核糖體的生物合成在惡性腫瘤治療中的研究進展

房 龍，李 備，王寶龍，趙廷寶*

（1.山東大學臨床醫(yī)學院，山東濟南 250012；2.山東大學附屬山東省立第三醫(yī)院脊柱脊髓外科，山東濟南 250000）

核糖體（ribosome）于 20世紀早期被 Claude[1]發(fā)現，但在很長一段時間里科學家們并未將其與惡性腫瘤聯系在一起。早在核糖體被發(fā)現之前的19世紀末期，研究觀察到惡性腫瘤細胞的核仁較正常細胞的大，隨后巨大的核仁被用于判斷腫瘤細胞的惡性程度。隨著分子生物學和組織化學技術的發(fā)展，使人們對核糖體與腫瘤之間的關系有了進一步的認知，腫瘤細胞內核仁的變化被認為與核仁內核糖體的生物合成（ribosome biogenesis,RiBi）有關，RiBi對細胞增殖過程具有調節(jié)作用，而控制腫瘤細胞增殖的各種因子和癌基因產物也會調節(jié)RiBi[2]。近年來，諸多研究熱衷于對RiBi這一過程進行干預，從而達到抑制腫瘤細胞生長、侵襲的目的。本綜述聚焦于近年來RiBi與腫瘤治療之間的研究進展，對其相關機制、潛在治療靶點進行介紹。

1 RiBi的機制

在細胞分裂間期的核仁內，核糖體RNA（rRNA）被翻譯、加工、裝配成核糖體亞基，然后被運送出核仁用以組成成熟的核糖體[3]。核仁中由特定DNA序列構成的區(qū)域被稱作核仁組織區(qū)（nucleolar organizer regions,NORs），分布在所有人類近端著絲點染色體的短臂上。核仁主要由纖維中心（fibrillar center,FC）、致密纖維組分（dense fibrillar component,DFC）、顆粒組分（granular component,GC）三個區(qū)域構成[4]。rDNA與所有和rDNA轉錄相關的因子位于FC，在這里rDNA在RNA聚合酶Ⅰ（RNA polymerasesⅠ,RNA PolⅠ）的作用下轉錄合成47S rRNA前體（rRNA precursor 47S），RNA聚合酶Ⅲ（RNA polymerasesⅢ,RNA PolⅢ）合成的5S rRNA也會聚集在核仁中。在47S rRNA前體合成的過程當中，拓撲異構酶Ⅰ（topoisomerase I,TopⅠ）、上游結合因子（upstream binding factor,UBF）、轉錄起始因子RRN3、選擇性因子SL1等轉錄因子起到了關鍵作用[5]，新合成的47S rRNA則在DFC被加工。GC中包含與核糖體蛋白（ribosomal protein,RP）裝配在一起的rRNA，用以進一步組成40S的小亞基和60S的大亞基。40S小亞基由1條18S rRNA和33種RPs組成，而60S大亞基由28S、5.8S和5S rRNA各一條和47種RPs組成。60S大亞基和40S小亞基從核仁的顆粒組分中遷移至細胞質內，共同組成80S核糖體[6]。

2 RiBi與腫瘤發(fā)生

盡管越來越多的證據強調RiBi在惡性腫瘤細胞中的作用，但其相關的分子機制在近幾年才逐漸明了。腫瘤細胞中最常見的RiBi調控點之一就是RNA PolⅠ本身，其參與了47S rRNA前體合成這一關鍵限速步驟[5]。通常來講，高度活化的rDNA轉錄并不是由于核心RNA PolⅠ轉錄裝置發(fā)生了功能獲得性突變或擴增，一方面是因為調節(jié)RNA PolⅠ轉錄激活或關鍵進程因子的上游信號通路發(fā)生了改變（RAS/RAF/ERK、PI3K/AKT/mTOR及PTEN等信號通路）；另一方面是一些特定的原癌基因或抑癌基因活性發(fā)生了變化（myc、p53等），這些基因表達的蛋白能夠與rDNA的啟動子或轉錄裝置直接作用[7]。

