Ago2蛋白在腫瘤中的研究進展

趙玉澤(綜述)，劉學軍，杜毓鋒(審校)

(1.山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院，太原 030001； 2.山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院老年病科，太原 030001)

?

Ago2蛋白在腫瘤中的研究進展

趙玉澤1△(綜述)，劉學軍2※，杜毓鋒2(審校)

(1.山西醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院，太原 030001； 2.山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院老年病科，太原 030001)

摘要：Argonaute2(Ago2)蛋白在生物體內廣泛表達,是RNA誘導沉默復合體的核心成分,具有核糖核酸內切酶活性,可通過促進微RNA的成熟并調節(jié)其生物合成及功能，進而抑制靶基因的表達，在多種病理生理過程中起關鍵性作用。Ago2表達水平變化或功能失調時，可作為抑癌或致癌基因參與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，與腫瘤細胞的增殖與分化、新生血管的發(fā)生、對缺氧應激的耐受性等密切相關。隨著研究的深入，Ago2有望成為腫瘤診斷與治療的新靶點，該文就Ago2在腫瘤中的研究進展予以綜述。

關鍵詞：腫瘤；Ago2；微RNA

Argonaute(Ago)蛋白是一類相對分子質量約為100 000的結構高度保守的堿性蛋白家族，廣泛存在于生物體內。這個蛋白家族中，只有Ago2蛋白是RNA誘導沉默復合體(RNA-induced silencing complex，RISC)的重要成分，具有核酸內切酶活性，可通過與微RNA(microRNA，miRNA)結合而調節(jié)成熟miRNAs的活性，參與信使RNA的基因沉默，進而影響細胞的一系列生物學活性[1]。近年來不少研究發(fā)現(xiàn)，Ago2可調節(jié)腫瘤細胞的增殖、分化、凋亡和缺氧應激等，與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預后密切相關，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)在乳腺癌[2]、卵巢癌[3-4]、胃癌[5]、肺癌[6-7]等多種腫瘤中均存在Ago2的異常表達?，F(xiàn)就Ago2的作用機制及其在腫瘤中的研究進展予以綜述。

1Ago2的結構

人類體內表達Ago1、Ago2、Ago3和Ago4 4個亞型，在哺乳動物體內僅Ago2保持有核酸內切酶的活性，這種活性與RNA干擾機制有關[1]。真核生物的Ago蛋白結構包含PAZ[8]、MID[9]和MID-PIWI[10]區(qū)域。真核細胞Ago蛋白PAZ結構高度保守，依靠氫鍵和靜電與RNA結合，并決定了RISC的向導功能；PIWI位于蛋白C末端，由300個非常保守的氨基酸構成，具有與核糖核酸酶H相似的結構特征，可切割雙鏈RNA中的一條單鏈，為RISC中的酶切割活性中心[11]。除此之外，PIWI還存在具有獨立催化活性的、可與Dicer蛋白結合的區(qū)域，而Dicer蛋白本身也是RISC的重要組成部分，因此Ago可能通過與Dicer蛋白的結合從而進入RISC裝配過程[12]。Ago2的MID結構內有一個類似于真核起始因子4E中的7-甲基鳥嘌呤帽狀結構，此結構使Ago2與信使RNA的7-甲基鳥嘌呤結合，從而抑制信使RNA的轉錄起始[13]。

