抗肿瘤药物研究新靶点及研究进展_极光激酶和Pin1

·264·药学学报ActaPharmaceuticaSinica2009,44(3):264−269抗肿瘤药物研究新靶点及研究进展——极光激酶和Pin1陈晓光*,张翼(中国医学科学院、北京协和医学院药物研究所,北京100050)摘要:恶性肿瘤是威胁人类生命健康的重大难治性疾病，人类在恶性肿瘤的治疗过程中经历了漫长的历史变迁。抗肿瘤药物是重要的治疗手段之一，随着研究的深入与科学技术的发展，抗肿瘤药物随着新靶点的发现而不断进步。大量新的抗肿瘤药物靶点如极光激酶和Pin1的发现以及它们与肿瘤发生发展关系的阐明为寻找有效的抗肿瘤药物，更好地治疗肿瘤奠定了基础，目前已经有针对新靶点的药物进入临床前或临床研究。关键词:恶性肿瘤;药物新靶点;极光激酶;Pin1中图分类号:R963文献标识码:A文章编号:0513-4870(2009)03-0264-06Recentadvanceinthestudyofnovelanti-tumortargetsanddrugs—aurorakinaseandPin1CHENXiao-guang*,ZHANGYi(InstituteofMateriaMedica,ChineseAcademyofMedicalSciencesandPekingUnionMedicalCollege,Beijing100050,China)Abstract:Malignanttumor,oneofthemostrefractorydiseases,playsathreatenroleinhumanhealth,thetherapyandresearchonmalignanttumorhavetakenalongwaytogo.Theanti-tumordrugswhicharetheessentialtherapystrategiesupgradewiththedevelopmentofnewanti-tumortargetsandtheresearchontumorpathogenesis.AurorakinaseandPin1,thenovelanti-tumortargets,maintaintheimportantrelationshipwithtumor.Manynewcompoundsdesignedonthesetargetshaveexcellentanti-tumoreffectsandalsoenterintophaseⅠorphaseⅡclinicaltrial.Keywords:malignanttumor;drugnewtarget;aurorakinase;Pin1据美国国立卫生研究院(NationalInstitutesofHealth,NIH)2007年的数据显示，心血管疾病、恶性肿瘤和脑血管疾病是导致人类死亡的前三位致命性疾病。居死亡率第二的恶性肿瘤具有发病形式多样，组织来源复杂等难治性疾病的特点。在我国，随着社会经济的发展、人民生活水平的提高以及环境的影响，恶性肿瘤已成为影响我国人民寿命的最大的危险因素，因此恶性肿瘤的治疗已成为急需解决的关键性问题。在肿瘤治疗的研究中，人们历经了漫长而曲折的收稿日期:2008-12-23.*通讯作者Tel:86-10-63165207,E-mail:[e-mail]历程，提出了许多理论和学说。肿瘤研究经历了20世纪70年代的癌基因时代,80年代的抑癌基因时代,90年代的多基因时代,进入新的世纪以来，人们已不再满足于孤立地研究癌基因或抑癌基因的结构变化,而是将其以蛋白组的形式、以基因家族的形式与细胞的重要生命活动联系在一起，引发了一系列的重大突破，包括肿瘤多步骤理论的提出，DNA修复理论的形成，细胞凋亡理论的形成，细胞周期核心机制的阐明，细胞周期启动机制的阐明，细胞中多条信号转导途径的阐明，最终使科学家们冲出了癌症研究在黑暗中摸索与茫然的处境，看到了曙光。