极光激酶B的功能及在肿瘤发病机制中的相关性研究进展

张峰华，张顺美，朱奕帆，甘滔

（1.赣南医学院康复学院；2.赣南医学院基础医学院，江西 赣州 341000）

极光激酶B（Aurora kinase B，AURKB）是一种高度保守且不易变异的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，与极光激酶A（Aurora kinase A，AURKA）和极光激酶C（Aurora kinase C，AURKC）同属于极光激酶家族，主要在有丝分裂中起作用［1］。近年来，AURKB已被证实在多种肿瘤中高表达，可推进癌症的发生发展，是一个很有前景的癌症治疗靶点。以往针对极光激酶家族在癌症中作用的研究大多集中于AURKA，AURKB在癌症中的作用机制尚不完全清楚。近年来AURKB在癌症靶向治疗领域的应用越来越广泛，出现了越来越多的AURKB特异性小分子抑制剂甚至进入临床试验阶段。本文对AURKB的生物学特性、功能和定位及其在肿瘤中的相关分子机制研究进展进行综述，以期为AURKB作为靶点应用于癌症临床治疗提供理论指导。

1 AURKB的结构

AURKB是由位于染色体17p13.1上的Aurora B基因编码的蛋白，该基因也被称为AIK2、AIM1、ARK2、AIRK2、IPL1、STK1、STK5和STK12。作为参与有丝分裂的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，AURKB与AURKA和AURKC同属极光蛋白家族，于1995年在果蝇中首次被发现。与极光激酶基因家族的其他成员类似，AURKB由3个结构域组成：N端结构域、激酶结构域以及C端结构域。极光家族3个成员之间的激酶结构域或催化结构域高度保守，而N端结构域呈现不同程度的序列差异，这赋予了它们不同的生物学特性、细胞定位和功能［2］。AURKB的激酶结构域由N端β-链叶和C端α-螺旋叶组成，这两个叶由一个铰链区连接在一起，共同形成活性激酶构象［3］。AURKB激酶结构域的C末端含有催化T-环，在Thr232处的自动磷酸化导致AURKB激活。AURKB含有3种类型的降解元件：位于N末端结构域的Ken基序、DAD/A盒和位于C末端结构域的D-box，它们被认为介导了AURKB蛋白的降解［3］。

2 AURKB功能和定位

在极光激酶家族中，AURKA和AURKB主要存在于有丝分裂活跃的细胞中，并在高度增殖的组织中上调，而AURKC的存在仅限于减数分裂期间的生殖细胞。每个极光激酶家族成员的有丝分裂作用主要依赖于它们的表达水平、表达时间和细胞定位，而不是它们的激酶活性［4］。

2.1 AURKB在有丝分裂中的功能和定位 AURKB是染色体乘客复合物（Chromosomal passenger complex， CPC）的重要成员，CPC还包括内着丝粒蛋白（Inner centromere protein，INCENP）、Survivn和Borealin。AURKB在与CPC的成员（如INCENP）相互作用后，通过激活环的自磷酸化（Thr232），AURKB在羧基端Thr-Ser-Ser基序磷酸化INCENP使其激活。激活后的INCENP可进一步活化AURKB激酶全部活性，从而构成AURKB激活的正向反馈环路［5］。活化后的AURKB主要在染色体分离和胞质分裂中发挥重要作用。

AURKB的活性在G2晚期开始增加，在有丝分裂中期至结束时达到最大值［6］。AURKB在有丝分裂过程中的定位受其C末端结构域的调节，AURKB在分裂前中期定位于染色体的着丝粒，促进染色体在中期的正确对齐，在中后期转移到中区，在末期转移到中间体，对完成细胞质分裂至关重要［7］（表1）。