2Ago2的功能

miRNA是包含約22個核苷酸的單鏈非編碼RNA，與信使RNA轉錄后水平的基因調控有關；miRNA被證實可調節(jié)多種生物學過程(包括細胞增殖、分化、凋亡、應激等)，其表達的缺失、突變及功能障礙與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關，具有癌基因或抑癌基因的功能[14-15]。Ago2蛋白作為RISC的重要組成部分，可調節(jié)miRNA的合成及功能并與其結合而進一步抑制靶信使RNA的表達，實現(xiàn)RNA干擾，最終影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。miRNA的成熟基本符合同一形式：首先，在細胞核中，miRNA基因轉錄為莖環(huán)狀結構的長鏈非編碼初級miRNA(primary miRNA，pri-miRNA)，Drosha將其剪切為約 70 nt 的前體miRNA(precursor miRNA，pre-miRNA)，之后進入細胞質，在Dicer蛋白的作用下，最終被加工為成熟的單鏈miRNA[16-17]。Ago2與成熟miRNA結合后，通過堿基互補配對的方式識別靶信使RNA，完全互補配對時，Ago2介導的核酸內切酶活性增強，對靶信使RNA進行剪切或下調，不完全配對時，Ago2則干擾相應蛋白質的表達[18-19]。即Ago2通過抑制特定基因的轉錄或翻譯從而使靶基因沉默并阻礙其表達。與先前研究不同，有報道某些miRNA的成熟(如miR-451)，可不依賴Dicer的參與而直接經(jīng)Ago2剪切并加工[20-21]?？梢?，Ago2在RISC中所發(fā)揮的關鍵性酶切作用是RNA干擾的關鍵環(huán)節(jié)，該過程的異?？墒拱谢虮磉_水平發(fā)生變化，從而導致多種疾病的發(fā)生。

3Ago2與腫瘤

miRNA廣泛參與腫瘤細胞增殖、浸潤、轉移等惡性生物學行為，然而因為miRNA錯綜復雜的表型及其在各部位、組織中表達水平與功能的不同，對其進行癌基因或抑癌基因的明確分類至今仍很困難，而Ago2作為調節(jié)蛋白，可通過調節(jié)不同種類的miRNA發(fā)揮促癌或抑癌的作用[22]。探討Ago2在不同組織及不同腫瘤分期、分級中的表達水平，從而更深層次地挖掘腫瘤發(fā)生、發(fā)展的機制已成為國內外研究的新熱點。

3.1Ago2與乳腺癌Shen等[2]在128例乳腺癌中發(fā)現(xiàn)，Ago2可與表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)相互作用，缺氧使EGFR與Ago2的結合增強，提高了Ago2-Y393的磷酸化程度，導致Dicer與Ago2的結合減弱，從而抑制miRNA從pre-miRNA向成熟miRNA的發(fā)展過程，進一步增加了缺氧狀態(tài)下腫瘤細胞的壽命及侵襲力，最終導致磷酸化Ago2高表達較低表達的乳腺癌患者的生存期顯著縮短。該研究提示，在缺氧條件下，Ago2可通過與EGFR的相互作用而提高腫瘤細胞對缺氧的應激反應并影響腫瘤的生物學進程。Wu等[23]也發(fā)現(xiàn)缺氧與Aog2之間存在密切關聯(lián)，缺氧可提高Ago2核酸內切酶的活性及miRNA的水平并抑制其靶信使RNA表達，其原因可能是缺氧通過引發(fā)Ⅰ型膠原脯氨?；?4-羥化酶的高表達而介導Ago2的脯氨酰羥化作用并使其向應激顆粒方向集聚。

3.2Ago2與卵巢癌Vaksman等[3]報道，在晚期卵巢漿液癌患者中，Ago2 信使RNA在胸腹水中表達最高、實體轉移灶次之、原發(fā)灶最低，且Ago2信使RNA和蛋白水平在未化療患者胸腹水中的高表達與無進展生存時間呈負相關；Ago1信使RNA的相對高水平表達與腫瘤高級別的組織學分類有關，提示Ago家族的異常表達在卵巢癌發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用，他們推測Ago2和Ago1在功能上存在差異可能是由于僅Ago2參與了RISC的形成。與以上結論相反，在對卵巢癌相關樹突狀細胞的研究中，Cubillos-Ruiz等[4]認為，Ago2可能對腫瘤的治療有積極作用，他們發(fā)現(xiàn)在細胞內注入合成的內源性雙鏈pre-miR-155后，作為卵巢癌抑癌基因的miR-155優(yōu)先與Ago2而非Ago1、Ago4結合之后進入RISC，隨即miR-155的活性被顯著加強，并可進一步通過調節(jié)信使RNA的表型而提高抗腫瘤免疫應答的效能。提示在卵巢癌中，Ago2可提高抑癌基因的活性，這一作用是通過體內補充miRNA來抗腫瘤治療的關鍵。可見，Ago2的作用究竟是抑癌還是致癌取決于其調節(jié)的miRNA的功能。

