核糖體蛋白參與的核糖體生物合成在癌癥中的研究

李瓊瑜

核糖體是一種結(jié)構(gòu)和功能保守的超分子RNP 復(fù)合體, 可將信使RNA (mRNA)中包含的信息翻譯為功能蛋白, 這是遺傳的關(guān)鍵環(huán)節(jié), 也是最終步驟［1］。在人體內(nèi), 核糖體存在于細(xì)胞質(zhì)和半自主性細(xì)胞器線粒體中。核糖體生物合成(Ribosomal biosynthesis, RB)是指核糖體形成和成熟的過(guò)程, 是一個(gè)復(fù)雜且高度耗能的過(guò)程。細(xì)胞中約60%的能量用于制造和維持核糖體的功能。在真核細(xì)胞中, 除了核糖體RNA (ribosomal RNA, rRNA)和核糖體蛋白外, 有超過(guò)200 多種組裝因子參與到核糖體亞基的組裝過(guò)程中。這些組裝因子參與了rRNA 的轉(zhuǎn)錄、加工、修飾及折疊, 核糖體蛋白的修飾及組裝, 以及核糖體的構(gòu)象成熟和出核轉(zhuǎn)運(yùn)等一系列過(guò)程［1］。這篇文章主要介紹核糖體生物合成的主要過(guò)程及其與癌癥發(fā)生發(fā)展的關(guān)系, 其中, 重點(diǎn)介紹細(xì)胞質(zhì)核糖體蛋白(cytoplasmic ribosomal protein, CRP)和線粒體核糖體蛋白質(zhì)(mitochondrial ribosomal proteins,MRP)在腫瘤發(fā)生中的作用。

1 核糖體生物合成

1.1 細(xì)胞質(zhì)核糖體生物合成 核糖體生成在真核細(xì)胞中是一個(gè)異常復(fù)雜且保守的過(guò)程, 包括rRNA 轉(zhuǎn)錄、rRNA 前體加工和核糖體亞基組裝等。該過(guò)程主要在核仁內(nèi)進(jìn)行, 涉及大量的分子參與, 如RNA 聚合酶(RNA Pol)、rRNA、核仁小分子RNA(snoRNA)、CRP、調(diào)控、加工、組裝和成熟因子等［2,3］。

首先, RNA 聚合酶Ⅰ(RNA Pol Ⅰ)在選擇性因子Ⅰ、上 游 結(jié) 合 因 子(upstream binding factor, UBF)、轉(zhuǎn) 錄起始因子Ⅰ和轉(zhuǎn)錄終止因子Ⅰ作用下, 驅(qū)動(dòng)核糖體DNA(rDNA)轉(zhuǎn)錄成47S 核糖體前體RNA(pre-rRNA)。47S pre-rRNA 存在5'和3'外轉(zhuǎn)錄間隔物和兩個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔物ITS1 和ITS2, 這些轉(zhuǎn)錄間隔物含有多個(gè)內(nèi)切酶和外切酶的切割位點(diǎn)。47S pre-rRNA 經(jīng)歷了一系列剪切, 可裂解成45S pre-rRNA, 并由此產(chǎn)生30S pre-rRNA和43S pre-rRNA［4］。30S pre-rRNA 進(jìn) 一 步 加 工 形成18S-E 前體并在內(nèi)切酶NOB1 切割后生成成熟的18S［3］。而43S pre-rRNA 經(jīng)多次切割產(chǎn)生成熟的28S rRNA 和5.8S 前 體(6S pre-rRNA)［3,4］。據(jù) 報(bào) 道, 5.8S rRNA 的加工也可能是由外切酶ERI1 切割最終形成的, 該過(guò)程尚未在哺乳動(dòng)物中得到證實(shí)［5］。此外,pre-rRNA 的成熟及RNA 的折疊也需要進(jìn)行相應(yīng)的核苷 酸 修 飾。snoRNPs 家 族H/ACA box snoRNPs 和C/D box snoRNPs 參與pre-rRNA 的假尿苷化和2-O-核糖甲基化修飾［5］?？傊? 47S pre-rRNA 經(jīng)過(guò)一系列剪切和修飾得到成熟的28S、18S 和5.8S rRNA。

