BRIX 蛋白質(zhì)超家族在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

陸馬乘，程聰，張燁

南京醫(yī)科大學(xué)附屬無(wú)錫市人民醫(yī)院普外科，江蘇無(wú)錫214023

結(jié)直腸腫瘤（CRC）是最常見(jiàn)的消化系統(tǒng)腫瘤之一［1］。手術(shù)和放化療是CRC 的主要治療手段，但治療效果均不佳。分子靶向治療是一種新興腫瘤治療方法，已成為CRC 個(gè)體化治療和綜合治療的一線方案。目前CRC 患者接受靶向藥物治療后常出現(xiàn)耐藥。核糖體生物發(fā)生可能是一個(gè)新的CRC 潛在治療靶點(diǎn)［2］。BRIX 是KASER 等［3］發(fā)現(xiàn)的非洲爪蛙胚胎核糖核蛋白BRIX1 的特征結(jié)構(gòu)域，他們把擁有這個(gè)特征性結(jié)構(gòu)域的真核及原核核糖體相關(guān)蛋白命名為BRIX 蛋白質(zhì)超家族，也稱為BRIX 結(jié)構(gòu)相關(guān)域蛋白（BRIX domain-containing protein，BXDC）。來(lái)源于真核細(xì)胞的BRIX 蛋白質(zhì)超家族有5 個(gè)，分別為BXDC1（RPF2）、BXDC2（BRIX1）、BXDC3（PPAN）、BXDC4（IMP4）和BXDC5（RPF1）［4］。BRIX 蛋白質(zhì)超家族通過(guò)核糖體生物發(fā)生及其相關(guān)因子途徑、5sRNPMDM2-p53途徑和Wnt/β-catenin信號(hào)通路等途徑參與CRC 的發(fā)生發(fā)展，目前已有較多相關(guān)報(bào)道?，F(xiàn)就BRIX 蛋白質(zhì)超家族在CRC 發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下，以期為CRC 靶向治療藥物的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 BRIX 蛋白質(zhì)超家族通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體生物發(fā)生調(diào)控CRC的發(fā)生發(fā)展

核糖體的生物發(fā)生與rDNA 的表達(dá)有關(guān)，而rDNA 表達(dá)失控與CRC 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)［5］。CRC胃腸黏膜細(xì)胞的癌變與rDNA 轉(zhuǎn)錄活性上調(diào)有關(guān)［6］。BRIX蛋白質(zhì)超家族是細(xì)胞周期的重要參與因子，其BRIX 結(jié)構(gòu)域被認(rèn)為是RNA 結(jié)合單元，在細(xì)胞中可與特定RNA（即rRNA）結(jié)合，同時(shí)作為一個(gè)rRNA 與相關(guān)蛋白作用的平臺(tái)，參與核糖體的合成及組裝，影響惡性腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)［7］。BRIX 蛋白質(zhì)超家族可通過(guò)參與核糖體大、小亞基的發(fā)生及核糖體發(fā)生等過(guò)程，參與CRC 的發(fā)生發(fā)展。BRIX1、PPAN、RPF1和RPF2 分別作用于大亞基，是核糖體大亞基合成組裝的重要調(diào)控因子［8］。IMP4 是真核生物U3 snoRNP 復(fù)合物的組成部分，參與18S 前體rRNA加工［7］。