抗肿瘤药物作为肿瘤治疗的重要形式在肿瘤的临床治疗中发挥着关键性作用，抗肿瘤药物的研究也随着理论的更新和技陈晓光等:抗肿瘤药物研究新靶点及研究进展——极光激酶和Pin1·265·术的进步，从以往的非选择性的细胞毒药物的筛选转向高选择性的靶向药物的寻找。随着蛋白质组学的进步，科学家们发现了多个与肿瘤发生发展密切相关的新靶点，其中与肿瘤发生发展密切联系的细胞周期相关蛋白成为研究的主要目标，如极光激酶(aurorakinase，Aurora)、Pin1(proteininteractionwithNIMA1)和活性素B(p110beta)等。目前已有近百种分子靶向药物用于临床和正在进行临床研究，为肿瘤的治疗尤其实体瘤的治疗起到了积极的推动作用。本文就近年来国内外研究的前沿：极光激酶和Pin1及其抑制剂研究作相关综述。1极光激酶(Aurora)极光激酶是负责调控细胞有丝分裂的一类重要的丝/苏氨酸激酶。在细胞有丝分裂中,极光激酶参与了中心体成熟分离、染色体固缩、纺锤体组装和维持、染色体分离以及胞质分裂等多个过程,而这些过程正是细胞生长、存活的关键步骤,若它们发生错误,就会导致基因的不稳定,成为肿瘤发生的诱因,因此自Aurora发现以来就一直受到广泛关注。Aurora基因由英国剑桥大学的DavidMGlover最早从突变纺锤体功能失常的黑腹果蝇基因序列中发现,首先定义和发现了Aurora与肿瘤发生的相互关系,并发现在不育的Aurora突变雌性动物中,由Aurora突变导致下游丝/苏氨酸信号的失活,从而使细胞周期过程中心体分离错误而不能形成正常的两极的纺锤体,产生细胞分裂的异常而诱导细胞恶性化从而形成肿瘤[1]。1.1极光激酶家族的生物学特征目前研究表明，人类极光激酶有3个家族成员,即极光A(AuroraA)、极光B(AuroraB)和极光C(AuroraC),其在结构序列上非常相似，AuroraA和AuroraB在结构上具有71%的同源性的羧基末端催化区结构，但是它们三者的氨基末端即可变区却不尽相同[2,3]。极光激酶催化区的保守性表明极光激酶的底物具有结构特异性，并且催化区的晶体结构也已被完全揭示，为研究其特异性底物和调控物提供了条件。1.1.1极光激酶在细胞有丝分裂中的定位极光激酶家族各成员虽然具有相似的结构，但是在细胞有丝分裂过程中，各成员的定位和功能却不尽相同。极光A在有丝分裂的过程中伴随中心体存在并在中心体附近的微管上也有一定的附着。而极光B一般与内着丝粒蛋白(innercentromereprotein，INCENP)和存活素(survivin)两种蛋白形成复合体而发挥作用,其在细胞有丝分裂的过程中与染色体紧密结合而被称为染色体伴侣蛋白[4]。极光C在特定的组织细胞中有一定的表达，也位于中心体[5]。1.1.2极光激酶在细胞有丝分裂中的功能极光A与中心体的结合与其本身的结构无关，并且无需激酶的激活，其作用与TPX2(XKLP2靶蛋白)相关[6,7]。极光A在细胞分裂过程中主要参与中心体的分离和成熟。Hannak等[8]的研究发现，在通过RNA干扰技术沉默极光A的秀丽隐杆线虫的胚细胞中心体在细胞核分裂后，分离的中心体出现汇集而崩解，导致纺锤体无法正常分离，提示了极光A与中心体的分离和成熟的重要关系。另外极光A还参与了纺锤体的组装，Tsai等[9]报道了极光A通过Ras亚家族蛋白Ran的激活形式Ran-GTP参与了细胞有丝分裂过程中纺锤体的组装，并发现极光A在该信号过程中的关键作用。极光A的活化包括其丝/苏氨酸磷酸化位点的复杂磷酸化和去磷酸化调节过程，并且具有自动磷酸化位点[10]。其作用受磷酸酶PP1、PKA和TPX2的调节[11,12]。极光B作为染色体的伴侣蛋白在有丝分裂的过程中与染色体的复制分离密切相关,其活性在细胞分裂的G2/M期达到最高,提示了其与染色体复制分离的重要关系。极光B在有丝分裂过程中位于细胞中心,在细胞质的分裂过程中并不移位,继续保持和浓集于细胞中段[13]。