核孔蛋白210與惡性腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

吳維全(綜述), 葉石才(審校)

核孔蛋白210(nucleoporin 210,NUP210)是一種跨膜核孔糖蛋白,與其他31種結(jié)構(gòu)核孔蛋白和外圍元件核孔蛋白共同構(gòu)成核孔復(fù)合物(nuclear pore complex,NPC)。NPC是一種巨大的核膜包埋蛋白復(fù)合物,是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的連接通道。由于其結(jié)構(gòu)的重要性,成為近年來醫(yī)學(xué)研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)NPC與核孔蛋白不僅負(fù)責(zé)核質(zhì)轉(zhuǎn)移,還參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、基因表達(dá)、表觀遺傳調(diào)控等過程。其中NUP210在基因表達(dá)調(diào)控、組織的發(fā)育與分化、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等生物學(xué)過程中起重要作用。NUP210的異常表達(dá)及功能失調(diào)與多種惡性腫瘤有關(guān)。現(xiàn)對NUP210在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展綜述如下。

1 NUP210的結(jié)構(gòu)和功能

NUP210是一種高度保守的蛋白質(zhì)編碼基因,由42個外顯子構(gòu)成,定位于3號染色體3p25.1,編碼一種跨膜核孔糖蛋白,相對分子量為210 kDa,故稱NUP210。NUP210由一個大的糖基化腔結(jié)構(gòu)域、一個單一的疏水跨膜片段和一個短的細(xì)胞質(zhì)尾部構(gòu)成[1]。糖基化腔結(jié)構(gòu)域具有5個鈣結(jié)合位點(diǎn),可能在核膜中充當(dāng)Ca2+傳感器并介導(dǎo)核膜通透性[2]。以往研究認(rèn)為NUP210的功能主要為參與NPC和核膜的活動,但隨著近年來對NUP210的深入研究,發(fā)現(xiàn)NUP210在基因表達(dá)調(diào)控、組織的發(fā)育與分化、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等生物學(xué)過程中起重要作用。因被發(fā)現(xiàn)在肌細(xì)胞和神經(jīng)元分化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,NUP210被稱為組織特異性NPC。NUP210對成肌細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞的分化至關(guān)重要,可以調(diào)節(jié)關(guān)鍵分化基因的表達(dá)[3],主要由其腔結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)[4]。NUP210與肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C和甲狀腺激素受體相互作用,并誘導(dǎo)一系列生肌基因表達(dá)來調(diào)節(jié)肌肉生長、肌纖維成熟[5],并且在維持骨骼肌完整性和適當(dāng)?shù)募∪夤δ芷鹬匾饔肹6]。此外,NUP210可以調(diào)節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。NUP210的缺失會導(dǎo)致小鼠幼稚CD4+T細(xì)胞顯著減少,原因是其缺失導(dǎo)致T細(xì)胞受體信號傳遞缺乏和細(xì)胞凋亡信號分子Fas表達(dá)增加,引發(fā)外周CD4+T細(xì)胞對細(xì)胞凋亡敏感[7-8]。也有研究表明,NUP210是細(xì)胞外基質(zhì)剛度和成分傳感器的一部分,具有機(jī)械敏感性,可調(diào)節(jié)不依賴于核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)械信號轉(zhuǎn)導(dǎo),影響腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲[9]。