表1 AURKB在细胞周期中的定位和功能

2.1.1 AURKB在有丝分裂前期的定位和功能在有丝分裂开始时，AURKB使组蛋白H3的Ser10残基磷酸化，而磷酸化后的组蛋白H3有利于染色体的凝聚［8］。随后，AURKB随CPC被靶向至着丝粒，这一过程由含有Cullin3的泛素连接酶触发，并受周期蛋白依赖性激酶1（Cyclin-dependent kinase 1，Cyclin B1-CDK1）复合体的负调控［9］。此外Haspin介导的组蛋白H3的Thr3磷酸化和苯并咪唑出芽抑制解除同源物蛋白1（Budding uninhibited by benz⁃imidazoles 1，Bub1）介导的组蛋白H2A的Thr120磷酸化，也可促进CPC在着丝粒处的定位［10-12］。在此阶段，AURKB可介导染色体和微管之间的连接，从而调控染色体分离［11］。

2.1.2 AURKB在有丝分裂中期至后期的定位和功能 在中期AURKB定位于着丝粒，而在后期，AURKB定位于中间体。AURKB参与调节纺锤体组装检查点（Spindle assembly checkpoint，SAC），纠正纺锤体和动粒之间错误的附着［13］，维持正确的染色体配对和准确的染色体分离［14-15］。SAC一旦失活，后期促进复合物/细胞周期体（Anaphase-promoting complex/cyclosome，APC/C）则被激活，使细胞周期进入分裂后期［16］。当SAC有活性时，AURKB会磷酸化APC/C的辅助因子细胞周期分裂蛋白20（Cell divi⁃sion cycle 20，CDC20）并使其失去活性，以防止APC/C的激活。只有在所有染色体与动粒正确而稳定地附着之后，SAC才会被沉默，以便细胞进入分裂后期并完成有丝分裂［17］。在这一时期，AURKB还可控制着丝粒和端粒异染色质的分离。在裂殖酵母中，端粒上的AURKB可通过异染色质蛋白1（Heterochro⁃matin protein 1，HP-1）和Rad21（内聚蛋白复合体的最关键成分）的解离使端粒分散，并且还可通过磷酸化冷凝蛋白复合体亚基2（Condensin complex sub⁃unit 2，Cnd2）增强染色体的凝结和完全端粒分离。在后期，AURKB负责将一种保护动粒附近黏连蛋白的蛋白体（Shugoshin 1，SGO1）引入到着丝粒上以去除黏连蛋白，并触发姐妹染色单体分离［18］。此外，定位于中区的AURKB还起着延迟染色体去凝集和核膜重塑的作用，可帮助滞后的染色体进入主核，从而防止微核形成［19］。

2.1.3 AURKB在有丝分裂末期的定位和功能 在末期，AURKB保持定位于中间体，在Ser387位点磷酸化MgcRacGAP1（MKLP1与Rho家族GTPase激活蛋白CYK-4）后激活RhoA GTP酶［20］，从而诱导肌动蛋白聚合和肌球蛋白激活，这两者都是在胞质分裂过程中形成收缩环所必需的。此外，AURKB还使额外的底物（即Vimentin、Desmin和GFAP）磷酸化，以形成分裂沟。因此，AURKB在维持末期基因组的完整性和胞质分裂过程中细胞质成分的分离中起关键作用。

2.2 AURKB在非有丝分裂期间的定位和功能

由于N末端结构域的核定位序列（Nuclear local⁃ization sequence，NLS），AURKB可被定位于间期细胞的细胞核中。关于AURKB在间期是如何被调节的知之甚少，但非常明确的是极光激酶家族蛋白的功能绝不局限于有丝分裂调控［9］。虽然大部分AURKB在有丝分裂完成时被APC/C破坏［21］，但相当一部分AURKB被留存至间期或被重新合成。关于AURKB非有丝分裂功能的研究主要集中于胚胎干细胞（Embryonic stem cell，ESCs）的干性维持调控。在胚胎干细胞（Embryonic stem cells，ESCs）中，AURKB首先通过磷酸化组蛋白H3，重塑端粒上的染色质结构维持干细胞中的端粒长度。AURKB还可在Ser404位点磷酸化端粒重复序列结合因子1（Telomeric repeat binding factor 1，TERF1），使其无法结合在端粒DNA上。TERF1的缺失直接影响多端粒信号（Multiple telomeric signal，MTS）的形成，使端粒结构更加稳定，进而促进ECS的干性维持。此外，在胚胎发育过程中，AURKB还可能通过调控八聚体结合转录因子4（Octamer-binding transcription factor，OCT4）、Nanog、Kruppel样因子4（Kruppel-like factor 4，KLF4）等多能性转录因子活性影响细胞功能［22］。这些研究表明，AURKB除了在有丝分裂中的典型功能外，还参与了其他细胞生理过程。

