综述：Mps1 激酶在有丝分裂纺锤体组装和错误纠正中的作用

本文聚焦 Mps1 激酶，阐述其在有丝分裂相关过程中的功能、与疾病关联及治疗潜力。

　　

Mps1 激酶：细胞分裂的关键 “把关者”

在细胞的生命旅程中，有丝分裂是确保遗传物质准确传递的关键阶段，而 Mps1 激酶（也称为 TTK）则在这一过程中扮演着至关重要的角色。这篇科研综述深入探讨了 Mps1 激酶在有丝分裂纺锤体组装和错误纠正中的功能，为我们揭示了细胞分裂背后的精细调控机制，以及其在疾病治疗领域的潜在价值。

Mps1 激酶：进化上保守的蛋白激酶

在有丝分裂期间，每对复制的姐妹染色单体上的动粒（kinetochore）需要与来自纺锤体两极的微管建立双向附着，这一过程对于染色体的正确分离至关重要。Mps1 激酶作为纺锤体组装检查点（spindle assembly checkpoint，SAC）的上游关键调节因子，负责监测染色体与纺锤体微管的附着情况。一旦发现错误，它会延迟细胞周期的进程，直到这些错误被纠正。Mps1 激酶最初在芽殖酵母中被发现，它对于纺锤体极体的正确复制必不可少。从真菌到脊椎动物再到绿色植物，尽管存在一些物种特异性的差异，但 Mps1 在 SAC 中的功能在进化上是保守的。

Mps1 在有丝分裂中的多重角色

Mps1 激酶的活性对于 Bub1、BubR1、Mad1、Mad2 和 CENP-E 等蛋白招募到未附着的动粒以及 SAC 信号传导至关重要。它能磷酸化动粒蛋白 Knl1 上的多个 Met-Glu-Leu-Thr（MELT）基序，进而招募 SAC 蛋白成分 Bub1 和 Bub3 到未附着的动粒。随后，Bub1 与 BubR1 相互作用，使 BubR1/Bub3 也被招募到动粒。Mps1 还通过磷酸化 Bub1，促进 Bub1 与 Mad1:C-Mad2 复合体的相互作用，这对于检查点信号传导至关重要。此外，Mps1 有助于调节 Mad2 的构象转换，增强 MAD2 的开放 - 闭合（O - C）转换，促进 Mad2 与 Cdc20 形成复合体，最终形成有丝分裂检查点复合体（mitotic checkpoint complex，MCC），调控 SAC 的沉默。

Mps1 激酶的重要性还体现在其众多的磷酸化底物上，这些底物包括酵母 Ndc80、酵母 Dam1、酵母 Spc29 等，它们共享一个共识基序：在 - 2 位置为 E/D/N/Q。通过对这些底物的磷酸化，Mps1 激酶参与了有丝分裂过程中多个关键事件的调控。

Mps1 的结构剖析

Mps1 激酶主要由两个结构域组成：N 端包含四肽重复（tetratricopeptide repeat，TPR）基序的 α - 螺旋区域和 C 端具有催化活性的激酶结构域。TPR 基序两侧分别是 N 端末端（N-terminal end，NTE）区域和 C 端延伸（C-terminal extension，CTE）区域。人类 Mps1 的 N 端区域（残基 55 - 210）晶体结构显示，它具有 TPR 基序的三重串联排列。有趣的是，SAC 蛋白 Bub1 和 BubR1 也含有保守的 N 端三重串联 TPR 基序，与 Mps1 的 TPR 基序在结构上高度相似，但 Mps1 的 TPR 基序没有 Bub1 和 BubR1 中用于结合 Knl1 的浅沟。Mps1 激酶结构域具有典型特征，包括由一系列反平行 β - 折叠和一个保守 α - 螺旋组成的 N 端叶，以及主要为螺旋结构的 C 端叶，其多肽链上还分布着多个磷酸化位点。

Mps1 向动粒的招募机制

Mps1 向动粒的招募是其在 SAC 和准确的纺锤体微管附着中发挥作用的必要条件。在芽殖酵母中，这一过程涉及 Mps1 通过与 Ndc80 复合体的多位点相互作用对 Ndc80 进行磷酸化。关键的酵母 Mps1 自磷酸化位点位于介导 Mps1 与 Ndc80 复合体结合的区域。Ndc80 复合体与 Mps1 和 Ipl1 在重叠位点结合，并且有研究表明 Dam1 也结合到相同位点。此外，Aurora B 对 Ndc80 蛋白亚基 N 端区域的磷酸化显著增强了 Mps1 - Ndc80 复合体的形成。

