hnRNPs參與腫瘤發(fā)生機(jī)制的研究進(jìn)展

劉玉娟 吳海芳 羅吉 綜述 傅芬 審校

腫瘤嚴(yán)重影響人類的健康，發(fā)病率呈逐年上升的趨勢(shì)，目前其發(fā)病機(jī)制仍不明確。核內(nèi)不均一核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNPs）是一大類RNA 結(jié)合蛋白超家族，具有功能的多樣性和復(fù)雜性。hnRNPs調(diào)控基因表達(dá)的作用在疾病研究，尤其是在腫瘤的研究中，引發(fā)了廣泛關(guān)注。大量研究表明，hnRNPs 與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其可通過(guò)選擇性剪接參與腫瘤相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控，影響腫瘤能量代謝，維持端粒酶高活性，促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化以及促進(jìn)血管形成等多種機(jī)制參與癌癥的發(fā)生發(fā)展。本文對(duì)hnRNPs 家族與腫瘤的關(guān)系以及其參與腫瘤的相關(guān)機(jī)制做一綜述。

1 hnRNPs家族及其生理功能

在真核細(xì)胞中，DNA逆轉(zhuǎn)錄生成的RNA，由于其在核內(nèi)隨機(jī)分布以及長(zhǎng)短不一的特性，被稱作核內(nèi)不均-RNA（heterogeneous nuclear RNA，hnRNA）。在核內(nèi)不均-RNA加工成為成熟mRNA的過(guò)程中，需要多種蛋白的參與，根據(jù)結(jié)合RNA種類的不同，這些蛋白被分為3類：核小核糖核蛋白、mRNA蛋白以及hnRNPs。

核內(nèi)不均一核糖核蛋白是一大類RNA結(jié)合蛋白超家族，它們的分子大小和等電點(diǎn)各不相同，分子量大小從34到120 kDa不等，依據(jù)分子量大小將其細(xì)分為hnRNPA1-U。hnRNPs 家族成員在結(jié)構(gòu)上具有類似性，大多包含2 個(gè)RNA 結(jié)合區(qū)域和一個(gè)核定位區(qū)域。hnRNPs 作為RNA 結(jié)合蛋白可以通過(guò)RNA 結(jié)合區(qū)域與信使RNA 的非編碼區(qū)結(jié)合，參與mRNA 的轉(zhuǎn)錄、加工、成熟，并在細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中穩(wěn)定mRNA，同時(shí)參與調(diào)控翻譯等過(guò)程［1］。研究表明，hnRNPs 還參與DNA的復(fù)制、重組、修復(fù)、剪接位點(diǎn)的選擇，以及細(xì)胞的增殖與凋亡等生物學(xué)過(guò)程［2］（表1）。

表1 hnRNPs的功能及與腫瘤的關(guān)系

2 hnRNPs在腫瘤中的表達(dá)

現(xiàn)有研究表明，hnRNPs 與多種癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。hnRNPs 在肺癌、宮頸癌、乳腺癌，以及各種消化道腫瘤等中顯示高表達(dá)水平［3-8］，且hnRNP A2/B1 已被作為肺癌的早期診斷標(biāo)志物之一［7］，hnRNP A1可作為腸癌進(jìn)展的標(biāo)志物［8］。hnRNPs的高表達(dá)可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移，并且會(huì)影響患者的預(yù)后［4-9］。此外，hnRNPs還可能通過(guò)損傷修復(fù)機(jī)制參與腫瘤的耐藥［10］。因此，hnRNPs 在多種癌癥中的異常表達(dá)，可作為腫瘤早期診斷的標(biāo)志物以及評(píng)估預(yù)后及耐藥的指標(biāo)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

3 hnRNPs參與腫瘤發(fā)生發(fā)展的可能機(jī)制

腫瘤的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，是多種因素共同作用的結(jié)果。hnRNPs可通過(guò)多個(gè)途徑影響mRNA的選擇性剪接，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。其可能的機(jī)制如下。

3.1 hnRNPs 調(diào)節(jié)細(xì)胞癌基因和抑癌基因或凋亡基因的表達(dá)

腫瘤的發(fā)生可以被認(rèn)為是一種促進(jìn)癌基因和抑制抑癌基因或凋亡基因異常表達(dá)的結(jié)果。因此，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)對(duì)腫瘤發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要。hnRNPs通過(guò)選擇性剪接，可對(duì)細(xì)胞癌基因、抑癌基因或凋亡基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。在對(duì)前列腺癌的研究中，hnRNP L直接調(diào)控一系列RNA 的選擇性剪接，包括編碼前列腺癌的關(guān)鍵致癌受體的RNA，并可通過(guò)反向剪接調(diào)控環(huán)狀RNA的形成，在前列腺癌［11］。

