RNA結(jié)合蛋白Zfp36L1的研究進(jìn)展

胡楊兮，馬超群，荊清

RNA結(jié)合蛋白是一類靶向結(jié)合特定RNA，調(diào)控其成熟、修飾、轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯等一系列過程的蛋白質(zhì)，對細(xì)胞代謝過程有重要的調(diào)控作用。RNA結(jié)合蛋白的靶向功能基于存在于mRNA3'端的非編碼區(qū)（3'-UTR）的富含腺苷酸和尿苷酸元件（AREs）。人體內(nèi)約有8%的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物含有ARE[1]，數(shù)量之多使得RNA結(jié)合蛋白的調(diào)控作用愈發(fā)重要。鋅指蛋白36（Zfp36）家族是一組具有CCCH型RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的高度保守的RNA結(jié)合蛋白，包括Zfp36、Zfp36環(huán)指蛋白樣蛋白1（Zfp36L1）、Zfp36環(huán)指蛋白樣蛋白2（Zfp36L2），以及在嚙齒動物胎盤組織中發(fā)現(xiàn)的Zfp36環(huán)指蛋白樣蛋白3（Zfp36L3）[2]四種蛋白。其中Zfp36L1亦稱BRF1、ERF1、cMG1、ERF-1、Berg36、TIS11B或RNF162B，是一種廣泛存在于真核生物的轉(zhuǎn)錄因子，參與RNA的剪切、修飾、運(yùn)輸、定位、降解和翻譯等[3]。Zfp36L1（BRF1）發(fā)現(xiàn)于1989年[4]，最初被認(rèn)為是直接參與多種炎癥和腫瘤因子表達(dá)調(diào)控的RNA結(jié)合蛋白。隨著對RNA結(jié)合蛋白研究的深入，Zfp36L1蛋白在其他生物學(xué)過程中扮演的角色被逐漸揭露。本文就Zfp36L1的研究進(jìn)展做一綜述。

1 Zfp36L1的結(jié)構(gòu)和功能

Zfp36L1蛋白的編碼基因Zfp36L1位于人類染色體14q24.1，含有4個外顯子，在進(jìn)化過程中相對保守[5]，大量表達(dá)于子宮內(nèi)膜、卵巢、胎盤、膀胱和脂肪組織，而在骨髓、心臟、胰腺和睪丸中表達(dá)較低。已經(jīng)報道的Zfp36L1基因的轉(zhuǎn)錄本有3種（登錄號分別為NM_001244698.1、NM_001244701.1和NM_004926.3）。其中NM_001244701.1和NM_001244698.1編碼同一個含有338個氨基酸的同種型蛋白（登錄號為NP_001231627.1或NP_004917.2）, 但前者3'-UTR更短；NM_004926.3在5'端多一個外顯子，編碼N端序列更長的第二個同種型蛋白（登錄號為NP_001231630.1），含有407個氨基酸。

已經(jīng)報道的Zfp36L1蛋白的兩種同種型蛋白都含有兩個串聯(lián)的鋅指結(jié)構(gòu)，各以Zn離子與3個半胱氨酸殘基（Cys）、1個組氨酸殘基（His）構(gòu)成中心結(jié)構(gòu)，其他氨基酸殘基呈手指形連接其上。每一個鋅指結(jié)構(gòu)中都包含一個α-螺旋和兩個反向平行的β-折疊。鋅指結(jié)構(gòu)中的Zn離子可提高α-螺旋的穩(wěn)定性使得含有鋅指結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)得以嵌合在DNA分子上發(fā)揮其對DNA或mRNA的調(diào)控功能。在Zfp36L1蛋白的兩個鋅指結(jié)構(gòu)間有一個長度為18個氨基酸殘基的定義間距，與識別目標(biāo)結(jié)合區(qū)域序列的特異性有關(guān)。

