PTBP1與腫瘤發(fā)展和治療關(guān)系的研究進(jìn)展

辛彤，孫悅，胡晶

0 引言

1 PTBP1概述

RNA結(jié)合蛋白PTBP1屬于不均一核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoproteins,hnRNPs）家族成員，其基因位于人類的19p13.3號染色體上，在除神經(jīng)元和心肌細(xì)胞外的幾乎所有細(xì)胞中都有表達(dá)[1]。PTBP1含有四個RRΜ型的RNA結(jié)合域（RBD），RBDs由90個堿基組成，擁有βαββαβ二級結(jié)構(gòu)和一個α/β三級折疊，由三個連接區(qū)連接。

PTBP1是多聚嘧啶區(qū)結(jié)合蛋白（polypyrimidine tract-binding protein,PTB）的一種，此類蛋白的主要結(jié)合序列是前體mRNA上富含嘧啶的序列，故稱之為多聚嘧啶區(qū)結(jié)合蛋白。該家族還包括PTBP2和PTBP3（也稱為ROD1）兩個成員，三者都發(fā)揮著剪接調(diào)控因子的作用，且三者之間也存在相互調(diào)節(jié)，共同參與mRNA的剪接。與廣泛分布的PTBP1不同的是，PTBP2只在神經(jīng)元、睪丸和某些其他細(xì)胞中表達(dá)，PTBP3主要在造血細(xì)胞中表達(dá)[2]。

PTBP1既可以作為剪接增強子，也可以作為調(diào)控外顯子的抑制子。PTBP1結(jié)合在受調(diào)控的外顯子的上游或內(nèi)部會促進(jìn)外顯子的跳躍，而招募到下游元件則會促進(jìn)外顯子的保留。PTBP1在腫瘤細(xì)胞中除了調(diào)節(jié)某些外顯子或內(nèi)含子的選擇性剪接來發(fā)揮生物學(xué)功能，還可以作為內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點（internal ribosome entry site,IRES）反式作用因子（ITAF）促進(jìn)某些mRNA IRES的活性來調(diào)控某些因子的表達(dá)[3-4]。除此之外，PTBP1可以通過與某些mRNA的3’UTR或5’UTR結(jié)合，調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性。PTBP1是一種穿梭蛋白，在其N端蛋白上包含兩個獨立的區(qū)域——出核信號和能被輸入蛋白α識別的核定位信號，當(dāng)細(xì)胞受到某些外界條件影響時，PTBP1會由細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移[5]。

PTBP1在乳腺癌、膠質(zhì)瘤、結(jié)直腸癌等癌癥中都起到了促癌的作用，參與了腫瘤組織的能量代謝、自噬、凋亡、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化以及腫瘤免疫等過程，與腫瘤發(fā)生和進(jìn)展關(guān)系密切[6-7]。作為一個在細(xì)胞周期大部分時間都發(fā)揮作用的蛋白，PTBP1也參與腫瘤治療中相關(guān)通路活性的改變，在不同腫瘤微環(huán)境中可能發(fā)揮著不同的作用。

2 PTBP1在細(xì)胞中的作用方式

2.1 PTBP1的選擇性剪切作用

作為一種剪接因子，大多數(shù)情況下PTBP1都是通過調(diào)節(jié)前體mRNA的選擇性剪接來發(fā)揮作用，如在肝癌細(xì)胞中，PTBP1可以影響AXL外顯子10的選擇性剪接而影響肝癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移[8]。在乳腺癌、腎細(xì)胞癌、膀胱癌等癌細(xì)胞中，PTBP1也可通過調(diào)節(jié)丙酮酸激酶Μ亞型（pyruvate kinase Μ,PKΜ）的選擇性剪切來促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖轉(zhuǎn)移[9-11]。在胰腺導(dǎo)管腺癌中，PTBP1導(dǎo)致的PKΜ剪接的改變是產(chǎn)生耐藥的原因之一[12]。