hnRNPs蛋白具有調(diào)節(jié)凋亡基因的表達(dá)，包括轉(zhuǎn)錄的起始和延長(zhǎng)、可變剪接、mRNA的穩(wěn)定性、翻譯以及蛋白的降解等功能。研究表明，hnRNPs蛋白在癌癥中的異常表達(dá)，導(dǎo)致靶細(xì)胞凋亡基因功能受損，包括外源性（Fas，caspase-8，caspase-2，c-FLIP）和內(nèi)源性調(diào)節(jié)因子（Apaf-1、caspase-9、ICAD）、編碼Bcl-2蛋白的基因、IAP和p53抑癌基因［12］。Zhao等［13］的研究表明，hnRNP A2/B1在人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞株（U251細(xì)胞）中高表達(dá)，IE86基因通過(guò)促進(jìn)hnRNP A2/B1介導(dǎo)的信號(hào)通路，促進(jìn)U251細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋亡，這可能與hnRNP A2/B1介導(dǎo)的Bcl-x的選擇性剪接有關(guān)。

抑癌基因p53是維持基因組完整性和細(xì)胞存活的主要調(diào)控基因之一。p53的異常低表達(dá)與細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生有關(guān)，而其高表達(dá)則誘導(dǎo)細(xì)胞死亡和抑制細(xì)胞生長(zhǎng)。Seo等［14］發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞DNA遭受依托泊苷藥物所致的損傷時(shí)，早期hnRNP L從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，hnRNP L表達(dá)增加，并與p53 mRNA的5'UTR結(jié)合，促進(jìn)p53 mRNA的翻譯，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；相反，在hnRNP L基因敲除后p53蛋白水平下降，使細(xì)胞停滯在G2/M期，阻止凋亡。提示hnRNP L能夠作為p53翻譯的正性調(diào)節(jié)因子，促進(jìn)細(xì)胞周期阻滯和凋亡。

3.2 hnRNPs影響細(xì)胞能量代謝

細(xì)胞能量代謝失調(diào)被認(rèn)為是癌癥一大特點(diǎn)。正常細(xì)胞和癌癥細(xì)胞的一個(gè)特征性改變是能量代謝調(diào)節(jié)的變化，即從氧化磷酸化向糖酵解轉(zhuǎn)變。代謝的轉(zhuǎn)變是通過(guò)糖酵解過(guò)程中的關(guān)鍵酶，即丙酮酸激酶（pyruvate kinase，muscle，PKM）的剪接亞型的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。正常細(xì)胞表達(dá)丙酮酸激酶M1異構(gòu)體（PKM1），腫瘤細(xì)胞則主要表達(dá)M2異構(gòu)體（PKM2）。從PKM1向PKM2轉(zhuǎn)變，有利于促進(jìn)有氧糖酵解，將糖酵解代謝物結(jié)合到合成的大分子上以促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)［15］。PKM1/M2亞型是通過(guò)兩個(gè)互斥外顯子的選擇性剪接而產(chǎn)生的。研究表明［16］，該選擇性剪接事件由異質(zhì)核蛋白hnRNP家族成員hnRNP A1、hnRNP A2和聚嘧啶束結(jié)合蛋白控制。hnRNP蛋白通過(guò)選擇性剪接調(diào)節(jié)能量代謝，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。

3.3 hnRNPs維持“端粒酶”活性

近年有關(guān)端粒酶與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展表明，端粒酶參與了對(duì)腫瘤細(xì)胞的凋亡和基因組穩(wěn)定的調(diào)控。與端粒酶的多重生物學(xué)活性相對(duì)應(yīng)，腫瘤細(xì)胞中也存在復(fù)雜的端粒酶調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用在翻譯后水平對(duì)端粒酶活性及功能進(jìn)行調(diào)控是目前研究端粒酶調(diào)控機(jī)制的熱點(diǎn)之一。正常的細(xì)胞表現(xiàn)為端粒酶低活性，而人類腫瘤中廣泛地存在著較高的端粒酶活性，其能夠延長(zhǎng)人類腫瘤細(xì)胞中的端粒，這種活性導(dǎo)致細(xì)胞永生化，從而增加人類腫瘤細(xì)胞的侵襲性［17-18］。端粒酶陽(yáng)性的腫瘤有卵巢癌、淋巴瘤、急性白血病、乳腺癌、結(jié)腸癌、肺癌等［19］。

對(duì)惡性腫瘤細(xì)胞的端粒結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，幾種hnRNPs能夠與端粒相結(jié)合，導(dǎo)致端粒酶活性的增強(qiáng)，可使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化［20］。研究最多的是hnRNP A1，它能夠與端粒DNA結(jié)合，增加端粒酶的活性；hnRNP A1含量的降低導(dǎo)致端粒酶活性的降低，hnRNP A1可通過(guò)解繞G-四聚體或G-G發(fā)夾結(jié)構(gòu)來(lái)刺激端粒伸長(zhǎng)［21］。研究表明［22-23］，hnRNP A1和A2具有促進(jìn)細(xì)胞增殖的作用，在惡性腫瘤細(xì)胞中同時(shí)抑制hnRNP A1和A2，可以抑制腫瘤細(xì)胞增殖，并誘導(dǎo)凋亡。hnRNP A1和A2只有在具有端粒酶活性的細(xì)胞中才能維持端粒的功能，且只有同時(shí)抑制hnRNP A1和A2才能導(dǎo)致癌細(xì)胞端粒功能失調(diào)和DNA損傷反應(yīng)。大多惡性腫瘤細(xì)胞具有高表達(dá)的端粒活性，但在正常細(xì)胞中不表達(dá)或低表達(dá)，而hnRNPs能夠與端粒相結(jié)合，增強(qiáng)端粒酶活性，使細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。因此可通過(guò)打破hnRNPs與端粒的結(jié)合，來(lái)抑制端粒酶活性和功能，從而抑制細(xì)胞增殖，可能成為一種治療癌癥的新方法。