Zfp36L1蛋白最重要的生物學(xué)功能是轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，通過串聯(lián)的鋅指結(jié)構(gòu)和靶mRNA的3'-UTR的ARE結(jié)合，促進(jìn)靶mRNA的脫腺苷、脫帽作用使其脫掉多聚腺苷酸尾巴結(jié)構(gòu)，從而降解靶mRNA[6]，對多種炎癥因子和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。通過這種調(diào)控方式，Zfp36L1蛋白參與了眾多的生理過程如細(xì)胞周期的轉(zhuǎn)換、細(xì)胞分化和衰老等。

細(xì)胞周期分為分裂間期和分裂期，是指細(xì)胞從分裂完畢到下一次分裂完畢的過程。分裂間期分為G1期、S期及G2期（DNA合成前期、合成期以及合成后期）。G1期主要合成核糖體和RNA，對S期DNA復(fù)制提供充足的能量和原料物質(zhì)。Zfp36L1對細(xì)胞周期有調(diào)控作用表現(xiàn)在，當(dāng)Zfp36L1在細(xì)胞中過表達(dá)時，細(xì)胞增殖在G1期停滯。Zfp36L1抑制某些由mRNA組成的轉(zhuǎn)錄因子，而這些mRNA翻譯的蛋白質(zhì)可協(xié)同促進(jìn)細(xì)胞向S期轉(zhuǎn)變[7]。Kondo等證明了在分裂期，Zfp36L1的C端區(qū)域影響有絲分裂過程中紡錘體的產(chǎn)生，對蛋白質(zhì)的細(xì)胞周期依賴性磷酸化至關(guān)重要[8]。由此可知，Zfp36L1對細(xì)胞增殖起著負(fù)性調(diào)控作用。進(jìn)入分裂期后，細(xì)胞周期相關(guān)蛋白cyclin D的水平下降而p53增加[9]，說明Zfp36L1抑制細(xì)胞增殖可能依賴于cyclin D而不依賴于p53。

細(xì)胞分化是指同源細(xì)胞中產(chǎn)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能迥異的細(xì)胞的過程，即基因在時間、空間的特異性表達(dá)，從而產(chǎn)生各種各樣的標(biāo)志性蛋白質(zhì)。Zfp36L1通過調(diào)節(jié)不同基因的轉(zhuǎn)錄水平來調(diào)控細(xì)胞分化過程。比如，Zfp36L1調(diào)節(jié)B淋巴細(xì)胞特異性識別抗原的受體，即膜表面免疫球蛋白（SmIg）的表達(dá)。SmIg是B細(xì)胞的特征性標(biāo)志，不成熟B細(xì)胞表達(dá)SmIgM，成熟B細(xì)胞同時表達(dá)SmIgM和SmIgD。在B細(xì)胞分化過程中，前B細(xì)胞的胞漿中存在SIgM的重鏈（μ鏈）而無SmIgM表達(dá)；當(dāng)發(fā)育為不成熟B細(xì)胞時，胞漿中μ鏈消失，SmIgM開始表達(dá)。Zfp36L1促進(jìn)在前B細(xì)胞受體檢查點(diǎn)表達(dá)μ鏈的細(xì)胞的有效選擇[7]，正向調(diào)控B淋巴細(xì)胞的成熟和分化。而對于T淋巴細(xì)胞，過表達(dá)Zfp36L1使T淋巴細(xì)胞的選擇檢查冗余執(zhí)行，負(fù)向調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞的分化。Zfp36L1還可通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制調(diào)節(jié)DNA損傷應(yīng)答過程，并由此提高轉(zhuǎn)錄后染色體穩(wěn)定性、降低復(fù)制應(yīng)激反應(yīng)[10]。另外，還有研究顯示Zfp36L1可結(jié)合周期蛋白依賴性激酶6（CDK6）mRNA的3'-UTR并降低CDK6的表達(dá)，而CDK6被證明能阻礙CD34+造血干/祖細(xì)胞（HSPC）在體外向單核-巨噬細(xì)胞分化[11]。在人體表皮組織中，Zfp36L1主要在基底層細(xì)胞中表達(dá)，影響角質(zhì)形成細(xì)胞的分化和凋亡。Zfp36L1是角質(zhì)形成細(xì)胞血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的有效調(diào)節(jié)劑，且很可能是通過旁分泌機(jī)制調(diào)節(jié)血管生成[12]。

