許曉輝，孫陶利，朱玉婷

Aurora-A激酶及其抑制劑研究進(jìn)展

許曉輝，孫陶利，朱玉婷

Aurora-A是Aurora激酶家族中的重要成員之一，在細(xì)胞有絲分裂過程中發(fā)揮著重要功能，Aurora-A的過度表達(dá)與人類多種惡性腫瘤緊密相關(guān)。鑒于Aurora-A的重要作用，其被作為一個設(shè)計抗腫瘤藥物的新靶點。目前已有幾種選擇性Aurora-A激酶抑制劑進(jìn)入到臨床研究中，并且表現(xiàn)出良好的治療效果。本文從Aurora-A激酶的生物學(xué)、與腫瘤的密切關(guān)系及其抑制劑的研發(fā)狀況進(jìn)行綜述。

Aurora-A；有絲分裂；抗腫瘤；激酶抑制劑

近幾年來，人們發(fā)現(xiàn)一種新的能調(diào)節(jié)中心體和微管功能的絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶-Aurora蛋白家族，Aurora激酶的突變會導(dǎo)致中心體分離異常，形成單極紡錘體。Aurora-A是Aurora激酶家族中最重要的成員，是有絲分裂過程中最主要的調(diào)節(jié)器，與人類多種惡性腫瘤緊密相關(guān)。Aurora-A激酶獨特的藥理作用機(jī)制以及與惡性腫瘤的關(guān)系，使得它成為抗腫瘤藥物研究的重要靶點，而其抑制劑也被認(rèn)為是具有良好開發(fā)前景的新型抗腫瘤藥物。

1 Aurora激酶概述

Aurora激酶是中心體相關(guān)激酶，存在于真核細(xì)胞內(nèi)，在中心體復(fù)制、兩極紡錘體形成、染色體重排和染色體檢查點監(jiān)測等重要的有絲分裂過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用［1］。Aurora激酶由3個亞群組成，即Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C。這3個亞群的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)均含有一個N-端調(diào)控區(qū)和一個C-端催化區(qū)，且催化區(qū)序列相似度達(dá)71%，具有高度的保守性，然而它們?nèi)叩腘末端卻不相同［2］（圖1）。這種催化區(qū)結(jié)構(gòu)的保守性表明Aurora激酶的底物在結(jié)構(gòu)上具有特異性，而Aurora激酶異常表達(dá)則可能導(dǎo)致遺傳不穩(wěn)定或者誘發(fā)腫瘤的增長。

圖1 Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C的結(jié)構(gòu)

2 Aurora-A激酶生物學(xué)

2.1 Aurora-A激酶結(jié)構(gòu) Aurora-A激酶的編碼基因定位于人第20號染色體20q13.2，全長cDNA包含1 209 kb的開放閱讀框，有9個外顯子，編碼一種相對分子質(zhì)量為46×103、403個氨基酸組成的絲氨酸和蘇氨酸激酶［3］。Aurora-A激酶具有一個高度保守的C末端催化結(jié)構(gòu)域，其由一個N端β鏈結(jié)構(gòu)域和一個C端α螺旋結(jié)構(gòu)域組成。另外，C端的催化結(jié)構(gòu)域中包括2個保守的序列即活化環(huán)和降解盒。Aurora-A的N端是定位結(jié)構(gòu)域，它的功能是將Aurora-A以依賴微管的方式定位于中心體上［4］。

晶體結(jié)構(gòu)研究表明，Aurora激酶的活性位點可以劃分成4個部分［5］：①溶劑暴露前口袋區(qū)；②鉸鏈區(qū)；③疏水的后口袋區(qū)；④磷酸鹽結(jié)合區(qū)域。結(jié)構(gòu)分析研究表明，溶劑暴露前口袋區(qū)和磷酸鹽結(jié)合區(qū)都在ATP鍵合口袋的外部，并且高度暴露在溶劑中，因此可以根據(jù)這兩個區(qū)域的特性來對候選藥物進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，從而改善其藥代動力學(xué)性質(zhì)。

2.2 Aurora-A激酶的功能與激活 有研究表明，Aurora-A的mRNA、蛋白水平、激酶活性及在細(xì)胞內(nèi)的分布，其動態(tài)隨細(xì)胞周期各時相的轉(zhuǎn)換而改變。Aurora-A在細(xì)胞分裂的前期主要定位于中心體周圍，中期在紡錘體極附近的微管上，后期和末期位于極性微管上，主要負(fù)責(zé)中心體的繁殖和分離，雙極紡錘體的聚集，以及有絲分裂進(jìn)入和退出，對中心體的成熟和紡錘體的裝配起著重要作用［6］。Aurora-A激酶的擴(kuò)增和過度表達(dá)幫助創(chuàng)造了遺傳改變所必要的條件從而使腫瘤發(fā)生。