3.3Ago2與消化道腫瘤Liu等[24]在94例中國乙型肝炎病毒相關肝細胞癌患者中發(fā)現(xiàn)了Ago2信使RNA的表達較正常組織上調，同時發(fā)現(xiàn)其下游與肝細胞癌侵襲、轉移有關的miR-30d及miR-151表達擴增。而miR-151位于上調黏附斑激酶基因的內含子中，其過表達將顯著增加肝細胞癌的遷移和侵襲力[25]。Ago2是否可進一步增加黏附斑激酶基因的表達而參與肝細胞癌，Cheng等[26]證實了這一猜測，Ago2的過表達可通過上調黏附斑激酶基因的轉錄從而促進肝細胞癌的發(fā)生和轉移。在胃癌中，Zhang等[5]發(fā)現(xiàn)，Ago2表達的上調與腫瘤不良的分級、分期密切相關，且推測Ago2與女性患者有較大的相關性，提示Ago2可能參與了激素信號通路；同時發(fā)現(xiàn)Ago2在原癌基因人類EGFR2陽性患者中的表達水平明顯高于陰性患者，由于人類EGFR2與胃癌的預后相關，提示Ago2的高表達與胃癌的不良預后相關。然而，在結直腸癌中關于Ago2的報道并不一致，有研究證實在結直腸癌的細胞系及人類組織標本中存在Ago2信使RNA和蛋白的普遍高表達[1]；而Kim等[27]發(fā)現(xiàn)，Ago2信使RNA表達水平在人結直腸癌組織中并無明顯改變。除了Ago2的過表達，Ago2的缺失突變也與腫瘤進展相關。文獻報道，在高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性胃癌和結腸癌患者中分別有40%與35%的患者存在Ago2的缺失突變，研究者推測其中的機制可能是Ago2的缺失使其對miRNA的調控管制解除，從而進一步促進了腫瘤的進展[28]。

3.4Ago2與肺癌Diederichs等[6]運用RNA干擾技術在非小細胞肺癌中發(fā)現(xiàn)，下調Ago2的表達水平可使癌基因miR-100 的表達下調，同時抑癌基因miR-34a、miR-125b的表達上調，提示Ago2在非小細胞肺癌中可能與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展呈負相關；同時他們提出，對含突變型EGFR的PC-9細胞(非小細胞肺癌細胞系)運用shEGFR-2467進行RNA干擾后，Ago2可對這種細胞產(chǎn)生細胞毒作用而發(fā)揮抑癌功能，而對含野生型EGFR的PC-9細胞進行RNA干擾后，Ago2對此細胞并無細胞毒作用，且Ago2對未進行EGFR RNA干擾的PC-9細胞同樣無細胞毒作用。該研究提示，Ago2可能通過RNA干擾技術在EGFR突變型的非小細胞肺癌中起抑癌作用，改善對酪氨酸激酶抑制劑耐藥的非小細胞肺癌患者的生存率，成為非小細胞肺癌診斷與治療的新生物學靶標。Zhang等[7]在研究中發(fā)現(xiàn)，Ago2在人腎細胞株293T中的過表達可引起特定miRNA表達，尤其是上調let-7與下調miR-17-92。 而在肺腺癌中，let-7、miR-17-92分別起抑癌[29]與致癌的作用[30]。Zhang等[31]發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定過表達的Ago2在人腎細胞株293T和人肺腺癌細胞株H1299細胞中均可影響let-7、miR-17-92等特定miRNA和信使RNA的表達，并在細胞培養(yǎng)及異型腫瘤接種的小裸鼠體內抑制了腫瘤細胞的增殖和轉移，而Ago2在人類肺腺癌組織中的表達較其相應的癌旁及正常組織低。