衰老是細(xì)胞對某些刺激因素（如DNA受損、致癌信號強(qiáng)化和端粒丟失）的反應(yīng)，衰老細(xì)胞的生長停滯于某一階段。衰老細(xì)胞分泌的炎癥因子、趨化因子及各種生長因子和蛋白酶稱為衰老相關(guān)分泌表型（SASP）。SASP加速衰老進(jìn)程并激活免疫監(jiān)視反應(yīng)，同時也表現(xiàn)出促腫瘤發(fā)生的特性并可導(dǎo)致年齡相關(guān)疾病。Zfp36L1是重要的SASP調(diào)節(jié)劑，在衰老細(xì)胞中過表達(dá)Zfp36L1可使SASP mRNA的表達(dá)減低超過60%，對細(xì)胞衰老過程的調(diào)節(jié)起到重要作用[13]。Zfp36L1降解SASP組分轉(zhuǎn)錄因子的能力可通過被絲裂原活化蛋白激酶相關(guān)蛋白激酶2（MAPKAPK2或MK2）磷酸化而抑制[14]。體外實(shí)驗(yàn)中，隨著細(xì)胞衰老，Zfp36L1在大鼠股骨和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中減少。敲低Zfp36L1后成骨細(xì)胞分化減弱，過表達(dá)則相反[15]。因此Zfp36L1表達(dá)的減少可能是老化相關(guān)的骨丟失的原因之一。

2 Zfp36L1與疾病

2.1 Zfp36L1與代謝性疾病Zfp36L1調(diào)節(jié)機(jī)體多種代謝過程，其主要也是通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制參與。實(shí)際上，最初Zfp36蛋白家族被認(rèn)為是細(xì)胞經(jīng)生長因子和胰島素處理后反應(yīng)性基因表達(dá)的產(chǎn)物[16]。有報道稱胚胎干細(xì)胞成纖維細(xì)胞生長因子/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（FGF/Erk）信號通路中基因表達(dá)的快速轉(zhuǎn)錄后調(diào)控是由Zfp36L1對靶mRNA的快速降解實(shí)現(xiàn)[17]，如調(diào)節(jié)Erk下游的低密度脂蛋白受體蛋白水平[18]等。此外，Zfp36L1靶向結(jié)合人或小鼠膽固醇7-羥化酶（CYP7A1）mRNA并參與體內(nèi)膽汁酸代謝[19]、通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控鹽皮質(zhì)激素受體蛋白mRNA表達(dá)對體內(nèi)水電平衡產(chǎn)生影響[20]。敲低Zfp36L1后脂肪細(xì)胞分化增加，過表達(dá)后脂肪細(xì)胞分化減少[15]，意味著Zfp36L1抑制脂肪形成，可能機(jī)制是通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)控下調(diào)過氧化物酶體增殖物激活受體γ2（PPARγ2）基因的表達(dá)[15]。還有報道稱，細(xì)胞中Zfp36L1敲低抑制脂肪形成[21]。不同文獻(xiàn)報道的Zfp36L1在脂肪代謝中的作用有矛盾，可能是Zfp36L1表達(dá)的空間或時間特異性所致，有待進(jìn)一步探究。