2 NUP210與腫瘤疾病的關(guān)系

2.1與生殖系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系 宮頸癌是發(fā)展中國家女性最致命的婦科腫瘤之一。Fas在癌癥中扮演著重要的角色,其介導(dǎo)的凋亡受到抑制,導(dǎo)致增殖和凋亡平衡失調(diào),是癌細(xì)胞異常增殖并發(fā)展的重要原因之一。Rajkumar等[10]利用微陣列技術(shù)和實(shí)時熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)對宮頸癌、不同程度的宮頸癌前病變及正常宮頸樣本進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)NUP210在宮頸癌和宮頸重度上皮內(nèi)瘤變/原位癌較正常宮頸樣本和宮頸輕度上皮內(nèi)瘤變/中度上皮內(nèi)瘤變呈過表達(dá),表明NUP210可能在腫瘤發(fā)生早期發(fā)揮重要作用。Gu等[11]研究發(fā)現(xiàn),宮頸癌組織中NUP210 mRNA及蛋白水平均表現(xiàn)過表達(dá)。在細(xì)胞水平上,通過用慢病毒轉(zhuǎn)染宮頸癌細(xì)胞株(HeLa細(xì)胞),敲除NUP210表達(dá),結(jié)果顯示HeLa細(xì)胞周期停滯,細(xì)胞凋亡增加。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),miR-22可直接與NUP210蛋白質(zhì)編碼區(qū)域結(jié)合并抑制其表達(dá),并且Fas表達(dá)受miR-22-NUP210信號通路的調(diào)控。在宮頸癌發(fā)展過程中,miR-22表達(dá)下調(diào),導(dǎo)致NUP210過表達(dá)并抑制Fas誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致細(xì)胞增殖異常,促進(jìn)癌癥發(fā)展。誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡是治療腫瘤的一條有效途徑,miR-22-NUP210可干預(yù)Fas介導(dǎo)的凋亡,有可能成為宮頸癌的治療靶點(diǎn)。NUP210也與子宮內(nèi)膜癌有關(guān)。在對子宮內(nèi)膜癌及前哨淋巴結(jié)的蛋白質(zhì)組學(xué)分析研究中,發(fā)現(xiàn)前哨淋巴結(jié)蛋白質(zhì)的變化與子宮內(nèi)膜癌等級相關(guān),NUP210只在Ⅱ期子宮內(nèi)膜癌及前哨淋巴結(jié)中表達(dá),結(jié)合其他的特異性標(biāo)志物,可以用于改善子宮內(nèi)膜癌患者的個體分層及診斷[12]。

2.2與泌尿系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系 前列腺癌(prostate cancer,PCa)是男性泌尿系統(tǒng)最常見腫瘤之一,中晚期患者主要療法是雄激素剝奪法(androgen deprivation,ADT)。但長時間治療后,PCa對ADT產(chǎn)生抗性并進(jìn)展為去勢抵抗性前列腺癌(castration resistant prostate cancer,CRPC)[13]。Marzec等[14]綜合分析不同平臺的公開可用基因表達(dá)數(shù)據(jù)集,發(fā)現(xiàn)在PCa中NUP210表達(dá)上調(diào)。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),與良性病變對比,NUP210在PCa表達(dá)上調(diào),在CRPC中則明顯上調(diào)。雄激素受體剪接變異體7(androgen receptor variant 7,AR-V7)可以在無激素的情況下獨(dú)立于雄激素受體(androgen receptor,AR)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核,敲低AR-V7后抑制腫瘤細(xì)胞生長,證明AR-V7是CRPC的驅(qū)動因素。研究還通過轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)分析了敲低AR-V7后人PCa細(xì)胞系LNCaP95中的基因表達(dá)變化,發(fā)現(xiàn)NUP210表達(dá)明顯下降,表明NUP210是AR-V7下游靶基因。siRNA敲低NUP210可顯著抑制PCa細(xì)胞的生長和遷移,并誘導(dǎo)PCa細(xì)胞凋亡,流式細(xì)胞儀檢測顯示NUP210下調(diào)后,細(xì)胞周期阻滯在G1期。提示NUP210可能和AR-V7參與PCa進(jìn)展為CRPC[15]。細(xì)胞核中的雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)可以在無AR的情況下驅(qū)動代謝基因程序,促進(jìn)CRPC細(xì)胞系PC3和DU145的增殖和遷移,Dufour等[16]通過免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)NUP210與mTOR相互作用。而在LNCaP細(xì)胞中敲低NUP210減弱了mTOR基礎(chǔ)核水平并消除了雄激素誘導(dǎo)的核mTOR積累。NUP210的敲低還降低了LNCaP和PC3細(xì)胞中mTOR抑制劑刺激的核mTOR水平,揭示了NUP210可能起著控制mTOR核運(yùn)輸?shù)淖饔?影響PCa的進(jìn)展。在另一項(xiàng)利用公開基因表達(dá)數(shù)據(jù)集進(jìn)行生物信息學(xué)分析的研究中,發(fā)現(xiàn)NUP210是潛在的PCa轉(zhuǎn)移診斷標(biāo)志物,但尚未有研究進(jìn)一步驗(yàn)證[17]。以上研究證明,NUP210在PCa的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用,明確NUP210在PCa的分子機(jī)制,可能為探尋治療PCa新的藥物靶點(diǎn)提供參考。