3 AURKB在癌症中的相关机制研究

AURKB生理功能的紊乱往往与癌症相关联，在肺癌、胶质母细胞瘤等多种癌症细胞中都观察到AURKB的过度表达或拷贝数扩增［23-24］，且其表达水平与癌症患者生存期呈负相关［25］。在成为癌症预后指标的同时，AURKB也被认为是潜在的癌症治疗靶标［26］。研究发现，AURKB可参与调控癌细胞的增殖、迁移和耐药性能，干预AURKB功能可有效改善多种癌症的病程进展［27］。早期对于AURKB调控癌症发生发展的研究多停留在表型层面，缺乏对分子机制的深入研究。本文对近年来所报道的在癌细胞中AURKB作用的分子及通路进行了回顾，发现AURKB在癌症发病过程中参与调控的分子机制主要可分为以下几类。

3.1 AURKB与MYC的相互作用 作为最常见的癌基因，MYC癌基因（c-MYC，MYCN，MYCL）过度表达于大约70%的肿瘤中，其高水平表达一般源于染色体水平的扩增或易位以及限制MYC表达的通路突变。在高表达c-MYC的B细胞淋巴瘤中，c-MYC间接促进AURKB表达，而在神经母细胞瘤中，MYCN已被证明是AURKB的直接转录调控因子［28］。BORAH N A等［29］发现，在人视网膜母细胞瘤的AURKB启动子上富集了一个MYCN结合基序，进一步支撑了MYCN对AURKB的直接调控。另一方面，在急性淋巴细胞白血病中发现AURKB可在Ser67位点磷酸化MYC使其更加稳定，而c-MYC又可激活AURKB转录，构成一个正反馈循环，促进了T细胞白血病发生［30］。这种正反馈调控是否也存在于其他癌症中，尚未可知。

3.2 AURKB与P53、FBW7的相互作用P53是一种经典的肿瘤抑制基因，也是细胞周期的重要调节因子，调节各种重要的生物过程，包括细胞凋亡、细胞周期停滞和衰老，在乳腺癌、卵巢癌等多种人类肿瘤中都发现了P53的突变或缺失。已有研究表明，有丝分裂间期AURKB可在Ser183、Thr211和Ser215磷酸化P53，并通过MDM2癌基因（Murine double minute2，MDM2）介导的泛素化促进P53降解，影响P53的转录后水平。此外，AURKB也可通过与新型组蛋白乙酰转移酶抑制因子结合，在P53 DNA结合域的Ser269或Thr284位点磷酸化P53，并显着降低P53的转录活性，从而损害其下游靶点P21和BCL2-associated X的蛋白质（BCL2 associated X protein，Bax）表达并抑制细胞周期进程［31］。

F-box和WD重复结构域-7（F-box and WD re⁃peat domain-containing 7，FBW7）也称为FBXW7、CDC4、AGO和SEL10，是一种肿瘤抑制因子，其突变在乳腺癌、膀胱癌和宫颈癌等癌症中多有报道［32］。在前列腺癌细胞中P53突变或水平降低导致微小核糖核酸-25（MicroRNA-25，miR-25）表达增加，进而使FBXW7水平降低。而在人类肺癌细胞中，P53基因的缺失也会导致FBW7的表达水平下调［33］。作为AURKB的负调控因子，FBXW7可通过泛素化调节AURKB的转录后水平，由此可见，AURKB、P53、FBXW7之间可能存在一个反馈环路，其中任意一个基因的突变都会促进肿瘤的进展。