與47S pre-rRNA 不 同, 5S rRNA 的 轉(zhuǎn) 錄 是 由 細(xì)胞核中的RNA 聚合酶Ⅲ(RNA Pol Ⅲ)驅(qū)動(dòng), 需要轉(zhuǎn)錄因子ⅢA 和TFⅢB 和TFⅢC 的共同誘導(dǎo)［4］。RNA 聚合酶Ⅱ(RNA PolⅡ)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)錄核糖體蛋白, 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物與5S、28S、5.8S rRNA 結(jié) 合 形 成pre-60S 亞 基, 18S rRNA 也與核糖體蛋白結(jié)合成pre-40S 亞基。未組裝的CRP 對(duì)細(xì)胞有毒, 翻譯結(jié)束后將快速進(jìn)入細(xì)胞核, 并在CRP 伴侶蛋白的協(xié)助下被迅速降解［6,7］。

核糖體組裝的關(guān)鍵步驟是將核糖體蛋白結(jié)合到動(dòng)態(tài)折疊的pre-rRNA 上。60S 大亞基由5S、5.8S 和28S rRNA 和47 種CRPs 組成。40S 小亞基包含18S rRNA和33 種CRPs。核糖體蛋白進(jìn)入細(xì)胞核與新生的prerRNA 組裝形成前核糖體顆粒, 并在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)重排成為具有功能的40S 和60S 亞基。最后, 小亞基40S 和大亞基60S 共同組成胞質(zhì)核糖體［1］。

1.2 線粒體核糖體生物合成 真核細(xì)胞線粒體核糖體位于線粒體基質(zhì)中, 在調(diào)節(jié)細(xì)胞呼吸中起著關(guān)鍵作用。線粒體55S 核糖體由2 個(gè)亞基組成：39S 亞基由16S線粒體rRNA (mt-rRNA)和50 個(gè)MRP 組成, 參與催化肽基轉(zhuǎn)移酶反應(yīng), 而28S 亞基由12S mt-rRNA 和29 個(gè)MRP 組成, 為mRNA 結(jié)合和翻譯提供平臺(tái)［8］。

人線粒體DNA (mtDNA)編碼13 種蛋白質(zhì), 2 種mt-rRNA (12S mt-rRNA 和16S mt-rRNA) 和22 種tRNA［9］。mtDNA 基因在單亞基線粒體RNA 聚合酶(POLRMT)以及高遷移率族蛋白h-mtTFA/TFAM 以及2 個(gè)轉(zhuǎn)錄共激活蛋白h-mtTFB1 和h-mtTFB2 等的作用 下 轉(zhuǎn) 錄 成mt-rRNA 前 體12S mt-rRNA 和16S mtrRNA。h-mtTFB 因子與h-mtTFA 相互作用, 在與啟動(dòng)子結(jié)合的h-mtTFA 和POLRMT 之間建立功能橋梁, 促進(jìn) 轉(zhuǎn) 錄 起 始［9］。含 有12S-tRNAV-16S-RNA 的mtrRNA 前體被RNase P 和內(nèi)切酶ELAC2 切割, 形成成熟的12S mt-rRNA 和16S mt-rRNA［8］。

線粒體核糖體的生物合成發(fā)生在線粒體基質(zhì)中靠近mtDNA 類核的特定區(qū)域, 該區(qū)域包含RNA 加工酶、MRP 和其他線粒體生物合成所需的蛋白質(zhì)［10］。該過(guò)程是一個(gè)明確且嚴(yán)格的分層調(diào)控機(jī)制, 每一步都是由若干蛋白質(zhì)和RNA 分子共同調(diào)控, 其中細(xì)胞核和線粒體基因組的表達(dá)是必不可少的。MRP 由核基因組編碼,轉(zhuǎn)錄完成后相應(yīng)的mRNA 通過(guò)運(yùn)輸定位在線粒體附近的核糖體上, 隨后新生的MRP 被導(dǎo)入細(xì)胞器［11］。核糖體生物合成的最后一步即亞基的成熟以及成熟亞基的組裝過(guò)程目前仍未闡明清晰。最新研究分析了人類寄生蟲(chóng)布魯氏菌的大小線粒體亞基(LSU 和SSU)組裝中間體的結(jié)構(gòu), 研究表明, 線粒體核糖體的組裝是通過(guò)一個(gè)由組裝因子和若干GTPase 組成的廣泛的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)控的［12］。

2 核糖體生物合成在腫瘤發(fā)展中的作用

腫瘤細(xì)胞通過(guò)增加核糖體的生物合成(包括核糖體數(shù)量增加或修飾)以維持蛋白質(zhì)合成的高效率從而滿足腫瘤細(xì)胞的快速生長(zhǎng)［13］。核糖體蛋白與RNA 共同組成核糖體, 是核糖體的重要成分之一。研究表明,核糖體蛋白表達(dá)的改變可能會(huì)影響核糖體的生物合成,導(dǎo)致核仁或核糖體應(yīng)激。在這種壓力下, 一些CRPs 以核糖體游離形式轉(zhuǎn)移到核質(zhì)中, 通過(guò)核糖體外功能控制細(xì)胞周期、DNA 修復(fù)、細(xì)胞增殖、凋亡、自噬、耐藥、細(xì)胞遷移和侵襲等多種細(xì)胞過(guò)程［14-16］。因此核糖體蛋白與腫瘤成為近年研究的熱點(diǎn)。