2.2 PTBP1影響mRNA的穩(wěn)定性

在非癌組織中，PTBP1與mRNA的3’UTR結(jié)合，使mRNA穩(wěn)定性增加。在胰島素的生成過程中，葡萄糖被證實通過促使PTBP1與胰島素mRNA的3’UTR結(jié)合，增加了胰島素mRNA的穩(wěn)定性[13]?；罨腡淋巴細(xì)胞表達(dá)的CD154在細(xì)胞免疫和體液免疫中起重要作用，有實驗表明PTBP1與CD154的mRNA結(jié)合促進(jìn)其mRNA的穩(wěn)定性[14]。而在腫瘤組織中，PTBP1與5’UTR結(jié)合使mRNA穩(wěn)定性下降。在肺腺癌中，CL1細(xì)胞是從一例低分化腺癌患者的組織中分離培養(yǎng)的腺癌細(xì)胞，經(jīng)過傳代培養(yǎng)后，CL1細(xì)胞發(fā)生異質(zhì)性改變，并產(chǎn)生具有更強侵襲性的亞系CL1-5，研究發(fā)現(xiàn)CL1-5細(xì)胞比CL1細(xì)胞表達(dá)更多的低氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor-1,HIF-1）mRNA和蛋白，而實驗證明PTBP1與HIF-1 mRNA 5’UTR的結(jié)合使其穩(wěn)定性下降是兩種亞系HIF-1產(chǎn)生區(qū)別的原因[15]。同樣是在肺癌中，有實驗表明PTBP1與跨膜受體酪氨酸激酶AXL的mRNA5’UTR結(jié)合使其穩(wěn)定性下降，從而影響腫瘤進(jìn)展[16]。以上研究結(jié)果證實PTBP1通過與mRNA的3’UTR或5’UTR結(jié)合從而影響mRNA的穩(wěn)定性。

2.3 PTBP1促進(jìn)mRNA的翻譯

PTBP1作為反式作用因子結(jié)合mRNA的5’UTR上調(diào)mRNA IRES的活性使IRES依賴的翻譯水平上調(diào)。有實驗表明在HeLa細(xì)胞中，敲除PTBP1降低了P27 mRNA IRES的活性，使其翻譯水平下降[17]。節(jié)律調(diào)節(jié)基因PER1水平也受到PTBP1的調(diào)節(jié)，PTBP1與PER1的mRNA 5’UTR上的IRES結(jié)合正向調(diào)節(jié)IRES介導(dǎo)的PER1的翻譯，而不影響PER 1mRNA水平[3]。

除了通過調(diào)節(jié)IRES的活性來影響蛋白的轉(zhuǎn)錄后水平，PTBP1還可以通過直接結(jié)合mRNA 3’UTR來影響蛋白的轉(zhuǎn)錄后水平。在HeLa細(xì)胞中，PTBP1結(jié)合HIF-1α mRNA的3’UTR可以促進(jìn)HIF-1α的翻譯[18]。

由于埃及的西奈半島、巴勒斯坦、文萊和東帝汶這4個國家有部分?jǐn)?shù)據(jù)不可獲得，因此本研究最終確定61個 “一帶一路”沿線國家作為研究樣本。中國機械運輸設(shè)備的出口三元邊際數(shù)據(jù)，通過2007～2017年聯(lián)合國商品貿(mào)易數(shù)據(jù)庫中SITC（Rev.3）第7類4分位產(chǎn)品的貿(mào)易數(shù)據(jù)算得。由于存在某種產(chǎn)品數(shù)量值缺失的情況，本文利用世界平均價格來近似替代該產(chǎn)品的單位價格，然后利用出口總價值除以該單位價格，估算出該產(chǎn)品的出口數(shù)量。

2.4 PTBP1改變mRNA的分布

在腫瘤細(xì)胞中，PTBP1的敲除除了增加ΜCL1 mRNA水平外，還使得ΜCL1 mRNA在細(xì)胞質(zhì)中聚集，上調(diào)了細(xì)胞質(zhì)/核比值，但細(xì)胞核中mRNA數(shù)量并未減少[19]。而在CD4+的T細(xì)胞中，下調(diào)PTBP1會增加CD40L mRNA的質(zhì)/核比，使細(xì)胞核中的CD40L mRNA水平減少而細(xì)胞質(zhì)中水平增加[20]。

3 PTBP1及相關(guān)非編碼RNA對腫瘤的調(diào)控作用

非編碼RNA（non-coding RNA,ncRNA）是一類不編碼蛋白質(zhì)的在RNA水平上發(fā)揮生物學(xué)功能的RNA，與PTBP1共同參與轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)控，研究較多的ncRNA有長鏈RNA（lncRNA）、微小RNA（miRNA）和環(huán)狀RNA（circRNA）。越來越多的研究證明非編碼RNA在腫瘤中發(fā)揮作用，有研究表明PTBP1與非編碼RNA結(jié)合在腫瘤中會起到調(diào)控作用。本文匯總了PTBP1與幾種常見的非編碼RNA相互作用在不同腫瘤中發(fā)揮的生物學(xué)功能，見表1。

表1 PTBP1與非編碼RNA在多種腫瘤中的調(diào)節(jié)關(guān)系Table 1 Interrelationship between PTBP1 and ncRNA in various cancers

3.1 影響Warburg效應(yīng)

