RNA編輯及其在腫瘤中的調(diào)控

王海濤 閔建平 蘇海翔

甘肅省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究院/甘肅省腫瘤醫(yī)院，甘肅 蘭州730050

RNA編輯（RNA editing）是指在轉(zhuǎn)錄后水平上發(fā)生的核苷酸插入、缺失或替代，導(dǎo)致核苷酸序列發(fā)生改變，使其翻譯的蛋白質(zhì)氨基酸序列、結(jié)構(gòu)、功能或表達(dá)水平等不同于原基因序列所攜帶遺傳信息的生物學(xué)現(xiàn)象。1986年，Benne等描述錐蟲線粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基Ⅱ（cytochrome C oxidase subunitⅡ，coxⅡ）轉(zhuǎn)錄后修飾時首次提出這一概念，coxⅡ基因包含一個移碼突變，后者經(jīng)RNA編輯插入一個尿苷酸得以修復(fù)［1］。RNA編輯增大了轉(zhuǎn)錄多樣性，進(jìn)而增加了蛋白質(zhì)的種類，使生物體能夠更好地適應(yīng)環(huán)境，其不僅擴(kuò)充了遺傳信息，也進(jìn)一步補(bǔ)充和擴(kuò)展了中心法則，使人們對基因表達(dá)調(diào)控有了更進(jìn)一步的認(rèn)識［2］。RNA編輯廣泛存在于物種中，是機(jī)體維持正常代謝活動和穩(wěn)態(tài)的重要基礎(chǔ)。

1 RNA編輯的類型

迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種不同類型的RNA編輯現(xiàn)象，包括C-to-U、U-to-C、A-to-Ⅰ等。

1.1 C-to-U編輯 哺乳動物中首次發(fā)現(xiàn)RNA編輯現(xiàn)象是在小腸上皮細(xì)胞中，該細(xì)胞合成一種載脂蛋白ApoB-48，能夠結(jié)合并運(yùn)輸血脂到機(jī)體各組織進(jìn)行代謝及利用。人類肝臟細(xì)胞也表達(dá)同一基因ApoB，但合成更大的蛋白ApoB-100，廣泛存在于另一種脂質(zhì)載體LDL顆粒中。ApoB-48和ApoB-100 N末端的序列是一致的，但前者長度只有后者的48%。ApoB-100基因第6666位核苷酸是谷氨酰胺密碼子CAA中的C，而在ApoB-48中相應(yīng)的核苷酸是U，從而形成了一個終止密碼子UAA，導(dǎo)致了開放讀碼框的中斷。C-to-U編輯由載脂蛋白B編輯酶催化多肽（apolipoprotein B mRNA editing enzyme，catalytic polypeptide，APOBEC）催化完成［3］。

1.2 U-to-C編輯 研究發(fā)現(xiàn)，在腎母細(xì)胞瘤基因（wilms tumor 1，WT1）mRNA的一個位置有兩種不同的核苷酸形式，與基因序列比對發(fā)現(xiàn)該mRNA發(fā)生了Uto-C的轉(zhuǎn)變，這說明存在一種在嘧啶上酶促結(jié)合一個氨基的編輯形式［4］。

1.3 A-to-Ⅰ編輯 高等真核生物中最常見的一種RNA編輯類型是A-to-Ⅰ編輯，在這種類型的編輯中，腺苷（A）被脫氨基形成次黃苷（Ⅰ），后者在mRNA中極少出現(xiàn)。次黃苷跟鳥苷一樣，優(yōu)先同胞苷配對，以同樣的方式與核糖體互相作用。因此，在反轉(zhuǎn)錄和翻譯中，發(fā)生A-to-Ⅰ改變就如同將A替換為G［5］。

谷氨酸受體是由GluR-A、-B、-C和-D基因編碼的不同亞基形成的異聚體，包含GluR-B亞基的受體對Ca2+是不可滲透的。序列分析表明，不同受體亞基之間Ca2+通透性的差異是由于跨膜結(jié)構(gòu)域中一個氨基酸的不同造成的—在GluR-B中是精氨酸，而其他亞基中相應(yīng)位置卻是谷氨酰胺。在蛋白和mRNA水平上這一差異是顯而易見的，但在編碼各亞基的基因上相應(yīng)位置卻完全一致［6］。GluR-B mRNA的編輯將一個谷氨酰胺密碼子（CAG）改變?yōu)镃IG，后者在翻譯過程中被識別為精氨酸密碼子（CGG），這一編輯位點(diǎn)被稱為Q/R位點(diǎn)［7］。據(jù)推測，GluR-B前體mRNA序列在Q/R位點(diǎn)與下游內(nèi)含子序列間配對形成了一個頸環(huán)結(jié)構(gòu)。通常認(rèn)為，雙鏈RNA是編輯發(fā)生的必要條件，而依賴雙鏈RNA的腺苷脫氨酶（adenosine deaminase acting on RNA，ADAR）就是催化編輯發(fā)生的酶［8］。