原癌基因myc控制著RiBi的多個步驟。myc直接調節(jié)多種RPs、RNA元件以及因子的表達，并參與成熟核糖體亞基從核仁到細胞質的輸送。這些因子的轉錄上調需要輔助因子募集、染色體結構重塑以及三種RNA聚合酶的參與。在UBF和SL1幫助下，myc增強RNA PolⅠ對編碼5.8S、18S和28S rRNA的rDNA的轉錄作用。myc能夠激活5S rRNA的轉錄和促進轉運RNA（transfer RNA,tRNA）穿過RNA PolⅢ。除此之外，myc還能夠通過促進RNA PolⅡ的轉錄來增加蛋白質合成以及激活聚合酶轉錄因子ⅢB（transcription factor for polymerase III B,TFIIIB）來增強 RNA PolⅢ的轉錄[8]。

p53是最著名的抑癌基因，當細胞暴露在各種應激條件下會激活p53，從而調節(jié)各種編碼和非編碼基因的轉錄，進而產生細胞周期阻滯、凋亡、衰老、代謝改變、DNA修復等結果[9]。在這其中，RP-MDM2（mouse double minute,MDM2）-p53信號通路起重要作用。在正常條件下，未成熟的60S核糖體蛋白L5（RPL5）-60S核糖體蛋白 L11（RPL11）-5S rRNA前體復合物在核仁中被送入新合成的核糖體內。E3泛素蛋白連接酶MDM2能夠介導p53蛋白降解，當各種因素使核仁產生應激狀態(tài)時，RPL5-RPL11-5S rRNA前體復合物便會減少參與RiBi，轉而與MDM2結合阻止其降解p53，從而使p53穩(wěn)定表達以此來阻止細胞惡性變和腫瘤進展[10]。

3 RiBi相關因子與潛在的治療靶點

近年來關于RiBi在腫瘤中的作用研究為腫瘤的治療提供了新的思路。RiBi包括轉錄、rRNA加工、RPs的合成以及核糖體裝配等步驟，這些步驟都是潛在的治療靶點，參與這些過程的相關因子在各種惡性腫瘤中的作用機制也逐漸成為研究的熱點。

PNO1（partner of NOB1,PNO1）是一種RNA結合蛋白，在人體中主要與另一種RNA結合蛋白NOB1（NIN1 binding protein 1,NOB1）形成復合體，參與18S pre-rRNA的成熟過程[11]。研究表明PNO1的表達在肺腺癌（lung adenocarcinoma,LUAD）組織當中明顯高于癌旁組織，其受到miR-340-5p的負性調節(jié)，當PNO1的表達降低時能夠抑制Notch信號通路從而減少LUAD細胞的增殖和轉移[12]。此外，EBF1（Early B cell factor 1,EBF1）也被證實能夠負性調節(jié)PNO1，PNO1表達的減少降低了18S rRNA、40S和60S核糖體亞基以及80S核糖體的水平，并主要通過p21/p53通路在結腸癌中發(fā)揮抑制腫瘤細胞生長、誘導細胞凋亡的作用[13]。

HEATR1（HEAT repeat-containing protein 1,HEATR1）主要參與18S rRNA前體的加工，其表達水平下調可極大程度抑制RNA Pol I介導的轉錄作用，繼而影響RiBi[14]。在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）當中的表達明顯增高，抑制的表達能夠通過減少RiBi來激活p53，從而進一步依靠p53-PUMA-BAX/BCL2信號通路來誘導NSCLC細胞的凋亡[15]。此外，在胃癌細胞當中敲減HEATR1也會產生類似的抑制生長作用[16]。然而有研究表明在原發(fā)性胰腺癌中的表達卻是低水平，并且與不良預后相關，下調的HEATR1會通過上調Nrf2信號通路誘導胰腺癌細胞的增殖和對吉西他濱的抵抗[17]，這證明了HEATR1除了影響RiBi相關過程之外，也會通過其他的環(huán)節(jié)來影響腫瘤的進展。

RRS1（ribosome biogenesis regulator 1,RRS1）主要參與編碼核蛋白的氨基酸以及促進60S核糖體亞基的成熟[18，19]。在乳腺癌組織中RRS1一般為高表達，并與乳腺癌的轉移和不良預后密切相關，在乳腺癌細胞中敲減RRS1的水平能夠通過RPL5-RPL11-MDM2-p53信號通路誘導乳腺癌細胞凋亡[20]。另有研究發(fā)現RRS1作為miR-598的靶基因，上調miR-598的表達會誘導RRS1的表達下調，對胃癌細胞的增殖和遷移產生抑制作用[21]。此外在肝細胞癌和乳頭樣甲狀腺癌（papillary thyroid carcinoma,PTC）中RRS1也被證實對癌細胞具有上述類似的作用[22，23]，更進一步的研究證實RRS1的表達水平與PTC的發(fā)病年齡密切相關。