3.3 AURKB与细胞周期蛋白的相互作用 细胞周期蛋白家族是一种参与真核生物细胞周期调节的高度保守的蛋白家族。在生理情况下，此家族的多个成员都是AURKB所作用的下游靶点，而在癌症发生发展中，AURKB的功能紊乱同样可通过其靶向的细胞周期蛋白促进癌症细胞的恶性增殖。

细胞周期蛋白D1（Cyclin D1，CCND1）又称BCL1/PRAD1，是由人类CCND1基因所编码的蛋白质。CCND1与细胞周期蛋白依赖性激酶4/6（Cyclin-dependent kinases，CDK4/6）形成活性复合物，磷酸化成视网膜母细胞瘤蛋白（Retinoblastoma protein，pRb），驱动G1期到S期的进展。NIE M等［26］发现，AURKB和CCND1在胃癌组织中表达上调，且与胃癌患者预后不良高度相关。后续的体内外实验证明，AURKB能通过介导CCND1基因启动子中的H3Ser10位点磷酸化激活CCND1表达，加速G1/S期进展，促进胃癌细胞增殖。

细胞周期蛋白B1（Cyclin B1，CCNB1）是由CCNB1基因所编码的蛋白质，是调节细胞有丝分裂和细胞周期进程的重要因子，主要参与G2/M期的转换。DING L D等［34］发现，AURKB可在Ser145位点磷酸化肿瘤细胞周期相关和表达上调蛋白（Cellcycle-related and expression elevated protein in tumor，CREPT），使其在转录过程中直接靶向CCNB1的启动子区域促进CCNB1表达，加速G2/M期进程，促进胃癌细胞增殖从而推动胃癌发展。此外，在淋巴瘤细胞中敲低AURKB会引起CCND1、CCNB1蛋白水平下降，并显着抑制淋巴瘤细胞增殖［35］，进一步佐证了AURKB对细胞周期因子的调控是其促进癌症发病的重要途径。

3.4 AURKB调控多条信号通路影响癌症发生发展

3.4.1 PI3K/AKT通路 PI3K/AKT是一条促进细胞代谢、增殖、存活的信号通路，在肿瘤的发生发展中具有重要作用。在肝癌细胞、骨肉瘤细胞和肺癌细胞中敲低AURKB可有效抑制PI3K/AKT/NF-κB信号通路，下调基质金属蛋白酶2（Matrix metallopeptidase 2，MMP2）和基质金属蛋白酶9（Matrix metallopeptidase 9，MMP9）蛋白水平，抑制癌细胞侵袭和迁移［36-37］。有研究报道，上调AURKB可诱导蛋白酪氨酸激酶2（Protein tyrosine kinase 2，PTK2）、AKT、磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）和核因子-κB（Nuclear factor-KappaB，NF-κB）蛋白表达增加，从而通过激活PTK2/PI3K/AKT/NF-κB通路促进骨肉瘤细胞的恶性表型转化［38］。在淋巴瘤细胞中敲低AURKB可降低AKT蛋白水平，抑制淋巴瘤细胞增殖［39］。TANAKA K等［40］发现，抑制AURKB可减少AKT和Forkhead家族蛋白O1/O3（Forkhead box proteins O1 and O3，FOXO1/3）的磷酸化并诱导P53上调凋亡调控因子（P53 upregulated modulator of apoptosis，PUMA）转录，促进肺癌细胞凋亡，同时也发现，AURKB可在Ser87位点磷酸化细胞死亡调节因子（Bcl-2 interacting mediator of cell death，BIM），导致其降解，抑制AURKB可稳定BIM，促进肺癌细胞凋亡，最终达到抗癌效果。

