HnRNP在腫瘤中的研究及進展

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(南華大學附屬第一醫院乳甲外科，湖南 衡陽 421001)

·文獻綜述·

HnRNP在腫瘤中的研究及進展

陳卓，徐海帆*

(南華大學附屬第一醫院乳甲外科，湖南 衡陽 421001)

核內不均一核糖核蛋白(hnRNP)是一類RNA結合蛋白，它們至少含有一個RNA結合區域。大量的研究表明hnRNP在DNA修復、RNA剪接、端粒延長、細胞信號轉導、基因表達調控等許多方面都起到重要的作用。而一旦hnRNP的正常生理功能發生異常，在遺傳、環境等因素作用下將導致許多疾病的發生，其中hnRNP與腫瘤的發生及發展之間的關系的研究最為廣泛。hnRNP可調節基因表達、抑制細胞凋亡、促血管生成和增強腫瘤細胞的侵襲轉移能力，在腫瘤的發生和發展中發揮著重要的作用。本文將從hnRNP的結構、功能及其與腫瘤發生發展關系的研究進展作一綜述。

hnRNP； 細胞周期； 染色體重塑； 細胞凋亡； 腫瘤發生

腫瘤作為難以攻克的課題，一直影響人類的健康。近年來，腫瘤的發病率有所上升，臨床普遍應用的腫瘤標志物往往特異性不高，僅僅作為輔助診斷參考。

核內不均一性核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP)與腫瘤的發生、發展密切相關，hnRNP可調節基因表達、抑制細胞凋亡、促血管生成和增強腫瘤細胞的侵襲轉移能力，在腫瘤的發生和發展中發揮著重要的作用。本文旨在闡述hnRNP與腫瘤的關系，為尋找新的腫瘤標志物提供思路。

1 HnRNP概述

HnRNP是一類RNA結合蛋白。前體mRNA的加工過程需要多種蛋白質的參與，在加工過程的不同階段，許多蛋白質與RNA構成核糖核蛋白復合體(ribonucleoprotein complex，RNP complex)。按照所結合RNA類型的不同，RNP復合體可分為核內不均一性核糖核蛋白復合體(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein complex，hnRNP complex)，小核核糖核蛋白復合體(small nuclear ribonucleoprotein complex，snRNP complex)以及mRNA-蛋白復合體(mRNA-protein complex，mRNP complex)3類[1]。其中RNA結合蛋白是組成這些復合體的最主要的蛋白質，它們具有類似的結構特征和分布位置，但又同其他類別核蛋白復合體(如snRNP)不同。HnRNP復合體由至少20個hnRNP蛋白組成，分子量32～120 kDa，依據其分子量的大小將其命名為hnRNP A1-U[2]。HnRNP蛋白的功能復雜多樣，而與其關系最為密切的就是腫瘤方面的疾病，各種不同的hnRNP與腫瘤的發生發展密切相關，即使不同的hnRNP蛋白，在同一種腫瘤中的作用也是不同的。hnRNP導致腫瘤發生的機制主要是調節眾多腫瘤相關基因的表達。

2 hnRNP的結構和生理功能

研究者已對hnRNP蛋白的序列進行分析，發現其至少擁有一個或者多個RNA結合區域，有很多還有一個輔助區域。hnRNP的RNA結合區域常見的有兩種：RNP-CS-RBD 區域(RNP-conserved sequence-RNA binding domain,RNP-CS-RBD) 和KH區(K-homology domain,KH domain)[2]。這兩種結合區域的三維晶體結構是有差異的，這就說明它們所識別的RNA結合特征序列也是有差異的。

RNP-CS-RBD 區域又稱RRM區(RNA-recognition motif,RRM)，是一段由約80個氨基酸組成的序列，中間加插著兩段高度保守的RNP1八聚體序列和RNP2六聚體序列，RNP1和RNP2并列位于β3和β1的中央，分別和RNA直接相連。RNA結合蛋白一般含有1～4個RRM。KH區首先在hnRNP K中被發現，其最主要的功能是識別RNA和單鏈DNA。根據N端和C端的延長KH區可分成兩個亞型即KH1和KH2[2]。目前發現RNA結合蛋白最多含有15個KH域。hnRNP比較常見的輔助區域是RGG區。它首先是在hnRNP U蛋白中發現的，是一段重復出現的Arg-Gly-Gly順序。RGG區介導蛋白質—蛋白質相互作用，從而影響RNA與蛋白質結合活性。而在其他的hnRNP蛋白如hnRNP A1和hnRNP A2/B1中發現RGG區是與RBD元件結合的。這表明RGG區除了可以結合RNA之外還可以結合其他元件。