2.3與消化道腫瘤的關(guān)系 一項(xiàng)研究表明,整合酶相互作用子1(chromatin subfamily B member 1,SMARCB1)在肝癌中起促癌作用,NUP210的增強(qiáng)子區(qū)域與高表達(dá)的染色質(zhì)重塑劑SMARCB1結(jié)合,導(dǎo)致NUP210過表達(dá)。在肝癌細(xì)胞系中敲低NUP210和SMARCB1后進(jìn)行基因集富集分析,結(jié)果顯示與膽固醇穩(wěn)態(tài)和外源代謝密切相關(guān),提示SMARCB1-NUP210可能通過激活膽固醇穩(wěn)態(tài)和外源代謝來致癌。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)NUP210可作為SMARCB1和腺病毒E1A相關(guān)300 kDa蛋白(P300)的染色質(zhì)支架,表達(dá)上調(diào)的NUP210促進(jìn)SMARCB1和P300與染色質(zhì)的結(jié)合,最終加劇了SMARCB1的致癌作用[18]。Kondo等[19]對結(jié)腸癌細(xì)胞系HCT116的研究發(fā)現(xiàn),在敲低NUP210的HCT116細(xì)胞的短期和長期增殖試驗(yàn)中,均觀察到癌細(xì)胞生長能力受損。通過核染色來識別細(xì)胞核,并測量核大小,發(fā)現(xiàn)NUP210的敲低導(dǎo)致癌細(xì)胞的細(xì)胞核減小。研究還發(fā)現(xiàn)NUP210過表達(dá)由溴結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)4(bromodomain-containing protein 4,BRD4)驅(qū)動,氨基環(huán)丙烯酮1n(aminocyclopropenone 1n,ACP-1n)能夠抑制BRD4,進(jìn)而減少癌細(xì)胞生長和減小癌細(xì)胞核大小。另外,有一項(xiàng)研究利用微陣列研究Ⅱ/Ⅲ期結(jié)腸癌的基因表達(dá)圖譜,發(fā)現(xiàn)NUP210在Ⅱ/Ⅲ期結(jié)腸癌復(fù)發(fā)患者中表達(dá)下調(diào),聯(lián)合其他多個基因可用于預(yù)測Ⅱ/Ⅲ期結(jié)腸癌的預(yù)后[20]。以上結(jié)果表明,NUP210在肝癌及結(jié)腸癌中起促進(jìn)作用,并與結(jié)腸癌預(yù)后有關(guān)。

2.4與肺癌的關(guān)系 肺癌是全球癌癥相關(guān)死亡的主要原因,表觀遺傳會導(dǎo)致肺癌的發(fā)病和進(jìn)展[21]。表觀遺傳修飾通?？煞譃镈NA和RNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA。NUP210與表觀遺傳密切相關(guān),有研究發(fā)現(xiàn)NUP210中的甲基化位點(diǎn)與哮喘有關(guān)[22]。而在肺腺癌中,Kikutake等[23]分析了包括26個肺腺癌細(xì)胞系和1個正常肺上皮細(xì)胞系在內(nèi)的多組學(xué)數(shù)據(jù),確定啟動子區(qū)域中組蛋白H3K27ac和H3K4me3雙重修飾與肺腺癌有關(guān),發(fā)現(xiàn)NUP210在所有肺腺癌細(xì)胞系中均表達(dá)上調(diào),并且NUP210基因在肺腺癌細(xì)胞的啟動子區(qū)域中呈現(xiàn)H3K27ac和H3K4me3組蛋白雙重修飾,在正常細(xì)胞系中則不存在。NUP210可能是肺腺癌的一種有前景的表觀遺傳生物標(biāo)志物。表觀遺傳改變在正常細(xì)胞和癌細(xì)胞中都具有生理功能,因此,可能影響表觀遺傳診斷的準(zhǔn)確性或產(chǎn)生表觀遺傳治療的潛在副作用,精確有效的表觀遺傳療法尤為重要[24]。NUP210在正常細(xì)胞系中無組蛋白修飾,卻在肺腺癌細(xì)胞的啟動子區(qū)域中呈現(xiàn)H3K27ac和H3K4me3組蛋白雙重修飾,這項(xiàng)研究為肺腺癌高度特異性的表觀遺傳生物標(biāo)志物提供了基礎(chǔ)。