3.4.2 ERK/NF-κB通路 ERK/NF-κB信号已被证明在恶性肿瘤增殖、侵袭和转移中起重要作用［41］。SONG H H等［42］证明，AURKB可在Ser125磷酸化核仁磷酸蛋白1（Nucleophosmin 1，NPM1），以此激活ERK/NF-κB通路，使MMP2、MMP9、Bcl2家族抗凋亡蛋白（Bcl-xL）、X连锁凋亡抑制蛋白（X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP）表达上调，促进骨肉瘤（Osteosarcoma，OS）细胞增殖和侵袭，导致OS表型恶化。

3.4.3 mTOR/ULK1通路 已知mTOR/ULK1途径可抑制自噬水平［43］。WU X等［44］通过收集临床OS样本信息并进行分析，发现AURKB表达与患者的总体生存率呈负相关，并在体内外实验中发现，AURKB的沉默可能通过抑制mTOR/ULK1信号通路活性促进自噬，从而抑制OS细胞侵袭和迁移。

3.4.4 OCT4/AKT/GSK3β/SNAIL1通路 OCT4是维持胚胎干细胞自我更新和多能性最重要的转录因子之一，它的表达与肿瘤的发生发展密切相关［45］。ZHANG J C等［46］发现，AURKB表达升高激活OCT4/AKT/GSK3β/Snail1信号通路，AURKB可通过磷酸化OCT4的Thr343位点进而激活AKT，并导致糖原合成酶激酶3β（Glycogen synthase kinase-3β，GSK3β）失活和SNAIL1稳定，最终促进乳腺癌细胞的上皮-间充质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）过程。他们的研究结果还表明，用抑制剂靶向或沉默AURKB可抑制OCT4/AKT/GSK3β/Snail1信号、逆转三阴性乳腺癌细胞的EMT及抑制基底细胞样乳腺癌（Basal-likebreastcarcino⁃ma，BLBC）的病灶转移，提示AURKB可能通过OCT4/AKT/GSK3β/Snail1通路促进BLBC的EMT和病灶转移［46］。

由此可见，AURKB在调控癌症发生发展过程中所依赖的分子机制极其复杂多样。在不同癌症类型中，AURKB可能参与调控相同的分子或通路，如PI3K/AKT通路介导了AURKB在肝癌、肺癌等一系列癌症中的作用。同时面对同一靶点分子，AURKB对其的调控可能随肿瘤类型变化而变化，如过表达/敲除AURKB在骨肉瘤细胞中影响了细胞外调节蛋白激酶（Extracellular regulated protein kinases，ERK）的蛋白水平［42］，但在乳腺癌细胞中过表达/敲除AURKB却并未影响ERK的蛋白水平［46］。同时，AURKB在癌症细胞中发挥的调控作用同样并不局限于有丝分裂过程，而是多途径多靶点地在细胞周期调控之外发挥多重作用，进一步说明其作为药物治疗靶点在癌症临床治疗中拥有巨大前景。

4 结语

本文从AURKB的结构、定位、功能及其在癌症中所依赖的调控机制等方面介绍了AURKB的有丝分裂功能和非有丝分裂功能，以及AURKB在癌症中可能参与调节的分子机制。AURKB的生理功能决定了其与癌症中的密切关系，其功能紊乱在多种癌症的发病过程中都起促进作用，因此针对AURKB的靶向治疗也受到高度关注。目前已有多种针对AURKB抑制剂被研发，包括Hesperadin、SP-96、Barasertib等，其中Barasertib的特异性抑制效果最好，也因此进入了多种癌症的临床分期试验，具有良好的应用前景。鉴于AURKB在不同类型癌症中所调控影响的通路不尽相同，其抑制剂治疗改善各类癌症的作用也可能会有差异，同时与其他抗癌药的联合治疗效果也可能随癌症类型以及联用药物的不同而变化。因此，深入研究和阐明AURKB在不同类型癌症中的作用或调控的分子通路，以及探索其抑制剂在癌症靶向治疗以及药物联用方面的功效和差异，对于AURKB小分子抑制剂的临床应用意义巨大，也是未来需要进一步探究的领域。