Borealin在腫瘤中的作用及其分子機制研究進展

王 琛，齊廣瑩

(1.桂林醫學院附屬醫院病理科，廣西 桂林 541000；2.桂林醫學院 廣西腫瘤免疫與微環境調控重點實驗室，廣西 桂林 541000)

細胞有絲分裂是一個高度復雜并且受到嚴格控制的過程,它對腫瘤細胞擴增起著關鍵的調節作用,有絲分裂過程發生錯誤會導致基因組不穩定,從而引發腫瘤。Borealin作為染色體乘客復合體(Chromosomal passenger complex，CPC)的調控亞基之一，在有絲分裂過程中起著至關重要作用。目前在臨床中觀察到Borealin在多種腫瘤中呈高表達狀態，并與患者不良預后密切相關。在體外實驗研究中表明Borealin參與腫瘤細胞的增殖、凋亡、遷移和侵襲等生物學過程。這些現象使得Borealin逐漸成為抗癌藥物研發中一個極具價值的分子靶標，并且其抑制劑的運用有望成為腫瘤治療的有效途徑。因此，本文就目前Borealin與腫瘤關系及Borealin靶向藥物的研究進展作以綜述。

1 Borealin概述

細胞分裂周期基因8(Cell division cycle-associated protein 8，CDCA8)編碼蛋白稱為Borealin/Dasra B。該蛋白是由Gassmann等[1]和Sampath等[2]在Hela細胞和非洲爪蟾卵細胞中發現。人類CDCA8基因定位于1p34.2，含11個外顯子和10個內顯子，cDNA總長2139 bp，編碼280個氨基酸組成的堿性蛋白(等電點9.9)。Borealin在細胞內與催化成分(Aurora-B)、凋亡抑制蛋白(Survivin)和內著絲粒蛋白(Inner centromere protein,INCENP)共同組成染色體乘客復合體(CPC)。Borealin和Survivin與INCENP的氨基端CEN-BOX按1∶1∶1比例結合，以三螺旋束形式形成CEN功能模塊(CEN module)[3-4]。CEN模塊控制著Aurora B的定位和活化,CPC 中任何成分的缺失都將會導致其他成分的錯誤定位和有絲分裂過程的破壞。Borealin在有絲分裂前期出現在染色體臂和內著絲粒上，在中期集中在內著絲粒，在后期開始遷移到紡錘體中間區，并在整個末期和胞質分裂過程中一直位于中間體上。

2 Borealin的生物學作用

Borealin在有絲分裂中可以幫助CPC著絲粒定位,校正動粒結合位點并穩定雙極紡錘體[1],所以Borealin與有絲分裂的正常進行息息相關。但是，Borealin異常表達易導致不完全的有絲分裂，使得遺傳基因組不穩定,高頻率產生非雙倍體DNA的細胞，從而引發腫瘤。

2.1 Borealin與CPC組成蛋白之間的相互作用 在體外，Borealin是Aurora B激酶的底物。Borealin的二聚結構域與動點蛋白Sgo1相互作用驅動Aurora B介導的紡錘體組裝。Bonner等[5]發現Sgo1直接與CPC亞基Borealin的二聚化結構域相互作用。Borealin和蛋白磷酸酶PP2A可以同時與Sgo1的卷曲結構域結合，提示Sgo1可以整合Borealin和PP2A的活性來調節Aurora B底物的磷酸化。Borealin蛋白能夠促進Survivn和INCENP的結合[6]。Trivedi等[7]發現，在低于內著絲粒濃度的情況下，CPC的Borealin亞基在體外驅動CPC相分離，CPC在著絲粒內側以分離狀態存在。Abad等[8]發現Survivin本身并不能與核小體結合，需要Borealin和INCENP才能結合。破壞Borealin與核小體的相互作用會將CPC排除在染色體之外，并導致染色體聚集缺陷。因此，Borealin是決定染色體結合和CPC功能的主要調節因子。