其功能主要在于与存活素(survivin)和INCENP共同作用保证染色体和着丝点微管的正确连接和稳定[14]。另外染色体在细胞有丝分裂过程中的定位受极光B的严密调控,Andrews等[15]报道了极光B与有丝分裂着丝粒相关激动蛋白(mitoticcentromere-associatedkinesin，MCAK)共同作用调节染色体的定位。极光C一般作为染色体分离的调节蛋白，其功能类似于极光A和极光B。1.2极光激酶与肿瘤正是由于极光激酶在细胞有丝分裂中的关键作用，极光激酶与肿瘤的关系已成为研究的热点。随着研究的深入，在不同组织来源的肿瘤细胞中发现了极光激酶各家族成员的突变及其在一定程度上的过表达。Sen等[16]首先发现了初级乳腺中极光A的过表达。随后的研究又发现了在人乳腺、卵巢、胰腺和胃部肿瘤中极光A一定程度的过表达。另外当将极光A基因转入NIH-3T3细胞后，细胞获得了致瘤性,接种于试验动物体内后能形成肿瘤[17]。1.2.1极光激酶与中心体的扩增极光A的过表达能导致细胞中心体的异常增加,这种增加可能与细·266·药学学报ActaPharmaceuticaSinica2009,44(3):264−269胞有丝分裂中胞质分离的异常而形成多极化细胞相关。Glover等[1]的研究中就发现了细胞多极化和极光A的关系,极光A和极光B共同作用下的异常多极细胞停止于G1期后检验点位置，当细胞失去p53蛋白调控识别时，细胞将持续DNA的复制和中心体的异常扩增，从而导致非整倍体细胞的出现而形成肿瘤[18]。另外极光B的过表达也能导致中心体的异常扩增而形成细胞的多极化，有研究还发现极光B还能使染色体在细胞分裂期滞后，从而形成胞质分裂的错误诱发癌变[19]。1.2.2极光激酶与抑癌基因的节制关系极光激酶能与p53、BRCA、NM23-H1和Chfr等抑癌基因共同作用而导致肿瘤的发生。目前研究比较清楚的是极光A与p53的关系，p53能抑制极光A导致的中心体的扩增，但反过来过表达的极光A能磷酸化p53而抑制p53的活性，并且能使p53与DNA的结合位点分离，从而抑制其下游信号的活化[20]。因此极光A与细胞中抑癌基因的相对量决定了细胞的致瘤性。另外也有报道发现了极光激酶在细胞中与肿瘤发生密切相关信号通路的相互作用，提示极光激酶可能通过这些信号通路调节肿瘤的发生与发展。1.3极光激酶抑制剂肿瘤可以定义为细胞生长失控的病理反应,因此作为调控细胞生长的极光激酶可能成为治疗肿瘤的新的策略。鉴于极光激酶在肿瘤发生发展过程中的重要作用,使极光激酶抑制剂治疗肿瘤成为可能,也成为抗肿瘤治疗的新靶点。通过RNA干扰技术沉默极光激酶基因,发现对肿瘤的生长具有一定的抑制作用,提示了极光激酶作为肿瘤治疗靶点的可能性。目前已经发现一些靶向极光激酶的小分子化合物具有显著的抑制肿瘤生长作用,代表药物如勃林格殷格翰(BoehringerIngelheimCorporation)公司开发的Hesperadin,是一类极光B的小分子抑制剂,对极光B的抑制作用IC50为250nmol·L−1,已进入Ⅰ期临床研究[21]。由阿斯利康公司(AstraZeneca)开发的ZM447439,为极光A和极光B的双重抑制剂,对极光A和极光B的抑制作用IC50为100nmol·L−1,也已进入Ⅰ期临床研究[22]。后来随着Vertex公司的VX-680的发现,人们找到了具有更好的治疗作用的极光激酶抑制剂,其对极光激酶各家族成员都有抑制作用,IC50在5nmol·L−1水平[23]。VX-680能特异地与极光激酶的ATP位点结合,从而抑制其活性。在体外VX-680可有效地阻断多种肿瘤细胞的细胞周期,诱导细胞凋亡。在体内VX-680可明显缩小肿瘤体积,并呈明显的剂量效应关系。机制研究表明,VX-680通过抑制极光激酶活性而实现其抗肿瘤作用。VX-680已进入Ⅱ期临床研究，对白血病、结肠癌和胰腺癌均有一定的治疗作用[24]。另外随着研究人员对极光激酶的进一步研究,开发了大量针对极光激