核不均一性核糖核蛋白的異常表達與腫瘤發生*

郭 榕 李 勇

·國家基金研究進展綜述·

核不均一性核糖核蛋白的異常表達與腫瘤發生*

郭 榕①李 勇②

核不均一性核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP）家族是一組調節前體mRNA（pre-mRNA）分子的選擇性剪接以及mRNA轉運、翻譯和穩定性等的多功能RNA結合蛋白。hnRNP A1和hnRNP A2是該家族中表達水平最高、研究最為廣泛的成員，兩者具有高度的序列同源型和功能相似性，在多種腫瘤組織中高表達，通過調節多種腫瘤相關基因pre-mRNA選擇性剪接和mRNA穩定性，參與調控了腫瘤細胞的增殖、凋亡、腫瘤相關的炎癥與免疫反應、上皮-間質轉換等多種細胞生物學過程，從而成為腫瘤發病分子機制以及腫瘤診斷和治療領域研究的熱點。

hnRNP A1基因 hnRNP A2基因 腫瘤 選擇性剪接

前體mRNA（pre-mRNA）分子的選擇性剪接是一個重要的轉錄后調節機制，通過選擇性剪接，單一基因可以產生多個轉錄本和蛋白。人類基因組包含大約30 000個基因并且超過90%的基因存在選擇性剪接［1］。由同一個pre-mRNA分子的不同剪接體編碼的蛋白分子可以展現出不同的分子構象，從而具有不同甚至相反的生物學功能［2］。核不均一性核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP）家族包括至少20個成員，命名從hnRNP A1到hnRNP U，參與調控了多種基因pre-mRNA分子的選擇性剪接以及mRNA轉運、定位、穩定和翻譯等［3-5］。hnRNP A1和hnRNP A2是hnRNP家族的重要成員，在多種腫瘤組織中表達水平增高，通過調控多種腫瘤相關基因的異常選擇性剪接可以產生致癌性的剪接體，后者通過影響細胞的增殖、凋亡敏感性、腫瘤相關的炎癥與免疫反應及上皮-間質轉換（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）等促進腫瘤的發生和發展。現就近年來有關hnRNP A1和hnRNP A2在惡性腫瘤中的異常表達情況以及與促進腫瘤發生、發展的機制研究進展做一綜述。

1 hnRNP A1和hnRNP A2的結構和功能特征以及在腫瘤組織中的表達情況

hnRNP蛋白家族成員大多具有共同的結構域（均包含RNA結合結構域RRM或KH），并具有核漿穿梭能力［3］。hnRNP蛋白主要作為pre-mRNA分子選擇性剪接的抑制因子發揮作用，可與定位于外顯子或內含子中特異性的剪接沉默子序列（silencers in exons or introns，ESS or ISS）相結合以促使外顯子排除［5］。hnRNP A1和hnRNP A2均擁有共同的兩個N末端串聯RRM/RBD型RNA結合區和一個富含甘氨酸的C末端輔助區，并具有高度的序列同源性和功能相似性，hnRNP A1和hnRNP A2識別的被調控基因pre-mRNA上的特異序列為UAGGG（A/U）［6］。hnRNP A1和hnRNP A2基因在胚胎發育期間呈高水平表達，并以組織和細胞特異性表達方式受到嚴格調控，但在正常成體組織中表達水平顯著下降［7］。

多項研究報道hnRNP A1和hnRNP A2在多種腫瘤組織中高表達，包括乳腺癌［8］、肺癌［9］、白血病［10］、結直腸癌［11］、肝癌［12］、膠質母細胞瘤［13］、胃癌［14］等組織中均檢測到高表達。hnRNP A1和hnRNP A2的異常表達已被當作多種腫瘤的早期腫瘤分子標志物。2009年，Ma等［11］研究發現，hnRNP A1的表達上調與結直腸癌的高惡性度、腫瘤復發以及預后差顯著相關；結直腸癌患者血清中的hnRNP A1的表達水平也明顯高于健康人群；進一步應用RNA干擾技術下調結直腸癌細胞SW480中的hnRNP A1表達可抑制腫瘤細胞增殖。該研究結果提示，hnRNP A1可作為結直腸癌早期診斷、預后、檢測抗腫瘤治療效果的分子標志物。2010年，Cui等［12］研究報道，在肝細胞癌去分化期間hnRNP A2總體表達量和定位于細胞胞漿中的hnRNP A2的量均增加，提示hnRNP A2的表達量和蛋白分子的亞細胞定位均呈現出與腫瘤進展的相關性。