1.1 BRIX 蛋白質(zhì)超家族通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體大亞基發(fā)生調(diào)控CRC的發(fā)生發(fā)展

1.1.1 RPF2通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體大亞基發(fā)生調(diào)控CRC的發(fā)生發(fā)展 RPF2 是參與核糖體大亞基裝配的重要因子［4］，參與了5sRNP到60s核糖體大亞基前體的組裝和成熟。RPF2 擁有兩個(gè)BRIX 結(jié)構(gòu)域，其C’端的部分與核糖體大亞基結(jié)合，而N’端的結(jié)構(gòu)域則與核糖體發(fā)生的相關(guān)RNA 因子結(jié)合，從而在核糖體發(fā)生中介導(dǎo)大亞基-RNA因子相互作用，發(fā)揮著結(jié)合骨架的功能［9］。但RPF2無(wú)法單獨(dú)發(fā)揮作用，它需要與核糖體生物發(fā)生調(diào)節(jié)蛋白1（Ribosome Biogenesis Regulator 1 Homolog，Rrs1）結(jié)合，組成異二聚體，才能穩(wěn)定錨定在核糖體大亞基前體上［10］。在真核細(xì)胞的生物發(fā)生中，RPF2-Rrs1 異二聚體參與5sRNP 與60s 核糖體大亞基前體的結(jié)合，使5sRNP 與60s 核糖體大亞基前體組裝，調(diào)控5sRNP 旋轉(zhuǎn)獲得成熟功能結(jié)構(gòu)［11］。另有研究［12］發(fā)現(xiàn)，RPF2-Rrs1 異二聚體同時(shí)參與大亞基中的25srRNA 加工成熟RPF2 作為T(mén)OR 的下游因子，調(diào)節(jié)核糖體發(fā)生，促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，參與到mTOR 相關(guān)的CRC 發(fā)生發(fā)展中。

1.1.2 BRIX1（BXDC2）通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體大亞基發(fā)生調(diào)控CRC 的發(fā)生發(fā)展 BRIX1 是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)擁有BRIX 結(jié)構(gòu)域的BRIX 蛋白質(zhì)超家族成員，其BRIX結(jié)構(gòu)域可與特定rRNA結(jié)合，參與核糖體合成，參與CRC 的發(fā)生發(fā)展［13］。在酵母菌的核糖體生物發(fā)生中，BRIX1 與EBNA1 結(jié)合蛋白2（EBP2）共同作用，促進(jìn)25S rRNA 的成熟及60S 核糖體亞基的組裝［14］。BRIX1-EBP2 具有合成殺傷力，二者中任一一蛋白突變，都不會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞核糖體的生物發(fā)生功能障礙；但二者同時(shí)突變可導(dǎo)致細(xì)胞的核糖體生物發(fā)生明顯受阻［15］。SHIMOJI 等［16］研究發(fā)現(xiàn)，EBP2 可以獨(dú)立于BRIX1 與核糖體前體結(jié)合，阻斷BRIX1 及EBP2 均可導(dǎo)致核糖體27sA3 pre-rRNA 成熟障礙。因此，BRIX1與EBP2可能作為核糖體大亞基生物發(fā)生的關(guān)鍵因子，具有共同的分子作用途徑，且EBP2的作用優(yōu)先于BRIX1，并且兩者之間的相互作用，可能是通過(guò)Pwp1、Nop2、RPL8 和RPL15［16］等第三方因子介導(dǎo)的間接途徑。

1.1.3 PPAN（BXDC3）通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體大亞基發(fā)生調(diào)控CRC 的發(fā)生發(fā)展 PPAN 首次發(fā)現(xiàn)于在酵母菌的胞質(zhì)中，又被稱為第二步剪切因子1（Second-Step Splicing Factor 1，SSF1/SSF2）［17］。PPAN 定位于核仁中，通過(guò)特征性BRIX 結(jié)構(gòu)域的σ70功能區(qū)特異性結(jié)合rRNA，與核磷蛋白（NPM）協(xié)同作用于60s 大亞基，阻止60s大亞基的過(guò)早剪切引起的核糖體成熟功能障礙［18］。PPAN在核仁還可以與上游結(jié)合因子1（Upstream Binding Transcription Factor，UBF1）相互作用，通過(guò)調(diào)節(jié)RNAPolⅠ影響核糖體生物發(fā)生［19］。CRC細(xì)胞中PPAN 表達(dá)上調(diào)，上調(diào)的PPAN 可通過(guò)促進(jìn)核糖體的生物發(fā)生，抑制CRC細(xì)胞的凋亡［20］。

1.1.4 RPF1通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體大亞基發(fā)生調(diào)控CRC的發(fā)生發(fā)展 RPF1（BXDC5）參與核糖體66srRNP構(gòu)成，是核糖體生物發(fā)生的必須因子［21］。RPF1同樣含有標(biāo)志性的σ70功能結(jié)構(gòu)，與特定rRNA結(jié)構(gòu)特異性結(jié)合發(fā)揮功能。RPF1 是Ras 超家族成員Ran 的下游信號(hào)，可通過(guò)Kap120 等多條跨Ras 相關(guān)核蛋白通路轉(zhuǎn)運(yùn)到核仁中，參與核糖體的生物發(fā)生，參與Ras相關(guān)CRC的發(fā)生、發(fā)展［22］。

