Borealin在肿瘤中的作用及其分子机制研究进展

王 琛，齐广莹

(1.桂林医学院附属医院病理科，广西 桂林 541000；2.桂林医学院 广西肿瘤免疫与微环境调控重点实验室，广西 桂林 541000)

细胞有丝分裂是一个高度复杂并且受到严格控制的过程,它对肿瘤细胞扩增起着关键的调节作用,有丝分裂过程发生错误会导致基因组不稳定,从而引发肿瘤。Borealin作为染色体乘客复合体(Chromosomal passenger complex，CPC)的调控亚基之一，在有丝分裂过程中起着至关重要作用。目前在临床中观察到Borealin在多种肿瘤中呈高表达状态，并与患者不良预后密切相关。在体外实验研究中表明Borealin参与肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移和侵袭等生物学过程。这些现象使得Borealin逐渐成为抗癌药物研发中一个极具价值的分子靶标，并且其抑制剂的运用有望成为肿瘤治疗的有效途径。因此，本文就目前Borealin与肿瘤关系及Borealin靶向药物的研究进展作以综述。

1 Borealin概述

细胞分裂周期基因8(Cell division cycle-associated protein 8，CDCA8)编码蛋白称为Borealin/Dasra B。该蛋白是由Gassmann等[1]和Sampath等[2]在Hela细胞和非洲爪蟾卵细胞中发现。人类CDCA8基因定位于1p34.2，含11个外显子和10个内显子，cDNA总长2139 bp，编码280个氨基酸组成的碱性蛋白(等电点9.9)。Borealin在细胞内与催化成分(Aurora-B)、凋亡抑制蛋白(Survivin)和内着丝粒蛋白(Inner centromere protein,INCENP)共同组成染色体乘客复合体(CPC)。Borealin和Survivin与INCENP的氨基端CEN-BOX按1∶1∶1比例结合，以三螺旋束形式形成CEN功能模块(CEN module)[3-4]。CEN模块控制着Aurora B的定位和活化,CPC 中任何成分的缺失都将会导致其他成分的错误定位和有丝分裂过程的破坏。Borealin在有丝分裂前期出现在染色体臂和内着丝粒上，在中期集中在内着丝粒，在后期开始迁移到纺锤体中间区，并在整个末期和胞质分裂过程中一直位于中间体上。

2 Borealin的生物学作用

Borealin在有丝分裂中可以帮助CPC着丝粒定位,校正动粒结合位点并稳定双极纺锤体[1],所以Borealin与有丝分裂的正常进行息息相关。但是，Borealin异常表达易导致不完全的有丝分裂，使得遗传基因组不稳定,高频率产生非双倍体DNA的细胞，从而引发肿瘤。

2.1 Borealin与CPC组成蛋白之间的相互作用 在体外，Borealin是Aurora B激酶的底物。Borealin的二聚结构域与动点蛋白Sgo1相互作用驱动Aurora B介导的纺锤体组装。Bonner等[5]发现Sgo1直接与CPC亚基Borealin的二聚化结构域相互作用。Borealin和蛋白磷酸酶PP2A可以同时与Sgo1的卷曲结构域结合，提示Sgo1可以整合Borealin和PP2A的活性来调节Aurora B底物的磷酸化。Borealin蛋白能够促进Survivn和INCENP的结合[6]。Trivedi等[7]发现，在低于内着丝粒浓度的情况下，CPC的Borealin亚基在体外驱动CPC相分离，CPC在着丝粒内侧以分离状态存在。Abad等[8]发现Survivin本身并不能与核小体结合，需要Borealin和INCENP才能结合。破坏Borealin与核小体的相互作用会将CPC排除在染色体之外，并导致染色体聚集缺陷。因此，Borealin是决定染色体结合和CPC功能的主要调节因子。