2 hnRNP A1和hnRNP A2異常表達促進腫瘤發生和發展的機制

根據目前研究報道，hnRNP A1和hnRNP A2異常表達促進腫瘤發生和發展的機制主要涉及如下幾個方面。

2.1 參與細胞凋亡與細胞增殖的調節

目前已有多項研究證實hnRNP A1和hnRNP A2可以通過調節凋亡相關基因的選擇性剪接或穩定性而影響凋亡。2008年，Han等［15］通過在人非小細胞肺癌細胞A549中開展siRNA特異性干擾實驗發現，A549細胞的hnRNP A2表達下調后，G1期細胞增加而S期細胞減少，細胞凋亡明顯增加。2009年，He等［16］應用微陣列技術，檢測shRNA抑制hnRNP A2表達前后的人皮膚鱗狀細胞癌細胞Colo16的基因表達水平變化，在hnRNP A2表達下調的細胞中鑒定出123個基因的表達水平發生了改變，包括cyclin D2、p16、p21、IRF7、PSIP1、STAT1等參與了細胞周期和細胞增殖的調節。2013年，Babic等［17］在膠質母細胞瘤中開展了活化EGFRvIII誘導的全基因組水平的剪接體篩查，研究發現，hnRNP A1調控Max基因的剪接，增加了Delta Max的剪接體形式，而Delta Max與癌蛋白Myc相互作用增強了Myc誘導細胞惡性轉化的能力。2013年，Chettouh等［18］研究報道，EGFR/MAPK/ ERK通路經誘導活化后，可上調肝癌細胞中hnRNP A1、hnRNP A2、hnRNP H等剪接因子的表達，通過影響胰島素受體（Insulin receptor，IR）的剪接形式，提高IR-A：IR-B的比值，激活胰島素信號通路，發揮促進腫瘤細胞增殖的作用。2014年，Shilo等［19］研究發現，hnRNP A1和hnRNP A2過表達可誘導永生化肝細胞的惡性轉化，而下調hnRNP A1和hnRNP A2的表達則可以抑制肝癌細胞的體外生長和體內致瘤能力；進一步研究發現，hnRNP A2通過調控A-Raf基因的剪接增加了功能性A-Raf基因的剪接體形式，進而誘導激活Ras-MAPK-ERK通路，發揮刺激腫瘤細胞增殖的作用。

2.2 影響腫瘤相關的炎癥與免疫反應

腫瘤微環境中的免疫和炎癥狀況參與影響了腫瘤的發生和進程，并在決定疾病結局中發揮重要的作用。目前關于炎癥的促癌和抗癌活性均有許多證據支持。一方面，通過產生生物活性分子例如細胞因子、趨化因子、生長因子，慢性炎癥會刺激細胞增殖、侵襲、血管發生、轉移并抑制細胞凋亡［20］。另一方面，一些研究已經揭示，通過募集免疫抑制性炎性細胞，如調節性T細胞（regulatory T cells，Tregs）和骨髓來源抑制細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs），腫瘤細胞能促進抑制免疫的腫瘤微環境形成并最終促進腫瘤進展［21］。

