核仁蛋白與疾病研究進(jìn)展

殷田田,盧玲,劉云章

(中國(guó)海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院,山東 青島 266003)

核仁是核糖體發(fā)生的主要場(chǎng)所，核仁蛋白對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)進(jìn)行調(diào)控[1]。核仁功能改變表現(xiàn)為核糖體發(fā)生異?；蚝巳蕬?yīng)激，可以誘發(fā)疾病，也可以作為癌癥的治療靶點(diǎn)[2-4]。核仁異?；钴S為癌細(xì)胞發(fā)生的標(biāo)志，靶向核仁蛋白的藥物成為抗癌藥物篩選的重要方向。本文對(duì)近年來(lái)核仁蛋白與遺傳性疾病、癌癥和其他非遺傳性疾病的研究進(jìn)行綜述。

1 核仁蛋白功能

核仁是核糖體生物發(fā)生的主要場(chǎng)所，同時(shí)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的生命活動(dòng)。位于核仁的rDNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生rRNA，rDNA損傷是造成核仁功能異常的重要原因。核糖體RNA和約80種核糖體蛋白的合成以及核糖體組裝需要200多個(gè)裝配因子的參與[5]。核糖體前體加工和組裝的大部分過(guò)程都在核仁中完成，因此，核仁結(jié)構(gòu)和功能的完整性是核糖體生物正常發(fā)生的保證[6-7]。研究最為廣泛的核仁蛋白信號(hào)通路為核仁應(yīng)激。在存在抑癌蛋白P53的正常細(xì)胞中，p53的mRNA轉(zhuǎn)錄正常，但是細(xì)胞通過(guò)降解蛋白質(zhì)使P53蛋白保持較低水平。核仁應(yīng)激信號(hào)通路中，核糖體蛋白L5、核糖體蛋白L11等功能破壞，不再參與核糖體構(gòu)建，而與P53的主要E3泛素連接酶鼠雙微粒體2(MDM2)結(jié)合，抑制MDM2與P53的結(jié)合和泛素化降解，促進(jìn)P53穩(wěn)定，上調(diào)蛋白水平，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、周期停滯等[7]。P53非依賴性的核仁應(yīng)激更復(fù)雜，核仁應(yīng)激后通過(guò)抑制MDM2促使E2F蛋白家族轉(zhuǎn)錄因子1(E2F-1)下調(diào)，調(diào)控細(xì)胞周期；核糖體蛋白L5、L11與癌基因蛋白c-Myc結(jié)合，降低其轉(zhuǎn)錄活性和c-MycmRNA水平，促進(jìn)其降解，導(dǎo)致P53缺失的腫瘤細(xì)胞增殖減少[8]。抑癌蛋白可變閱讀框蛋白(ARF)是一個(gè)核仁蛋白，能夠與MDM2蛋白的羧基端相互作用，抑制MDM2介導(dǎo)的P53泛素化降解和P53轉(zhuǎn)錄下調(diào)，在侵襲性淋巴瘤中ARF失活，促使野生型P53下調(diào)，無(wú)法發(fā)揮抑癌作用。核仁蛋白在核糖體發(fā)生和P53介導(dǎo)腫瘤發(fā)生中發(fā)揮著重要作用。誘導(dǎo)核仁應(yīng)激可用于癌癥治療。

