Aurora-A激酶及其抑制劑研究進展

許曉輝，孫陶利，朱玉婷

Aurora-A激酶及其抑制劑研究進展

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，在細胞有絲分裂過程中發揮著重要功能，Aurora-A的過度表達與人類多種惡性腫瘤緊密相關。鑒于Aurora-A的重要作用，其被作為一個設計抗腫瘤藥物的新靶點。目前已有幾種選擇性Aurora-A激酶抑制劑進入到臨床研究中，并且表現出良好的治療效果。本文從Aurora-A激酶的生物學、與腫瘤的密切關系及其抑制劑的研發狀況進行綜述。

Aurora-A；有絲分裂；抗腫瘤；激酶抑制劑

近幾年來，人們發現一種新的能調節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節器，與人類多種惡性腫瘤緊密相關。Aurora-A激酶獨特的藥理作用機制以及與惡性腫瘤的關系，使得它成為抗腫瘤藥物研究的重要靶點，而其抑制劑也被認為是具有良好開發前景的新型抗腫瘤藥物。

1 Aurora激酶概述

Aurora激酶是中心體相關激酶，存在于真核細胞內，在中心體復制、兩極紡錘體形成、染色體重排和染色體檢查點監測等重要的有絲分裂過程中發揮著至關重要的作用［1］。Aurora激酶由3個亞群組成，即Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C。這3個亞群的蛋白質的一級結構均含有一個N-端調控區和一個C-端催化區，且催化區序列相似度達71%，具有高度的保守性，然而它們三者的N末端卻不相同［2］（圖1）。這種催化區結構的保守性表明Aurora激酶的底物在結構上具有特異性，而Aurora激酶異常表達則可能導致遺傳不穩定或者誘發腫瘤的增長。

圖1 Aurora-A、Aurora-B和Aurora-C的結構

2 Aurora-A激酶生物學

2.1 Aurora-A激酶結構 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末端催化結構域，其由一個N端β鏈結構域和一個C端α螺旋結構域組成。另外，C端的催化結構域中包括2個保守的序列即活化環和降解盒。Aurora-A的N端是定位結構域，它的功能是將Aurora-A以依賴微管的方式定位于中心體上［4］。

晶體結構研究表明，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；②鉸鏈區；③疏水的后口袋區；④磷酸鹽結合區域。結構分析研究表明，溶劑暴露前口袋區和磷酸鹽結合區都在ATP鍵合口袋的外部，并且高度暴露在溶劑中，因此可以根據這兩個區域的特性來對候選藥物進行結構修飾，從而改善其藥代動力學性質。

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、激酶活性及在細胞內的分布，其動態隨細胞周期各時相的轉換而改變。Aurora-A在細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，主要負責中心體的繁殖和分離，雙極紡錘體的聚集，以及有絲分裂進入和退出，對中心體的成熟和紡錘體的裝配起著重要作用［6］。Aurora-A激酶的擴增和過度表達幫助創造了遺傳改變所必要的條件從而使腫瘤發生。

Aurora-A激酶通過與其底物結合，發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聯的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Aurora-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致錯誤的有絲分裂。

總結Aurora-A激酶在有絲分裂中的功能和其相應底物與其作用的結果，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，該區段染色體具有易位、缺失或擴增活躍的特點［3］，表明它具有天然的不穩定性。這些研究表明，當Aurora-A過度表達時，它是一種潛在的致癌基因。Aurora-A的過度表達可能是由于擴增的基因，誘導基因的轉錄及翻譯后的不穩定性引起的［9］。研究發現，Aurora-A普遍存在于人類惡性腫瘤中并有擴增的現象，如結腸癌、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，Aurora激酶已經吸引了很多制藥公司和科研機構對其抑制劑進行研究、開發和結構改造。目前，已經有大量關于Aurora激酶小分子抑制劑的報道，其作用機制主要是通過競爭性的作用于疏水性的ATP結合口袋從而發揮抑制作用［5］。總結目前已報道的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，使得發現高效、低毒的選擇性抑制劑成為當前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在結腸癌、卵巢癌、胃癌以及乳腺癌等許多腫瘤中均過量表達［10］，并且Aurora-A激酶的過度表達使細胞有絲分裂檢測點的監測功能失控，導致有絲分裂異常，癌基因擴增，正常細胞轉化為癌細胞［11］。由此可見，Aurora-A能更加有效地引起細胞有絲分裂停滯并快速誘導細胞凋亡［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對人類結腸癌、前列腺癌和非小細胞肺癌均表現出抗腫瘤活性。在體內模型中，用低濃度的MLN8054抑制Aurora-A會導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，大劑量給藥沒出現骨髓抑制和黏膜毒性，但出現了嗜睡的不良反應。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200倍。MLN8237能抑制多種癌細胞的增殖，如HCT-116、PC3、SK-OV-3和LY-3等。MLN8237和尼羅替尼的聯合治療還能增強尼羅替尼的抗腫瘤效果，MLN8237和多西他賽的聯合治療也能增強多西他賽的抗套細胞淋巴瘤的效果［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能使細胞周期停滯在G2／M期，最終導致細胞凋亡［15］。動物實驗研究顯示，ENMD-2076具有抗血管生成、阻礙細胞周期以及抗增殖活性，這為該化合物用于治療包括多發性骨髓瘤在內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，但是抗腫瘤細胞增殖的能力卻不是特別強，可能與其自身較差的透膜能力有關。