很多非編碼RNA可以與PTBP1結(jié)合影響Warburg效應(yīng)來影響腫瘤能量代謝。在結(jié)腸癌中miR-1與miR-133b表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)的miR-1與miR-133b會結(jié)合PTBP1 mRNA減少PTBP1表達(dá)，抑制Warburg效應(yīng)[21]。大腦特異的miR-137和肌肉特異的miR-206分別在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和橫紋肌肉瘤中通過直接結(jié)合PTBP1 mRNA調(diào)節(jié)PKΜ的表達(dá)，抑制Warburg效應(yīng)[24]。在膀胱癌中，miR-145通過抑制膀胱癌細(xì)胞中的KLF4/PTBP1/PKΜs通路來干擾Warburg效應(yīng)，抑制腫瘤生長[33]。

3.2 影響腫瘤耐藥

某些非編碼RNA通過直接結(jié)合PTBP1產(chǎn)生耐藥的作用。在大腸癌細(xì)胞中，缺氧誘導(dǎo)的lncRNA LUCAT1與PTBP1相互作用，促進(jìn)一系列DNA損傷相關(guān)基因與PTBP1的結(jié)合，導(dǎo)致這些基因選擇性剪接的改變，造成大腸癌細(xì)胞的化療耐藥[22]。在胰腺癌細(xì)胞中，linc-ROR調(diào)節(jié)miR-124/PTBP1/PKΜ2作用軸使胰腺癌細(xì)胞產(chǎn)生了吉西他濱耐藥[29]。在骨肉瘤細(xì)胞中，ELK1/miR-134/PTBP1作用軸促進(jìn)了骨肉瘤細(xì)胞對阿霉素的耐藥[32]。在乳腺癌中，lncRNA ZNF649-AS1通過結(jié)合PTBP1增強ATG5 mRNA的穩(wěn)定性來提高ATG5的表達(dá)水平，從而誘導(dǎo)曲妥珠單抗耐藥[37]。

3.3 調(diào)節(jié)血腦腫瘤屏障的通透性

血腦腫瘤屏障（BTB）的存在限制了化療藥物向腦腫瘤組織的轉(zhuǎn)運，是腫瘤治療特別是膠質(zhì)瘤治療的重要障礙。有研究證明lnc00462717與PTBP1的相互作用抑制了miR-186-5p/occludin通路，降低了血腦腫瘤屏障的通透性[26]。PTBP1還可以通過PTBP1/circRNA_001160/miR-195-5p/ETV1作用軸來影響血腦腫瘤屏障的通透性[27]。

3.4 影響腫瘤的細(xì)胞周期和凋亡

在膠質(zhì)瘤中l(wèi)ncRNA PVT1與miR-128-1-5p特異性結(jié)合，影響miR-128-1-5p靶基因PTBP1的表達(dá)，促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的凋亡，并抑制其增殖[25]。在肝細(xì)胞癌中，miR-194通過與PTBP1 mRNA的3’-UTR結(jié)合抑制PTBP1的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞周期蛋白D3（CCND3）蛋白水平下降，影響細(xì)胞周期和腫瘤進(jìn)展[36]。在黑色素瘤中，PTBP1介導(dǎo)的lncRNA LHFPL3-AS1前體剪接產(chǎn)生的lncRNA LHFPL3-AS1-long通過作用于miR-181抑制其靶基因Bcl-2 mRNA的降解，上調(diào)Bcl-2表達(dá)，從而抑制黑色素瘤干細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)了黑色素瘤的發(fā)生[39]。