3.5Ago2與多發(fā)性骨髓瘤多發(fā)性骨髓瘤的發(fā)展與新生血管形成密切相關，Zhou等[32]在多發(fā)性骨髓瘤細胞系中觀察到Ago2可抑制腫瘤細胞增殖并促進其凋亡；同時有研究報道，Ago2可抑制人臍靜脈上皮細胞的生長和血管形成，提示Ago2與血管的發(fā)生有關[33-34]。Wu等[35]進一步通過多發(fā)性骨髓瘤的體內及體外研究發(fā)現(xiàn)，Ago2的過表達可使促血管發(fā)生的let-7家族和miR-17/92基因簇及抗血管發(fā)生的miR-145表達失調，從而促進新生血管形成，最終導致腫瘤發(fā)展與惡化。

3.6Ago2與其他腫瘤隨著對Ago2研究的深入，科學家發(fā)現(xiàn)其涉及的腫瘤種類越來越多。Sand等[36]研究顯示，Ago2在皮膚基底細胞癌、鱗癌、癌前病變日光性角化病中的表達均高于正常組織。在頭頸部鱗癌中，Ago2同樣存在著基因擴增及過表達[37]。在髓細胞白血病中，剔除Ago2可引起細胞凋亡，在HEK-293細胞中還可抑制小干擾RNA介導的致癌基因轉染[38]。在膀胱尿路上皮中，Ago2的高表達與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及不良預后有關，提示其有可能成為評價膀胱癌預后的新生物學標志[39]。除了在這些腫瘤中的高表達，也有學者發(fā)現(xiàn)，在惡性黑色素瘤中Ago2的表達水平較正常黑色素細胞中明顯降低，同時也會下調相應的RNA干擾效能[40]。

4小結

Ago2在腫瘤中的功能可能隨個體的發(fā)育、代謝、組織的類型和部位等不同而變化，Ago2在不同組織中的特異性還需要更多的實驗來證實。Ago2可通過調節(jié)miRNA而介導相應的靶信使RNA的沉默，最終參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。然而，Ago2在特定腫瘤組織中具體調控哪些相關miRNA目前尚不清楚，此外，Ago2與EGFR的相互關聯(lián)也值得更深、更廣的探索。因此，探討Ago2在不同腫瘤中的具體作用機制，有助于將Ago2作為新的分子標志物應用于腫瘤的早期診斷，并為使用RNA干擾技術來實現(xiàn)腫瘤的靶向治療提供依據(jù)。

參考文獻

[1]Papachristou DJ,Korpetinou A,Giannopoulou E,etal.Expression of the ribonucleases Drosha,Dicer,and Ago2 in colorectal carcinomas[J].Virchows Arch,2011,459(4):431-440.

[2]Shen J,Xia W,Khotskaya YB,etal.EGFR modulates microRNA maturation in response to hypoxia through phosphorylation of AGO2[J].Nature,2013,497(7449):383-387.

[3]Vaksman O,Hetland TE,Trope′ CG,etal.Argonaute,Dicer,and Drosha are up-regulated along tumor progression in serous ovarian carcinoma[J].Hum Pathol，2012,43(11):2062-2069.

[4]Cubillos-Ruiz JR,Baird JR,Tesone AJ，etal.Reprogramming tumor-associated dendritic cells in vivo using miRNA mimetics triggers protective immunity against ovarian cancer[J].Cancer Res,2012,72(7):1683-1693.

[5]Zhang J,Fan XS,Wang CX,etal.Up-regulation of Ago2 expression in gastric carcinoma[J].Med Oncol,2013,30(3):628.

[6]Diederichs S,Jung S,Rothenberg SM,etal.Coexpression of Argonaute-2 enhances RNA interference toward perfect match binding sites[J].Proc Natl Acad Sci U S A，2008,105(27):9284-9289.