另外，挪威學者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，目前是否進入臨床前研究尚不清楚。

圖3 化合物1～5結構式

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胞白血病以及T315IBcr-Abl突變的急性淋巴細胞性白血病。由于可能引起的QTc間期延長風險，VX-680的Ⅱ期臨床并未進行。

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能調控細胞中的染色體排列、細胞分裂和有絲分裂檢查點，但不影響許多基本的細胞周期調節因子的活動，如CDC25、 MAPK、cyclinB等。目前，ZM447439已進入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能夠誘導腫瘤細胞多倍性的產生。目前PHA-739358已經進入Ⅱ期臨床研究，用于治療伊馬替尼耐藥的慢性粒細胞白血病以及靶向治療服用c-Abl抑制劑之后癌細胞轉移的前列腺癌。

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激酶抑制劑的結構修飾 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某種缺點而失去進一步研究的價值，比如MLN8054引起了嗜睡的不良反應，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致了其抗腫瘤細胞增值能力弱，阻礙了它的成藥性。

圖4 化合物6～12結構式

為了更快更好的發現新型的選擇性Aurora-A激酶抑制劑，在已知化合物結構的基礎上，對其進行進一步的結構修飾，使其成藥性增加不失為一條發現新藥的途徑。進行化合物結構優化時，主要可以從以下兩個大方面進行：①保留具有選擇性的母核結構，使化合物在保持對Aurora-A激酶高度選擇性的基礎上，引入其他取代基團，改變化合物的性質；②發現新的母核結構，提高化合物對Aurora-A激酶的選擇性。

在結構修飾的第一方面中，通過引入新的取代基團，可以改善化合物的以下性質：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提高化合物的穩定性；⑤改善化合物藥代動力學性質；⑥降低化合物的不良反應。

5 展望

目前已進入臨床研究階段的Aurora激酶多重抑制劑，有很多都引起了不同程度的不良反應，不利于進一步的研究。而隨著Aurora-A激酶生物結構和功能研究的逐漸深入，研究者們對選擇性Aurora-A激酶抑制劑的研發也有了很大的進步。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用階段出現的不良反應。因此，開發更加高效低毒的選擇性Aurora-A激酶抑制劑，必將為研發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。

［1］Liu Q，Ruderman JV.Aurora A，mitotic entry，and spindle bipolarity［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2006，103（15）：5811-5816.

［2］Katayama H，Sen S.Aurora kinase inhibitors as anticancer molecules［J］.Biochim Biophys Acta，2010，1799（10／12）：829-839.

［3］Fu J，Bian M，Jiang Q，etal.Roles of Aurora kinases inmitosis and tumorigenesis［J］.Mol Cancer Res，2007，5（1）：1-10.

［4］Mountzios G，Terpos E，Dimopoulos MA.Aurora kinases as targets for cancer therapy［J］.Cancer Treat Rev，2008，34（2）：175-182.

［5］Vulpetti A，Bosotti R.Sequence and structural analysis of kinase ATP pocket residues［J］.Farmaco，2004，59（10）：759-765.

［6］Marumoto T，Zhang D，Saya H.Aurora-A--a guardian of poles［J］.Nat Rev Cancer，2005，5（1）：42-50.