3.5 通過其他方式影響腫瘤進(jìn)展

還有一些非編碼RNA與PTBP1結(jié)合通過其他方式影響腫瘤進(jìn)展。在膠質(zhì)瘤中，lncRNA ST7-AS1作為P53的靶基因，通過與PTBP1相互作用抑制Wnt/β-catenin信號通路發(fā)揮腫瘤抑制作用[28]。lncRNA PTB-AS與PTBP1的3’UTR結(jié)合并穩(wěn)定其mRNA，增加PTBP1的表達(dá)，促進(jìn)膠質(zhì)瘤進(jìn)展。此外PTB-AS還可以屏蔽PTBP1的3’UTR中miR-9的結(jié)合位點，減少miR-9對PTBP1的負(fù)調(diào)控[23]。在肺癌細(xì)胞中，miR-133a通過與PTBP1結(jié)合抑制肺癌的生長和轉(zhuǎn)移[30]。在非小細(xì)胞肺癌中，環(huán)狀RNA circ-GLIS3作為miR-644a的分子海綿，結(jié)合miR-644a來上調(diào)PTBP1的表達(dá)，同時PTBP1能與circGLIS3的側(cè)翼內(nèi)含子結(jié)合，促進(jìn)circGLIS3的環(huán)化，形成circGLIS3/miR-644a/PTBP1正反饋環(huán)，促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌的進(jìn)展[31]。在膀胱癌中，lncHCG22和lncΜAFG-AS1都可以通過HuR/PTBP1軸影響腫瘤進(jìn)展。HuR又稱ELAVL1，是一種RNA結(jié)合蛋白，其中l(wèi)ncHCG22通過破壞HuR蛋白的穩(wěn)定性來調(diào)控PTBP1水平，抑制膀胱癌進(jìn)展。而lncΜAFG-AS1則通過減少HuR的泛素化降解增加PTBP1的表達(dá)，促進(jìn)膀胱尿路上皮癌的進(jìn)展[34-35]。在乳腺癌細(xì)胞中，lncRNA ΜACC1-AS1與PTBP1的結(jié)合減少了其自身的降解，增加了它對多個抑癌miRNAs（miR-145-3p、miR-384或miR-342-5p）的海綿效應(yīng)，促進(jìn)細(xì)胞增殖和乳腺腫瘤的進(jìn)展。此外ΜACC1-AS1還會與PTBP1的靶基因競爭PTBP1，減少PTBP1與下游靶基因（如ΜCL-1和PKΜ1）的結(jié)合[38]。

4 PTBP1影響靶向藥物靶點

靶向治療已經(jīng)成為腫瘤治療中十分重要的治療手段，藥物特異地結(jié)合靶點從而發(fā)揮作用，研究發(fā)現(xiàn)PTBP1與許多流行靶向藥物的靶點有關(guān)。表皮生長因子受體（EGFR）是一個明確與腫瘤增殖相關(guān)的靶點，吉非替尼、厄洛替尼等藥物就作用于該靶點。研究發(fā)現(xiàn)在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，PTBP1可以通過ANXA7的剪接來增強EGFR信號通路[40]。

STAT3在許多癌癥中高度活躍，是一個新興的治療靶點，并有許多靶向藥即將進(jìn)入臨床，如STAT3抑制劑TTI-101、Napabucasin、DSP-0337等。有研究證明在間變性大細(xì)胞淋巴瘤（ALCL）細(xì)胞中，PTBP1與PKΜ2在細(xì)胞核內(nèi)相互作用，調(diào)節(jié)STAT3的磷酸化和活化來促進(jìn)ALCL的腫瘤發(fā)生[41]。

PTEN/PI3K/AKT信號通路是經(jīng)典的生長信號通路，在多種腫瘤中被激活。它可以調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡，參與細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。目前大量靶向于PI3K信號通路的藥物正不斷進(jìn)入臨床，如Copanlisib、Taselisib等。有研究證明在乳腺癌中，PTBP1通過激活該信號通路促進(jìn)了乳腺癌的增殖，同時該研究還發(fā)現(xiàn)PTBP1與HER2的表達(dá)有關(guān)[42]。

血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）是一種特異性的促血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子，具有促進(jìn)血管通透性增加、細(xì)胞外基質(zhì)變性、血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移、增殖和血管形成等作用，靶向藥物有貝伐珠單抗等。有研究指出PTBP1與冷休克結(jié)構(gòu)域（CSD）結(jié)合后會影響VEGF mRNA的穩(wěn)定性[43]。綜上所述PTBP1可能是影響很多靶向藥物治療效果的重要因素之一。

5 PTBP1影響腫瘤耐藥性

文獻(xiàn)報道很多腫瘤耐藥性的產(chǎn)生與PTBP1存在一定的關(guān)系。在胰腺癌臨床治療中，長期暴露于吉西他濱會導(dǎo)致胰腺導(dǎo)管腺癌（PDAC）細(xì)胞中PTBP1表達(dá)上調(diào)和產(chǎn)生PKΜ選擇性剪切[12]。有研究指出linc-ROR/miR-124/PTBP1/PKΜ2軸參與調(diào)節(jié)胰腺癌細(xì)胞吉西他濱耐藥性的產(chǎn)生[25]。在結(jié)直腸癌的臨床治療中，PTBP1基因敲除將PKΜ亞型表達(dá)從PKΜ2轉(zhuǎn)換為PKΜ1，參與調(diào)節(jié)糖酵解從而逆轉(zhuǎn)結(jié)腸癌細(xì)胞對長春新堿和奧沙利鉑的耐藥性[44]。大腸癌細(xì)胞利用缺氧誘導(dǎo)條件下的lncRNA-LUCAT1與PTBP1相互作用，調(diào)節(jié)DNA損傷相關(guān)基因的選擇性剪接從而產(chǎn)生對DNA損傷藥物的耐藥性[22]。

