，且其作用機制還有待於進一步研究，但這些發現對於肝癌的治療帶來了新的希望。
參考文獻（略）
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