［7］Karthigeyan D，Prasad SB，Shandilya J，et al.Biology of Aurora A kinase：implications in cancer manifestation and therapy［J］.Med Res Rev，2011，31（5）：757-793.

［8］Jackson JR，Patrick DR，Dar MM，et al.Targeted anti-mitotic therapies，can we improve on tubulin agents［J］.Nat Rev Cancer，2007，7（2）：107-117.

［9］Andrews P.Aurora kinases，shining lights on the therapeutic horizon［J］.Oncogene，2005，24（32）：5005-5015.

［10］Green MR，Woolery JE，Mahadevan D.Update on aurora kinase targeted therapeutics in oncology［J］.Expert Opin Drug Discov，2011，6（3）：291-307.

［11］Foote KM，Mortlock AA，Heron NM，et al.Synthesis and SAR of 1-acetanilide-4-aminopyrazole-substituted quinazolines：selective inhibitors of Aurora B kinase with potent anti-tumor activity［J］.Bioorg Med Chem Lett，2008，18（6）：1904-1909.

［12］Barr AR，Gergely F.Aurora-A：the maker and breaker of spindle poles［J］.JCell Sci，2007，120（Pt17）：2987-2996.

［13］Manfredi MG，Ecsedy JA，Meetze KA，et al.Antitu-mor activity of MLN8054，an orally active small-molecule inhibitor of Aurora A kinase［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（10）：4106-4111.

［14］QiW，Cooke LS，Liu X，et al.Aurora inhibitor MLN8237 in combination with docetaxel enhances apoptosis and anti-tumor activity inmantle cell lymphoma［J］.Biochemical Pharmacology，2011，81（7）：881-890.

［15］Wang S，Midgley CA，Sca?rou F，etal.Discovery of N-phenyl-4-（thiazol-5-yl）pyrimidin-2-amine aurora kinase inhibitors［J］.JMed Chem，2010，53（11）：4367-4378.

［16］Aliagas-Martin I，Burdick D，Corson L，et al.A class of 2，4-bisanilinopyrimidine Aurora A inhibitors with unusually High selectivity against Aurora B［J］.JMed Chem，2009，52（10）：3300-3307.

［17］Prime ME，Courtney SM，Brookfield FA，et al.Phthalazinone pyrazoles as potent，selective，and orally bioavailable inhibitors of Aurora-A kinase［J］.JMed Chem，2011，54（1）：312-319.

［18］Tyler RK，Shpiro N，Marquez R，et al.VX-680 inhibits Aurora A and Aurora B kinase activity in human cells［J］. Cell Cycle，2007，6（22）：2846-2854.

［19］Li M，Jung A，Ganswindt U，et al.Aurora kinase inhibitor ZM447439 induces apoptosis via mitochondrial pathways［J］.Biochem Pharmacol，2010，79（2）：122-129.

［20］Arpinelli P，Ceruti R，Giorgini ML，et al.PHA-739358，a potent inhibitor of Aurora kinases with a selective target inhibition profile relevant to cancer［J］.Mol Cancer Ther，2007，6（12 Pt1）：3158-3168.

［21］Arbitrario JP，Belmont BJ，Evanchik MJ，et al.SNS-314，a pan-Aurora kinase inhibitor，shows potent antitumor activity and dosing flexibility in vivo［J］.Cancer Chemother Pharmacol，2010，65（4）：707-717.

［22］Kimura S.AT-9283，a small-moleculemulti-targeted kinase inhibitor for the potential treatment of cancer［J］.Curr Opin Investig Drugs，2010，11（12）：1442-1449.

［23］Cee VJ，Schenkel LB，Hodous BL，et al.Discovery of a potent，selective，and orally bioavailable pyridinyl-pyrimidine phthalazine aurora kinase inhibitor［J］.J Med Chem，2010，53（17）：6368-6377.

［24］彭文，張小猛，張倉，等.靶向非活性激酶DFG-out變構結合位點的研究進展［J］.中國新藥雜志，2012，1（8）：890-894.

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甘肅平涼，平涼市藥品檢驗檢測中心（許曉輝）；423000湖南郴州，湘南學院基礎醫學部（孫陶利）；723000陜西漢中，漢中市人民醫院藥劑科（朱玉婷）