2.1 rRNA 合成異常 RNA PolⅠ是所有細(xì)胞級(jí)聯(lián)信號(hào)的匯聚點(diǎn)。以往研究證實(shí), 癌基因的過(guò)度激活或抑癌基因的失活可刺激RNA PolⅠ的轉(zhuǎn)錄, 導(dǎo)致rRNA 合成上調(diào), 從而促進(jìn)細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖［17］。在多種腫瘤中,包括絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)、磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B (Akt)、哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)(mTOR)和酪蛋白激酶Ⅱ(CK2)在內(nèi)的激酶信號(hào)通路都與RNA PolⅠ的強(qiáng)激活有關(guān)［18］。

磷酸化視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白(phosphorylation retinoblastoma protein, pRB)在控制核糖體的生物合成中起著至關(guān)重要的作用。pRB 與rDNA 結(jié)合, 可招募組蛋白去乙?；?HDAC), 從而抑制rDNA 的轉(zhuǎn)錄。pRB還可直接結(jié)合UBF, UBF 是RNA PolⅠ驅(qū)動(dòng)高效轉(zhuǎn)錄所必需的反式作用因子。pRB 與UBF 的結(jié)合可以降低UBF 與DNA 結(jié)合的親和力, 從而抑制rDNA 的轉(zhuǎn)錄［18］。研究表明, 核糖體生物合成突變后癌細(xì)胞的rRNA 合成上調(diào), 表型更具侵襲性［18］。腫瘤抑制因子p53 作為pRB 可負(fù)向調(diào)控細(xì)胞周期并直接抑制核糖體的生物合成。另一個(gè)重要的腫瘤抑制因子是磷酸酶和緊張素同源物(PTEN), 通常PTEN 在人類癌癥中的功能處于喪失狀態(tài)。PTEN 可通過(guò)靶點(diǎn)Maf1 抑制rRNA 和tRNA 的表達(dá), 以抑制生物合成能力和癌癥的發(fā)展［19］。原癌蛋白c-Myc 是細(xì)胞核糖體或線粒體核糖體生物合成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子, 其促腫瘤活性是通過(guò)正向調(diào)節(jié)核仁RNA PolⅠ和POLRMT。在核仁中, c-Myc 誘導(dǎo)組蛋白的超乙?；蚏NA PolⅠ的轉(zhuǎn)錄激活, 與SL1 相互作用間接或直接對(duì)rDNA的E-box靶序列起作用［20］。在核水平上,c-Myc 還可以通過(guò)上調(diào)RNA PolⅡ介導(dǎo)的POLRMT 以及 其 他MRPs 如uS5 m (MRPS5) 和mS27 (MRPS27) 的轉(zhuǎn)錄來(lái)誘導(dǎo)線粒體生物合成［21］。此外, 研究表明, 線粒體功能和核糖體生物合成相關(guān)的基因都是Myc 的直接靶標(biāo), MYC 和協(xié)同因子HCF-1 相互作用調(diào)腫瘤節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝。

總而言之, 由RNA PolⅠ和(或)POLRMT 驅(qū)動(dòng)的基因轉(zhuǎn)錄改變可能通過(guò)不同的機(jī)制促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)化。因此, 具有高rRNA 和(或)mt-rRNA 水平的腫瘤細(xì)胞對(duì)RNA PolⅠ和(或)POLRMT 的抑制極其敏感。

2.2 核糖體蛋白調(diào)控細(xì)胞周期 腫瘤中多種核糖體蛋白的失調(diào)與細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)化有關(guān)。研究證實(shí), 核糖體蛋白參與細(xì)胞周期的調(diào)控, 主要作用于在細(xì)胞周期各階段具有特定功能的蛋白家族成員。一些核糖體蛋白可調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的正調(diào)節(jié)因子, 如細(xì)胞周期蛋白或細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶 (CDKs), 這是一種通過(guò)磷酸化協(xié)調(diào)細(xì)胞周期進(jìn)程的異二聚體蛋白激酶［13］。例如,uL10 m 調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白B1/CDK1 的活性, uL10 m 的沉默下調(diào)CDK1 激酶活性［22］。CDK1 是細(xì)胞周期從G2晚期過(guò)渡到有絲分裂的關(guān)鍵蛋白。