2 RNA編輯酶

2.1 ADAR家族ADAR在哺乳動物多種組織中廣泛表達(dá)，而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)量最高，ADAR家族包括三個成員：ADAR1、ADAR2和ADAR3，這三者在蛋白結(jié)構(gòu)和生物功能方面有一定的相似性，也有較大的差異。

2.1.1 ADAR1。ADAR1是首個被發(fā)現(xiàn)并克隆的雙鏈RNA腺苷脫氨酶［9］。這種酶在脊椎動物中高度保守，其包含3個雙鏈RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域（double strands RNA bindingdomains，dsRBD）和一個C端催化脫氨結(jié)構(gòu)域［10］。ADAR1是由ADAR基因編碼的，在哺乳動物絕大多數(shù)組織中都有表達(dá)，一般有兩種亞型—ADAR1 p150和ADAR1 p110，前者是從一個干擾素（interferon，IFN）-誘導(dǎo)型啟動子開始表達(dá)的，在核內(nèi)和胞質(zhì)都有表達(dá)；而后者主要在核內(nèi)基礎(chǔ)性表達(dá)［11］。ADAR1是生命活動所必需的，ADAR1基因敲除小鼠在胚胎期死于異常的細(xì)胞凋亡和造血功能缺陷［12-13］。ADAR1也是一種干擾素信號抑制劑，可以保護(hù)機(jī)體免遭疾病相關(guān)的干擾素激活［14］。研究表明，ADAR1發(fā)生錯義突變在易感兒童中會引起一種致命的自身炎癥性疾病—Aicardi-Goutières綜合征，這是一種罕見的以神經(jīng)系統(tǒng)及皮膚受累為主的遺傳性疾病，主要臨床特征包括顱內(nèi)多發(fā)鈣化灶、腦白質(zhì)病變、腦脊液慢性淋巴細(xì)胞增多癥和凍瘡樣皮損［15］。

2.1.2 ADAR2。由ADARB1基因編碼的ADAR2在大腦中高表達(dá)，心臟、肺、肝和腎中也有少量表達(dá)。如同ADAR1一樣，ADAR2的兩個N端dsRBD和一個近C端脫氨基結(jié)構(gòu)域也是高度保守的。ADAR2主要存在于核仁中，但在未成熟的神經(jīng)元中則集中于胞質(zhì)中，表明隨著發(fā)育調(diào)控，酶的分布有所變化。與ADAR1相比，在編輯底物的選擇上，二者既有相似性，也存在差異。ADAR2與多種腫瘤、炎癥、紅斑狼瘡、肌萎縮側(cè)索硬化癥、阿爾茨海默癥等疾病相關(guān)［16-17］。

2.1.3 ADAR3。ADAR3同ADAR1、ADAR2在序列和結(jié)構(gòu)上有很大的相似性，包括核酸定位、脫氨酶、dsRBD等結(jié)構(gòu)域［18］。迄今為止，還沒有研究顯示ADAR3具有可以影響生理功能的脫氨酶活性。最近一項(xiàng)研究表明，ADAR3可能作為其他ADAR蛋白的顯性失活形式發(fā)揮作用。相比正常腦組織，ADAR3在多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤中是高表達(dá)的，其通過RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域與ADAR2競爭同GluR-B的結(jié)合［19］。鑒于ADAR3主要在大腦中表達(dá)，推測其可能通過調(diào)節(jié)ADAR2/ADAR1介導(dǎo)的RNA編輯來調(diào)控腦部腫瘤的發(fā)生［20］。

2.2 APOBEC家族 在人類基因組中，有11個基因?qū)儆贏POBEC家族，包括APOBEC-1、-2、-3A、-3B、-3C、-3D、-3E、-3F、-3G、-3H、-4等［21］。APOBEC蛋白是胞苷脫氨酶，在脊椎動物中高度保守。研究發(fā)現(xiàn)這些蛋白能夠催化高頻突變，驅(qū)動腫瘤發(fā)生并產(chǎn)生治療抗性［22］。