DDX解旋酶（DEAD-box RNA helicases）家族是一個高度保守的RNA結合蛋白家族，其家族成員主要參與RNA合成至降解的各個環(huán)節(jié)，并有諸多成員已被報道與惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關[24]。DDX27主要參與調控RiBi過程中rRNA的成熟[25]，近年來發(fā)現其參與結直腸癌的轉移以及預后中，DDX27能與核仁磷酸蛋白 1（nucleophosmin1,NPM1）相互結合，從而進一步激活NF-κB通路來促進癌細胞的生長和轉移[26]；在乳腺癌中，DDX27則被證實與乳腺癌細胞的干性并導致預后不良[27]。DDX解旋酶家族中的另一名成員DDX21能夠在ADP-核糖基化過程中促進rDNA轉錄，在對乳腺癌細胞使用PARP抑制劑后能夠減少DDX21的核仁定位，并減弱其在RiBi、蛋白質合成以及細胞增長過程中的發(fā)揮的作用[28]。

從近期的研究可以看出，有多種參與RiBi過程的因子已被證實對惡性腫瘤的進展具有重要作用，這些因子具有成為新治療靶點的潛質。然而目前研究主要集中在幾類發(fā)病率比較高的腫瘤上，對于一些發(fā)病率較低、細胞來源不同的腫瘤仍鮮有報道，如在相關因子與腫瘤之間的關系有待進一步深入研究。

4 RiBi抑制劑

針對RiBi的藥物研究也取得了一定進展。先前已經證實多種傳統(tǒng)化療藥物對RiBi過程具有抑制作用，如順鉑、奧沙利鉑和多柔比星等能夠抑制rDNA轉錄；喜樹堿能夠作用于rRNA早期加工；5-氟尿嘧啶和高三尖杉酯堿等則主要作用于rRNA晚期加工[29]。此外有數種針對RNA Pol I的選擇性抑制劑被研制并投入臨床試驗中，針對Pol I轉錄來抑制RiBi具有以下優(yōu)點：（1）RNA Pol I具有高度選擇性，其只參與47sRNA的轉錄，這就可能避免藥物會產生抑制其他轉錄酶所調節(jié)基因的副作用；（2）在大多數腫瘤細胞中RiBi都會失調，這就使得RNA Pol I抑制劑能夠作用于多種惡性腫瘤；（3）在正常的體細胞中RiBi水平相對較低，從而令這些正常細胞不容易受到RNA Pol I抑制劑的影響，增加RNA Pol I抑制劑對腫瘤細胞的選擇性[30]。

CX-5461是具有代表性的小分子RNA Pol I選擇性抑制劑，主要抑制rRNA的合成以及誘導細胞的衰老和自噬[31]。目前CX-5461已經通過針對血液腫瘤的Ⅰ期臨床試驗，結果證實CX-5461能夠在患者體內安全生效[32]。另外有研究致力于將CX-5461與其他抑制劑或放射治療聯合應用治療不同腫瘤，從新的角度發(fā)掘 RiBi抑制劑的治療潛力[33～36]。

綜上所述，RiBi對細胞生長、增殖來說是不可或缺的，同時也是其重要的限速環(huán)節(jié)。在過去的數十年中，隨著對腫瘤和核糖體之間關系的研究加深，原癌基因myc和抑癌基因p53及其相關信號通路被證明在RiBi中起重要的調控作用。RiBi貫穿于腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中，以RiBi為靶點尋求腫瘤的治療策略成為新的熱點，一方面數種參與RiBi過程的因子已經被證實與多種惡性腫瘤細胞增殖和侵襲能力密切相關；另一方面，無限增殖的腫瘤需要依賴高水平的RiBi，而對于RiBi來說，RNA Pol I介導的轉錄作用是這其中關鍵的一環(huán)，盡管在傳統(tǒng)的化療藥物中部分藥物能夠起到抑制RNA Pol I的作用，但它們的發(fā)揮受限于其較低的選擇性和較高的藥物毒性，針對此類問題，選擇性RNA Pol I抑制劑被研發(fā)并投入到臨床試驗中。此外，將選擇性RNA Pol I抑制劑與其他抗癌藥物合用所產生的效果有待進一步研究，多學科的共同協作有望為腫瘤的治療開辟新的道路。