除此以外, 部分核糖體蛋白可影響細(xì)胞周期的其他調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)或間接調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。uL3 負(fù)調(diào)控E2F1 啟動(dòng)子的活性, 降低細(xì)胞周期蛋白D1 的mRNA和蛋白質(zhì)水平［23］。核糖體蛋白L5(RPL5)在結(jié)腸癌癌癥組織中的表達(dá)水平顯著高于癌旁組織, 而敲除RPL5可顯著抑制細(xì)胞的增殖和遷移, 并使細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期, 其作用可能是通過(guò)激活MAPK/ERK 信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)［24］。uS15 抑制p27 mRNA 表達(dá), 加速胃癌細(xì)胞G1/S 轉(zhuǎn)變, 促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞周期進(jìn)展［25］。uS8 是一種高度保守的CRP, 敲低uS8 可通過(guò)上調(diào)p21 和下調(diào)CDK1 顯著抑制細(xì)胞生長(zhǎng)、阻滯細(xì)胞周期［16］。

除了細(xì)胞周期蛋白和CDKs 外, 其他重要的效應(yīng)因子如Akt 和E2F 轉(zhuǎn)錄因子1(E2F1)在調(diào)節(jié)細(xì)胞周期中也起關(guān)鍵作用。L21 可通過(guò)調(diào)節(jié)E2F1 及其靶基因來(lái)控制細(xì)胞G1/S 期進(jìn)展［26］。Chen 等［27］已經(jīng)證明,MRPS36 通過(guò)改變p53 及其靶蛋白p21 的表達(dá)和翻譯后修飾來(lái)阻滯細(xì)胞周期, 抑制癌細(xì)胞的增殖。mL41 穩(wěn)定p53 并增強(qiáng)其向線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn), 從而激活細(xì)胞凋亡。而在缺乏p53 的細(xì)胞中, mL41 穩(wěn)定p27Kip1 并誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯在G1期［28］。

2.3 核糖體蛋白參與DNA 修復(fù) 核糖體蛋白在DNA修復(fù)中發(fā)揮重要的作用。uL3 水平與DNA 修復(fù)過(guò)程中的同源重組(HR)和非同源末端連接(end-joining,NHEJ)的活性之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性, 提示uL3 在DNA 修復(fù)過(guò)程的調(diào)控中發(fā)揮了重要作用［29］。uS3(rpS3)是40S 核糖體亞基的組成部分, 是一種多功能蛋白。在基因毒應(yīng)激下, uS3 的蘇氨酸殘基(T42)被ERK1/2磷酸化, 然后從核糖體被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核, 與7, 8 -二氫-8-氧代鳥(niǎo)嘌呤(8-oxoG)共定位于病灶［30］, 并增加8-oxoG 的活性, 參與堿基切除修復(fù)從而消除DNA病變［31］。TFⅡH 復(fù)合物的強(qiáng)解旋酶活性是解開(kāi)損傷周圍受損DNA 所必需的。uS3 還可通過(guò)與XPD 蛋白的相互作用與轉(zhuǎn)錄因子ⅡH(TFⅡH)結(jié)合, 增強(qiáng)核苷酸切除修復(fù)功能。

最近, Yang 等［32］發(fā)現(xiàn)L6 是參與DNA 損傷反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控因子。研究發(fā)現(xiàn), L6 通過(guò)與組蛋白H2A 的相互作用以PARP依賴的方式被募集到DNA損傷位點(diǎn)。L6 的沉默抑制了DNA 損傷檢查點(diǎn)1(MDC1)和H2A 組蛋白家族成員X(γH2AX)與DNA 損傷位點(diǎn)的結(jié)合, 導(dǎo)致DNA 損傷誘導(dǎo)的G2/M 檢查點(diǎn)缺陷、DNA 損傷修復(fù)缺陷。

NBS1 是DNA 修復(fù)復(fù)合體的一個(gè)組成部分, 可通過(guò)與MDM2 的結(jié)合影響基因組的穩(wěn)定性。MDM2 上的NBS1 結(jié)合區(qū)與部分CRP 包括［uL14、uL24 (L26)和uS11］的結(jié)合位點(diǎn)重疊。因此, 基因組穩(wěn)定性的維持可能與這些核糖體蛋白與MDM2 競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合NBS1 有關(guān)［33］。然而, 這些CRP 具體的作用尚不十分明確。此外, uS26 通過(guò)直接調(diào)節(jié)p53 的轉(zhuǎn)錄活性參與DNA 修復(fù)過(guò)程［34］。uS27L 也被證實(shí)在DNA 修復(fù)中發(fā)揮重要作用。在肺癌細(xì)胞中, RPS27L 可結(jié)合FANCD2 和FANCI這兩種蛋白參與DNA 損傷和修復(fù)。RPS27L 失活通過(guò)p62 介導(dǎo)的自噬-溶酶體途徑促進(jìn)FANCD2 和FNCI的降解, 從而損害DNA 鏈間的交聯(lián)修復(fù)［35］。

