RNA結(jié)合蛋白Lin28在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用和分子機(jī)制

李亞飛 張 霄 王雪飛 翁明嬌 王天真

Lin28是一種高度保守的RNA結(jié)合蛋白，其家族包括Lin28A和Lin28B兩個成員[1]。Lin28A最早在線蟲中被發(fā)現(xiàn)[2]，隨后研究人員證實，在哺乳動物中也能檢測到Lin28A的表達(dá)。Lin28A具有調(diào)控發(fā)育時相的作用，在胚胎干細(xì)胞中表達(dá)水平相對較高，對于維持干細(xì)胞的自我更新具有重要意義。2006年，Lin28A的同源異構(gòu)體-Lin28B首次在人肝細(xì)胞癌中被鑒定出來[3]。研究證實，Lin28B在結(jié)構(gòu)、功能和表達(dá)部位上與Lin28A具有很多相似之處。近些年來，大量研究證實Lin28分子在多數(shù)惡性腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)，其作為原癌基因，在腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展過程中發(fā)揮重要推動作用[4]。然而到目前為止，Lin28參與腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的上下游調(diào)控機(jī)制尚不明確。即哪些因素誘導(dǎo)了Lin28的表達(dá)，同時Lin28又通過哪些路徑參與了腫瘤惡性表型的調(diào)控，都有待于進(jìn)一步探索。本文就現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行整理，對Lin28在惡性腫瘤中的生物學(xué)作用進(jìn)行了歸納，同時對其上游調(diào)控機(jī)制和下游信號路徑進(jìn)行了分析和總結(jié)。

1 Lin28上調(diào)對惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展具有促進(jìn)作用

2009年，Viswanathan等[5]首先證實Lin28具有促進(jìn)正常細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的作用。該小組在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中過表達(dá)了Lin28分子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在軟瓊脂內(nèi)形成克隆，并在裸鼠體內(nèi)形成腫瘤，這與Lin28抑制let-7的生成密切相關(guān)。隨后，King等[6]發(fā)現(xiàn)，Lin28B可以使結(jié)腸上皮細(xì)胞獲得永生化，細(xì)胞具有軟瓊脂克隆形成能力，轉(zhuǎn)移能力也得到顯著提升。Madison等[7]還發(fā)現(xiàn)，Lin28B的上調(diào)能促進(jìn)結(jié)腸隱窩的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而形成腸息肉和腺癌。

大量研究證實，Lin28過表達(dá)具有促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖的作用[8-9]。Lin28可以通過激活增殖相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子[10]、上調(diào)細(xì)胞周期相關(guān)因子[11]、刺激細(xì)胞增殖信號通路[12]、促進(jìn)核糖體蛋白合成和增強(qiáng)葡萄糖代謝等提高腫瘤細(xì)胞的增殖能力[13-14]。但也有報道稱，Lin28能擾亂胃癌細(xì)胞的周期進(jìn)程，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而抑制癌細(xì)胞的增殖能力[14]。

轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤重要表型之一。大量證據(jù)表明，Lin28能促進(jìn)多種惡性腫瘤的轉(zhuǎn)移過程[15]。Lin28參與癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移與其調(diào)節(jié)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)有關(guān)[16]。Lin28可以通過抑制let-7家族而間接促進(jìn)EMT相關(guān)基因的表達(dá)。同時作為RNA結(jié)合蛋白，Lin28可以抑制E-鈣黏蛋白的翻譯。另外，Lin28也可促進(jìn)高遷移率族蛋白中的HMGA1表達(dá)，而HMGA1又可通過誘導(dǎo)Slug和Snail的表達(dá)來促進(jìn)EMT發(fā)生[8]。

總之，現(xiàn)有的研究顯示，Lin28在多種惡性腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)。Lin28表達(dá)上調(diào)不但與細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，同時對腫瘤演進(jìn)過程也有重要推動作用。

