《转化医学杂志》2014年4月第3卷第2期 Translational Medicine Journal,vol.3No.2,Apr2014 2 Aurora-A激酶生物学 3 aurora-A激酶与恶性肿瘤 2.1 Aurora-A激酶结构 Aurora-A激酶的编码基 aurora-A激酶的编码基因,定位在20q13.2,该 因定位于人第20号染色体20q13.2,全长cDNA包区段染色体具有易位、缺失或扩增活跃的特点), 含1209kb的开放阅读框,有9个外显子,编码一种表明它具有天然的不稳定性。这些研究表明,当 相对分子质量为46×103、403个氨基酸组成的丝氨Aua-A过度表达时,它是一种潜在的致癌基因。 酸和苏氨酸激酶。 Aurora-A激酶具有一个高度保 Aurora-A的过度表达可能是由于扩增的基因,诱导 守的C末端催化结构域,其由一个N端β链结构域基因的转录及翻译后的不稳定性引起的。研究 和一个C端α螺旋结构域组成。另外,C端的催化发现, Aurora-A普遍存在于人类恶性肿瘤中并有扩 结构域中包括2个保守的序列即活化环和降解盒。增的现象,如结肠癌、胰腺癌、卵巢癌、胃癌、乳腺癌 Aurora-A的N端是定位结构域,它的功能是将Au-以及甲状腺癌等{。 rora-A以依赖微管的方式定位于中心体上 晶体结构研究表明, Aurora激酶的活性位点可4 Aurora-A激酶抑制剂 以划分成4个部分5:①溶剂暴露前口袋区;②铰链 作为一个重要的抗癌药物新靶标, Aurora激酶 区;③疏水的后口袋区;④磷酸盐结合区域。结构分已经吸引了很多制药公司和科研机构对其抑制剂进 析硏究表明,溶剂暴露前口袋区和磷酸盐结合区都行研究、开发和结构改造。目前,已经有大量关于 在ATP键合口袋的外部并且高度暴露在溶剂中,Auma激酶小分子抑制剂的报道,其作用机制主要 因此可以根据这两个区域的特性来对候选药物进行 是通过竞争性的作用于疏水性的ATP结合口袋从 结构修饰,从而改善其药代动力学性质。 而发挥抑制作用5。总结目前已报道的 aurora激 2.2 aurora-A激酶的功能与激活有研究表明,酶抑制剂,其中大部分抑制剂属于 aurora激酶多重 Aurora-A I的 mRNA、蛋白水平、激酶活性及在细胞内抑制剂,鉴于多重抑制剂存在较大的不良反应,使得 的分布,其动态随细胞周期各时相的转换而改变 发现高效、低毒的选择性抑制剂成为当前 Aurora激 AuaA在细胞分裂的前期主要定位于中心体周酶类药物研究的必然趋势。 围,中期在纺锤体极附近的微管上,后期和末期位于 目前,选择性 Aurora激酶抑制剂的研究主要是 极性微管上,主要负责中心体的繁殖和分离双极纺针对Am.B激酶的,针对Aora-A激酶的选择性 锤体的聚集,以及有丝分裂进入和退出,对中心体的 抑制剂则很少。但相对于 aurora-B而言, aurora-A 成熟和纺锤体的装配起着重要作用。 Aurora-A激在结肠癌卵巢癌、胃癌以及乳腺癌等许多肿瘤中均 酶的扩增和过度表达帮助创造了遗传改变所必要的过量表达,并且 Aurora-A激酶的过度表达使细胞 条件从而使肿瘤发生。 有丝分裂检测点的监测功能失控,导致有丝分裂异 Aurora-A激酶通过与其底物结合,发生自身磷常,癌基因扩增,正常细胞转化为癌细胞。由此 酸化从而被激活。被激活后的 aurora-A可以防止可见, Aurora-A能更加有效地引起细胞有丝分裂停 其被激酶相关联的Ⅰ型磷酸酶去磷酸化nAm滞并快速诱导细胞凋亡,因而以 Aurora-A为靶点 的抗肿瘤药物治疗在一定程度上将优于选择性Au- ra-A的底物包括TPX2、Ajba、EC5、CDC25B、p53和 BRCA-1等。