[7]Zhang X,Graves PR,Zeng Y.Stable Argonaute2 overexpression differentially regulates microRNA production[J].Biochim Biophys Acta，2009,1789(2):153-159.

[8]Cerutti L,Mian N，Bateman A.Domains in gene silencing and cell differentiation proteins:the novel PAZ domain and redefinition of the Piwi domain[J].Trends Biochem Sci,2000,25(10):481-482.

[9]Boland A,Tritschler F,Heimstadt S,etal.Crystal structure and ligand binding of the MID domain of a eukaryotic Argonaute protein[J].EMBO Rep,2010,11(7):522-527.

[10]Boland A,Huntzinger E,Schmidt S,etal.Crystal structure of the MID-PIWI lobe of a eukaryotic Argonaute protein[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(26):10466-10471.

[11]Martinez J, Tuschl T.RISC is a 5′phosphomonoester-producing RNA endonuclease[J].Genes Dev，2004，18(9):975-980.

[12]Tahbaz N,Kolb FA,Zhang H,etal.Characterization of the interactions between mammalian PAZ PIWI domain proteins and Dicer[J].EMBO Rep,2004,5(2)：189-194.

[13]Kiriakidou M,Tan GS,Lamprinaki S,etal.An mRNA m7G cap binding-like motif within human Ago2 represses translation[J].Cell,2007,129(6):1141-1151.

[14]Iorio MV,Croce CM.MicroRNA involvement in human cancer [J].Carcinogenesis,2012,33(6):1126-1133.

[15]Perron MP,Provost P.Protein components of the microRNA pathway and human diseases[J].Methods Mol Biol,2009,487:369-385.

[16]Gregory RI,Shiekhattar R.MicroRNA biogenesis and cancer[J].Cancer Res，2005,65(9):3509-3512.

[17]Meister G,Tuschl T.Mechanisms of gene silencing by double-stranded RNA[J].Nature，2004，431(7006):343-349.

[18]Bartel DP.MicroRNAs:target recognition and regulatory functions[J].Cell,2009,136(2):215-233.

[19]Inui M,Martello G,Piccolo S.MicroRNA control of signal transduction[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2010,11(4):252-263.

[20]Yang JS,Maurin T,Robine N,etal.Conserved vertebrate mir-451 provides a platform for Dicer-independent,Ago2-mediated micro-RNA biogenesis[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(34):15163-15168.

[21]Cheloufi S,Dos Santos CO,Chong MM,etal.A dicer-independent miRNA biogenesis pathway that requires Ago catalysis[J].Nature,2010,465(7298):584-589.

[22]Macfarlane LA,Murphy PR.MicroRNA:Biogenesis,Function and Role in Cancer[J].Curr Genomics,2010,11(7):537-561.

[23]Wu C,So J,Davis-Dusenbery BN,etal.Hypoxia potentiates microRNA-mediated gene silencing through posttranslational modification of Argonaute2[J].Mol Cell Biol,2011,31(23):4760-4774.

[24]Liu AM,Zhang C,Burchard J,etal.Global regulation on microRNA in hepatitis B virus-associated hepatocellular carcinoma[J].OMICS,2011,15(3):187-191.

[25]Ding J,Huang S,Wu S，etal.Gain of miR-151 on chromosome 8q24.3 facilitates tumour cell migration and spreading through downregulating RhoGDIA[J].Nat Cell Biol，2010,12(4):390-399.

[26]Cheng N,Li Y,Han ZG.Argonaute2 promotes tumor metastasis by way of up-regulating focal adhesion kinase expression in hepatocellular carcinoma[J].Hepatology,2013,57(5):1906-1918.

[27]Kim B,Lee JH,Park JW，etal.An essential microRNA maturing microprocessor complex component DGCR8 is up-regulated in colorectal carcinomas[J].Clin Exp Med,2014,14(3):331-336.