Aurora-A激酶通過與其底物結(jié)合，發(fā)生自身磷酸化從而被激活。被激活后的Aurora-A可以防止其被激酶相關(guān)聯(lián)的Ⅰ型磷酸酶去磷酸化［7］。Aurora-A的底物包括TPX2、Ajuba、EG5、CDC25B、p53和BRCA-1等［8］。激活A(yù)urora-A激酶的底物和Aurora-A激酶抑制劑之間的平衡對正常的有絲分裂是非常重要的。因此，提高以及降低Aurora-A激酶的活性都可能會導(dǎo)致錯誤的有絲分裂。

總結(jié)Aurora-A激酶在有絲分裂中的功能和其相應(yīng)底物與其作用的結(jié)果，如圖2所示。

圖2 Aurora-A的功能和底物的相互作用

3 Aurora-A激酶與惡性腫瘤

Aurora-A激酶的編碼基因，定位在20q13.2，該區(qū)段染色體具有易位、缺失或擴(kuò)增活躍的特點［3］，表明它具有天然的不穩(wěn)定性。這些研究表明，當(dāng)Aurora-A過度表達(dá)時，它是一種潛在的致癌基因。Aurora-A的過度表達(dá)可能是由于擴(kuò)增的基因，誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄及翻譯后的不穩(wěn)定性引起的［9］。研究發(fā)現(xiàn)，Aurora-A普遍存在于人類惡性腫瘤中并有擴(kuò)增的現(xiàn)象，如結(jié)腸癌、胰腺癌、卵巢癌、胃癌、乳腺癌以及甲狀腺癌等［10］。

4 Aurora-A激酶抑制劑

作為一個重要的抗癌藥物新靶標(biāo)，Aurora激酶已經(jīng)吸引了很多制藥公司和科研機(jī)構(gòu)對其抑制劑進(jìn)行研究、開發(fā)和結(jié)構(gòu)改造。目前，已經(jīng)有大量關(guān)于Aurora激酶小分子抑制劑的報道，其作用機(jī)制主要是通過競爭性的作用于疏水性的ATP結(jié)合口袋從而發(fā)揮抑制作用［5］?？偨Y(jié)目前已報道的Aurora激酶抑制劑，其中大部分抑制劑屬于Aurora激酶多重抑制劑，鑒于多重抑制劑存在較大的不良反應(yīng)，使得發(fā)現(xiàn)高效、低毒的選擇性抑制劑成為當(dāng)前Aurora激酶類藥物研究的必然趨勢。

目前，選擇性Aurora激酶抑制劑的研究主要是針對Aurora-B激酶的，針對Aurora-A激酶的選擇性抑制劑則很少。但相對于Aurora-B而言，Aurora-A在結(jié)腸癌、卵巢癌、胃癌以及乳腺癌等許多腫瘤中均過量表達(dá)［10］，并且Aurora-A激酶的過度表達(dá)使細(xì)胞有絲分裂檢測點的監(jiān)測功能失控，導(dǎo)致有絲分裂異常，癌基因擴(kuò)增，正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞［11］。由此可見，Aurora-A能更加有效地引起細(xì)胞有絲分裂停滯并快速誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［12］，因而以Aurora-A為靶點的抗腫瘤藥物治療在一定程度上將優(yōu)于選擇性Aurora-B激酶抑制劑。

4.1 選擇性Aurora-A激酶抑制劑

4.1.1 MLN8054 MLN8054（Millennium，圖3A，化合物1）是第一個口服有效并且具有選擇性的苯并氮雜類Aurora-A激酶抑制劑，對Aurora-A和urora-B的半抑制濃度（50%inhibitory concentration，IC50）分別為4 nmol／L和172 nmol／L，對Aurora-A的選擇性比Aurora-B高出40倍左右［13］，屬于ATP競爭性可逆抑制劑。MLN8054對人類結(jié)腸癌、前列腺癌和非小細(xì)胞肺癌均表現(xiàn)出抗腫瘤活性。在體內(nèi)模型中，用低濃度的MLN8054抑制Aurora-A會導(dǎo)致有絲分裂紡錘體形成異常，而高濃度的MLN8054會造成組蛋白H3的磷酸化缺失。在Ⅰ期臨床研究中，MLN8054以口服給藥，能被快速吸收，消除半衰期大約為35 h。MLN8054的耐受性良好，大劑量給藥沒出現(xiàn)骨髓抑制和黏膜毒性，但出現(xiàn)了嗜睡的不良反應(yīng)。近期MLN8054的2個Ⅰ期臨床研究都已被中止。

