BRIX 蛋白質超家族在結直腸癌發生發展中的作用機制研究進展

陸馬乘，程聰，張燁

南京醫科大學附屬無錫市人民醫院普外科，江蘇無錫214023

結直腸腫瘤（CRC）是最常見的消化系統腫瘤之一［1］。手術和放化療是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耐藥。核糖體生物發生可能是一個新的CRC 潛在治療靶點［2］。BRIX 是KASER 等［3］發現的非洲爪蛙胚胎核糖核蛋白BRIX1 的特征結構域，他們把擁有這個特征性結構域的真核及原核核糖體相關蛋白命名為BRIX 蛋白質超家族，也稱為BRIX 結構相關域蛋白（BRIX domain-containing protein，BXDC）。來源于真核細胞的BRIX 蛋白質超家族有5 個，分別為BXDC1（RPF2）、BXDC2（BRIX1）、BXDC3（PPAN）、BXDC4（IMP4）和BXDC5（RPF1）［4］。BRIX 蛋白質超家族通過核糖體生物發生及其相關因子途徑、5sRNPMDM2-p53途徑和Wnt/β-catenin信號通路等途徑參與CRC 的發生發展，目前已有較多相關報道。現就BRIX 蛋白質超家族在CRC 發生發展中的作用機制研究進展綜述如下，以期為CRC 靶向治療藥物的開發提供理論依據。

1 BRIX 蛋白質超家族通過調節核糖體生物發生調控CRC的發生發展

核糖體的生物發生與rDNA 的表達有關，而rDNA 表達失控與CRC 的發生發展密切相關［5］。CRC胃腸黏膜細胞的癌變與rDNA 轉錄活性上調有關［6］。BRIX蛋白質超家族是細胞周期的重要參與因子，其BRIX 結構域被認為是RNA 結合單元，在細胞中可與特定RNA（即rRNA）結合，同時作為一個rRNA 與相關蛋白作用的平臺，參與核糖體的合成及組裝，影響惡性腫瘤細胞的生長［7］。BRIX 蛋白質超家族可通過參與核糖體大、小亞基的發生及核糖體發生等過程，參與CRC 的發生發展。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控因子［8］。IMP4 是真核生物U3 snoRNP 復合物的組成部分，參與18S 前體rRNA加工［7］。

1.1 BRIX 蛋白質超家族通過調節核糖體大亞基發生調控CRC的發生發展

1.1.1 RPF2通過調節核糖體大亞基發生調控CRC的發生發展 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BRIX 結構域，其C’端的部分與核糖體大亞基結合，而N’端的結構域則與核糖體發生的相關RNA 因子結合，從而在核糖體發生中介導大亞基-RNA因子相互作用，發揮著結合骨架的功能［9］。但RPF2無法單獨發揮作用，它需要與核糖體生物發生調節蛋白1（Ribosome Biogenesis Regulator 1 Homolog，Rrs1）結合，組成異二聚體，才能穩定錨定在核糖體大亞基前體上［10］。在真核細胞的生物發生中，RPF2-Rrs1 異二聚體參與5sRNP 與60s 核糖體大亞基前體的結合，使5sRNP 與60s 核糖體大亞基前體組裝，調控5sRNP 旋轉獲得成熟功能結構［11］。另有研究［12］發現，RPF2-Rrs1 異二聚體同時參與大亞基中的25srRNA 加工成熟RPF2 作為TOR 的下游因子，調節核糖體發生，促進細胞增殖，抑制腫瘤細胞凋亡，參與到mTOR 相關的CRC 發生發展中。

1.1.2 BRIX1（BXDC2）通過調節核糖體大亞基發生調控CRC 的發生發展 BRIX1 是第一個被發現擁有BRIX 結構域的BRIX 蛋白質超家族成員，其BRIX結構域可與特定rRNA結合，參與核糖體合成，參與CRC 的發生發展［13］。在酵母菌的核糖體生物發生中，BRIX1 與EBNA1 結合蛋白2（EBP2）共同作用，促進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，都不會導致細胞核糖體的生物發生功能障礙；但二者同時突變可導致細胞的核糖體生物發生明顯受阻［15］。SHIMOJI 等［16］研究發現，EBP2 可以獨立于BRIX1 與核糖體前體結合，阻斷BRIX1 及EBP2 均可導致核糖體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生的關鍵因子，具有共同的分子作用途徑，且EBP2的作用優先于BRIX1，并且兩者之間的相互作用，可能是通過Pwp1、Nop2、RPL8 和RPL15［16］等第三方因子介導的間接途徑。

1.1.3 PPAN（BXDC3）通過調節核糖體大亞基發生調控CRC 的發生發展 PPAN 首次發現于在酵母菌的胞質中，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，通過特征性BRIX 結構域的σ70功能區特異性結合rRNA，與核磷蛋白（NPM）協同作用于60s 大亞基，阻止60s大亞基的過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合因子1（Upstream Binding Transcription Factor，UBF1）相互作用，通過調節RNAPolⅠ影響核糖體生物發生［19］。CRC細胞中PPAN 表達上調，上調的PPAN 可通過促進核糖體的生物發生，抑制CRC細胞的凋亡［20］。

1.1.4 RPF1通過調節核糖體大亞基發生調控CRC的發生發展 RPF1（BXDC5）參與核糖體66srRNP構成，是核糖體生物發生的必須因子［21］。RPF1同樣含有標志性的σ70功能結構，與特定rRNA結構特異性結合發揮功能。RPF1 是Ras 超家族成員Ran 的下游信號，可通過Kap120 等多條跨Ras 相關核蛋白通路轉運到核仁中，參與核糖體的生物發生，參與Ras相關CRC的發生、發展［22］。