删除编码 Mps1 N 端区域的基因会导致染色体分离错误、染色体不稳定性增加和 SAC 反应减弱，这表明该区域对于 Mps1 招募到动粒至关重要。NTE/CTE 和 TPR 区域协同作用，增强了 Mps1 与 Ndc80 复合体的结合亲和力。虽然酵母中不存在 NTE 和 TPR 区域，但酵母和人类 Mps1 的 CTE 都能结合相应的 Ndc80 复合体，尽管结合基序的序列相似性较低。不同的 Mps1 片段与 Ndc80 复合体的结合亲和力不同，N 端动粒结合结构域有助于调节未附着动粒上 Mps1 的水平，而 Mps1 NTE 与 TPR 基序之间的相互作用促进了 Mps1 从动粒上的释放。

目前有多种模型解释 Mps1 向动粒的招募机制。一种模型认为 Mps1 与微管直接竞争，阻止其结合已附着微管的动粒；另一种模型则提出激酶和磷酸酶（如 Aurora B、PP1 和 PP2A - B56）的相互作用调节了 Mps1 在未附着动粒上的招募和释放。

Mps1 在错误纠正中的关键作用

在正常细胞分裂过程中，姐妹染色单体的动粒需要附着到来自纺锤体相反两极的微管上，实现双向附着（biorientation）。然而，这一过程可能会出现各种错误，如单未附着动粒（monotely）、单动粒与纺锤体两极微管都有附着（merotely）以及姐妹动粒附着到同一纺锤体极（syntely）等。这些错误若不纠正，会导致染色体分离异常，影响基因组的稳定性。

Mps1 在错误纠正过程中发挥着重要作用。在酵母中，纺锤体微管附着系统的 DASH/Dam1 和 Ndc80 复合体与 Mps1 和 Ipl1 相互作用，整合 SAC 信号。Mps1 对 Dam1 的磷酸化对于酵母动粒与微管正端的有效结合是必需的。当动粒未受到张力时，Mps1 与 Ndc80 复合体结合，激活 SAC 并磷酸化外动粒的蛋白质底物，促进不正确附着的释放。一旦稳定的动粒端对端附着形成，Dam1 会将 Mps1 从 Ndc80 复合体上置换下来，使 SAC 沉默。在这一过程中，Mps1 通过 Ndc80 复合体实现动粒定位，避免与 Dam1 直接竞争，从而将双极端对端附着的形成与张力敏感的错误纠正机制相耦合。错误纠正完成后，PP1 会使 Dam1 去磷酸化，Mps1 则通过 APC/C 多聚泛素化在后期被蛋白酶体降解。

在多细胞生物中，Mps1 通过磷酸化 Ska3 亚基的 S34 残基来调节 Ska 复合体，促进不正确附着的去稳定化，确保染色体的准确分离。此外，在芽殖酵母中，Mps1 在 shugoshin 的招募中起关键作用，它磷酸化 Sgo1 的丝氨酸富集基序，对于 shugoshin - condensin 在着丝粒的相互作用以及双向附着的建立至关重要。尽管目前对于 Mps1 在错误纠正中的具体机制还有待进一步明确，但其在确保染色体准确分离方面的重要性已得到广泛认可。

Mps1 与疾病的紧密联系

癌症已成为全球范围内人类死亡的第二大原因，许多人类肿瘤中都存在 Mps1 过度表达的现象。例如，早期研究发现，38% 的乳腺癌肿瘤和 85% 的三阴性乳腺癌肿瘤中存在 Mps1 mRNA 的过度产生。Mps1 的扩增不仅发生在激素反应性和非激素反应性乳腺癌亚型中，还会促进乳腺癌细胞进入非整倍体耐受状态。此外，Mps1 的过度产生与多种肿瘤（包括乳腺癌、膀胱癌、甲状腺癌、胰腺癌和脑癌等）的预后不良和生存率低相关。因此，抑制 Mps1 的功能有望导致癌细胞死亡，抑制肿瘤生长。在神经母细胞瘤中，抑制 Mps1 可促进癌细胞死亡；在 KRAS 和 STK11 共突变的非小细胞肺癌中，抑制 Mps1 能激活 STING 和 STAT1 通路，恢复肿瘤细胞的免疫原性。