還有一些影響與PTBP1調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定和翻譯水平有關(guān)。在乳腺癌的臨床治療中，H3K27ac修飾誘導(dǎo)的lncRNA ZNF649-AS1基因上調(diào)可能通過與PTBP1結(jié)合并促進(jìn)ATG5轉(zhuǎn)錄而導(dǎo)致自噬和曲妥珠單抗耐藥[39]。在骨肉瘤的臨床治療中，PTBP1可通過與銅轉(zhuǎn)運蛋白SLC31A1的mRNA結(jié)合而影響SLC31A1的表達(dá)水平，從而影響順鉑耐藥型骨肉瘤（CISR骨肉瘤細(xì)胞）對順鉑的攝取，調(diào)節(jié)CISR骨肉瘤細(xì)胞對順鉑的敏感度[45]。在肺癌的臨床治療中，PTBP1與AXL的mRNA5’UTR結(jié)合使其穩(wěn)定性下降，從而影響腫瘤進(jìn)展，對于因AXL表達(dá)水平改變而產(chǎn)生厄洛替尼或吉非替尼耐藥的肺癌細(xì)胞，PTBP1的上調(diào)極有可能恢復(fù)其藥物敏感度[16]。

另有文獻(xiàn)報道腫瘤細(xì)胞耐藥性產(chǎn)生與m icroRNA/PTBP1作用軸相關(guān)。轉(zhuǎn)錄因子ELK1通過下調(diào)miR-134和上調(diào)PTBP1促進(jìn)有氧糖酵解來提高骨肉瘤細(xì)胞的存活率和增殖能力，從而促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞對阿霉素（DXR）的化療耐藥性，提示ELK1/miR-134/PTBP1作用軸可能是骨肉瘤產(chǎn)生耐藥的一種新的分子機制[32]。在膠質(zhì)瘤的臨床治療中，PTBP1與miR155HG結(jié)合，調(diào)節(jié)與miR155HG相關(guān)的替莫唑胺耐藥機制。miR155HG的敲除通過有效下調(diào)PTBP1而抑制Wnt/β-catenin通路的激活，可增加膠質(zhì)瘤細(xì)胞對曲美他嗪的敏感度。此外，miR155HG通過上調(diào)PTBP1來促進(jìn)Wnt/β-catenin通路激活，促進(jìn)膠質(zhì)瘤對替馬西林耐藥性的產(chǎn)生[46]。

另外，有證據(jù)證明，自噬活性的調(diào)節(jié)可以增強許多抗腫瘤藥物的作用，包括奧沙利鉑、順鉑、阿霉素和5-氟尿嘧啶（5-Fu）等。因此，自噬被認(rèn)為是逆轉(zhuǎn)耐藥性的潛在藥物靶點。作為自噬調(diào)節(jié)的影響因素之一，PTBP1在逆轉(zhuǎn)耐藥性方面有著很大潛力。綜上所述，PTBP1與腫瘤耐藥性的產(chǎn)生關(guān)系密切。

6 結(jié)語

PTBP1作為一種RNA結(jié)合蛋白，參與調(diào)控mRNA的剪接、翻譯、穩(wěn)定性和定位等多種細(xì)胞內(nèi)生物過程，與腫瘤關(guān)系極為密切。在腫瘤細(xì)胞中PTBP1與多種非編碼RNA相互作用影響腫瘤的進(jìn)展和治療，這提示PTBP1可能是協(xié)調(diào)非編碼RNA發(fā)揮作用的關(guān)鍵因子之一。但當(dāng)前PTBP1與各類非編碼RNA的作用背景還未明確，研究影響PTBP1與非編碼RNA作用的生理基礎(chǔ)，可能是破譯非編碼RNA在癌癥中如何發(fā)揮作用的關(guān)鍵。PTBP1不僅與腫瘤的進(jìn)展關(guān)系密切，還參與腫瘤治療中相關(guān)通路活性的改變，這其中包括很多已經(jīng)廣泛應(yīng)用的臨床藥物的靶點。但是在臨床治療中拮抗PTBP1能否提高藥物治療效果以及針對PTBP1的藥物研發(fā)能否改善患者預(yù)后還未可知，若能明確PTBP1在不同腫瘤藥物治療中所帶來的影響，將能大大改善腫瘤的治療效果。綜上所述，PTBP1與腫瘤進(jìn)展和治療關(guān)系密切，具有作為腫瘤診斷標(biāo)志物和改善腫瘤治療效果的潛力，并有可能為癌癥治療提供新的策略。