2.4 核糖體游離蛋白控制細(xì)胞凋亡 核糖體蛋白的核糖體外功能也包括調(diào)節(jié)細(xì)胞的凋亡。uS3 除了在DNA修復(fù)中起作用, 也有促凋亡的功能。uS3 的兩種功能(DNA 修復(fù)和細(xì)胞凋亡)分別涉及獨(dú)立的功能域。研究證明uS3 可與腫瘤壞死因子受體1 型相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白(TRADD)相互作用導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［36］。Lyn 是一種被雙鏈DNA 損傷劑激活的酪氨酸激酶, 在DNA 修復(fù)中發(fā)揮重要作用。uS3 可與Lyn 相互作用, 影響細(xì)胞的DNA 修復(fù), 改變其耐藥性。然而, 另有研究表明沉默uS3 可誘發(fā)黑色素瘤細(xì)胞線粒體介導(dǎo)的凋亡［37］。因此, uS3 在細(xì)胞凋亡過(guò)程中的潛在作用仍需進(jìn)一步闡明。在喉癌細(xì)胞中, uS14(S29)通過(guò)激活死亡受體介導(dǎo)的凋亡通路和線粒體介導(dǎo)的凋亡通路發(fā)揮其凋亡功能［38］。uL34(RPL34)的表達(dá)與腫瘤的不良預(yù)后有關(guān),uL34 通過(guò)激活Bad/Caspase7/PARP 信號(hào)通路誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡［39］。

另外, 核糖體蛋白表達(dá)變化通過(guò)影響蛋白質(zhì)合成,影響細(xì)胞的代謝和翻譯過(guò)程, 改變細(xì)胞凋亡的敏感性,導(dǎo)致耐藥的產(chǎn)生。uL28(RPL28)在肝癌索拉非尼耐藥細(xì)胞中的表達(dá)顯著上調(diào), 當(dāng)下調(diào)uL28 后可顯著抑制肝癌耐藥細(xì)胞的增殖, 逆轉(zhuǎn)索拉非尼耐藥。在p53 缺失的癌癥細(xì)胞中, uL3 作為一種促凋亡因子可影響rRNA的合成和加工, 激活uL3 介導(dǎo)的核仁應(yīng)激途徑［40］。uL3 還是自噬的抑制因子, uL3 的缺失也與自噬流量的增加和化療耐藥性有關(guān)。RPS15A 敲低增加了胱天蛋白酶3/-7 的活性, 并抑制了ERK1/2、Bad 和Chk1 的磷酸化水平, 誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞的凋亡［41］。此外, 在卵巢癌細(xì)胞中, 沉默S7 可下調(diào)促凋亡因子如p27cip/kip、BAX、Bcl-2 拮抗劑/殺傷劑(BAK)和Bcl-2 相關(guān)細(xì)胞死亡激動(dòng)劑(BAD), 導(dǎo)致細(xì)胞凋亡減弱［42］。

近期研究報(bào)道了一些MRPs 參與到凋亡通路的多種調(diào)控因子中。mL41 也被稱為BCL-2 相互作用線粒體核糖體蛋白質(zhì) (BMRP), 有助于p53 的穩(wěn)定, 誘導(dǎo)p53依賴性凋亡［43］。其原因可能與mL41 的N 端附近有BCL-2 結(jié)合位點(diǎn)有關(guān), 但mL41 促凋亡的具體機(jī)制仍需更深入探討。bL35 m (MRPL35)的耗竭會(huì)增加ROS 的積累并作用于線粒體, 破壞ΔΨm 并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬［44］。而mL42 (MRPL42)即程序性細(xì)胞死亡蛋白9(PCDP9), 以及mS29 (MRPS29)也稱為死亡相關(guān)蛋白(DAP)成員3(DAP3)被報(bào)道具有調(diào)控細(xì)胞凋亡的作用,但具體作用存在爭(zhēng)議［45,46］, 需要進(jìn)一步探討。