激活 aurora-A激酶的底物和Auo rora-B激酶抑制剂。 ra-A激酶抑制剂之间的平衡对正常的有丝分裂是 4.1选择性 aurora-A激酶抑制剂 非常重要的。因此,提高以及降低 Aurora-A激酶的 4.1.1MLN8054MIN8054( Millennium,图3A,化 活性都可能会导致错误的有丝分裂 合物1)是第一个口服有效并且具有选择性的苯并 总结AmaA激酶在有丝分裂中的功能和其氮杂类 Aurora-A激酶抑制剂,对 Aurora-A和mB 相应底物与其作用的结果,如图2所示。 的半抑制浓度(50% inhibitory concentration,Cs0)分 别为4mmo/L和172mmol/L,对 aurora-A的选择性 KEGS (TACC 比 Aurora-B高出40倍左右1,属于ATP竞争性可 重由p逆抑制剂。MLN8054对人类结肠癌、前列腺癌和非 小细胞肺癌均表现出抗肿瘤活性。在体内模型中 用低浓度的MIN8054抑制 Aurora-A会导致有丝分 etoclxre functor 裂纺锤体形成异常,而高浓度的MLN8054会造成组 蛋白邗的磷酸化缺失。在I期临床研究中,MLN8054 以口服给药,能被快速吸收,消除半衰期大约为35 图2 Aurora-A的功能和底物的相互作用 h。MIN8054的耐受性良好,大剂量给药没出现骨２ ＡｕｒｏｒａＡ激酶生物学 ２１ ＡｕｒｏｒａＡ激酶结构 ＡｕｒｏｒａＡ激酶的编码基 因定位于人第 ２０号染色体 ２０ｑ１３２，全长 ｃＤＮＡ包 含１２０９ｋｂ的开放阅读框，有 ９个外显子，编码一种 相对分子质量为 ４６×１０３ 、４０３个氨基酸组成的丝氨 酸和苏氨酸激酶［３］ 。ＡｕｒｏｒａＡ激酶具有一个高度保 守的 Ｃ末端催化结构域，其由一个 Ｎ端 β链结构域 和一个 Ｃ端 α螺旋结构域组成。另外，Ｃ端的催化 结构域中包括 ２个保守的序列即活化环和降解盒。 ＡｕｒｏｒａＡ的 Ｎ端是定位结构域，它的功能是将 Ａｕ ｒｏｒａＡ以依赖微管的方式定位于中心体上［４］ 。 晶体结构研究表明，Ａｕｒｏｒａ激酶的活性位点可 以划分成 ４个部分［５］ ：①溶剂暴露前口袋区；②铰链 区；③疏水的后口袋区；④磷酸盐结合区域。结构分 析研究表明，溶剂暴露前口袋区和磷酸盐结合区都 在 ＡＴＰ键合口袋的外部，并且高度暴露在溶剂中， 因此可以根据这两个区域的特性来对候选药物进行 结构修饰，从而改善其药代动力学性质。 ２２ ＡｕｒｏｒａＡ激酶的功能与激活 有研究表明， ＡｕｒｏｒａＡ的 ｍＲＮＡ、蛋白水平、激酶活性及在细胞内 的分布，其动态随细胞周期各时相的转换而改变。 ＡｕｒｏｒａＡ在细胞分裂的前期主要定位于中心体周 围，中期在纺锤体极附近的微管上，后期和末期位于 极性微管上，主要负责中心体的繁殖和分离，双极纺 锤体的聚集，以及有丝分裂进入和退出，对中心体的 成熟和纺锤体的装配起着重要作用［６］ 。ＡｕｒｏｒａＡ激 酶的扩增和过度表达帮助创造了遗传改变所必要的 条件从而使肿瘤发生。 ＡｕｒｏｒａＡ激酶通过与其底物结合，发生自身磷 酸化从而被激活。被激活后的 ＡｕｒｏｒａＡ可以防止 其被激酶相关联的Ⅰ型磷酸酶去磷酸化［７］ 。Ａｕｒｏ ｒａＡ的底物包括 ＴＰＸ２、Ａｊｕｂａ、ＥＧ５、ＣＤＣ２５Ｂ、ｐ５３和 ＢＲＣＡ１等［８］ 。激活 ＡｕｒｏｒａＡ激酶的底物和 Ａｕｒｏ ｒａＡ激酶抑制剂之间的平衡对正常的有丝分裂是 非常重要的。