Aurora-A 激酶的作用及其在結腸癌發生發展中的研究進展

陳遠健

廣西柳州市人民醫院 545000

Aurora激酶家族是近年來臨床研究發現的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,主要參與到了中心體復制與分離、染色體濃集等多類型事件之中,會在各種有絲分裂活動、基因組完整性維持等方面發揮出重大的作用,除此之外,有研究表示[1],Aurora激酶家族還會參與到細胞有絲分裂的正常進程之中。目前,在哺乳動物的細胞學研究中發現[2],Aurora-A激酶家族中主要有Aurora-A、Aurora-B與Aurora-C三位成員,其中,Aurora-A屬于Aurora激酶家族中最為重要的組成成員。據相關的文獻資料調查顯示[3],在諸如食管癌、肺癌、結腸癌等腫瘤疾病中,會出現Aurora-A基因高表達的特點。且據目前最新的研究資料表示[4],Aurora-A的表達水平與一些腫瘤之間的生物學特點之間形成顯著相關聯系,因此,Aurora-A利于有效預測一些腫瘤疾病的預后情況。諸多研究資料均顯示[5-6],Aurora-A屬于癌基因,包括多種物質下的蛋白底物磷酸化,因此會參與到腫瘤疾病中的病情發生與發展過程之中。與此同時,Aurora-A的過度表達會對紫杉醇等藥物作用進行破壞,進而致使機體對于該類治療藥物產生耐藥性。基于Aurora-A在多種惡性腫瘤下的高表達且會影響腫瘤內部生物學特性的特點,其已經成為醫學界越來越關注的治療新熱點,而其中,利用Aurora-A進行小分子抑制研究,與聯合化療藥物進行臨床應用研究是最為關注的話題,可能會成為未來治療惡性腫瘤疾病的新方向[7]。基于該種背景之下,本文總結分析了Aurora-A激酶在近幾年內的研究思路與內容,并主要就Aurora-A激酶的生物學作用、與結腸癌等腫瘤之間的關系等方面進行了綜述。

1 Aurora-A激酶的生物學作用

Aurora-A屬于激酶編碼基因類型,且具有作用關鍵性,20p13.2為其基因定位,該定位區域主要在人類的惡性腫瘤發展中存在普遍擴增性,比如常見的腫瘤類型有結腸癌、食管癌等。最早的Aurora-A激酶是在乳腺癌檢測過程中被發現的,主要由氨基酸(403個)進行組合而成,并且蛋白質一級結構中分別含有可變區域與催化區域各1個,其中,催化區域處于C末端,氨基酸序列對其具有相對較高的保守性,且該區域內部存在活化環、降解框,而活化環參與了Aurora-A激酶活性的調節過程,降解框D-box則參與了Aurora-A激酶的降解過程[8-9];另一方面,在可變區域內主要位于N末端,該區域之內主要包括有3個box,其與Aurora-A內的定位、識別與中心體結合之中的相關蛋白起到密切相關性,在這其中,A-box還有利于對D-box的降解功能起到有效的激活作用[10]。

相關的細胞學研究表明[11],在G1與S期間時,Aurora-A中的mRNA與蛋白水平均處于最低數值,當處于G2與M期增大直至峰值時,則經M期間結束之后會相對在短時間內下降。Aurora-A激酶在G2直至M期間的轉換期時會被激活,以促使有絲分裂早期激酶的活性增至最大。當Aurora-A處于S期間末時則會逐步分布到中心體之中,并修飾中心體。此時中心體已經完成復制過程,并且向中心粒進行復制時,細胞內部是檢測不到Aurora-A激酶的,由此可見,Aurora-A激酶只是間接作用于中心體的復制過程。而據體外的培養細胞進行測定研究,發現Aurora-A的異常表達有利于對中心體的擴增起到激發作用,并且不會對Aurora-A激酶活性進行依賴。除此之外,Aurora-A在建立與維持雙極紡錘體的過程中起到重大突出性作用,能夠抑制Aurora-A的活性,進而導致單極紡錘體形成,而這也是雙極紡錘體正確分離染色體的前提。另外,有相關資料顯示[12],若人體腫瘤細胞中缺失Aurora-A,雖然會有雙極紡錘體形成,但是其染色體也無法在赤道平面上進行排列,而形成該種現象的原因主要在于微管的聚集或者動粒子與微管之間的相互作用所導致的失誤。