2.5 核糖體蛋白調(diào)控細(xì)胞周期 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)可調(diào)節(jié)正確折疊蛋白的運(yùn)輸, 同時(shí)靶向錯(cuò)誤折疊蛋白進(jìn)行蛋白水解［47］。在癌癥中, 蛋白質(zhì)降解功能不足導(dǎo)致錯(cuò)誤折疊蛋白和未折疊的蛋白質(zhì)的積累, 從而誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激［47］。研究表明, 在αβ T 細(xì)胞祖細(xì)胞中, eL22 (L22)的沉默加劇ER 應(yīng)激［48］。eL19 (L19)也可激活乳腺癌細(xì)胞的未折疊蛋白反應(yīng), 使其對(duì)ER 應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡敏感性增加, 但eL19 發(fā)揮作用的機(jī)制尚未完全闡明［49］。

此外, 一些CRPs 的表達(dá)改變、突變或缺乏也與自噬調(diào)節(jié)之間關(guān)系密切［50］。在乳腺癌和卵巢癌細(xì)胞系中, uL10、RPLP1 和RPLP2 等RPs 的缺失導(dǎo)致自噬發(fā)生增加［51］, 而沉默RPS27L 通過(guò)失活雷帕霉素復(fù)合物1(mTORC1)阻斷這一過(guò)程的阻斷［52］。最新研究發(fā)現(xiàn),uL3 在結(jié)腸癌中可作為自噬的負(fù)調(diào)節(jié)因子。uL3 過(guò)表達(dá)可顯著抑制自噬流, 這與自噬蛋白組分的表達(dá)降低有 關(guān)［50,53］。Zhang 等［44］證 明 了bL35 m (MRPL35)敲低導(dǎo)致自噬調(diào)節(jié)因子1 (DRAM1)和自噬相關(guān)5 (ATG5)表達(dá)上調(diào), 兩者都是自噬誘導(dǎo)的關(guān)鍵。目前文獻(xiàn)中關(guān)于MRPs 調(diào)節(jié)自噬的報(bào)道較少。

2.6 核糖體游離核糖體蛋白影響細(xì)胞遷移 癌細(xì)胞的遷移指的是腫瘤從原發(fā)部位向鄰近和遠(yuǎn)處組織的遷移, 是腫瘤復(fù)發(fā)的主要原因。研究表明, 核糖體蛋白在惡性腫瘤的遷移和侵襲中發(fā)揮作用。eL34 (L34)屬于CRPs 的L34E 家族, 在多種腫瘤中eL34 表達(dá)失調(diào), 該蛋白在體外和體內(nèi)均可促進(jìn)胰腺癌、膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲［54,55］, 其機(jī)制可能與抑制JAK/STAT3信號(hào)通路有關(guān)［55］。腫瘤侵襲的其中一個(gè)關(guān)鍵步驟是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)和基底膜(BM)的降解?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)是由癌細(xì)胞產(chǎn)生并參與侵襲的蛋白水解酶, 是一種鋅依賴性酶, 參與ECM 大分子的降解。eS6(S6)過(guò)表達(dá)可增強(qiáng)細(xì)胞遷移能力, 上調(diào)MMP2 表達(dá)［56］。eS6 的致癌和促轉(zhuǎn)移作用在食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞和卵巢癌細(xì)胞中得到證實(shí)［57］。

一些CRPs 和MRPs, 如uL3 和mS40 (MRPS18-B),可控制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過(guò)程影響細(xì)胞遷移。uL3的低表達(dá)與EMT 轉(zhuǎn)變相關(guān), 在人類纖維肉瘤細(xì)胞中,uS3通過(guò)與nm23-H1(一種已知的腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移抑制劑)的相互作用阻斷ERK 信號(hào)通路和基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)分泌, 從而降低細(xì)胞的侵襲能力［58］, mS40 過(guò)度表達(dá)誘導(dǎo)C-X-C 基序趨化因子受體4(CXCR4)的表達(dá), 從而導(dǎo)致扭曲相關(guān)蛋白2(TWIST2)的表達(dá)上調(diào)和上皮標(biāo)志物表達(dá)的下調(diào)。