4.1.2 MLN8237 MLN8237（圖3B，化合物2）是由MLN8054改良而來的第二代Aurora-A選擇性抑制劑。在體外酶活性篩選中，MLN8237對Aurora-A的IC50為1 nmol／L，比對Aurora-B的抑制效果強(qiáng)200倍。MLN8237能抑制多種癌細(xì)胞的增殖，如HCT-116、PC3、SK-OV-3和LY-3等。MLN8237和尼羅替尼的聯(lián)合治療還能增強(qiáng)尼羅替尼的抗腫瘤效果，MLN8237和多西他賽的聯(lián)合治療也能增強(qiáng)多西他賽的抗套細(xì)胞淋巴瘤的效果［14］，Ⅰ期臨床主要用于實體腫瘤以及血液瘤的治療。

4.1.3 ENMD-2076 ENMD-2076（圖3C，化合物3）是一個口服有效的乙烯嘧啶堿類化合物，選擇性的抑制Aurora-A，對Aurora-A和Aurora-B抑制活性的IC50分別為14 nmol／L和290 nmol／L。研究表明，ENMD-2076能使細(xì)胞周期停滯在G2／M期，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［15］。動物實驗研究顯示，ENMD-2076具有抗血管生成、阻礙細(xì)胞周期以及抗增殖活性，這為該化合物用于治療包括多發(fā)性骨髓瘤在內(nèi)的血液癌提供了支持。ENMD-2076的Ⅰ期臨床研究始于2008年3月，用于治療實體腫瘤，目前已經(jīng)制定了治療血液瘤的Ⅰ期臨床研究計劃。

4.1.4 其他 Aliagas-Martin報道［16］了一種嘧啶類的Aurora-A激酶的選擇性抑制劑（圖3D，化合物4），它抑制Aurora-A、Aurora-B的IC50分別為34 nmol／L、34 000 nmol／L，對Aurora-A的選擇性是Aurora-B的1 000倍。此化合物雖然對Aurora-A的選擇性很高，但是抗腫瘤細(xì)胞增殖的能力卻不是特別強(qiáng)，可能與其自身較差的透膜能力有關(guān)。

另外，挪威學(xué)者Prime等［17］報道的一類新型吡唑取代的酞嗪酮類化合物（圖3E，化合物5），對Aurora-A激酶抑制的選擇性大于1 000，目前是否進(jìn)入臨床前研究尚不清楚。

圖3 化合物1～5結(jié)構(gòu)式

4.2 Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C多重激酶抑制劑

4.2.1 MK0457（VX-680） MK0457（VX-680，圖4A，化合物6）是靶向ATP結(jié)合位點的嘧啶類Aurora激酶抑制劑，對3類Aurora激酶均有抑制作用，抑制Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C的IC50分別為0.6、18、4.6 nmol／L［18］。VX-680在Ⅰ期臨床試驗中主要用于治療慢性髓細(xì)胞白血病以及T315IBcr-Abl突變的急性淋巴細(xì)胞性白血病。由于可能引起的QTc間期延長風(fēng)險，VX-680的Ⅱ期臨床并未進(jìn)行。

4.2.2 ZM447439 ZM447439（圖4B，化合物7）是一種ATP競爭性Aurora激酶抑制劑，是喹唑啉衍生物對Aurora-A和Aurora-B的抑制IC50分別為110 nmol／L、130 nmol／L［19］。ZM447439能調(diào)控細(xì)胞中的染色體排列、細(xì)胞分裂和有絲分裂檢查點，但不影響許多基本的細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子的活動，如CDC25、 MAPK、cyclinB等。目前，ZM447439已進(jìn)入Ⅰ期臨床研究階段。

4.2.3 PHA-739358 PHA-739358（圖4C，化合物8）是一個吡咯并吡唑類的ATP競爭性抑制劑，對Aurora-A、Aurora-B、Aurora-C的抑制IC50分別為13、79、61 nmol／L［20］。臨床前研究中PHA-739358能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞多倍性的產(chǎn)生。目前PHA-739358已經(jīng)進(jìn)入Ⅱ期臨床研究，用于治療伊馬替尼耐藥的慢性粒細(xì)胞白血病以及靶向治療服用c-Abl抑制劑之后癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的前列腺癌。