[28]Kim MS,Oh JE,Kim YR,etal.Somatic mutations and losses of expression of microRNA regulation-related genes AGO2 and TNRC6A in gastric and colorectal cancers[J].J Pathol,2010,221(2):139-146.

[29]Zhao B,Han H,Chen J,etal.MicroRNA let-7c inhibits migration and invasion of human non-small cell lung cancer by targeting ITGB3 and MAP4K3[J].Cancer Lett，2014,342(1):43-51.

[30]Ventura A,Young AG,Winslow MM,etal.Targeted deletion reveals essential and overlapping functions of the miR-17-92 family of miRNA clusters[J].Cell，2008,132(5):875-886.

[31]Zhang X,Graves PR,Zeng Y.Overexpression of human Argonaute2 inhibits cell and tumor growth[J].Biochim Biophys Acta，2013,1830(3):2553-2561.

[32]Zhou Y,Chen L,Barlogie B,etal.High-risk myeloma is associated with global elevationof miRNAs and overexpression of EIF2C2/AGO2[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(17):7904-

7909.

[33]Asai T,Suzuki Y,Matsushita S,etal.Disappearance of the angiogenic potential of endothelial cells caused by Argonaute2 knockdown[J].Biochem Biophys Res Commun,2008,368(2):243-248.

[34]Hatanaka K,Shimizu K,Asai T,etal.Antineovascular gene therapy by Ago2 knockdown[J].Yakugaku Zasshi,2008,128(11):1567-1575.

[35]Wu S,Yu W,Qu X,etal.Argonaute 2 promotes myeloma angiogenesis via microRNA dysregulation [J].J Hematol Oncol，2014,7(1):40.

[36]Sand M,Skrygan M,Georgas D,etal.Expression levels of the microRNA maturing microprocessor complex component DGCR8and the RNA-induced silencing complex (RISC) components argonaute-1,argonaute-2,PACT,TARBP1,and TARBP2 in epithelial skin cancer[J].Mol Carcinog，2012,51(11):916-922.

[37]Chang SS,Smith I,Glazer C,etal.EIF2C is overexpressed and amplified in head and neck squamous cell carcinoma[J].ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec,2010,72(6):337-343.

[38]Naoghare PK,Tak YK,Kim MJ,etal.Knock-down of argonaute 2 (AGO2) induces apoptosis in myeloid leukaemia cells and inhibits siRNA-mediated silencing of transfected oncogenes in HEK-293 cells[J].Basic Clin Pharmacol Toxicol,2011,109(4):274-282.

[39]Yang FQ,Huang JH,Liu M，etal.Argonaute 2 is up-regulated in tissues of urothelial carcinoma of bladder[J].Int J Clin Exp Pathol,2013,7(1):340-347.

[40]Vller D,Reinders J,Meister G,etal.Strong reduction of AGO2 expression in melanoma and cellular consequences[J].Br J Cancer,2013,109(12):3116-3124.

Research Advances of Ago2 in TumorsZHAOYu-ze1,LIUXue-jun2,DUYu-feng2.(1.TheFirstClinicalSchool,ShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,China； 2.DepartmentofGeriatrics,theFirstHospitalofShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,China)

Abstract：Argonaute 2(Ago2) protein with endoribonuclease activity is the core of RNA-induced silencing complex,it has been identified to be widely expressed in human somatic cells and involved in post-transcriptional gene silencing by regulating the biogenesis and function of small RNAs such as microRNA,and thus plays key roles in physiological and pathological processes.Ago2 expression level changes or dysfunction can make it act as a tumor suppressor or oncogene to influence carcinogenesis,such as tumor cell proliferation and differentiation,angiogenesis and stress response.Therefore,Ago2 has the potential value of becoming a new marker to the diagnose and therapy of human cancer.Here is to make a review of the research progress of Ago2 in tumors.

Key words：Neoplasms; Argonaute 2; MicroRNA

收稿日期：2014-08-18修回日期：2014-11-14編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.11.024

中圖分類號：R734.2

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)11-1986-04