2.2 Borealin与其他蛋白之间的相互作用 Trivedi等[9]发现在分裂前中期，Borealin-微管以一种与张力无关的方式控制着CPC对动粒的磷酸化。Borealin-微管之间连接不当会导致动粒磷酸化减少和纺锤体检查点信号减弱。Liu等[10]发现，组蛋白H3K4甲基转移酶MLL5蛋白在功能上与Borealin相互作用，促进CPC的表达，从而有助于有丝分裂的保真度和基因组的完整性。Liu等[11]证明了Borealin与异染色质蛋白1(HP1)直接相互作用，这种相互作用是由进化上保守的PXVXL基序介导的。Borealin-HP1的相互作用将CPC招募到着丝粒，并通过Aurora B底物CENP-A中Ser-7的磷酸化来调控Aurora B激酶的激活。Wumaier等[12]发现支架蛋白IQ结构域三磷酸鸟苷合酶-激活蛋白1 (IQ motif containing GTPase-activating protein 1,IQGAP1)在胞质分裂过程中与Borealin相互作用。单独敲低Borealin、单独敲低IQGAP1或同时敲低Borealin和IQGAP1均可抑制胞质分裂的完成，形成多核细胞。结果表明，胞质分裂过程中Borealin在中间体的正确定位由IQGAP1决定，IQGAP1可能在胞质分裂调节Borealin功能中起重要作用。另外还有一些研究报道揭示了CDCA8在癌细胞中表达激活的分子机制。Dai等[13]通过突变分析和电泳运动漂移分析，在CDCA8碱性启动子中发现了两个关键的激活元件，转录因子NF-Y和CREB1。过表达NF-Y增强CDCA8启动子活性，敲低NF-Y下调CDCA8转录活性，进一步证实了NF-Y是CDCA8转录的正调控因子。Pike等[14]发现蛋白激酶C epsilon(PKCε)通过在S227磷酸化Aurora B的同时，增加了底物Borealin的磷酸化。这一过程对于CPC离开脱落检查点，完成细胞分裂至关重要。Comisso等[15]发现干细胞分化关键蛋白OCT4、蛋白磷酸酶1型核抑制因子(NIPP1)和细胞周期蛋白CCNF可以同时驱动染色体乘客复合体组分Borealin、Survivin和Aurora B的表达，促进中心体聚集，增加有丝分裂的稳定性。OCT4或NIPP1或CCNF的缺失会导致严重的有丝分裂缺陷、多极纺锤体和多个中心体，最终导致细胞凋亡。

3 Borealin与肿瘤

许多大数据分析和研究表明，有丝分裂的调控亚基 Borealin被一致认为具有癌基因功能。在多种肿瘤细胞中存在过表达的现象，参与肿瘤的发生、发展过程，并与肿瘤的恶性程度和预后有关。

3.1 Borealin与肺癌 肺癌是全球最常见的癌症(占总病例的11.6%)，也是癌症死亡的主要原因(占癌症死亡总数的18.4%)[16]。目前有多项证据支持，Borealin与肺癌高度相关，并且有望成为肺癌的潜在生物标志物。Li等[17]发现Borealin在A549和PC-9细胞中高表达，可用于评估肺腺癌患者的预后，并可作为独立的风险因素预测肺腺癌患者的生存。Hayama等[18]通过对肺癌组织芯片免疫组织化学分析，发现Borealin和Aurora B的过度表达与肺癌患者的预后不良密切相关。并且Aurora B直接磷酸化CDCA8的丝氨酸(154)、丝氨酸(219)、丝氨酸(275)和苏氨酸(278)，可以稳定癌细胞中的Borealin蛋白。Zeng等[19]发现CDCA8是肺腺癌中与肿瘤免疫微环境及临床结果相关的干性基因之一。因此，选择性抑制Borealin可能是治疗肺癌患者的一种有前途的治疗策略。

3.2 Borealin与乳腺癌 乳腺癌是女性常见的恶性肿瘤之一，也是女性癌症死亡的第二大原因[20]。乳腺癌早期通常无明显症状，容易被忽视，导致病死率高。Bu等[21]发现在E2刺激的乳腺癌细胞MCF7和T47D细胞中和肿瘤标本中CDCA8均有较高的表达，并且Kaplan-Meier图分析显示，CDCA8的高表达与预后不良呈正相关。Jiao等[22]采用免疫组织化学方法检测了112例乳腺癌组织，发现CDCA8在乳腺癌组织中经常过度表达，并且CDCA8的高表达与转录因子FOXM1的表达呈正相关。此外，还发现CDCA8与FOXM1组合比单个标记具有更高的危险比。提示FOXM1-CDCA8可能参与了乳腺癌的进展，有望成为诊断、评估乳腺癌预后的指标及乳腺癌新的治疗靶点。

3.3 Borealin与肝癌 肝癌是严重威胁人类健康的主要杀手之一，2018年全球肝癌的死亡率为8.3%，是全球癌症相关死亡的第二大原因[16,23]。中国已经成为肝癌发病最为集中的国家之一，因此，寻找肝癌标记物和药物作用靶点迫在眉睫。Shuai等[24]发现CDCA8在肝癌组织中的表达高于癌旁组织，其表达水平与T分期、临床分期、组织学分级高度相关。并且发现CDCA8可能与细胞凋亡、细胞周期、ErbB,MAPK,mTOR,Notch,p53和TGF-β信号通路有不同程度的相关性。Li等[25]利用携带条件性Borealin等位基因的小鼠，发现在ΔN90-β-catenin和c-Met诱导的肝癌发生发展的过程中受到很大程度上的阻碍，表明Borealin可能在肝癌形成中起关键作用。Jeon等[26]发现CDCA8在肝细胞癌中高表达，并且CDCA8高表达的患者预后较差。敲低CDCA8可以激活肿瘤抑制因子ATF3和失活AKT/β-catenin信号来抑制肝癌的增殖和干性。因此，靶向CDCA8可能是原发性肝癌治疗和预防转移或复发的下一步分子策略。