2.2 Borealin與其他蛋白之間的相互作用 Trivedi等[9]發現在分裂前中期，Borealin-微管以一種與張力無關的方式控制著CPC對動粒的磷酸化。Borealin-微管之間連接不當會導致動粒磷酸化減少和紡錘體檢查點信號減弱。Liu等[10]發現，組蛋白H3K4甲基轉移酶MLL5蛋白在功能上與Borealin相互作用，促進CPC的表達，從而有助于有絲分裂的保真度和基因組的完整性。Liu等[11]證明了Borealin與異染色質蛋白1(HP1)直接相互作用，這種相互作用是由進化上保守的PXVXL基序介導的。Borealin-HP1的相互作用將CPC招募到著絲粒，并通過Aurora B底物CENP-A中Ser-7的磷酸化來調控Aurora B激酶的激活。Wumaier等[12]發現支架蛋白IQ結構域三磷酸鳥苷合酶-激活蛋白1 (IQ motif containing GTPase-activating protein 1,IQGAP1)在胞質分裂過程中與Borealin相互作用。單獨敲低Borealin、單獨敲低IQGAP1或同時敲低Borealin和IQGAP1均可抑制胞質分裂的完成，形成多核細胞。結果表明，胞質分裂過程中Borealin在中間體的正確定位由IQGAP1決定，IQGAP1可能在胞質分裂調節Borealin功能中起重要作用。另外還有一些研究報道揭示了CDCA8在癌細胞中表達激活的分子機制。Dai等[13]通過突變分析和電泳運動漂移分析，在CDCA8堿性啟動子中發現了兩個關鍵的激活元件，轉錄因子NF-Y和CREB1。過表達NF-Y增強CDCA8啟動子活性，敲低NF-Y下調CDCA8轉錄活性，進一步證實了NF-Y是CDCA8轉錄的正調控因子。Pike等[14]發現蛋白激酶C epsilon(PKCε)通過在S227磷酸化Aurora B的同時，增加了底物Borealin的磷酸化。這一過程對于CPC離開脫落檢查點，完成細胞分裂至關重要。Comisso等[15]發現干細胞分化關鍵蛋白OCT4、蛋白磷酸酶1型核抑制因子(NIPP1)和細胞周期蛋白CCNF可以同時驅動染色體乘客復合體組分Borealin、Survivin和Aurora B的表達，促進中心體聚集，增加有絲分裂的穩定性。OCT4或NIPP1或CCNF的缺失會導致嚴重的有絲分裂缺陷、多極紡錘體和多個中心體，最終導致細胞凋亡。

3 Borealin與腫瘤

許多大數據分析和研究表明，有絲分裂的調控亞基 Borealin被一致認為具有癌基因功能。在多種腫瘤細胞中存在過表達的現象，參與腫瘤的發生、發展過程，并與腫瘤的惡性程度和預后有關。

3.1 Borealin與肺癌 肺癌是全球最常見的癌癥(占總病例的11.6%)，也是癌癥死亡的主要原因(占癌癥死亡總數的18.4%)[16]。目前有多項證據支持，Borealin與肺癌高度相關，并且有望成為肺癌的潛在生物標志物。Li等[17]發現Borealin在A549和PC-9細胞中高表達，可用于評估肺腺癌患者的預后，并可作為獨立的風險因素預測肺腺癌患者的生存。Hayama等[18]通過對肺癌組織芯片免疫組織化學分析，發現Borealin和Aurora B的過度表達與肺癌患者的預后不良密切相關。并且Aurora B直接磷酸化CDCA8的絲氨酸(154)、絲氨酸(219)、絲氨酸(275)和蘇氨酸(278)，可以穩定癌細胞中的Borealin蛋白。Zeng等[19]發現CDCA8是肺腺癌中與腫瘤免疫微環境及臨床結果相關的干性基因之一。因此，選擇性抑制Borealin可能是治療肺癌患者的一種有前途的治療策略。

3.2 Borealin與乳腺癌 乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤之一，也是女性癌癥死亡的第二大原因[20]。乳腺癌早期通常無明顯癥狀，容易被忽視，導致病死率高。Bu等[21]發現在E2刺激的乳腺癌細胞MCF7和T47D細胞中和腫瘤標本中CDCA8均有較高的表達，并且Kaplan-Meier圖分析顯示，CDCA8的高表達與預后不良呈正相關。Jiao等[22]采用免疫組織化學方法檢測了112例乳腺癌組織，發現CDCA8在乳腺癌組織中經常過度表達，并且CDCA8的高表達與轉錄因子FOXM1的表達呈正相關。此外，還發現CDCA8與FOXM1組合比單個標記具有更高的危險比。提示FOXM1-CDCA8可能參與了乳腺癌的進展，有望成為診斷、評估乳腺癌預后的指標及乳腺癌新的治療靶點。

3.3 Borealin與肝癌 肝癌是嚴重威脅人類健康的主要殺手之一，2018年全球肝癌的死亡率為8.3%，是全球癌癥相關死亡的第二大原因[16,23]。中國已經成為肝癌發病最為集中的國家之一，因此，尋找肝癌標記物和藥物作用靶點迫在眉睫。Shuai等[24]發現CDCA8在肝癌組織中的表達高于癌旁組織，其表達水平與T分期、臨床分期、組織學分級高度相關。并且發現CDCA8可能與細胞凋亡、細胞周期、ErbB,MAPK,mTOR,Notch,p53和TGF-β信號通路有不同程度的相關性。Li等[25]利用攜帶條件性Borealin等位基因的小鼠，發現在ΔN90-β-catenin和c-Met誘導的肝癌發生發展的過程中受到很大程度上的阻礙，表明Borealin可能在肝癌形成中起關鍵作用。Jeon等[26]發現CDCA8在肝細胞癌中高表達，并且CDCA8高表達的患者預后較差。敲低CDCA8可以激活腫瘤抑制因子ATF3和失活AKT/β-catenin信號來抑制肝癌的增殖和干性。因此，靶向CDCA8可能是原發性肝癌治療和預防轉移或復發的下一步分子策略。