MRP 在多種腫瘤中的表達(dá)也發(fā)生改變, 這表明,MRP 與CRP 均具有潛在的預(yù)后價(jià)值。在乳腺癌中,uL15 m (MRPL15)、uL13m (MPRL13)和mL54 (MPRL54)蛋白水平與癌癥復(fù)發(fā)、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和預(yù)后相關(guān)。然而,這些蛋白在乳腺癌中發(fā)揮活性的具體機(jī)制尚待探索。在肝癌中, uL13m 表達(dá)的降低與肝癌細(xì)胞的侵襲性表型相關(guān)［59］。mS23 的過(guò)量表達(dá)可誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞增殖,并與患者的生存率降低相關(guān)［60］。與mS23 類似, 上調(diào)mL66 (MRPS18-A)表達(dá)可促進(jìn)肝癌的發(fā)展［61］。此外, 研究表明, 一些表達(dá)MRPs 的基因, 包括bS1m(MRPS28)、uS2 m (MRPS2)、uL23m (MRPL23)、uS12 m(MRPS12)、bL12 m (MRPL12) 和mS34 (MRPS34), 可能是膠質(zhì)母細(xì)胞瘤治療的潛在靶標(biāo)［62］。線粒體氧化磷酸化(OXPHOS)是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要調(diào)節(jié)因子。據(jù)報(bào)道, MRPS23 的精氨酸21(R21)被精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶7(PRMT7)甲基化, 加速M(fèi)RPS23 的降解, 并通過(guò)升高mtROS 水平抑制OXPHOS, 增加乳腺癌癥細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。mL38 (MRPL38)在大多數(shù)轉(zhuǎn)移性癌細(xì)胞系中表達(dá)升高, 與腫瘤的侵襲性呈正相關(guān)。bL21m (MRPL21)和uL16 m (MRPL16)已被確定為結(jié)直腸癌的潛在預(yù)后標(biāo)記物。因此, CRP 和MRP 的表達(dá)可作為癌癥診斷、預(yù)后和治療的重要依據(jù)。

3 RPs 作為腫瘤診斷的生物標(biāo)志物

癌細(xì)胞生長(zhǎng)伴隨著核糖體生物合成和功能的改變, 因此研究腫瘤細(xì)胞中核糖體生物合成過(guò)程的改變可為腫瘤早期診斷、預(yù)后、治療以及生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)提供廣闊前景［63］。核糖體蛋白水平的降低與腫瘤惡性程度增加呈正相關(guān)。在T 細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病(T-ALL)中發(fā)現(xiàn)體細(xì)胞uL18、uL16 突變, 在多種腫瘤人群中10%～40%出現(xiàn)uS19(S15)、uL15(L27A)和eL22的突變；T-ALL 樣膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、黑色素瘤、乳腺癌和多發(fā)性骨髓瘤人群出現(xiàn)uL18 突變［63］。研究發(fā)現(xiàn)人前列腺癌患者組織中eS19(S19)、eS21(S21)和eS24(S24)過(guò)表達(dá)。eS19 和eS21 水平的變化與人前列腺癌的Gleason 組織分級(jí)相關(guān)。此外, 蛋白eS19 和eS24 在惡性和非惡性人前列腺癌組織中有不同的定位。因此,定量、定位分析這些CRP 對(duì)人前列腺癌的診斷和預(yù)后具有十分重要的意義。此外, eS24 也被報(bào)道可作為人結(jié)腸癌的生物標(biāo)記物［64］。對(duì)182 例患者進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明 uS17(S11)高表達(dá)水平與手術(shù)后較短的生存期相關(guān)［65］, 因此被認(rèn)為是肝細(xì)胞癌潛在的預(yù)后生物標(biāo)志物。另有研究發(fā)現(xiàn)uL3 在p53 缺失的結(jié)腸癌細(xì)胞中下調(diào)且uL3 表達(dá)降低與惡性進(jìn)展和腫瘤分級(jí)相關(guān), 也與腫瘤的化療(如5-FU 和OHP)耐藥密切相關(guān)［66］。因此, uL3可作為腫瘤預(yù)后的生物標(biāo)志物以評(píng)估患者對(duì)化療藥物的耐藥性, 避免不必要的藥物毒性［67］。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中, uS17 的缺失與拓?fù)洚悩?gòu)酶II(TOP2)的耐藥性有關(guān), 凋亡蛋白酶激活因子-1(APAF1)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的前提是uS17 蛋白的表達(dá)。

4 RPs 作為腫瘤治療的分子靶點(diǎn)

在癌癥發(fā)生發(fā)展中核糖體蛋白的表達(dá)和核糖體外功能會(huì)發(fā)生改變, 提示這些核糖體蛋白可作為新的腫瘤治療分子靶點(diǎn)。研究表明, 通過(guò)基因沉默來(lái)關(guān)閉這些CRP 的功能可以發(fā)揮抗癌作用。在前列腺癌中, uS5(S2)和eL19 的表達(dá)顯著升高。通過(guò)局部或全身遞送核酶樣寡核苷酸敲除uS5 可治療小鼠轉(zhuǎn)移性腫瘤。此外,Wang 等［68］證明uS5 可阻斷pre-let-7a-1 miRNA 加工,促進(jìn)癌基因的表達(dá), 使腫瘤向惡性表型轉(zhuǎn)化, 提示沉默uS5 可作為前列腺癌治療的一種潛在治療靶標(biāo)。