2 Lin28在腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)的上游調(diào)控機(jī)制

近年來，研究人員已經(jīng)揭示了幾種調(diào)控Lin28表達(dá)增加的分子機(jī)制，主要包括轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控。目前，已經(jīng)有幾種轉(zhuǎn)錄因子被證實可以促進(jìn)Lin28的轉(zhuǎn)錄，如c-myc、NF-κB、STAT3、β-連環(huán)蛋白和SOX2[17-20]。這些轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)上調(diào)是導(dǎo)致Lin28過表達(dá)的重要原因。另外，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制也被發(fā)現(xiàn)調(diào)控了Lin28的表達(dá)。具體方式如下：(1)某些miRNA可以調(diào)控Lin28的表達(dá)。如let-7和miR-181，可以與Lin28的mRNA結(jié)合，抑制其翻譯，因此這些miRNA下降可導(dǎo)致Lin28表達(dá)增加[21]；(2)某些RNA結(jié)合蛋白可以在轉(zhuǎn)錄后水平影響Lin28的表達(dá)，例如，鋅指蛋白36(Tristetraprolin，TTP)能綁定Lin28 mRNA 3′UTR內(nèi)的AU富含元件，進(jìn)而導(dǎo)致其mRNA降解[22]。然而，TTP在腫瘤中通常下調(diào)，因此Lin28表達(dá)水平相對增加。又如，胰島素樣生長因子2 mRNA結(jié)合蛋白3(IMP3)能綁定并增加Lin28B mRNA的穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)Lin28B的表達(dá)[23]；(3)RNA編輯也可能影響Lin28的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，Lin28 mRNA的3′-UTR中含有Alu反向重復(fù)元件，RNA腺苷脫氨酶(ADAR)可對其進(jìn)行識別，并通過催化水解脫氨作用使Lin28的腺苷(A)轉(zhuǎn)變?yōu)榧≤?I)，從而導(dǎo)致Lin28 RNA被扣留在核旁斑中而不能有效輸出到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)[24]。最后，Lin28的翻譯后修飾可能會通過增加Lin28B穩(wěn)定性而上調(diào)其水平。如在多能干細(xì)胞中，MAPK/ERK激活時，ERK可直接磷酸化Lin28而顯著增強(qiáng)其穩(wěn)定性[25]。與此同時，泛素連接酶TRIM71可通過泛素介導(dǎo)的蛋白酶體降解機(jī)制而誘導(dǎo)Lin28B的降解[26]?？傊?，現(xiàn)有的研究證實，機(jī)體可通過轉(zhuǎn)錄激活、翻譯增強(qiáng)或提高穩(wěn)定性等機(jī)制促進(jìn)Lin28的表達(dá)。

3 Lin28促進(jìn)腫瘤發(fā)生和演進(jìn)的下游信號路徑

作為RNA結(jié)合蛋白，Lin28可通過直接結(jié)合特定的堿基序列來調(diào)節(jié)RNA分子。Lin28有兩個RNA綁定區(qū)域(Binding RNA domains，RBD)：冷休克結(jié)構(gòu)域(Cold-shock domain，CSD)和鋅指結(jié)構(gòu)域(ZKD，或Cys-Cys-His-Cys[CCHC]型CCHCx2結(jié)構(gòu)域)，可以與各種preE-let-7的前體RNA結(jié)合[27]。其中CSD與前元素(preE)中的莖-環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)合，而ZKD與preE3′末端附近的高度保守的GGAG序列相互作用。連接兩個折疊結(jié)構(gòu)域的連接體是靈活的，從而適應(yīng)Lin28與不同let-7家族成員的結(jié)合[27]。最近有研究人員提出了一個新的RNA二級結(jié)構(gòu)模型，Lin28可以識別其中由4個鳥嘌呤構(gòu)成的G四分體結(jié)構(gòu)(G4)[28]。通過這些特殊的結(jié)構(gòu)和序列，Lin28可以識別、綁定并調(diào)控多種RNA分子的表達(dá)，進(jìn)而實現(xiàn)對腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的促進(jìn)效應(yīng)。