2.5與乳腺癌的關(guān)系 在乳腺癌中,NUP210基因被鑒定為人類雌激素受體(estrogen receptor,ER)陽性[ER(+)]乳腺癌的轉(zhuǎn)移易感基因和細(xì)胞機(jī)械傳感器。研究人員基于2個獨(dú)立的人類乳腺癌基因表達(dá)數(shù)據(jù)集,發(fā)現(xiàn)在ER(+)乳腺癌患者中,NUP210 mRNA表達(dá)升高,并與總生存期相關(guān)。而ER(+)乳腺癌患者的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移灶中NUP210表達(dá)水平顯著高于ER(-)患者,內(nèi)臟轉(zhuǎn)移灶(肺、肝)的NUP210表達(dá)水平亦顯著高于非內(nèi)臟轉(zhuǎn)移灶(淋巴結(jié)),表明其在乳腺癌轉(zhuǎn)移中的潛在作用。通過構(gòu)建3種不同細(xì)胞系乳腺癌小鼠模型發(fā)現(xiàn),敲除NUP210均引起3種不同類型的乳腺癌小鼠的肺轉(zhuǎn)移減少。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),其機(jī)制主要是NUP210通過與SUN1、SUN2、短亞型BRD4、組蛋白H3.1/3.2相互作用,調(diào)節(jié)機(jī)械敏感性基因表達(dá)程序,進(jìn)而激活黏著斑、細(xì)胞遷移和轉(zhuǎn)移所必需的下游信號通路。NUP210敲除后,這些機(jī)械敏感基因由于異染色質(zhì)化而被抑制,從而減少了轉(zhuǎn)移[9]。此外,NUP210可根據(jù)乳腺癌對化療藥物反應(yīng)來區(qū)分腫瘤樣本,并表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性[25]。這些研究結(jié)果提示,NUP210是乳腺癌潛在的治療靶點(diǎn),阻斷NUP210與相關(guān)分子相互作用也許可以用于預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移。

2.6與腦膜瘤的關(guān)系 競爭性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)包括非編碼RNA(長鏈非編碼RNA、環(huán)狀RNA和轉(zhuǎn)錄的假基因)和蛋白質(zhì)編碼RNA。含有微小核糖核酸(microRNA)反應(yīng)元件的ceRNA可以通過反應(yīng)元件與microRNA競爭性相互作用。ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的功能相互作用在許多生物過程中發(fā)揮著重要作用,受到干擾時會導(dǎo)致癌癥的發(fā)展[26]。有研究發(fā)現(xiàn)NUP210在腦膜瘤中升高,但在腦膜瘤中腫瘤生物學(xué)中的作用尚不清楚[27]。而近年來ceRNA假說得到越來越多研究的支持,Song等[28]通過生物信息學(xué)分析推斷NUP210可能在惡性腦膜瘤中作為一種ceRNA,增強(qiáng)脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FASN)的促癌作用。在惡性腦膜瘤中,FASN增強(qiáng)了細(xì)胞增殖、遷移和侵襲,miR-195可直接靶向結(jié)合FASN并降低人腦膜瘤細(xì)胞中FASN的表達(dá)。NUP210可作為一種ceRNA來吸附miR-195,上調(diào)FASN的表達(dá),增強(qiáng)其促癌作用,提示NUP210對腫瘤的影響是多樣的,也可通過ceRNA網(wǎng)絡(luò)影響腫瘤的進(jìn)展。

2.7與白血病的關(guān)系 NUP210不僅參與實(shí)體瘤的發(fā)展,也與血液系統(tǒng)惡性腫瘤有關(guān)。Fu等[29]通過單細(xì)胞RNA測序發(fā)現(xiàn)在造血和白血病發(fā)生過程中單等位基因表達(dá)是普遍存在的,并且是重要的基因調(diào)控機(jī)制。在急性淋巴細(xì)胞白血病的T細(xì)胞中,NUP210顯示出單等位基因表達(dá),并且與免疫相關(guān)。Li等[30]研究發(fā)現(xiàn),與健康對照組對比,急性髓系白血病(acute myeloid leukocyte,AML)患者骨髓中NUP210的表達(dá)顯著增加。NUP210低表達(dá)患者的總生存率高于高表達(dá)患者,并通過多變量分析證實(shí)了NUP210表達(dá)的預(yù)后價值,但僅在女性患者中表現(xiàn)出預(yù)后價值。該研究結(jié)果提示NUP210可作為AML患者預(yù)后的一種生物標(biāo)志物。

3 結(jié)語

NUP210不僅參與NPC和核膜的活動,還在基因表達(dá)調(diào)控、組織的發(fā)育與分化、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)起重要作用,在不同組織中的異常表達(dá)和突變等變異引起多種疾病的發(fā)生、發(fā)展。NUP210在許多腫瘤中均表達(dá)上調(diào),可能通過調(diào)控基因表達(dá)、抑制細(xì)胞凋亡、調(diào)控核轉(zhuǎn)運(yùn)、結(jié)合染色質(zhì)、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲等作用機(jī)制參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展,也許可成為評估腫瘤轉(zhuǎn)移潛能、預(yù)后判斷時的一個新的指標(biāo)。未來研究應(yīng)深入了解NUP210具體分子機(jī)制,為疾病的診斷和治療提供新的手段。