CRP 在細(xì)胞中普遍存在, 沉默編碼特定CRP 的基因不僅可以殺死腫瘤細(xì)胞, 同時(shí)也殺死了健康細(xì)胞。在乳腺癌中, eL39 (L39)和eL32 (L32)是治療的潛在靶點(diǎn)。研究表明, 通過(guò)脂質(zhì)體納米顆粒包裝特異性小干擾RNA (siRNA)消耗eL39, 抑制缺氧誘導(dǎo)調(diào)節(jié)一氧化氮合酶(iNOS)和缺氧誘導(dǎo)因子1α(HIF1α)的表達(dá), 可顯著抑制動(dòng)物模型中腫瘤的生長(zhǎng)［69］。該策略可選擇性靶向癌細(xì)胞, 而使正常細(xì)胞免受不良影響, 是一種有效且有前景的治療方案。此外, 使用慢病毒(LV)遞送的siRNA 對(duì)eL32 進(jìn)行沉默, 也可顯著減少體內(nèi)外癌細(xì)胞的遷移和侵襲［70］。在肺癌中, eL32 過(guò)表達(dá)與肺癌患者預(yù)后不良有關(guān)。eL32 沉默影響核糖體生物合成應(yīng)激,導(dǎo)致uL18和uL5從細(xì)胞核向核質(zhì)易位并與MDM2結(jié)合,導(dǎo)致p53 的積累, 從而抑制肺癌的增殖［71］, 因此eL32也有望成為肺癌治療的新靶點(diǎn)。在卵巢癌中, 用LV 小發(fā)夾RNA (shRNA)敲低eS6 可顯著抑制卵巢癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力, 誘導(dǎo)細(xì)胞G0/G1期阻滯, 因此eS6 也被認(rèn)為是卵巢癌患者的治療靶點(diǎn)。

個(gè)體核糖體蛋白的缺失和過(guò)度表達(dá)均與細(xì)胞表型的特異性改變有關(guān)。uL3 是細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵決定因素, uL3 可與游離核糖體共同誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和凋亡, 抑制細(xì)胞自噬［72］, p53 突變或缺失可導(dǎo)致癌細(xì)胞對(duì)化療藥物產(chǎn)生耐藥性［73］。轉(zhuǎn)染uL3 表達(dá)載體可通過(guò)調(diào)節(jié)ROS 水平、GSH 含量和胱氨酸攝取恢復(fù)耐藥細(xì)胞的化療敏感性。uL14 的轉(zhuǎn)導(dǎo)也可增強(qiáng)腺病毒介導(dǎo)的p53 對(duì)細(xì)胞增殖的抑制。異位的uL14 蛋白通過(guò)穩(wěn)定p53 使其在細(xì)胞內(nèi)積累, 進(jìn)而引起p53 下游靶基因MDM2 和p21 的表達(dá)水平升高［74］。此外, eL41 (L41)誘導(dǎo)活化轉(zhuǎn)錄因子4 (ATF4)的降解, ATF4 是腫瘤細(xì)胞存活的主要調(diào)節(jié)因子, 有助于恢復(fù)腫瘤細(xì)胞對(duì)化療的敏感性［75］。

綜上所述, 核糖體生物合成貫穿于腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中, 核糖體蛋白與腫瘤的關(guān)系成為近年來(lái)研究的新熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的化療和放療盡管也可誘導(dǎo)凋亡和細(xì)胞周期阻滯, 但同時(shí)可能導(dǎo)致DNA 損傷, 阻礙 rRNA的轉(zhuǎn)錄或合成, 從而影響基因組的穩(wěn)定性。核糖體蛋白本身沒(méi)有細(xì)胞毒的作用, 但能直接或間接調(diào)節(jié)細(xì)胞周期, 參與DNA 損傷修復(fù)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移侵襲、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、自噬及化療的敏感性, 對(duì)腫瘤細(xì)胞發(fā)揮廣泛的調(diào)節(jié)作用。這都表明核糖體蛋白無(wú)論是作為腫瘤診斷的生物標(biāo)記物或者腫瘤治療的靶點(diǎn)都具有很強(qiáng)的潛力。然而, 腫瘤組織內(nèi)缺氧和酸中毒等應(yīng)激因素可產(chǎn)生異常激活的腫瘤區(qū)域, 其多樣性導(dǎo)致了核糖體的異質(zhì)性和復(fù)雜性,這些都是尚未探索的新領(lǐng)域。因此選擇性靶向腫瘤中特定細(xì)胞群的核糖體生物合成十分具有挑戰(zhàn)性, 仍需要更多的研究從機(jī)制上揭示核糖體生物合成在腫瘤形成、進(jìn)展、轉(zhuǎn)移和治療中的意義。