2.2 Zfp36L1與腫瘤研究人員在多種腫瘤的發(fā)生過程中檢測到Zfp36L1的表達(dá)異常；同時，通過過表達(dá)或敲低等方法人為地改變Zfp36L1的表達(dá)量也可以影響腫瘤的發(fā)生。例如，Zfp36L1下調(diào)胃泌素瞬時誘導(dǎo)核受體4A2（nuclear receptor subfamily 4，group a，member 2，NR4A2）的表達(dá)，參與胃腺癌的發(fā)生過程[22]。淋巴瘤生成過程中Zfp36L1被發(fā)現(xiàn)和Kruppel樣因子2（KLF2）存在功能性連接[23]。通過在白血病模型細(xì)胞系中的染色體14q24的缺失區(qū)域中進(jìn)行基因組定位證明Zfp36L1基因也是白血病染色體畸變的靶標(biāo)之一[24]。另外Zfp36L1還與粘液性卵巢癌[25]、轉(zhuǎn)移性前列腺癌[26]等的發(fā)生有關(guān)。Zfp36L1也可起保護(hù)性作用，如在B細(xì)胞惡性腫瘤中Zfp36L1可以下調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤-2基因（BCL2）的表達(dá)促進(jìn)惡性B細(xì)胞的凋亡[27]；抑制NOTCH蛋白表達(dá)進(jìn)而減少T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞性白血病的發(fā)生[28]等。

2.3 Zfp36L1與免疫反應(yīng)最近有文獻(xiàn)報道Zfp36L1的表達(dá)水平影響宿主巨噬細(xì)胞對麻風(fēng)病原體的固有免疫應(yīng)答，從而增加感染麻風(fēng)的可能[29]。Zfp36L1是非特異性免疫應(yīng)答的重要調(diào)節(jié)劑，其表達(dá)的增加和磷酸化可調(diào)節(jié)絲分裂原活化的蛋白激酶磷酸酶1（Mkp-1）的mRNA水平并調(diào)節(jié)p38/絲裂原活化蛋白激酶（p38/MAPK）通路的活性，影響炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生[30]。Zfp36L1通過靶向B淋巴細(xì)胞誘導(dǎo)的成熟蛋白1（BLIMP1）的表達(dá)負(fù)向調(diào)節(jié)B細(xì)胞向漿細(xì)胞分化[31]，部分抑制非特異免疫過程。與健康受試者相比，基因表達(dá)分析顯示多發(fā)性硬化患者血細(xì)胞中的Zfp36L1基因表達(dá)下調(diào)[32]，說明Zfp36L1的減少不利于免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)，使多發(fā)性硬化等自身免疫性疾病更易于發(fā)生。有趣的是，也有研究發(fā)現(xiàn)在急性細(xì)菌感染的小鼠模型中Zfp36L1沒有調(diào)節(jié)炎癥和宿主防御的作用[33]，預(yù)示著Zfp36L1對免疫系統(tǒng)功能的調(diào)控可能有更復(fù)雜的機(jī)制。