3 HnRNP在腫瘤中的應用

3.1 HnRNP在腫瘤中的表達近年來越來越多的研究發現hnRNP蛋白在許多腫瘤中高表達。已有報道發現在非小細胞肺癌中可以監測到hnRNP A2/B1單抗，大部分肺癌細胞系中高表達hnRNP A2/B1，且在肺癌早期表達高于晚期，因此有學者推測它可以用作監測肺癌早期發生的血清腫瘤標志物，表示它還可以用來判斷肺鱗癌的預后情況[3]，至于hnRNP A2/B1是否可以作為判斷肺癌預后情況有待進一步研究。最近有研究者發現hnRNPA2/B1還可以激活Snail誘導EMT，從而促進肝癌轉移，當用小干擾RNA沉默EMT因子Snail后，過表達hnRNP促進肝癌肺轉移的能力就明顯減弱[4]。表1[5-7]提供了以往和近幾年發現的在不同的腫瘤中各種hnRNP蛋白的表達的詳細情況，其中有些只能作為初步的研究結果，因為許多實驗所涉及的樣本量有限，仍需要進一步研究，但從表中可以得出hnRNP在腫瘤組織中的表達是明顯有差異的，而且在大部分的腫瘤中是上調的。hnRNP作為腫瘤標志物亦有不錯的前景。

3.2 HnRNP參與腫瘤發生發展過程中的可能分子機制

3.2.1 HnRNP影響DNA修復促進腫瘤形成 DNA經常受電離輻射、化療藥物等外界刺激的破壞，如果沒有得到及時修復則會導致染色體重塑、基因信息的丟失、染色體不穩定，從而促進腫瘤的發生與發展。研究發現hnRNP B1不利于DNA損傷修復，用siRNA干擾hnRNP B1后，其在被輻射的支氣管上皮細胞中表達降低了，并發現斷裂的DNA鏈修復得到了加強。蛋白質組學分析hnRNP C1/C2可以反映染色體DNA雙鏈是否斷裂，當Hela細胞的DNA被r射線損傷后hnRNP C1/C2與染色質結合[8]。

表1不同腫瘤中hnRNP的表達

類型腫瘤組織中的表達情況實驗方法HnRNPA1Lung↑andLiver↑IH/WB/mRNAHnRNPA1Colon↑mRNAHnRNPA2/B1Breast↑IHHnRNPA2/B1Pancreatic↑mRNAHnRNPA2/B1Stomach↑WBHnRNPA2/B2Thyroid↓IHHnRNPB1/LLung↑IHHnRNPB1Esophagus↑IH/WBHnRNPB1Leukemiaandlymphoma↑IH/WBHnRNPB1/GOral↑IH/WBHnRNPC1/C2Lung↑andLiver↑IH/WB/mRNAHnRNPE1Cervical↓IHHnRNPFLiver↓andStomach↑IHHnRNPHHeadandneck↑IHHnRNPH/H'Liver,pancreasandstomach↑IHHnRNPIBrain↑WBHnRNPKProstate,liverandMelanom↑IH/WB/mRNAHnRNPMLung↓andColorectal↑IH

注：↑ 代表上調，↓ 代表下調(腫瘤組織和正常的組織相比)；WB=Western blotting，mRNA=RT-PCR，IH=Immunohistochemistry

3.2.2 HnRNP對端粒的延長作用 細胞凋亡失調是腫瘤發生的重要機制，而端粒是控制細胞凋亡的重要因素。端粒位于染色體末端，對染色體具有穩定作用，并參與真核細胞的有絲分裂。染色體復制時端粒不斷縮短，從而使染色體穩定性變差并加速細胞衰老過程。端粒通過與特定蛋白結合，加上端粒酶對端粒起到修復作用，這兩者共同作用使腫瘤細胞出現永生化生長。一系列體外實驗證實了hnRNP D、hnRNP A2/B1和hnRNP A1都可以與人端粒DNA序列相結合。此外，hnRNP D和hnRNP A1[9]基因編碼的蛋白亞型UP1直接作用于端粒酶。不表達hnRNP A1的細胞系(鼠紅白血病細胞株CB3)的端粒的長度比表達hnRNP A1的細胞系(CB7)中端粒的長度要短很多，突變細胞系中過表達hnRNP A1將會明顯延長端粒的長度。如果用siRNA干擾降低hnRNP A1/A2/B1在Hela細胞中的表達，就會導致端粒G尾長度發生變化。

