多聚嘧啶區結合蛋白1促進腫瘤發展分子機制的研究進展

王克朕，張慧鯤，谷峰，馬勇杰

天津醫科大學腫瘤醫院國家腫瘤臨床醫學研究中心天津市腫瘤防治重點實驗室天津市惡性腫瘤臨床醫學研究中心，天津 300060

惡性腫瘤嚴重危害人類健康，其發生發展與多種基因前體mRNA的可變剪接密切相關。多聚嘧啶區結合蛋白1（PTBP1）是RNA結合蛋白（RBP）核不均一性核糖核蛋白（hnRNP）家族的成員，能夠參與調控包括可變剪接在內的多種轉錄后修飾過程。PTBP1參與神經細胞的生長分化、T細胞的活化、精子發生、胚胎發育、紅細胞發育等多種細胞活動，在包括神經元轉錄、神經發生、突觸成熟和分化在內的神經細胞整個發育過程中均扮演重要角色，其在正常神經發育過程中表達受到抑制，而在多種腦腫瘤細胞以及其他腫瘤細胞中高表達［1］。PTBP1在腫瘤細胞中的功能受RBP、微小RNA（miRNA）和長鏈非編碼RNA（lncRNA）等多種分子調控，可直接或間接參與結直腸癌、腎細胞癌、乳腺癌和膠質瘤等多種腫瘤的發生發展，并在其中作為細胞能量代謝、增殖、凋亡、侵襲和轉移的調節因子發揮促癌作用［2］。現將PTBP1促進腫瘤發展的分子機制綜述如下。

1 PTBP1通過影響腫瘤細胞能量代謝發揮促癌作用

腫瘤特異性能量代謝，即Warburg效應，是腫瘤的關鍵特性之一。腫瘤細胞中糖酵解途徑的增強是Warburg效應最顯著的特征，糖酵解系統受多種基因調節，丙酮酸激酶M1（PKM1）、PKM2是其關鍵限速酶。PKM1和PKM2可分別促進三羧酸循環和糖酵解，PKM1在大腦和肌肉等高能量需求器官和組織中高表達，PKM2主要表達于肺、腎和脂肪等器官和組織。此外，PKM2也在多種增殖細胞如胚胎細胞和腫瘤細胞中表達［3］。有研究表明，PKM1表達上調可促進氧化磷酸化并抑制腫瘤發生，而PKM2表達上調可以促進腫瘤進展［4］。PTBP1作為PKM1的剪接抑制子，能夠促進PKM1向PKM2轉化，進而促進腫瘤的發生發展［5］。

橫紋肌肉瘤（RMS）是一種好發于兒童的軟組織肉瘤，在RMS細胞系及RMS臨床病例中均可發現肌肉特異性miRNA miR-1和miR-133b表達下調以及PTBP1表達上調。RMS細胞中這兩種miRNA的異位表達均可沉默PTBP1并介導自噬性細胞凋亡。此外，miR-133b也可下調嵌合基因PAX3-FOXO1表達，而PAX3-FOXO1通過促進PTBP1表達正向調控PKM2表達。上述發現提示，miR-1/PTBP1、miR-133b/PTBP1軸和miR-133b/PAX3-FOXO1/PTBP1軸在腫瘤特異性能量代謝的維持中發揮作用［6］。

芹菜素（AP）是一種從芹菜中提取的黃酮類化合物。在結腸癌中，AP可以阻斷β-Catenin/c-Myc/PTBP1信號通路，在促進PKM1表達的同時降低PKM2的表達和活性，進而抑制細胞糖酵解途徑，介導抑癌效應［7］。絲氨酸和精氨酸富含剪接因子3（SRSF3）是一種可以通過促進選擇性4號外顯子的納入進而調控自身表達的剪接因子。SRSF3沉默可介導人結腸癌細胞的生長抑制并導致PKM1與PKM2比例增加，進而導致代謝途徑從糖酵解向氧化磷酸化轉移，最終使腫瘤細胞產生活性氧簇（ROS）并介導細胞自噬性死亡。PTBP1通過結合SRSF3的4號外顯子抑制其納入，導致與腫瘤發生相關的SRSF3功能性亞型表達增加，進而促進結腸癌細胞腫瘤特異性能量代謝［8］。