3 RNA編輯在腫瘤中的調(diào)控

RNA編輯受到高度精準(zhǔn)的調(diào)控，RNA編輯酶定位與表達(dá)的相關(guān)調(diào)控機(jī)制已經(jīng)得到廣泛研究［23-24］。根據(jù)組織來源和疾病狀態(tài)，不同癌癥與總RNA編輯水平的增加或減少相關(guān)。在一些具有清晰的總編輯水平（過編輯vs低編輯）或RNA編輯酶表達(dá)水平明顯改變的疾病中，許多靶基因以相反的方式被編輯［25-26］。

同樣的編輯事件可以導(dǎo)致完全不同的功能或表型，例如在腫瘤發(fā)生過程中ADAR1介導(dǎo)的膠質(zhì)瘤相關(guān)致癌基因1（glioma-associated oncogene 1，GLI1）的編輯和ADAR2介導(dǎo)的衣被蛋白復(fù)合體亞基α（coatomer protein complex subunit alpha，COPA）的編輯［27-28］。APOBEC1編輯生成的apoB48和其對應(yīng)的全長蛋白apoB100促進(jìn)了動脈粥樣硬化和肥胖癥的發(fā)展，其程度與周圍的環(huán)境調(diào)控有關(guān)［29-30］。在兩種不同的動物模型中，同一靶基因上完全相同的編輯事件（如5-HT2CR的編輯）也可能會導(dǎo)致相反的表型（肥胖vs.瘦）［31-32］。

RNA編輯的幾個調(diào)控機(jī)制最近已得到鑒定，在諸如三陰性乳腺癌、化生性乳腺癌等惡性乳腺癌中，ADAR1的存在對腫瘤形成非常重要。研究發(fā)現(xiàn)，在這些癌癥中，ADAR1的表達(dá)和活性受到腫瘤促進(jìn)蛋白CPSF6（cleavage and polyadenylation factor-6）和突變的核糖體蛋白RPL39（ribosomal protein L39，A14V）的調(diào)控。CPSF6和ADAR1相互作用，穩(wěn)定其定位并增強(qiáng)其RNA編輯能力［33］。另外，CPSF6介導(dǎo)的ADAR1的活化可被催乳素抑制，后者是一種乳腺分化因子。致癌突變體RPL39（A14V）通過與誘生型一氧化氮合酶iNOS和激活的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄活化因子STAT3作用誘導(dǎo)ADAR1的表達(dá)，從而促進(jìn)了腫瘤的生長和藥物抗性［34］。

ADAR2在大腦中的功能得到廣泛研究，據(jù)報道一種剪接因子SRSF9（serine and arginine rich splicing factor 9）對ADAR2介導(dǎo)的RNA編輯有抑制作用。SRSF9同ADAR2及其編輯底物相互作用，干擾了ADAR2二聚體的形成，這對控制細(xì)胞生存相關(guān)基因的編輯至關(guān)重要，證實(shí)了剪接在RNA編輯調(diào)控機(jī)制中的重要性［35-36］。在結(jié)直腸癌中，PKCζ（protein kinase C zeta）對ADAR2進(jìn)行磷酸化，激活了其RNA編輯活性，磷酸化的ADAR2可能通過對COPA和其他底物的編輯促進(jìn)miR-200的累積，抑制了結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移［37］。

鑒于ADAR1和ADAR2介導(dǎo)的RNA編輯之間的復(fù)雜關(guān)系，可能存在同時調(diào)控二者RNA編輯的機(jī)制，最新的一個例子是RNA解旋酶DHX9（DEAH box helicase 9），通過利用一種食管癌細(xì)胞系（EC109）中的過表達(dá)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)DHX9促進(jìn)ADAR1介導(dǎo)的RNA編輯而抑制ADAR2介導(dǎo)的RNA編輯［38］，這一結(jié)果是DHX9表達(dá)與腫瘤發(fā)生具有緊密聯(lián)系的一個力證。高通量篩選技術(shù)被用于鑒定ADAR介導(dǎo)的RNA編輯的內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子［39］，目前，研究人員正不斷嘗試鑒定關(guān)于RNA編輯的其他內(nèi)源或外源的強(qiáng)化因子和抑制因子。