在有絲分裂過程與由于Aurora-A消耗下所導致的有絲分裂相關產物形成的過程中,Aurora-A發揮著極為重要的作用[13]。由此可見,Aurora-A基于有選擇性的抑制下會對抗有絲分裂過程起到相對深遠的影響作用。

2 Aurora-A激酶的功能

2.1 Aurora-A有利于分離與成熟中心體 Aurora-A激酶屬于中心體蛋白,Aurora-A激酶活性在中心體分離過程中發揮了重大作用。有動物實驗發現,當果蠅中的Aurora-A發生異常突變情況后,會導致中心體的分離缺陷,進一步引發出現單極紡錘體。Aurora-A對中心體的分離與調節機制尚不明確,但是目前學者普遍認為其與通過磷酸化底物而參與到中心體分離過程密不可分[6]。Aurora-A能夠確保中心體成熟,且主體是通過cNN、D-TAcc與sPD-2至少這三種保守中心體蛋白而實現的。

2.2 Aurora-A能夠與紡錘體裝配 據最新的研究資料顯示[14],Aurora-A能夠對下游RanGTPase的信號通路進行調節,進而進一步調節紡錘體裝配。RanGTPase能夠刺激Aurora-A激酶的活性,使得Aurora-A能夠有效結合TPX2,并進一步促使激酶發生自動化磷酸化與發生活化,Aurora-A激酶失活則會導致Aurora-A異常突變,進一步對紡錘體的形成造成破壞。由此可見,TPX2有利于對Aurora-A的活化進行刺激,并在紡錘體裝配中起到了十分重大的臨床效用價值。

3 在細胞惡性轉化中的Aurora-A激酶引發機制

Aurora-A在參與到細胞惡性轉化的過程之中可能主要是通過H3介導進行轉化的,比如通過對H3介導的磷酸化進行調控后,促使染色質纖維發生凝集,且蛋白質的復合體向著染色質進行集結,最終引發異常染色體出現,并導致發生惡性腫瘤。Aurora-A還有可能導致P53基因造成異常突變,而突變下的P53基因及其相關產物會導致正常細胞的生長與增殖過程發生失控,DNA所破壞下的細胞會繼續發生分離,進而引發腫瘤向惡性轉化,但是對于其具體的引發機制還需要進一步實驗探究,以得出驗證[7]。Aurora-A能夠在驅動樣蛋白Eg與TACC3等幾種比較重要的有絲分裂蛋白中進行磷酸化。而通過對上述相關功能蛋白的磷酸化,Aurora-A有助于對中心體進行動態調節并進行微管,進而穩定細胞周期下的基因組。高水平下的Aurora-A會打亂中心體與微管之間的動態性平衡,改變基因組的穩定性,進而引發腫瘤。而Aurora-A高表達下異常的有絲分裂檢查點,也是導致發生腫瘤的另外一大原因。

Aurora-A與PP1之間存在兩個結合位點可進行有效結合,并在細胞周期下的G2/M期間會發生活化的Aurora-A促使PP1磷酸化的表現,進而對其去磷酸化活性造成抑制,同理,PP1也能夠促使已經活化的Aurora-A發生去磷酸化,進而使得Aurora-A激酶失去活性。因此,Aurora-A與PP1之間的反饋調節是處于相對平衡的狀態之下的,若該種平衡被打破則會促使細胞周期紊亂與染色體發生不規則性質的分離,進而容易引發腫瘤。另一方面,Aurora-A激酶能夠通過對機體內部端粒酶活性進行誘導而參與到轉化細胞過程之中。端粒酶具備逆轉錄活性,能夠以RNA作為模板,以此添加序列直至染色體的末端中,進而延長端粒與維持端粒長度,促使細胞進而獲得無限制增殖的細胞能力,最終形成永生細胞。在許多的細胞發生、發展過程之中,其均與端粒酶之間存在十分密切的相關性,最高可達85.00%的人體惡性腫瘤細胞中均發現有端粒酶存在表達性[15]。采用不同的臨床方法對端粒酶中所表達的陽性腫瘤細胞進行抑制后發現,該類細胞會在體外逐漸衰老進而死亡,這都表明端粒酶的激活過程是存在永生細胞的必要且重要條件要素,這也可作為端粒酶在抗癌藥物研究中應用。