1.2 BRIX 蛋白質超家族通過調節核糖體小亞基發生調控CRC的發生發展IMP4（BXDC4）是U3snoRNP 的組成之一，參與核糖體的生物發生［23］。在真核細胞中，組成核糖體小亞基的18sRNA 在核糖體生物發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，轉運到胞質中修飾成熟并參與小亞基組裝。早期研究［24］認為，U3snoRNP 是18srRNA 從90s 核糖體顆粒中分離的必須因子。LEE 等［23-24］進一步研究發現，BIRX 結構域蛋白IMP4 與Us4 樣因子IMP3，和Mpp10 特異性結合，U3 snoRNA 通過與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位點使18srRNA 分離。而U3 snoRNA 與rRNA的結合，必須有IMP3-IMP4-Mpp10 異三聚體的介導，從而解開兩者對應位點的螺旋以及維持雜合后的雙鏈的穩定［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，IMP4 還參與調控U3 從pre-rRNA 上的解離過程，使18sRNA 可以繼續結合輔助因子加工成熟［26］。

肺癌組織中IMP4 參與腫瘤相關的核糖體發生［27］。因此，BRIX 結構域蛋白家族IMP4 可能通參與核糖體生物發生，參與CRC的發生和發展。

2 BRIX 蛋白質超家族通過調節核糖體生物發生合作因子途徑、5sRNP-MDM2-p53 途徑、Wnt/βcatenin途徑等調控CRC的發生發展

Rrs1 是RPF2 在核糖體發生中的合作因子，也是一個腫瘤相關因子［12］。在CRC 組織中Rrs1 表達明顯增加，而抑制Rrs1 的表達可以使低分化結直腸癌細胞RKO 和人結直腸腺癌細胞HCT-116 的細胞周期停滯，細胞凋亡比例升高［28］。因而RPF2 很可能通過與Rrs1 的相互作用，參與到CRC 的發生和發展。

EBP2 是BRIX1 在核糖體生物發生中發揮功能的必須因子。但EBP2 可通過多條路徑，參與腫瘤發生。Cyclin E/CDK2 是是調節細胞周期的重要通路，在腫瘤組織中高度表達，與CRC 等腫瘤的發生密切相關。而EBP2 可以直接與Cyclin E-CDK2 作用，參與CRC 的發生和發展［29］。EBP2 可以直接與MYC產生正反饋—EBP2幫助MYC在核仁重新定位并抑制MYC 降解，而MYC 可進一步促進EBP2 的合成［30］。因此，EBP2 可以與原癌基因MYC 作用，影響細胞增殖。泛素連接酶系統（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 的另一個重要靶點。WELCKER 等［31］研究結果發現，EBP2可以通過調節泛素連接酶FBW7 在核仁中的定位，調節泛素耦聯酶2C（E2 ubiquitin-conjugating enzyme UbcH10，UBE2C）的活性。UBE2C是UBPs的重要組成部分，參與調控染色體分裂，同時也是一個原癌基因因子，參與CRC 的發生和晚期轉移中發揮重要的作 用［32］。因 此，Fbw7-UBE2C 是BRIX1-EBP2 參與CRC 的一個重要途徑。此外，Fbw7 可能與XBP1 存在負反饋，Fbw7的重新定位會影響XBP1的發生［33］。

最新研究［34］發現，XBP1 可通過某種途徑抑制CRC 細胞的增殖，并抑制其表達腸上皮干標記物。XBP1 與抑癌因子CHOP（C-EBPζ）密切相關，參與腫瘤相關的內質網應激，影響線粒體凋亡途徑、死亡受體途徑等多條細胞凋亡途徑［35］。EBP2 還可以與人類核仁蛋白（NCL）HNRPU_HUMAN 直接作用，來影響細胞RNA 翻譯［36］。BRIX1-EBP2 可以通過細胞周期依賴蛋白、原癌基因、抑癌因子以及核仁蛋白多種途徑，參與CRC的發生和發展。

CRC腫瘤組織中NPM存在異常表達［37］。PPAN-NPM 可通過抑制人體細胞中核仁應激P53 途徑誘導細胞凋亡，同時還可通過定位于線粒體抑制BAX 誘導的半胱天冬酶（caspase）依賴途徑抑制CRC細胞凋亡［38］。

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

RPL5 的失活是目前腫瘤細胞中最常見的核糖體蛋白缺陷之一。RPL5是一種抑癌因子，可通過影響包括TP53、c-MYC 在內的多種抑癌和促癌通路，在CRC 等多種腫瘤細胞中發揮抑癌作用［39］。有報道［40］指出，RPF2可以與RPL5結合并發揮一定功能。

研究［41］發現，PPAN 可能與CRC 相關通路Wnt/β-catenin 存在反饋信號通路，PPAN 可作為Wnt/β-catenin 的下游因子參與信號傳導，同時PPAN 的缺失也可激活Wnt/β-catenin 通路，抑制腫瘤細胞的凋亡。PPAN 還可與G 蛋白耦聯受體P2Y11 相互作用，形成PPAN-P2Y11 復合體，與EIF3G 共同作用，參與嗜睡癥的發生發展［42］。而EIF3G是一個與CRC高度相關的因子，EIF3G 在CRC Ⅳ期組織中呈高表達，促進CRC細胞的增殖和遷移。

綜上所述，BRIX 蛋白質超家族可通過參與核糖體大、小亞基的發生，參與CRC 的發生發展。BRIX蛋白質超家族還可通過核糖體生物發生合作因子途徑、MDM2-p53-5sRNP 途徑、Wnt/β-catenin信號通路等核糖體外途徑，參與CRC的發生發展。