3.4 Borealin与膀胱癌 膀胱癌是全球第九大常见的恶性肿瘤，每年约有50万新发病例，20万人死于该疾病[27]，在中国，膀胱癌是最常见的泌尿系统肿瘤之一。Gao等[28]发现， CDCA8在膀胱癌中高表达，参与了膀胱癌细胞生长周期的调控。抑制CDCA8表达可抑制T24和5637细胞的增殖、迁移和侵袭，诱导膀胱癌细胞凋亡。基于生物信息学的机制分析表明，CDCA8的高表达可能影响细胞周期和p53信号通路。Pan等[29]在TCGA数据库中，基于mRNA表达干性指数(MRNAsi)进行评估和校正，发现CDCA8在膀胱癌干细胞的维持中起重要作用。

3.5 Borealin与胰腺癌 胰腺癌是一种高度致命的疾病，发病隐匿，预后极差，存活率较低。Li等[30]发现驱动蛋白KIF18B与CDCA8的启动子区域结合，从而激活其转录，促进胰腺导管腺癌的增殖。Gao等[31]利用TCGA和免疫组织化学方法分析，发现驱动蛋白KIF23与CDCA8表达呈正相关，KIF23可能通过影响CDCA8的表达促进胰腺癌的增殖。

3.6 Borealin与其他肿瘤 Li等[32]发现CDCA8对骨肉瘤细胞体外增殖有明显的促进作用。Ci等[33]研究发现，CDCA8在皮肤黑色素瘤组织和细胞系中的表达高于正常组织和细胞。在体外实验中，敲除CDCA8基因抑制了A375和MV3细胞的增殖、迁移和侵袭，降低了ROCK途径的两个下游效应蛋白ROCK1和肌球蛋白轻链的磷酸化水平。Wang等[34]通过对81对原发性结直肠癌和癌旁组织进行免疫组织化学分析后，发现Borealin在结直肠癌组织中高表达。使用siRNA抑制Borealin的表达可显著抑制HCT-116细胞的生长并诱导其凋亡。Wang等[35]发现CDCA8与转录因子E2F1协同作用促进了胶质瘤的增殖和迁移。另外还有研究表明，CDCA8是前列腺癌淋巴结转移的良好生物标志物[36]。

4 Borealin在肿瘤治疗中的作用

4.1 Borealin抑制剂有望成为肿瘤治疗的新方案 肿瘤的治疗一直以来都局限于手术或化疗。近年来，随着功能基因组学的不断发展，对评估基因功能及发现药物靶标提供了新的思路。针对CPC为靶点设计、合成小分子抑制剂作为抗肿瘤药物已经得到广泛关注。Aurora-B抑制剂现有一些已进入临床试验,且表现出良好的抗肿瘤活性，但部分受试者出现白细胞数目短暂性减少,引起恶心和口腔炎症[37]及疲劳、腹泻、发声及呼吸困难、高血压、便秘及腹痛等一系列副作用。因此，为了减小副作用，调控亚基Borealin成为了极具价值的药物分子靶标。阻断Survivin和Borealin之间的相互作用是一种很有前途的策略。Yue等[38]开发了一种基于双分子荧光互补(BIFC)技术的培养细胞高通量筛选方法，该方法可以识别特异性阻断Survivin和Borealin相互作用的小分子化学抑制剂。依托泊苷被确定为有效的药物之一。在未来，更大规模的筛查可能会发现更多、更好的Borealin抑制剂，为肿瘤治疗提供新方案。

4.2 Borealin抑制剂有助于缓解化疗药的耐药性 有研究表明Borealin还参与了化疗药的耐药过程，因此Borealin抑制剂与化疗药联合运用可能有助于改善耐药，缓解病情。Yu等[39]发现CDCA8在三苯氧胺耐药的乳腺癌细胞中显著升高。下调CDCA8表达可显著抑制耐他莫昔芬乳腺癌细胞的增殖，降低其对他莫昔芬的耐药性。过表达CDCA8促进了对他莫昔芬敏感乳腺癌细胞的生长，并诱导其对他莫昔芬产生耐药性。Qi等[40]发现在卵巢癌中过表达CDCA8，促进了卵巢癌细胞的体外和体内增殖。CDCA8通过诱导G2/M期阻滞、加速细胞凋亡、增加DNA损伤和干扰DNA双链断裂修复蛋白RAD51对奥拉帕利布和顺铂的作用，而使卵巢癌细胞对奥拉帕利和顺铂的敏感性降低。

5 结 语

目前，虽然有许多文献表明Borealin在多种肿瘤中均有表达，但是Borealin推动肿瘤的进展及Borealin在肿瘤微环境中作用等方面我们还没有清楚认识，还有待于后续研究。同时，关于Borealin抑制剂的筛选及开发的研究还不是很完善，希望在后续的研究中能够发现更多的Borealin抑制剂，并用于动物实验及临床实验，从而找到Borealin抑制剂临床应用的有效剂量。相信在不久的未来，靶向Borealin药物的开发能为肿瘤治疗提供新策略，能为肿瘤化疗耐药的患者带来曙光。