3.4 hnRNPs參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-to-mesenchymal tran?sition，EMT）是指在某些特殊的生理或病理?xiàng)l件下，上皮細(xì)胞失去極性，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢顒?dòng)能力、能在細(xì)胞基質(zhì)自由移動(dòng)的間質(zhì)細(xì)胞的過(guò)程。這一過(guò)程使細(xì)胞獲得了較高的遷移、侵襲、抗凋亡和降解細(xì)胞外基質(zhì)的能力，與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。hnRNPs 可通過(guò)選擇性剪接參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化［24］。Bonomi 等［25］的研究顯示，高水平的hnRNP A1 通過(guò)與ΔRon（一種有利于EMT 的構(gòu)成活性的亞型）的沉默子結(jié)合抑制ΔRon的產(chǎn)生，此外其抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，還有激活間質(zhì)-上皮轉(zhuǎn)化程序逆轉(zhuǎn)EMT 的特性。而另一些研究表明，hnRNPs 能夠促進(jìn)EMT，促進(jìn)癌癥的發(fā)生發(fā)展。Dai 等［26］的研究表明，hnRNP A2/B1 通過(guò)下調(diào)E-cad?herin 和上調(diào)N-cadherin 和波形蛋白，刺激人胰腺癌的侵襲能力，促進(jìn)EMT。在EMT 過(guò)程中，CD44 表達(dá)從變異亞型向標(biāo)準(zhǔn)亞型的轉(zhuǎn)變，是對(duì)細(xì)胞進(jìn)行上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化必不可少的［27］。在乳腺癌中，hnRNP 激活選擇性剪接的開關(guān)，從而精確控制CD44 剪接異構(gòu)體，導(dǎo)致EMT［28］。因此，有理由認(rèn)為，調(diào)節(jié)hnRNPs的表達(dá)，防止EMT的發(fā)生，有望成為一種潛在的新的抗腫瘤治療方法。

3.5 hnRNPs促進(jìn)血管生成

在腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移中，血管生成起了重要的作用。VEGF-A 是生理和病理血管生成的重要調(diào)節(jié)因子。而hnRNP L是VEGFA表達(dá)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，它可以同時(shí)誘導(dǎo)多個(gè)缺氧RNA開關(guān)，并且除了調(diào)節(jié)VEGF 外，還可以調(diào)節(jié)一些致癌基因的表達(dá)，促進(jìn)癌癥進(jìn)展［29］。在常氧條件下，大部分hnRNP L定位在細(xì)胞核中，而細(xì)胞質(zhì)中少量的hnRNP L 與miR-574-3p 結(jié)合，阻止與靶VEGFA mRNA 結(jié)合，抑制VEGFA mRNA 的翻譯；而在缺氧條件下，hnRNP L 從細(xì)胞核中釋放，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)hnRNP L 上的Tyr359 位點(diǎn)磷酸化并在細(xì)胞質(zhì)積聚，與miR-574-3p 分離，分離后的hnRNP L 與VEGFA mRNA 3'UTR 區(qū)定位的富CA 成分相結(jié)合，刺激VEGFA mRNA的翻譯，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生［30］。除hnRNP L外，hnRNP其他家族成員也參與了VEGF的調(diào)節(jié)，與腫瘤的形成密切相關(guān)［31-33］。

4 小結(jié)

綜上所述，腫瘤的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，是多因素共同參與的結(jié)果，其具體的發(fā)病機(jī)制較復(fù)雜。很多腫瘤早期缺乏特異性腫瘤標(biāo)記物，且對(duì)化療藥物耐藥，是目前腫瘤早期發(fā)現(xiàn)及治療的一個(gè)難點(diǎn)。hnRNPs作為RNA結(jié)合蛋白，在生理狀態(tài)下參與核酸代謝的多個(gè)方面；在病理狀態(tài)下，hnRNPs可通過(guò)多種機(jī)制參與癌癥的發(fā)生發(fā)展。大量研究已經(jīng)證實(shí)，hnRNPs在多種癌癥中異常表達(dá)，可作為腫瘤早期診斷的標(biāo)志物，以及評(píng)估預(yù)后及耐藥的指標(biāo)，具有廣泛的應(yīng)用前景，且有望成為腫瘤治療的靶點(diǎn)。