目前已有多項研究報道，剪接調節因子可以通過調控多種炎性因子mRNA的選擇性剪接或mRNA穩定性進而影響腫瘤相關的炎癥和免疫反應。2009年，Tauler等［22］總結相關文獻報道，包括hnRNP A2在內的多種hnRNP家族成員通過影響GLUT1、cP4Ha、TNFα、IL-1β等炎性因子的mRNA穩定性參與炎癥反應的調節，在慢性阻塞性肺病和肺癌的發生、發展過程中發揮重要調控作用。Egr-2（early growth response-2）是一個重要的T細胞功能調節因子，Rübsamen等［23］在egr-2 mRNA的5'-UTR區鑒定了幾個IRES（internal ribosome entry sites）順式反應元件，并發現hnRNP A1和另一個hnRNP家族成員hnRNP I能夠直接與IRES元件結合并調控egr-2蛋白的翻譯表達，而egr-2蛋白通過抑制IL-2的產生誘導T細胞耐受，進而影響機體免疫和炎癥反應。2013年，Guo等［2］研究發現，hnRNP A1和hnRNP A2可以在人非小細胞肺癌中調節IRF-3（interferon regulatory factor-3）的pre-mRNA分子選擇性剪接，進而影響IRF-3下游靶基因IFNβ和IP-10表達，并影響與人非小細胞肺癌細胞共培養的炎性細胞的免疫調節功能。

2.3 促進上皮-間質轉換（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）

EMT是一個將組織上皮細胞轉變為擁有間質形態細胞的過程，在EMT過程中發生的頂-基底極性丟失、細胞-細胞連接解離和肌動蛋白細胞骨架重塑使得組織上皮細胞具有了間質細胞的特征，具有了遷移、游走和侵襲的特性［24］。EMT是胚胎發育的重要機制，在細胞惡性轉化過程中也發揮了重要的作用。大約90%的人類惡性疾病是上皮起源的腫瘤-癌癥，癌癥轉移的早期步驟通常與參與EMT的發育過程驚人的相似，發生EMT轉換的腫瘤細胞脫離腫瘤組織而侵襲周圍組織，在腫瘤微環境中的細胞和胞外基質的引導下朝著血管或淋巴管遷移［25］。越來越多的研究工作涉及到腫瘤細胞侵襲和播散中的EMT樣機制。

hnRNP家族成員通過選擇性pre-mRNA剪接調控參與調節了胚胎干細胞和腫瘤細胞的EMT過程。2010年，Tauler等［26］研究發現，hnRNP A2通過上調E-cadherin的表達促進了肺癌細胞A549和H1703的EMT轉換和遠處轉移。2013年，Bonomi等［27］研究報道，hnRNP A1和SRSF1共同參與了Ron酪氨酸激酶受體基因外顯子11的剪接調控，SRSF1通過與位于外顯子12上的剪接增強子序列結合，促進外顯子11的剪接保留和ΔRon（一種持續活化的激酶形式）剪接體形式的產生，從而活化腫瘤細胞的EMT過程；hnRNP A1則通過與位于外顯子12上的剪接抑制子序列結合，抑制SRSF1與剪接增強子序列的結合，從而促進外顯子11的剪接缺失，抑制了ΔRon剪接體形式的產生，活化了與EMT相反的過程。2013年，Choi等［28］研究發現，hnRNP A2在未分化的人胚胎干細胞（human embryonic stem cells，hESCs）中高表達，而下調hnRNP A2基因表達則誘導了hESCs的分化和EMT轉換，提示hnRNP A2在維持hESCs的未分化狀態和上皮細胞表型方面發揮了重要作用。

2.4 影響能量代謝

區別腫瘤細胞和正常細胞的一個重要特征是能量代謝的調節。在有氧情況下，絕大多數正常成體組織通過檸檬酸循環和氧化磷酸化，利用大部分養分做最大能量產出。而腫瘤細胞則是采用有氧糖酵解的途徑，即將葡萄糖轉化為乳酸的低效產能方式，通過該方式可以合成細胞生長所需的高分子物質。丙酮酸激酶（pyruvate kinase，muscle，PKM）是糖酵解途徑的關鍵限速酶之一。由PKM基因轉錄體的選擇性剪接產生兩個異構體—PKM1和PKM2，PKM1在有大量能量產生的成體組織如肌肉和腦中表達，能夠有效地將磷酸烯醇式丙酮酸轉變為丙酮酸并優先用于氧化磷酸化的產能過程中，而PKM2在有高核酸合成率的細胞例如胚胎細胞、干細胞和腫瘤細胞中表達，并在有氧糖酵解中發揮關鍵作用［29］。在胚胎發育的組織分化期，PKM2被替換成組織特異性的異構體。然而，在腫瘤發生期間PKM1消失而PKM2重新出現。2008年，Christofk等［30］研究發現，用PKM1替換PKM2顯著地降低了腫瘤細胞中乳酸的產生和減小腫瘤的體積，而PKM2在腫瘤細胞中的重新表達則明顯促進了腫瘤增殖。