3.4 Borealin與膀胱癌 膀胱癌是全球第九大常見的惡性腫瘤，每年約有50萬新發病例，20萬人死于該疾病[27]，在中國，膀胱癌是最常見的泌尿系統腫瘤之一。Gao等[28]發現， CDCA8在膀胱癌中高表達，參與了膀胱癌細胞生長周期的調控。抑制CDCA8表達可抑制T24和5637細胞的增殖、遷移和侵襲，誘導膀胱癌細胞凋亡。基于生物信息學的機制分析表明，CDCA8的高表達可能影響細胞周期和p53信號通路。Pan等[29]在TCGA數據庫中，基于mRNA表達干性指數(MRNAsi)進行評估和校正，發現CDCA8在膀胱癌干細胞的維持中起重要作用。

3.5 Borealin與胰腺癌 胰腺癌是一種高度致命的疾病，發病隱匿，預后極差，存活率較低。Li等[30]發現驅動蛋白KIF18B與CDCA8的啟動子區域結合，從而激活其轉錄，促進胰腺導管腺癌的增殖。Gao等[31]利用TCGA和免疫組織化學方法分析，發現驅動蛋白KIF23與CDCA8表達呈正相關，KIF23可能通過影響CDCA8的表達促進胰腺癌的增殖。

3.6 Borealin與其他腫瘤 Li等[32]發現CDCA8對骨肉瘤細胞體外增殖有明顯的促進作用。Ci等[33]研究發現，CDCA8在皮膚黑色素瘤組織和細胞系中的表達高于正常組織和細胞。在體外實驗中，敲除CDCA8基因抑制了A375和MV3細胞的增殖、遷移和侵襲，降低了ROCK途徑的兩個下游效應蛋白ROCK1和肌球蛋白輕鏈的磷酸化水平。Wang等[34]通過對81對原發性結直腸癌和癌旁組織進行免疫組織化學分析后，發現Borealin在結直腸癌組織中高表達。使用siRNA抑制Borealin的表達可顯著抑制HCT-116細胞的生長并誘導其凋亡。Wang等[35]發現CDCA8與轉錄因子E2F1協同作用促進了膠質瘤的增殖和遷移。另外還有研究表明，CDCA8是前列腺癌淋巴結轉移的良好生物標志物[36]。

4 Borealin在腫瘤治療中的作用

4.1 Borealin抑制劑有望成為腫瘤治療的新方案 腫瘤的治療一直以來都局限于手術或化療。近年來，隨著功能基因組學的不斷發展，對評估基因功能及發現藥物靶標提供了新的思路。針對CPC為靶點設計、合成小分子抑制劑作為抗腫瘤藥物已經得到廣泛關注。Aurora-B抑制劑現有一些已進入臨床試驗,且表現出良好的抗腫瘤活性，但部分受試者出現白細胞數目短暫性減少,引起惡心和口腔炎癥[37]及疲勞、腹瀉、發聲及呼吸困難、高血壓、便秘及腹痛等一系列副作用。因此，為了減小副作用，調控亞基Borealin成為了極具價值的藥物分子靶標。阻斷Survivin和Borealin之間的相互作用是一種很有前途的策略。Yue等[38]開發了一種基于雙分子熒光互補(BIFC)技術的培養細胞高通量篩選方法，該方法可以識別特異性阻斷Survivin和Borealin相互作用的小分子化學抑制劑。依托泊苷被確定為有效的藥物之一。在未來，更大規模的篩查可能會發現更多、更好的Borealin抑制劑，為腫瘤治療提供新方案。

4.2 Borealin抑制劑有助于緩解化療藥的耐藥性 有研究表明Borealin還參與了化療藥的耐藥過程，因此Borealin抑制劑與化療藥聯合運用可能有助于改善耐藥，緩解病情。Yu等[39]發現CDCA8在三苯氧胺耐藥的乳腺癌細胞中顯著升高。下調CDCA8表達可顯著抑制耐他莫昔芬乳腺癌細胞的增殖，降低其對他莫昔芬的耐藥性。過表達CDCA8促進了對他莫昔芬敏感乳腺癌細胞的生長，并誘導其對他莫昔芬產生耐藥性。Qi等[40]發現在卵巢癌中過表達CDCA8，促進了卵巢癌細胞的體外和體內增殖。CDCA8通過誘導G2/M期阻滯、加速細胞凋亡、增加DNA損傷和干擾DNA雙鏈斷裂修復蛋白RAD51對奧拉帕利布和順鉑的作用，而使卵巢癌細胞對奧拉帕利和順鉑的敏感性降低。

5 結 語

目前，雖然有許多文獻表明Borealin在多種腫瘤中均有表達，但是Borealin推動腫瘤的進展及Borealin在腫瘤微環境中作用等方面我們還沒有清楚認識，還有待于后續研究。同時，關于Borealin抑制劑的篩選及開發的研究還不是很完善，希望在后續的研究中能夠發現更多的Borealin抑制劑，并用于動物實驗及臨床實驗，從而找到Borealin抑制劑臨床應用的有效劑量。相信在不久的未來，靶向Borealin藥物的開發能為腫瘤治療提供新策略，能為腫瘤化療耐藥的患者帶來曙光。