APOBEC1介導(dǎo)的C-to-U RNA編輯是在多個蛋白質(zhì)組成的編輯體中完成的［40］。迄今為止，這一編輯體中與其功能有關(guān)的許多組分已經(jīng)得到鑒定，包括ACF（APOBEC1 complementation factor）、HNRNPAB（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A/B），DNAJB11（DnaJ heat shock protein family member B11）、KSRP（KH-type splicing regulatory protein）、CELF2（CUGBP Elav-like family member 2）、SYNCRIP（synaptotagmin binding cytoplasmic RNA interacting protein）和RBM47（RNA binding motif protein 47）［41-47］。BAG4（Bcl2-associated Athanogene-4）是這一編輯體中一個罕見的負(fù)調(diào)控因子，研究發(fā)現(xiàn)這一調(diào)控因子通過將APOBEC1協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中，從而抑制了APOBEC1介導(dǎo)的RNA編輯［48］。除ACF和RBM47外，其他調(diào)控因子的生理學(xué)意義仍需要進(jìn)一步的驗(yàn)證［49］。

為證實(shí)APOBEC1調(diào)控癌癥發(fā)展的過程中這些“搭檔”的角色，一個利用睪丸生殖細(xì)胞腫瘤（testicular germ cell tumor，TGCT）小鼠模型完成的實(shí)驗(yàn)有力地揭示了這一聯(lián)系。利用自然發(fā)生TCGT的129/Sv同系交配小鼠，發(fā)現(xiàn)Apobec1缺陷會影響TGCT的易感性。更有意思的是，Apobec1缺陷在TGCT易感性中的作用受到種系的影響（母系vs.父系），而且以隔代遺傳的方式顯現(xiàn)，表明APOBEC1可能通過RNA編輯調(diào)控可遺傳的表觀改變，影響了諸如睪丸癌等疾病的發(fā)展［50］。

一種代謝調(diào)控因子PPARα（peroxisome proliferatoractivated receptor alpha）在體內(nèi)影響了APOBEC1介導(dǎo)的RNA編輯。在缺乏低密度脂蛋白（LDL）受體的小鼠中，PPARα激活劑ciprofibrate（一種常見的降膽固醇藥物）通過減少Acf的表達(dá)降低了apoB在肝臟中的RNA編輯，結(jié)果導(dǎo)致apoB100相關(guān)的超低密度脂蛋白（very low density lipoprotein，VLDL）的不斷累積和動脈粥樣硬化［51］，進(jìn)一步證實(shí)RNA編輯能夠通過影響對治療的應(yīng)答從而影響人類疾病。

由于RNA編輯在癌癥發(fā)展中起著顯著的作用，腫瘤發(fā)生相關(guān)通路和因子可能是這一機(jī)制重要的調(diào)控因素。例如，腫瘤抑制蛋白TP53參與腫瘤發(fā)生過程中的各個方面，但TP53與RNA編輯之間幾乎無關(guān)系［52］。目前，構(gòu)建了僅刪除TP53的活細(xì)胞模型，以研究先天性免疫應(yīng)答中ADAR1介導(dǎo)的RNA編輯［53］。TP53狀態(tài)影響ADAR1相關(guān)表型，這一事實(shí)表明其在RNA編輯中具有重要的作用。最近一項(xiàng)研究確證IFI16（interferon gamma inducible protein 16）是ADAR1和TP53共同的“互動合作伙伴”，進(jìn)一步證實(shí)了這一推測［54］。

對于另一個TP53相關(guān)蛋白ARF（alternative reading frame，或CDKN2A/p14），有證據(jù)暗示其在RNA編輯中發(fā)揮的角色。已知ARF通過抑制MDM2（mouse double minute 2）從而激活TP53，但迄今已經(jīng)鑒定了ARF的許多不依賴TP53的功能［55］，其中之一便是最近在三陰性乳腺癌中證實(shí)的—ARF同TP53協(xié)作抑制了涉及干擾素β和STAT1的腫瘤促進(jìn)炎癥通路，而后兩者均為ADAR介導(dǎo)的RNA編輯重要的因子［53，56-58］。ARF和ADAR都將細(xì)胞核作為一個關(guān)鍵的中心，結(jié)合這一事實(shí)，ARF似乎處于非常接近RNA編輯世界的中心位置［59-60］。

隨著對RNA編輯在癌癥和代謝性疾病中作用的理解不斷深入，RNA編輯和許多人類疾病相關(guān)因子之間的聯(lián)系會不斷被發(fā)現(xiàn)。不同腫瘤中編輯位點(diǎn)的分析有望為癌癥的診斷和預(yù)后提供新的標(biāo)記，有助于腫瘤的早期檢測，也有助于治療反應(yīng)的監(jiān)控及微小殘留病灶的發(fā)現(xiàn)。