2 遺傳性疾病與核仁蛋白

近年的研究表明，多種遺傳性疾病病人的基因組中都發(fā)現(xiàn)了大量的核糖體蛋白或者核糖體生物發(fā)生因子基因突變的情況，其中，至少有一半的先天性再生障礙性貧血病人的核糖體蛋白基因發(fā)生突變[9]。除此之外，已明確的核糖體病變還包括Treacher Collins綜合征(TCS)、北美印第安兒童肝硬化、5q染色體綜合征、散發(fā)性先天性無(wú)脾征[10]等。在這些疾病中，核糖體發(fā)生病變會(huì)造成核仁功能受損，影響早期發(fā)育，誘發(fā)畸形[11]。核糖體病變誘發(fā)的表型表現(xiàn)在某些特定的組織或器官中。以TCS綜合征為例，該病是由RNA聚合酶Ⅰ(PolⅠ)轉(zhuǎn)錄臂或其轉(zhuǎn)錄輔助因子TCOF1的雜合突變引起的，突變后的細(xì)胞無(wú)法正常完成顱面神經(jīng)嵴細(xì)胞增殖、遷移、分化，造成病人畸形表型[12]。這種表型主要集中在病人顱面，表現(xiàn)為顱面畸形、下頜骨發(fā)育不全、外耳畸形、雙眼外眥下移等，但是病人不會(huì)出現(xiàn)顱骨畸形。在先天性再生障礙性貧血中，多種核糖體蛋白中任何一種蛋白的突變都會(huì)影響骨髓的造血功能，這些突變只特異性存在于某些組織器官中，與P53在不同組織中表達(dá)水平存在差異有關(guān)[13]。DEAD(Asp-Glu-Ala-Asp)-box RNA解旋酶DDX21具有ATP依賴性催化RNA解旋的活性，參與調(diào)控核糖體生物發(fā)生、轉(zhuǎn)錄、前體mRNA剪接和RNA衰變等過(guò)程[14]。CALO等[12]研究顯示，TCS綜合征病人基因突變引起DDX21從核仁重新定位到核質(zhì)，導(dǎo)致rRNA加工受阻和核糖體蛋白基因轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)，從而導(dǎo)致顱面疾病。顱面神經(jīng)嵴細(xì)胞中P53轉(zhuǎn)錄活躍，細(xì)胞對(duì)P53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡敏感，突變細(xì)胞凋亡水平更高，阻斷DDX21的變化可恢復(fù)細(xì)胞凋亡的易感性和消除TCS綜合征相關(guān)的顱面表型[12]。SONG等[14]研究發(fā)現(xiàn)，DDX21與去乙酰化轉(zhuǎn)移酶SIRT7共作用可保證包括P53基因在內(nèi)的基因組穩(wěn)定性；JANIC等[15]研究顯示，不同細(xì)胞中DNA修復(fù)方式和P53激活信號(hào)通路不同，造成了P53在不同組織中的調(diào)控結(jié)果存在差異。除了受P53表達(dá)調(diào)控影響，核仁功能異常的補(bǔ)償存在組織特異性[12]，而P53的上調(diào)是核仁功能異常全局作用的結(jié)果。一般的抗凋亡藥物并不能特異性恢復(fù)不同組織核糖體發(fā)生，因此，核糖體病變的治療方案或許更應(yīng)該聚焦于誘導(dǎo)特異性補(bǔ)償，如上調(diào)核糖體發(fā)生增加蛋白HBS1L表達(dá)[16]。

3 非遺傳性疾病與核仁蛋白

3.1 癌癥與核仁蛋白的關(guān)系

核糖體生物發(fā)生率的上調(diào)可能促進(jìn)組織的腫瘤轉(zhuǎn)化。在慢性肝病中，伴有核仁肥大的肝細(xì)胞數(shù)量越多，癌癥發(fā)生率越高[17]。在腫瘤中存在兩種核仁應(yīng)激途徑——P53依賴性和非依賴性途徑，所以即使腫瘤細(xì)胞中P53缺失，仍然可通過(guò)靶向核仁激活腫瘤細(xì)胞周期檢查點(diǎn)甚至誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[18]。各種細(xì)胞損傷必須伴隨核仁功能的改變才會(huì)造成P53的穩(wěn)定和激活[19]，所以以核仁蛋白為靶標(biāo)的藥物比一般的細(xì)胞毒性藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用效果更好[20]。在核仁蛋白中尋找藥物靶點(diǎn)成為極具潛力的研究方向。核仁素是典型的核仁蛋白，正常細(xì)胞中主要分布于核仁，少量分布在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上。增殖活躍的細(xì)胞中核仁素表達(dá)水平較高，尤其腫瘤細(xì)胞中，細(xì)胞膜表面的核仁素可以和腫瘤生長(zhǎng)因子結(jié)合，轉(zhuǎn)運(yùn)生長(zhǎng)因子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[21]。因此，細(xì)胞膜上核仁素高表達(dá)為重要的癌變信號(hào)。