因此，提高以及降低 ＡｕｒｏｒａＡ激酶的 活性都可能会导致错误的有丝分裂。 总结 ＡｕｒｏｒａＡ激酶在有丝分裂中的功能和其 相应底物与其作用的结果，如图 ２所示。 图 ２ ＡｕｒｏｒａＡ的功能和底物的相互作用 ３ ＡｕｒｏｒａＡ激酶与恶性肿瘤 ＡｕｒｏｒａＡ激酶的编码基因，定位在 ２０ｑ１３２，该 区段染色体具有易位、缺失或扩增活跃的特点［３］ ， 表明它具有天然的不稳定性。这些研究表明，当 ＡｕｒｏｒａＡ过度表达时，它是一种潜在的致癌基因。 ＡｕｒｏｒａＡ的过度表达可能是由于扩增的基因，诱导 基因的转录及翻译后的不稳定性引起的［９］ 。研究 发现，ＡｕｒｏｒａＡ普遍存在于人类恶性肿瘤中并有扩 增的现象，如结肠癌、胰腺癌、卵巢癌、胃癌、乳腺癌 以及甲状腺癌等［１０］ 。 ４ ＡｕｒｏｒａＡ激酶抑制剂 作为一个重要的抗癌药物新靶标，Ａｕｒｏｒａ激酶 已经吸引了很多制药公司和科研机构对其抑制剂进 行研究、开发和结构改造。目前，已经有大量关于 Ａｕｒｏｒａ激酶小分子抑制剂的报道，其作用机制主要 是通过竞争性的作用于疏水性的 ＡＴＰ结合口袋从 而发挥抑制作用［５］ 。总结目前已报道的 Ａｕｒｏｒａ激 酶抑制剂，其中大部分抑制剂属于 Ａｕｒｏｒａ激酶多重 抑制剂，鉴于多重抑制剂存在较大的不良反应，使得 发现高效、低毒的选择性抑制剂成为当前 Ａｕｒｏｒａ激 酶类药物研究的必然趋势。 目前，选择性 Ａｕｒｏｒａ激酶抑制剂的研究主要是 针对 ＡｕｒｏｒａＢ激酶的，针对 ＡｕｒｏｒａＡ激酶的选择性 抑制剂则很少。但相对于 ＡｕｒｏｒａＢ而言，ＡｕｒｏｒａＡ 在结肠癌、卵巢癌、胃癌以及乳腺癌等许多肿瘤中均 过量表达［１０］ ，并且 ＡｕｒｏｒａＡ激酶的过度表达使细胞 有丝分裂检测点的监测功能失控，导致有丝分裂异 常，癌基因扩增，正常细胞转化为癌细胞［１１］ 。由此 可见，ＡｕｒｏｒａＡ能更加有效地引起细胞有丝分裂停 滞并快速诱导细胞凋亡［１２］ ，因而以 ＡｕｒｏｒａＡ为靶点 的抗肿瘤药物治疗在一定程度上将优于选择性 Ａｕ ｒｏｒａＢ激酶抑制剂。 ４１ 选择性 ＡｕｒｏｒａＡ激酶抑制剂 ４１１ ＭＬＮ８０５４ ＭＬＮ８０５４（Ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ，图 ３Ａ，化 合物 １）是第一个口服有效并且具有选择性的苯并 氮杂类 ＡｕｒｏｒａＡ激酶抑制剂，对 ＡｕｒｏｒａＡ和 ｕｒｏｒａＢ 的半抑制浓度（５０％ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ＩＣ５０）分 别为 ４ｎｍｏｌ／Ｌ和 １７２ｎｍｏｌ／Ｌ，对 ＡｕｒｏｒａＡ的选择性 比 ＡｕｒｏｒａＢ高出 ４０倍左右［１３］ ，属于 ＡＴＰ竞争性可 逆抑制剂。ＭＬＮ８０５４对人类结肠癌、前列腺癌和非 小细胞肺癌均表现出抗肿瘤活性。在体内模型中， 用低浓度的 ＭＬＮ８０５４抑制 ＡｕｒｏｒａＡ会导致有丝分 裂纺锤体形成异常，而高浓度的 ＭＬＮ８０５４会造成组 蛋白 Ｈ３的磷酸化缺失。在Ⅰ期临床研究中，ＭＬＮ８０５４ 以口服给药，能被快速吸收，消除半衰期大约为 ３５ ｈ。ＭＬＮ８０５４的耐受性良好，大剂量给药没出现骨 ·８０· 《转化医学杂志》２０１４年 ４月 第 ３卷 第 ２期 ＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎａｌＭｅｄｉｃｉｎｅＪｏｕｒｎａｌ，Ｖｏｌ．３Ｎｏ．２，Ａｐｒ２０１４