1.2 BRIX 蛋白質(zhì)超家族通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體小亞基發(fā)生調(diào)控CRC的發(fā)生發(fā)展IMP4（BXDC4）是U3snoRNP 的組成之一，參與核糖體的生物發(fā)生［23］。在真核細(xì)胞中，組成核糖體小亞基的18sRNA 在核糖體生物發(fā)生的早期與組成大亞基的5.8srRNA 以及28srRNA，共同被RNA PolⅠ作為47s pre-rRNA 翻譯。然后在90s 核糖體顆粒階段分離，轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)中修飾成熟并參與小亞基組裝。早期研究［24］認(rèn)為，U3snoRNP 是18srRNA 從90s 核糖體顆粒中分離的必須因子。LEE 等［23-24］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BIRX 結(jié)構(gòu)域蛋白IMP4 與Us4 樣因子IMP3，和Mpp10 特異性結(jié)合，U3 snoRNA 通過(guò)與90s 核糖體顆粒中rRNA 的特定位置形成雜合雙鏈，切割rRNA 前體的A0、A1和A2位點(diǎn)使18srRNA 分離。而U3 snoRNA 與rRNA的結(jié)合，必須有IMP3-IMP4-Mpp10 異三聚體的介導(dǎo)，從而解開(kāi)兩者對(duì)應(yīng)位點(diǎn)的螺旋以及維持雜合后的雙鏈的穩(wěn)定［25］。其中，IMP4 和IMP3 共同參與第二步U3-ETS 雙鏈的雜合，但第三步U3-18s 雙鏈則僅需IMP3 或IMP4 二者之一參與。同時(shí)，IMP4 還參與調(diào)控U3 從pre-rRNA 上的解離過(guò)程，使18sRNA 可以繼續(xù)結(jié)合輔助因子加工成熟［26］。

肺癌組織中IMP4 參與腫瘤相關(guān)的核糖體發(fā)生［27］。因此，BRIX 結(jié)構(gòu)域蛋白家族IMP4 可能通參與核糖體生物發(fā)生，參與CRC的發(fā)生和發(fā)展。

2 BRIX 蛋白質(zhì)超家族通過(guò)調(diào)節(jié)核糖體生物發(fā)生合作因子途徑、5sRNP-MDM2-p53 途徑、Wnt/βcatenin途徑等調(diào)控CRC的發(fā)生發(fā)展

Rrs1 是RPF2 在核糖體發(fā)生中的合作因子，也是一個(gè)腫瘤相關(guān)因子［12］。在CRC 組織中Rrs1 表達(dá)明顯增加，而抑制Rrs1 的表達(dá)可以使低分化結(jié)直腸癌細(xì)胞RKO 和人結(jié)直腸腺癌細(xì)胞HCT-116 的細(xì)胞周期停滯，細(xì)胞凋亡比例升高［28］。因而RPF2 很可能通過(guò)與Rrs1 的相互作用，參與到CRC 的發(fā)生和發(fā)展。

EBP2 是BRIX1 在核糖體生物發(fā)生中發(fā)揮功能的必須因子。但EBP2 可通過(guò)多條路徑，參與腫瘤發(fā)生。Cyclin E/CDK2 是是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的重要通路，在腫瘤組織中高度表達(dá)，與CRC 等腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。而EBP2 可以直接與Cyclin E-CDK2 作用，參與CRC 的發(fā)生和發(fā)展［29］。EBP2 可以直接與MYC產(chǎn)生正反饋—EBP2幫助MYC在核仁重新定位并抑制MYC 降解，而MYC 可進(jìn)一步促進(jìn)EBP2 的合成［30］。因此，EBP2 可以與原癌基因MYC 作用，影響細(xì)胞增殖。泛素連接酶系統(tǒng)（UBPs）是有絲分裂的重要組成部分，其中的泛素連接酶FBW7（F-box and WD repeat domain-containing 7）是EBP2 的另一個(gè)重要靶點(diǎn)。WELCKER 等［31］研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EBP2可以通過(guò)調(diào)節(jié)泛素連接酶FBW7 在核仁中的定位，調(diào)節(jié)泛素耦聯(lián)酶2C（E2 ubiquitin-conjugating enzyme UbcH10，UBE2C）的活性。UBE2C是UBPs的重要組成部分，參與調(diào)控染色體分裂，同時(shí)也是一個(gè)原癌基因因子，參與CRC 的發(fā)生和晚期轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要的作 用［32］。因 此，F(xiàn)bw7-UBE2C 是BRIX1-EBP2 參與CRC 的一個(gè)重要途徑。此外，F(xiàn)bw7 可能與XBP1 存在負(fù)反饋，F(xiàn)bw7的重新定位會(huì)影響XBP1的發(fā)生［33］。