在膀胱癌細胞中，miR-145可從翻譯水平下調原癌基因c-Myc蛋白表達，進而下調PTBP1表達［9］，而c-Myc和PTBP1表達降低可以阻斷MAPK/ERK信號通路和PI3K/AKT信號通路，進而削弱腫瘤特異性能量代謝［10］。晚期糖基化終末產物受體（RAGE）及其配體高遷移率族蛋白B1（HMGB1）是影響胃癌合并糖尿病患者預后的獨立危險因素。RAGE和HMGB1均可調節PTBP1的表達，抑制細胞糖酵解，進而影響胃癌細胞的增殖和遷移［11］。

研究顯示，PTBP1在促進慢性髓細胞樣白血病細胞生長中發揮關鍵作用。在慢性髓細胞樣白血病治療中，AIC-47和伊馬替尼能夠抑制PTBP1表達并上調PKM1表達，使其對腫瘤能量代謝的抑制效果更顯著［5］。此外，PKM2可被PTBP1上調，進而促進Beclin-1磷酸化并介導核磷蛋白突變的急性髓系白血病的自噬激活［12］。另外，PTBP1的上調及其對PKM的可變剪接調節能夠促進胰導管腺癌（PDAC）細胞耐藥，使其轉化為耐藥型胰導管腺癌（DRPDAC）。在DR-PDAC中，PTBP1被招募至PKM的前體mRNA，敲低PTBP1可改善PDAC對化療的應答［13］。因此，PTBP1具有作為潛在治療靶點的可能。

2 PTBP1通過影響腫瘤細胞增殖和凋亡發揮促癌作用

研究顯示，PTBP1可通過對RNA特異性腺苷脫氨酶1（ADAR1）的可變剪接調控腫瘤細胞增殖。PTBP1能夠通過內部核糖體進入位點樣元件調節ADAR1 p110亞型的翻譯模式，使ADAR1 p110蛋白水平在膠質瘤細胞中上調，繼而促進膠質瘤發生，而敲低ADAR1 p110可顯著抑制膠質瘤細胞的增殖能力［14］。有研究發現，PTBP1在人肝細胞癌（HCC）的細胞和組織中表達增加，且其高表達與腫瘤體積增加和生存率降低呈正相關。在作用機制上，PTBP1通過與細胞周期蛋白D3（CCND3）mRNA的5"非翻譯區（5"-UTR）相互作用促進CCND3蛋白的翻譯，進而促進細胞周期進展和腫瘤生長。此外，研究發現，HCC中PTBP1與miR-194表達水平呈負相關，miR-194可通過結合PTBP1 mRNA的3"-UTR抑制PTBP1表達，導致CCND3蛋白水平降低進而抑制HCC細胞增殖。上述發現提示，PTBP1是HCC生長的關鍵增強因子，miR-194/PTBP1/CCND3軸在HCC發生發展中起關鍵作用，靶向該軸可能是治療HCC的新方向［15］。

研究顯示，PTBP1可通過剪接髓樣細胞白血病蛋白1（MCL1）調控腫瘤細胞凋亡。MCL1屬于B細胞淋巴瘤2（BCL-2）家族，在細胞內發揮重要的促凋亡作用。PTBP1通過調控MCL1對微管蛋白化療藥物的凋亡應答，進而調控其mRNA表達。下調PTBP1可促進MCL1蛋白表達及其基因在腫瘤細胞胞質中的積累，進而促進腫瘤細胞凋亡［16］。ZHU等［2］研究顯示，PTBP1通過結合p27 mRNA 5"-UTR區的核糖體進入位點樣元件，促進p27蛋白的翻譯，進而促進細胞凋亡。而lncRNA OVAAL可通過競爭性結合PTBP1減少其與p27 mRNA的結合，抑制p27蛋白翻譯以降低細胞凋亡。PANDAR是由重組周期蛋白依賴蛋白激酶抑制劑1（CDKN1A）基因的啟動子區轉錄得到的一種參與調控腫瘤細胞凋亡和增殖的lncRNA。PTBP1通過調控促凋亡因子BCL-X的可變剪接促進其短亞型BCL-XS的表達，進而抑制腫瘤細胞凋亡，而PANDAR通過與PTBP1相互作用抑制其與BCL-X的結合，導致BCL-XS亞型減少，從而促進腫瘤細胞凋亡［17］。另有研究顯示，膠質瘤組織和細胞中lncRNA PVT1和PTBP1表達增強，miR-128-1-5p表達降低，下調PVT1或上調miR-128-1-5p可通過抑制PTBP1表達來促進膠質瘤細胞凋亡，提示PTBP1通過抑制腫瘤細胞凋亡來參與膠質瘤的發生發展［18］。