4 Aurora-A與結腸癌等腫瘤之間的關系

腫瘤歸屬于基因疾病范圍之內,當細胞之中的原癌基因被激活或造成抑癌基因失活則會導致細胞的正常生長失控、分化功能發生紊亂,進而逐步發展為腫瘤。其中,結腸癌屬于十分常見的一類消化系統惡性腫瘤類型,據流行學調查顯示出[16],近年來我國的結腸癌發病與死亡率均呈現出上升的趨勢。目前,大多學者[11,17]均認為結腸癌的病發是一個多基因參與下多個步驟發展化的復雜過程,但是對其具體病發機制并不明確。有研究表示[18],Aurora-A與多種消化系統惡性腫瘤之間的發生、發展過程存在極為密切的聯系。Aurora蛋白激酶家族目前主要劃分出Aurora-A、Aurora-B與Aurora-C,其中,Aurora-A主要位于細胞的中心體之上,當有絲分裂的時候Aurora-A與紡錘體的兩極會互相聯系并直接參與到中心體的重組活動之中。當Aurora-A過度表達則較易形成非整倍體細胞,該種細胞與腫瘤的發生、發展之間存在密切的相關性。有研究資料顯示出[19],在結腸癌患者之中,對于存在高表達Aurora-A的結腸癌患者數量要高于結直腸腺瘤與正常結直腸組織患者數量(P<0.05),并且,對于浸潤程度越深的患者,其Aurora-A陽性表達率會相對更高,該數據結果也提示了Aurora-A的高表達在結腸癌侵襲過程中發揮出了自身作用。目前,在其他腫瘤研究中也同樣發現[20],Aurora-A的過度表達與腫瘤(膀胱癌、食管癌、胃癌等)侵襲程度之間存在較大相關性。除此之外,研究表示[21],低于5年生存率的Aurora-A患者數量要多于≥5年生存率例數,由此可見,利用Aurora-A的表達情況進行監測,可作為臨床上評價結腸癌的預后指標。

有其他研究性文獻資料表示[22],對比于具有二倍體下的惡性腫瘤的惡性程度而言,存在異倍體的惡性腫瘤的惡性程度會相對更高。該資料顯示,Aurora-A與惡性腫瘤的異倍體之間存在十分顯著的相關性,即Aurora-A會促使異倍體的形成。而導致該種情況發生的主要因素涉及2個方面：細胞質發生故障與形成有絲分裂紡錘體,通過對紡錘體檢驗點的激活,導致有絲分裂被終止,進而形成了異倍體。由此可見,異常的Aurora-A也可能是某一種惡性腫瘤所表現出來的病理特征,或者其與臨床分期、預后等存在某種程度上的聯系。但是,對于不同腫瘤類型下的研究結果與結論又不一致,因此,后續研究還需要擴大腫瘤病例數,以此獲得更為理想化的研究結論[23-24]。與此同時,Aurora-A基因存在多態性,其與人體之中的腫瘤易感性關系之間存在密切的相關性,而Aurora-A基因主要劃分為Ph31IIe與Val57Ile基因,該種等位基因在目前的結腸癌研究中發現存在有擴增的表現。

5 小結

就目前而言,Aurora-A激酶基因普遍被認可為屬于一種新的癌基因類型,且該種基因物質備受關注,相信隨著對于Aurora-A激酶功能與調控機制模式的不斷研究與深入,能夠幫助人類更為了解Aurora-A激酶,也更有助于了解其在結腸癌乃至其他腫瘤發生與發展過程中發揮出的機制與作用,以此為臨床抗腫瘤治療提供全新的一類研究思路,并且為臨床腫瘤靶向治療藥物的開發提供更為可靠的理論依據。