3.1 Lin28能調(diào)節(jié)miRNA的生成

let-7家族是最早被發(fā)現(xiàn)受Lin28調(diào)控的miRNA分子，研究也最為清楚。阻斷l(xiāng)et-7目前被認(rèn)為是Lin28發(fā)揮生物學(xué)功能最重要的分子機(jī)制之一。Lin28可以通過CSD識別并綁定pri-let-7和pre-let-7環(huán)內(nèi)的GGAG序列，阻止了Drosha和Dicer對let-7前體的加工來調(diào)節(jié)let-7 microRNA的成熟[29]。同時，Lin28的CCHC鋅指結(jié)構(gòu)域通過促進(jìn)其降解來抑制let-7的作用：首先穩(wěn)定Lin28：let-7復(fù)合物，然后通過與N-末端TUT4的直接相互作用募集TUT4，誘導(dǎo)pre-let-7發(fā)生寡聚化，然后由Dis3L2的聚(U)進(jìn)行特異性降解Lin28[13]。此外，SET7/9可以使Lin28A發(fā)生甲基化，導(dǎo)致其穩(wěn)定性增強(qiáng)并轉(zhuǎn)位至核中，與pri-let-7結(jié)合限制其出核，從而抑制let-7的成熟過程[30]。研究發(fā)現(xiàn)，并非所有l(wèi)et-7家族成員都能被Lin28調(diào)節(jié)。在12種let-7成員中，人類let-7a-3逃逸了Lin28介導(dǎo)的抑制作用。另外，鼠同源性let-7c-2對Lin28結(jié)合的親和力也較低，其機(jī)制與let-7c-2內(nèi)的一個短小莖環(huán)結(jié)構(gòu)有關(guān)，其阻止了Lin28的CSD和pre-let-7c-2環(huán)之間的相互作用[31]。

除了let-7家族外，Lin28也被發(fā)現(xiàn)可調(diào)節(jié)其他miRNA。如Lin28B通過GGAG序列與miR-17～92和miR-363結(jié)合，上調(diào)這些miRNA的生成[32-33]。Lin28還可通過其CSD與miR-302d前體相互作用，并抑制miR-302d的表達(dá)水平[34]。此外，Lin28也可以抑制miR-107在胃癌細(xì)胞中的表達(dá)，抑制miR-125在人肝細(xì)胞癌中的表達(dá)[35-36]?？傊琇in28可以通過CSD識別和CCHC鋅指結(jié)構(gòu)域來調(diào)節(jié)某些miRNA的生成，從而影響腫瘤細(xì)胞的生長。許多miRNA都是Lin28的潛在調(diào)控靶點。隨著研究的深入，更多的Lin28靶miRNA將會被發(fā)現(xiàn)并且其機(jī)制也會越來越明確。

3.2 Lin28可以調(diào)控mRNA的翻譯和穩(wěn)定性

2007年，研究人員發(fā)現(xiàn)Lin28可以結(jié)合胰島素樣生長因子2(IGF-2)的mRNA，并通過驅(qū)動IGF-2 mRNA到核糖體而增強(qiáng)其翻譯效率[37]。這為Lin28作為RNA結(jié)合蛋白直接結(jié)合和調(diào)節(jié)mRNA分子提供了證據(jù)。此后，一系列細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子等的mRNA陸續(xù)被證實為Lin28的調(diào)控靶點，Lin28可以增強(qiáng)它們的翻譯水平[38]。在胚胎干細(xì)胞內(nèi)的基因廣譜研究證實，一些與生長和存活相關(guān)的mRNA是Lin28的靶基因[13]。Lin28通過將RNA解旋酶A(RHA)募集到多核糖體來增強(qiáng)這些基因的翻譯[13]。除了對翻譯的影響，Lin28也可以影響特異性mRNA的穩(wěn)定性，Lin28與靶mRNA結(jié)合可以抵消Drosha依賴性mRNA的不穩(wěn)定性[39]。在惡性腫瘤中，Lin28還可以直接結(jié)合原癌基因并增加其翻譯，如HER2和BMP4，借以誘導(dǎo)細(xì)胞增殖[40-41]。然而，Lin28有時也能抑制其靶mRNA的翻譯。例如，在胚胎干細(xì)胞分化過程中，Lin28可以通過結(jié)合Hmga2 3′UTR中的高度保守元件下調(diào)Hmga2的翻譯[42]。