对多种 Mps1 抑制剂的功能筛选发现，携带 CTNNB1 基因突变（该基因编码 β - 连环蛋白，是 Wnt 通路的关键信号调节因子）的细胞系对抑制剂的敏感性比 CTNNB1 野生型细胞系高 5 倍。由于 CTNNB1 基因突变在肝癌和子宫内膜癌中较为常见，且这两种肿瘤中 Mps1 的表达量较高，因此突变的 CTNNB1 有可能作为药物反应生物标志物，帮助筛选最有可能对 Mps1 抑制疗法产生反应的患者群体。

靶向 Mps1 的小分子药物研发

为了干扰癌细胞中 Mps1 的活性，研究人员开发了多种属于不同化学类别的 ATP 结合竞争剂。尽管蛋白质激酶的催化结构域在结构上具有保守性，但由于人类激酶存在多种构象动力学变化，这为设计特异性激酶抑制剂提供了可能。目前，已有多种针对 Mps1 的抑制剂进入临床试验，如 CFI402257、BAY - 1161909、BOS - 172722、BAY - 1217389 和 S - 81694 等，这些抑制剂主要用于治疗三阴性乳腺癌。其中，CFI402257 还在进行肝细胞癌和晚期实体瘤的临床试验。虽然目前还没有针对 Mps1 催化活性的抗癌药物被批准用于临床，但这一领域的研究仍在不断推进，新的治疗策略不断涌现。例如，一些 Mps1 抑制剂与低剂量的紫杉烷类药物或 CENP - E 抑制剂联合使用，可通过增强细胞分裂错误促进肿瘤细胞死亡；壳聚糖纳米颗粒、reversine（一种同时抑制 Mps1 和 Aurora B 的小分子抑制剂）与 X 射线照射联合使用，可使乳腺癌细胞更敏感。此外，还包括使用创新的 Mps1 抑制剂单独或与现有临床药物联合使用、与 X 射线照射和 / 或新型纳米材料联合使用，以及开发新型化学类别的小分子化合物、共价抑制剂和靶向蛋白水解嵌合体等新兴治疗方法。

展望未来：探索 Mps1 的未知领域

尽管我们对 Mps1 激酶的功能、结构和调控机制有了一定的了解，但仍有许多问题有待解决。例如，Aurora B 和 Mps1 的活性如何精确协调动粒 - 微管的状态？Mps1 的作用如何具体促进张力敏感性？Mps1 在动粒上的活性怎样有助于双向附着的形成？自磷酸化和 SUMOylation 等其他翻译后修饰如何调控 Mps1 在 SAC 中的功能？Ndc80 和 / 或 DASH/Dam1 复合体与 Mps1 结合位点是否还有其他氨基酸残基，这些相互作用如何影响复合体的动态变化？磷酸化 / 去磷酸化反应如何精确控制 Mps1 从动粒上的位移？Mps1 结合到动粒上时是否还有其他磷酸化靶点？

随着对 Mps1 研究的不断深入，我们对细胞有丝分裂过程的理解也将更加全面。Mps1 激酶在多个蛋白质 - 蛋白质相互作用中展现出的功能可塑性，为我们揭示了其定位于动粒的识别机制。Mps1 的结构细节以及与其他蛋白质复合体的研究，为明确其在 SAC、染色体双向附着和错误纠正中的作用奠定了基础。鉴于靶向 SAC 在抗癌治疗中的潜在益处，Mps1 激酶结构域已广泛应用于结构导向的药物设计。未来的研究有望深入了解 Mps1 如何将动粒微管的力不平衡转化为有效的 SAC 反应，推动针对 Mps1 的新型治疗方法进入临床，用于癌症治疗以及可能的病原体感染治疗。Mps1 激酶就像细胞有丝分裂舞台上的一颗关键棋子，其奥秘的不断揭示将为生命科学和医学领域带来新的突破和希望。