3 PTBP1通過影響腫瘤細胞轉移發揮促癌作用

研究顯示，PTBP1介導的組織特異性剪接在不同組織的發育中起重要作用。在膠質母細胞瘤中，腦特異性miRNA miR-124減少可導致PTBP1表達升高。升高的PTBP1可介導人膜聯蛋白A7（ANXA7）外顯子的可變剪接，削弱其腫瘤抑制能力并促進膠質母細胞瘤的轉移。另外，PTBP1對ANXA7腦特異性盒式外顯子的剪接能夠抑制核內ANXA7對癌蛋白表皮生長因子受體（EGFR）的靶向作用，提示miR-124/PTBP1/ANXA7軸通過增強EGFR信號促進膠質母細胞瘤的轉移［19］。

WANG等［20］研究發現，PTBP1可調控結直腸癌細胞中多種靶基因的選擇性剪接。PTBP1能夠介導皮層肌動蛋白（CTTN）外顯子11的剪接，PTBP1的敲除可以促進CTTN外顯子11的刪除進而抑制CTTN亞型a的表達，而CTTN亞型a表達下降可顯著抑制結直腸癌細胞的遷移和侵襲，過表達CTTN亞型a則可以逆轉PTBP1基因敲除對細胞運動的影響，提示PTBP1通過促進CTTN外顯子11的納入增強結直腸癌的遷移侵襲。另有研究顯示，PTBP1通過與自噬相關蛋白10（ATG10）直接相互作用負反饋調節其表達水平，在結腸癌細胞中發揮關鍵作用。PTBP1下調可促進ATG10的表達，而過表達PTBP1則抑制ATG10的表達，敲低ATG10可介導結腸癌細胞的遷移和侵襲，故PTBP1通過下調ATG10促進結腸癌細胞的轉移［21］。另外，癌基因KRAS突變可通過RAS-MAPK通路上調E26轉錄因子1（ELK1）表達水平，進而促進Myc和PTBP1表達，最終以細胞類型特異性的方式促進結腸癌細胞的增殖、遷移和分化。

HE等［22］發現，PTBP1可通過調控細胞分化周期蛋白（CDC42）和衰老相關分泌表型（SASP）促進腫瘤細胞轉移。CDC42通過可變剪接產生的兩種亞型（CDC42-v1、CDC42-v2）是腫瘤發生過程中絲狀偽足形成的主要調節者，其中CDC42-v1發揮促癌作用且在卵巢癌組織中高表達，而CDC42-v2與之相反。PTBP1可通過調節CDC42可變剪接下調CDC42-v2的表達，進而促進卵巢癌的發生和轉移。此外，PTBP1也可通過PTEN-PI3K/AKT信號通路和乏氧介導因子1α（HIF-1α）信號通路調節腎細胞癌腫瘤細胞的生長、遷移和侵襲。

4 PTBP1通過其他分子機制發揮促癌作用

環狀RNA（circGLIS3）在非小細胞肺癌（NSCLC）中通過抑制多種抑癌miRNA發揮促癌作用，而NSCLC的發生發展過程中存在circ‐GLIS3/miR-644a/PTBP1正反饋環路。研究發現，PTBP1是miR-644a的一個新靶點，circGLIS3可以通過miR-644a上調PTBP1的表達，且PTBP1可以與circGLIS3的側翼內含子結合以促進circGLIS3成環，進而發揮促癌作用。ZHAO等［23］研究顯示，成纖維細胞生長因子受體1（FGFR1）的異常可變剪接在多種腫瘤類型中與腫瘤的發生發展及不良預后相關。FGFR1β亞型的表達水平及FGFR1β與FGFR1α的比例在基底型乳腺癌中均有升高，FGFR1β高表達的MCF-10A乳腺癌細胞生長和運動能力均有所增強。PTBP1可以通過結合FGFR1調控其兩種亞型的表達，敲低PTBP1可使FGFR1β的表達水平顯著升高，同時降低FGFR抑制劑BGJ-398對FGFR1β表達的抑制效果，進而促進乳腺癌細胞的生長。此外，有研究報道PTBP1能通過上調RAC1和NUMB促癌亞型表達進而促進結腸腫瘤發生［24］。

綜上所述，PTBP1在多種惡性腫瘤中高表達且可以促進膠質瘤、結直腸癌、乳腺癌等腫瘤的惡性進展，其可通過影響腫瘤細胞的能量代謝以及增殖、凋亡、轉移等方面發揮促癌作用，提示其具有作為臨床診斷標志物和靶向治療目標的潛力。