2.4 Zfp36L1與血管發(fā)育Zfp36L1在多種伴有血管發(fā)育的疾病發(fā)病過程中發(fā)揮作用，主要是通過其與VEGF 3'-UTR內(nèi)富含ARE的相互作用增加VEGF mRNA的衰變，降低VEGF的表達(dá)并抑制血管發(fā)育過程。VEGF是一種血管生成細(xì)胞因子，其mRNA表達(dá)受缺氧、生長因子和激素等因素控制。VEGF mRNA半衰期很短，其豐度受去穩(wěn)定蛋白與其3'-UTR結(jié)合的調(diào)節(jié)。有報告稱促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）可調(diào)節(jié)Zfp36L1與VEGF mRNA的3'-UTR相互作用并降低VEGF mRNA的穩(wěn)定性（半衰期從130 min減少至60 min）[34]。已鑒定VEGF mRNA的3'-UTR有2201bp，其中含有兩個ARE可結(jié)合Zfp36L1并介導(dǎo)其去穩(wěn)定活性。該研究通過用小干擾RNA敲除原代腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞中的Zfp36L1表達(dá)，在活細(xì)胞上驗(yàn)證了Zfp36L1對VEGF表達(dá)的調(diào)控作用，并解釋了ACTH誘導(dǎo)的VEGF mRNA表達(dá)水平調(diào)控過程有Zfp36L1蛋白參與[34]。Planel等人將Zfp36L1連接至多精氨酸肽R9（polyarginine peptides R9）以構(gòu)建細(xì)胞穿透性Zfp36L1，注射至腫瘤組織后證實(shí)VEGF的表達(dá)降低、腫瘤組織的血管發(fā)育受到抑制，表明Zfp36L1對血管發(fā)育過程有重要調(diào)控作用[35]。事實(shí)上Zfp36L1是已鑒定的第一種VEGF mRNA的去穩(wěn)定蛋白[34]，是抗血管生成療法新的潛在靶標(biāo)。一項(xiàng)研究中，Zfp36L1缺陷的小鼠在10.5天死亡，并表現(xiàn)出嚴(yán)重的心血管結(jié)構(gòu)異常，伴隨有大量出血以及血管網(wǎng)絡(luò)的紊亂，同時卵黃區(qū)域的ter119陽性紅細(xì)胞數(shù)大量減少[36]。Zfp36L1敲除的小鼠胚胎的動脈管腔異常增大、心內(nèi)膜結(jié)構(gòu)紊亂、ter119陽性紅細(xì)胞數(shù)減少等表型表明Zfp36L1在胚胎內(nèi)、外血管和心臟的分化及其正常發(fā)育過程、紅細(xì)胞增殖和分化中有重要作用[36]。值得一提的是，Zfp36L1對血管發(fā)育的抑制在缺氧環(huán)境下依然存在[37]。另外，由于Zfp36L1在炎癥反應(yīng)過程中的關(guān)鍵性調(diào)控作用，Zfp36L1基因的缺陷可能會通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)間接地影響內(nèi)皮細(xì)胞功能和血管新生過程。

2.5 Zfp36L1與其他疾病Zfp36L1與再生障礙性貧血有密切聯(lián)系。再生障礙性貧血的發(fā)展過程中，骨髓造血細(xì)胞逐步消失，代之以增生的脂肪細(xì)胞。Liu等發(fā)現(xiàn)左旋咪唑可以明顯抑制骨髓中間充質(zhì)干細(xì)胞向脂肪細(xì)胞的分化，其原因主要是左旋咪唑增加了Zfp36L1的表達(dá)。Zfp36L1通過結(jié)合過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1β（PPARGC1B）mRNA的3'-UTR ARE增加其降解[38]。人為敲低PPARGC1B同樣可以觀察到間充質(zhì)干細(xì)胞向脂肪細(xì)胞分化受到抑制。該研究揭示了Zfp36L1在再生障礙性貧血發(fā)展過程中扮演的角色，并同時證明了以Zfp36L1作為靶點(diǎn)治療再生障礙性貧血的現(xiàn)實(shí)性。將小鼠的Zfp36蛋白家族編碼基因敲除后，小鼠體重增加率明顯降低，并出現(xiàn)惡病質(zhì)、皮炎、斑片狀脫毛、關(guān)節(jié)炎、結(jié)膜炎、骨髓增生、髓外造血、胸腺發(fā)育不全、脾臟和淋巴結(jié)增生、全身炎癥反應(yīng)綜合征[39]，還可觀察到心臟和肝臟膿腫[39]及惡化后導(dǎo)致的心臟瓣膜病，主要是二尖瓣和主動脈瓣狹窄[40]。這些病理過程可能是由Zfp36蛋白家族的缺陷導(dǎo)致的，但哪些是僅由Zfp36L1蛋白缺陷所致仍需進(jìn)一步探索。

3 小結(jié)

通過轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)機(jī)制，Zfp36L1在多種細(xì)胞的生長、分化、衰老及多種疾病的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色。通過對Zfp36L1的進(jìn)一步研究，有望增進(jìn)對包括炎癥、腫瘤等病理過程的認(rèn)識和尋找有針對性的新的治療手段。而以Zfp36L1為代表的RNA結(jié)合蛋白同靶RNA特異結(jié)合的特性在生物技術(shù)領(lǐng)域也有一定的應(yīng)用價值。