隨著越來越多的mRNA被鑒定為Lin28的靶mRNA，研究人員開始分析這些mRNA中的特異綁定序列。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些靶mRNA中都存在的一個富含GGAGA序列的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并認(rèn)為這是Lin28的識別位點，而且這個識別位點在大約1/4人類轉(zhuǎn)錄物本中都存在，全基因組研究也發(fā)現(xiàn)了幾個潛在的Lin28結(jié)合位點，包括GGAGA、AYYHY(Y=U，C和H=A，C，U)和AAGNNG[43]。這些研究提示，體內(nèi)很多mRNA都是Lin28的潛在調(diào)控靶點。相信隨著Lin28結(jié)合位點的發(fā)現(xiàn)，越來越多的受Lin28調(diào)控的靶mRNA將被發(fā)現(xiàn)。Lin28通過調(diào)控mRNA的翻譯和穩(wěn)定性，進(jìn)一步影響腫瘤等的發(fā)生發(fā)展。

3.3 Lin28可以調(diào)控RNA剪接過程

已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌中Lin28能優(yōu)先結(jié)合編碼剪接因子的轉(zhuǎn)錄本，如hnRNP F、TIA-1、FUS/TLS和TDP-43，增強(qiáng)其翻譯并導(dǎo)致細(xì)胞出現(xiàn)廣泛剪接[43]。最近，Yang等[40]通過質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，剪接因子hnRNP A1與Lin28的表達(dá)具有相關(guān)性。然而，RIP-Seq數(shù)據(jù)顯示，Lin28在hnRNP A1位點沒有富集。提示Lin28可以調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞的剪接過程，但并不依賴于hnRNP A1?？傊琇in28可以通過影響剪接因子的翻譯而影響癌細(xì)胞中RNA剪接過程，進(jìn)而調(diào)控腫瘤的發(fā)生和演進(jìn)。

3.4 Lin28可以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄

盡管是一個公認(rèn)的RNA結(jié)合蛋白，但已經(jīng)有研究證實，Lin28可以在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控基因表達(dá)。Zeng等[44]首次證實了Lin28A具有直接調(diào)控轉(zhuǎn)錄的能力，并對Lin28A的DNA結(jié)合特征做了總結(jié)。該團(tuán)隊進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Lin28A能識別活性轉(zhuǎn)錄泡中的DNA共有序列，并通過調(diào)節(jié)胞嘧啶修飾狀態(tài)招募Tet1共同調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。盡管這一說法還沒有得到充分的驗證，但確實有一些證據(jù)為Lin28的此項功能提供了佐證。Hudson等[45]曾經(jīng)證明，某些蛋白分子中的CSD結(jié)構(gòu)可以結(jié)合單鏈DNA。RNA結(jié)合蛋白-剪接調(diào)節(jié)子人精氨酸/絲氨酸豐富剪接因子2(RSF2)，被證實可作為轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用[46]。據(jù)此，Lin28確實可能具有DNA結(jié)合能力，通過這種方式可以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，從而影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。但其具體機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)與展望

RNA結(jié)合蛋白Lin28已經(jīng)被證實在多種人類惡性腫瘤中表達(dá)增加，具有促進(jìn)腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的作用，也是腫瘤預(yù)后不良的生物學(xué)標(biāo)志物。現(xiàn)有的研究證實，Lin28在腫瘤組織中表達(dá)上調(diào)的分子機(jī)制主要包括轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控兩種。如某些miRNA和RNA結(jié)合蛋白可以在轉(zhuǎn)錄后水平影響Lin28的表達(dá)，同時RNA編輯也可能影響Lin28的產(chǎn)生。作為RNA結(jié)合蛋白Lin28也可直接調(diào)節(jié)靶mRNA的轉(zhuǎn)錄、剪接、穩(wěn)定性和翻譯，進(jìn)而實現(xiàn)對腫瘤的促進(jìn)效應(yīng)。Lin28對靶基因的識別依賴于特定序列，因此通過對這些特定序列的研究可以幫助我們發(fā)現(xiàn)更多的Lin28調(diào)控靶點，發(fā)掘Lin28的功能。另外，我們最近的研究提示，在結(jié)直腸癌中Lin28 mRNA和蛋白質(zhì)的功能可能并不一致[47]。鑒于Lin28A和Lin28B的mRNA分子含有較長的3′-UTR，我們推測Lin28的mRNA分子可能具有一些新的不依賴于蛋白編碼功能的作用，這個假設(shè)需要通過進(jìn)一步的實驗來驗證。一旦被證實，將從全新角度完善Lin28分子機(jī)制?？傊?，Lin28是腫瘤進(jìn)展的一個重要調(diào)控因子，是惡性腫瘤治療中的重要靶點。