3.2.3 HnRNP參與腫瘤相關基因轉錄調控 促進癌基因的表達及抑制抑癌基因表達可以促進腫瘤形成。因此，調節基因表達對腫瘤發生發展至關重要。研究發現hnRNP K以序列特異性方式結合DNA；以單鏈或雙鏈的形式結合TC束(一種位于人原癌基因c-Src和c-myc[10]啟動子上的作用元件)。此外，在體外hnRNP K能夠激活轉錄并可以與TATA結合蛋白(TBP)相互作用。細胞中如果同時過表達TBP和hnRNP K，就可以激活一種富含CT原件的報道基因[10]。

mRNA剪接異常可以促進腫瘤發生與發展，Pre-mRNA的剪接加工過程受hnRNP等多種蛋白(復合體)的調控。在前體mRNA選擇性剪接調控過程中，hnRNP可直接拮抗剪接體識別pre-mRNA剪接位點或阻礙其他剪接因子與剪接位點、剪接增強子結合等途徑發揮作用。有研究表明hnRNP A1、H、F可以結合部分5′c-Src N1外顯子[11]。在體外hnRNP A1可以抑制cSrc的剪接，而SR家族蛋白成員SF2/ASF則可以激活cSrc的剪接。肺癌中高表達hnRNP A1比表達SF2/ASF更能促進腫瘤生長。這些發現將腫瘤與hnRNP的表達及mRNA的剪接三者之間相互聯系起來。

3.2.4 HnRNP調節mRNA核-質穿梭 成熟的mRNA經核孔復合體移出胞核的過程需要hnRNP蛋白協助完成。hnRNP包含兩種蛋白復合體：穿梭于核質之間的蛋白復合體和核定位蛋白復合體。HnRNP A1、A2/B1、D、E、I、K等可以在核質之間進行穿梭，這些穿梭蛋白復合體可以識別出核信號(NES)，參與成熟mRNA的轉運和定位[11]；核定位蛋白復合體可以識別hnRNP C的核滯留信號(NRS)，與pre-mRNA的3′端下游區域具有高度親和性，可以防止pre-mRNA輸出到核外。有研究發現hnRNP A1的核-質穿梭運動對BCR/ABL白血病的形成很重要[12]，這表明hnRNP各種功能與腫瘤發生之間聯系緊密。

3.2.5 HnRNP影響腫瘤相關mRNA翻譯 mRNA翻譯成蛋白的過程受mRNA鏈自身元件內部核糖體進入位點(IRES)的控制。IRES可以將核糖體募集給特異性RNA。有研究表明人c-myc mRNA鏈的5′非翻譯區就存在結合hnRNP C的IRES。研究者還發現hnRNP C在細胞中的定位隨著細胞周期的不同而改變，G2M期部分hnRNP C從細胞核轉移到細胞質，與此相應的是IRES在G2M期增強了c-myc mRNA的翻譯[13]，這表明IRES與hnRNP C相互關聯。后來的研究證明其他hnRNP蛋白也可以調節c-myc mRNA的翻譯，如hnRNP K、E1及E2可以激活IRES-3折疊，并且在多發性骨髓瘤病人體內可以普遍發現一種變異的c-myc IRES，這表明hnRNP K與突變的mRNA鏈結合后可以促進多發性骨髓瘤的發生和增加癌基因c-myc的翻譯[14]。hnRNP I和hnRNP E1可以激活Bcl-2相關athano-基因的翻譯。mRNA的翻譯還可以產生多個亞型，人成纖維細胞生長因子-2(FGF-2)mRNA含有5個翻譯起始密碼子，可以生成N末端不同的5個FGF-2亞型，不同的亞型在亞細胞中的定位和功能也各不相同。FGF-2對腫瘤發生起著重要作用，它可以促進腫瘤細胞的生長、增殖及血管生成。