2010年，David等［31］通過開展siRNA特異性干擾實驗下調hnRNP A1和hnRNP A2表達水平，研究PKM1與PKM2分子之間選擇性剪接轉換的調控機制。研究發現hnRNP A1和hnRNP A2與PKM的外顯子9側翼的內含子序列相結合，從而調控了PKM基因的選擇性剪接；研究進一步證明，癌蛋白c-Myc通過上調hnRNP A1和hnRNP A2表達水平而維持PKM2/PKM1的高比率。2012年，Sun等［32］研究發現，在結直腸癌細胞中以hnRNP A1和hnRNP A2為靶基因的microRNAs（miR-124，miR-137和miR-340）通過抑制hnRNP A1和hnRNP A2調控PKM基因的剪接方式，下調的PKM2/PKM1比率抑制了腫瘤細胞的有氧糖酵解代謝過程，從而抑制了腫瘤細胞的增殖。

3 結語

hnRNP A1和hnRNP A2基因在多種腫瘤組織中過表達，通過調節多種腫瘤相關基因pre-mRNA的選擇性剪接和mRNA穩定性，參與調控了腫瘤細胞的多種細胞生物學過程。hnRNP A1和hnRNP A2在腫瘤組織中表達水平增高的分子機制以及細胞核漿定位的調控機制還有待于進一步的探討。新近的研究報道，hnRNP A2通過與microRNAs序列中的特定模體結構識別，引導microRNAs進入細胞外吐小體（exosome），從而實現從供體細胞向受體細胞的傳輸，該研究提示可以選擇性的向腫瘤細胞內運輸具有調控功能的RNA以達到生物治療的目的［33］。相信隨著hnRNP A1和hnRNP A2所調控目的基因多樣性的不斷增加以及對靶基因剪接調控分子機制認識的不斷深入，hnRNP A1和hnRNP A2基因在腫瘤的早期診斷、基因治療及其預后判斷方面將會有廣泛的應用前景。

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（2014-08-26收稿）

（2014-10-23修回）

（本文編輯：鄭莉）

Correlation between abnormal heterogeneous nuclear ribonucleoprotein expression and tumors

Rong GUO1,Yong LI2

Yong LI;E-mail:yongli369@126.com
1The First Department of Thoracic Medical Oncology and2Department of Laboratory Animal,Peking University Cancer Hospital and Institute,Ministry of Education Key Laboratory of Carcinogenesis and Translational Research,Beijing 100142,China
This work was supported by The National Natural Science Foundation of China(No.30871366)

Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein(hnRNP)is a family of multifunctional nuclear RNA-binding proteins that regulate the alternative splicing of pre-mRNA and the transport,translation,and stability of mRNA.The most abundant and best characterized proteins of this group are hnRNPA1 and hnRNPA2,which share a high degree of sequence homology and functional similarity. HnRNPA1 and hnRNPA2 are upregulated in multiple human tumors and modulate the alternative splicing and mRNA stability of various tumor-related genes critical to tumor cell growth,apoptosis,inflammatory and immune reactions,and epithelial-to-mesenchymal transition.Therefore,hnRNPA1 and hnRNPA2 have potential diagnostic,prognostic,and therapeutic values.

hnRNPA1 gene,hnRNPA2 gene,tumor,alternative splicing

10.3969/j.issn.1000-8179.20141459

①北京大學腫瘤醫院暨北京市腫瘤防治研究所胸部腫瘤內一科，惡性腫瘤發病機制及轉化研究教育部重點實驗室（北京市100142）；②實驗動物室

*本文課題受國家自然科學基金項目（編號：30871366）資助

李勇 yongli369@126.com

郭榕 專業方向為慢性炎癥和腫瘤免疫與非小細胞肺癌發生發展的相關性。

E-mail：qdguorong2008@126.com