最新研究［34］發(fā)現(xiàn)，XBP1 可通過(guò)某種途徑抑制CRC 細(xì)胞的增殖，并抑制其表達(dá)腸上皮干標(biāo)記物。XBP1 與抑癌因子CHOP（C-EBPζ）密切相關(guān)，參與腫瘤相關(guān)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，影響線粒體凋亡途徑、死亡受體途徑等多條細(xì)胞凋亡途徑［35］。EBP2 還可以與人類核仁蛋白（NCL）HNRPU_HUMAN 直接作用，來(lái)影響細(xì)胞RNA 翻譯［36］。BRIX1-EBP2 可以通過(guò)細(xì)胞周期依賴蛋白、原癌基因、抑癌因子以及核仁蛋白多種途徑，參與CRC的發(fā)生和發(fā)展。

CRC腫瘤組織中NPM存在異常表達(dá)［37］。PPAN-NPM 可通過(guò)抑制人體細(xì)胞中核仁應(yīng)激P53 途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，同時(shí)還可通過(guò)定位于線粒體抑制BAX 誘導(dǎo)的半胱天冬酶（caspase）依賴途徑抑制CRC細(xì)胞凋亡［38］。

5sRNP 是核糖體大亞基的組成之一，通過(guò)RPF2與核糖體大亞基前體結(jié)合并成熟。RPF2 的敲除并會(huì)讓游離5sRNP 在細(xì)胞中積累［11］，而游離5sRNP 可以通過(guò)5sRNP-MDM2-p53途徑誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡［7，10］。因此結(jié)合5sRNP 減少5sRNP 游離，從而抑制游離5sRNP導(dǎo)致的CRC細(xì)胞凋亡。

RPL5 的失活是目前腫瘤細(xì)胞中最常見(jiàn)的核糖體蛋白缺陷之一。RPL5是一種抑癌因子，可通過(guò)影響包括TP53、c-MYC 在內(nèi)的多種抑癌和促癌通路，在CRC 等多種腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮抑癌作用［39］。有報(bào)道［40］指出，RPF2可以與RPL5結(jié)合并發(fā)揮一定功能。

研究［41］發(fā)現(xiàn)，PPAN 可能與CRC 相關(guān)通路Wnt/β-catenin 存在反饋信號(hào)通路，PPAN 可作為Wnt/β-catenin 的下游因子參與信號(hào)傳導(dǎo)，同時(shí)PPAN 的缺失也可激活Wnt/β-catenin 通路，抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡。PPAN 還可與G 蛋白耦聯(lián)受體P2Y11 相互作用，形成PPAN-P2Y11 復(fù)合體，與EIF3G 共同作用，參與嗜睡癥的發(fā)生發(fā)展［42］。而EIF3G是一個(gè)與CRC高度相關(guān)的因子，EIF3G 在CRC Ⅳ期組織中呈高表達(dá)，促進(jìn)CRC細(xì)胞的增殖和遷移。

綜上所述，BRIX 蛋白質(zhì)超家族可通過(guò)參與核糖體大、小亞基的發(fā)生，參與CRC 的發(fā)生發(fā)展。BRIX蛋白質(zhì)超家族還可通過(guò)核糖體生物發(fā)生合作因子途徑、MDM2-p53-5sRNP 途徑、Wnt/β-catenin信號(hào)通路等核糖體外途徑，參與CRC的發(fā)生發(fā)展。