3.2 以核仁蛋白為靶標(biāo)抗癌藥物的研發(fā)

目前已上市用于治療癌癥的烷化劑、抗嵌入劑、抗代謝物、拓?fù)洚悩?gòu)酶和激酶抑制劑等，都可以通過(guò)抑制核仁的核糖體發(fā)生功能增強(qiáng)它們對(duì)癌細(xì)胞的毒性作用[22-24]，如順鉑通過(guò)抑制Pol Ⅰ，破壞核仁結(jié)構(gòu)；多柔比星(DOX)、喜樹堿可以通過(guò)抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶影響rRNA加工；氟尿嘧啶、高三尖杉酯堿損害rRNA，但不破壞核仁結(jié)構(gòu)。烷化劑奧沙利鉑甚至不通過(guò)DNA損傷而通過(guò)抑制核糖體生物合成誘導(dǎo)癌細(xì)胞死亡[23]。兩種特異性抑制rDNA轉(zhuǎn)錄的小分子藥物CX-3543、CX-5461都表現(xiàn)出良好的抗癌藥潛能，其對(duì)DNA、mRNA和蛋白質(zhì)合成的選擇性超過(guò)普通藥物200倍[25]。

核仁蛋白能夠與核酸分子特異性結(jié)合的特點(diǎn)更有利于開發(fā)具有靶向性的抗癌藥物，如核酸適配體AS1411。核酸適配體是一類通過(guò)篩選得到的寡核苷酸序列，能夠特異性和靶物質(zhì)結(jié)合，也可以根據(jù)需求進(jìn)行不同的修飾，作為藥物的載體靶向給藥。AS1411經(jīng)過(guò)修飾能夠嵌入藥物DOX，將其靶向運(yùn)輸?shù)桨┘?xì)胞，然后與癌細(xì)胞膜高表達(dá)的核仁素蛋白特異性結(jié)合，被細(xì)胞內(nèi)吞后進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用[26]。AS1411在二期臨床試驗(yàn)中顯示出對(duì)腎癌和非小細(xì)胞肺癌具有明顯治療作用[27]，聯(lián)合阿糖胞苷治療急性髓性白血病的二期臨床試驗(yàn)也已經(jīng)完成。此外，DENG等[28]合成了一種能有效富集在腫瘤細(xì)胞核仁的光籠型四價(jià)鉑前藥coumaplatin，其光照活化后的藥物活性比母體藥物奧沙利鉑高出96倍，可有效克服腫瘤細(xì)胞的耐藥性。

3.3 其他非遺傳性疾病與核仁蛋白關(guān)系

除上述疾病外，許多疾病也與核仁蛋白相關(guān)，如抑郁癥[29]、缺血性心臟病[30]、阿爾茨海默病[31]等。其中，包括阿爾茨海默病、帕金森病、亨廷頓病等在內(nèi)的神經(jīng)退行性疾病，與神經(jīng)元的核仁應(yīng)激誘導(dǎo)相關(guān)[32]。但是，以核仁為靶點(diǎn)治療此類疾病的藥物仍未有報(bào)道，可能與這些疾病發(fā)病機(jī)制尚不十分清楚有關(guān)。

綜上所述，無(wú)論是核仁的核糖體生物發(fā)生功能，還是核仁應(yīng)激對(duì)增殖、凋亡和細(xì)胞周期的調(diào)控，都與人類疾病密切相關(guān)。過(guò)去幾十年研究結(jié)果已經(jīng)顯示了影響核糖體生物發(fā)生的遺傳突變與癌癥風(fēng)險(xiǎn)升高之間存在因果關(guān)聯(lián)。因此，核仁蛋白被看作重要的藥物作用靶點(diǎn)。隨著研究的深入，核仁蛋白與人類疾病之間的關(guān)系將更加清晰，這將為靶向性治療相關(guān)疾病提供理論支持。