4.2.4 其他 對Aurora激酶有多重抑制效果的化合物還有SNS-314［21］、AT-9283［22］、CCT137690［23］、AC081［24］等，它們對Aurora-A都有很明顯的抑制效果，并且也都進(jìn)入到臨床研究階段，有望尋找出更加高效低毒的Aurora-A激酶抑制劑。

4.3 Aurora-A激酶抑制劑的結(jié)構(gòu)修飾 在尋找高效低毒的選擇性Aurora-A激酶抑制劑過程中，有很多化合物會因為臨床前研究或臨床試驗階段出現(xiàn)某種缺點而失去進(jìn)一步研究的價值，比如MLN8054引起了嗜睡的不良反應(yīng)，臨床研究已被終止；化合物4雖然對Aurora-A的選擇性是Aurora-B的1 000倍，但由于自身的透膜能力低而導(dǎo)致了其抗腫瘤細(xì)胞增值能力弱，阻礙了它的成藥性。

圖4 化合物6～12結(jié)構(gòu)式

為了更快更好的發(fā)現(xiàn)新型的選擇性Aurora-A激酶抑制劑，在已知化合物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)修飾，使其成藥性增加不失為一條發(fā)現(xiàn)新藥的途徑。進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，主要可以從以下兩個大方面進(jìn)行：①保留具有選擇性的母核結(jié)構(gòu)，使化合物在保持對Aurora-A激酶高度選擇性的基礎(chǔ)上，引入其他取代基團(tuán)，改變化合物的性質(zhì)；②發(fā)現(xiàn)新的母核結(jié)構(gòu)，提高化合物對Aurora-A激酶的選擇性。

在結(jié)構(gòu)修飾的第一方面中，通過引入新的取代基團(tuán)，可以改善化合物的以下性質(zhì)：①提高化合物的抑酶活性；②改善化合物的溶解性；③提高化合物的透膜能力；④提高化合物的穩(wěn)定性；⑤改善化合物藥代動力學(xué)性質(zhì)；⑥降低化合物的不良反應(yīng)。

5 展望

目前已進(jìn)入臨床研究階段的Aurora激酶多重抑制劑，有很多都引起了不同程度的不良反應(yīng)，不利于進(jìn)一步的研究。而隨著Aurora-A激酶生物結(jié)構(gòu)和功能研究的逐漸深入，研究者們對選擇性Aurora-A激酶抑制劑的研發(fā)也有了很大的進(jìn)步。這些具有選擇性的Aurora-A激酶抑制劑具有靶向治療的作用，可以有效的減少臨床應(yīng)用階段出現(xiàn)的不良反應(yīng)。因此，開發(fā)更加高效低毒的選擇性Aurora-A激酶抑制劑，必將為研發(fā)新型抗腫瘤藥物提供一條新的思路，也可為腫瘤的靶向治療作出一定的貢獻(xiàn)。

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The research progress of a Aurora-A kinase and its inhibitors

XU Xiaohui1，SUN Taoli2，ZHU Yuting3
（1.Pingliang Centre for Drug Inspection，Pingliang Gansu 744000，China；2.The Basical Department of Medicine，Xiangnan University，Binzhou Hunan 423000，China；3.Department of Pharmacy，People′s Hospital of Hanzhong，Hanzhong Shanxi723000，China）

Aurora-A is an important member of Aurora kinase family，which plays a significant function in cell mitosis process.The over expression of Aurora-A is closely associated with a variety of human tumors.Aurora-A is designed as a new target for anticancer drugs，owing to itsmajor function in cell mitosis.At present，a few selective inhibitors of Aurora-A kinase have entered the clinical study and showed good therapeutic effect.In this article，we will state the biological properties of Aurora-A kinase.At the same time，we will introduce the close relationship between Aurora-A kinase and tumor，and further outline the development status of Aurora-A kinase inhibitors.

Aurora-A；Mitosis；Antitumor；Kinase inhibitors

R284.1；R914.5

A

2095-3097（2014）02-0079-05

10.3969／j.issn.2095-3097.2014.02.004

2014-02-25 本文編輯：馮 博）

744000甘肅平?jīng)觯經(jīng)鍪兴幤窓z驗檢測中心（許曉輝）；423000湖南郴州，湘南學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部（孫陶利）；723000陜西漢中，漢中市人民醫(yī)院藥劑科（朱玉婷）