3.2.6 HnRNP調節腫瘤細胞周期 hnRNP P2是一種與轉錄、mRNA剪接及mRNA出核運動有關的一種多功能蛋白，hnRNP P2就可以發揮類似癌基因的作用來促進腫瘤發生。有研究者報道hnRNP P2可以與髓性白血病ERG基因融合，從而促進染色體t(16；21)的易形及急性髓性白血病的發生[14]。細胞增殖是腫瘤發生發展中的另一個重要過程。已發現c-myc可以調節細胞周期，其表達隨著細胞周期的不同而變化。隨后有研究者觀察到在結腸-16-鱗狀細胞癌和HaCaT永生化的keratinocytes中hnRNP A1和hnRNP A2/B1的表達同樣隨著細胞周期階段的不同而改變[15]。S期hnRNP的表達增高，G2和M期表達降低，G1晚期表達又重新上調[15]。用RNA干擾hnRNP，hnRNP A1和A2表達降低，這可以明顯降低Colo 16 細胞的增殖率。Sadri等[16]生產出一種普遍過表達hnRNP D p37亞型的轉基因小鼠，發現c-myc、c-fos和c-jun靶向mRNAs均出現上調。他們證明高表達p37的轉基因小鼠可以導致食道、肺、尿道及頭頸部軟組織等部位腫瘤的發生。以上發現均表明hnRNP可以發揮類似癌基因的作用促進腫瘤發生與發展。目前為止發現只有hnRNP E4 具有類似抑癌基因的作用。抑癌基因p53可以上調hnRNP E4，高表達hnRNP E4可以誘導細胞凋亡，并使細胞周期停滯在G2-M期[17]。后來，Wang等[18]在肺癌相關研究中也證明了hnRNP E4可以作為腫瘤抑制基因，并發現低表達hnRNP E4可以促進腫瘤細胞高度增殖。因此hnRNP E4是一種很有希望的潛在性的抑癌基因。

3.2.7 HnRNP可抗細胞凋亡、促血管生成和腫瘤轉移 程序性細胞死亡(細胞凋亡)的缺失是導致腫瘤發生的另一個重要機制。正常細胞中凋亡抑制可以通過促凋亡因子和抗凋亡因子相互作用來達到平衡。已發現Bcl-x蛋白可以調節細胞凋亡，HnRNP F和H加強對Bcl-x前體mRNA的選擇性剪接，從而產生Bcl-xs和Bcl-xl，前者可以促進凋亡，Bcl-xl則可抑制凋亡[19]。因此，hnRNP蛋白既可以抑制凋亡，也可以促進凋亡。腫瘤轉移的方式常見的有直接轉移、血道和淋巴道轉移以及種植轉移。黏著斑復合物前體是腫瘤細胞早期擴散形式，有研究發現在細胞黏著斑復合物前體中有hnRNP K的表達。當hnRNP K的合成受到干擾時，腫瘤細胞的轉移就會增加，這說明hnRNP K在腫瘤細胞擴散過程中起的是限速作用[20]。新生血管生成為腫瘤生長提供營養，如果沒有血液供應腫瘤范圍就不會超過2～3 mm，血管內皮生長因子(VEGF)和成纖維細胞生長因子(FGF)是重要的促血管生成因子。已有研究表明hnRNP蛋白可以調節促血管生成因子，在缺氧條件下HnRNP L能特異性結合VEGF mRNA 的3′UTR。這均表明hnRNP蛋白可以促進腫瘤內血管生成，從而使腫瘤得以不斷生長、侵襲和轉移。

4 結語和展望

HnRNP通過多種方式調節基因的表達，在生理和病理狀態下均發揮重要作用，特別是與腫瘤的關系備受關注。腫瘤作為一種以基因表達異常為本質的重大疾病，hnRNP在其發生發展中的作用無疑是巨大的。目前， hnRNP蛋白家族中，重點研究的有10余種，這些hnRNP蛋白在腫瘤中表達存在差異，主要是通過調節腫瘤相關基因發揮重要作用，扮演重要角色。這些研究結果對解釋腫瘤機制、發現腫瘤標志物具有重要意義。由于hnRNP蛋白對基因表達的調控是通過多種不同的方式，其機制存在復雜性，進一步明確其深入的機制是今后研究的主要目標。此外，hnRNP對相關基因產物核質穿梭的影響，可能不改變目的基因的表達量，但改變其細胞定位，其意義不可小視，但這種作用容易在一般的表達量研究中忽視，研究者需要謹慎對待。總之，大量文獻已證實hnRNP與腫瘤關系緊密，有些甚至有望作為早期檢測相關腫瘤的很有希望的標志物，這也將為腫瘤提供一個新的治療靶點，這些都表明hnRNP與腫瘤之間關系研究前景廣泛。目前這一領域的研究尚處初始階段，許多關鍵問題有待進一步解決。

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10.15972/j.cnki.43-1509/r.2015.03.029

2014-12-08；

2015-04-20

湖南省科技廳一般計劃項目(2013FJ3132).

*通訊作者，E-mail：18607345916@163.com.

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(此文編輯：蔣湘蓮)