hnRNPK蛋白功能與腫瘤的研究進展

楊 明，聶國輝，柯朝陽

(1.廣州醫科大學，廣州 510000； 2.深圳市人民醫院耳鼻喉科，廣東 深圳 518020；3.深圳市第二人民醫院a.轉化醫學研究院，b.耳鼻喉科，廣東 深圳 518035)

腫瘤的發生、發展涉及多基因、多因素的分子網絡機制的異常調控，但確切的基因及相關的分子機制改變對腫瘤生物學的作用仍不明確。核內不均一核糖核蛋白K(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K,hnRNPK)基因是hnRNP家族的成員之一，位于人第9號染色體，是一種高度保守，廣譜表達的核質穿梭蛋白。研究發現hnRNPK在細胞內可分布于細胞質和(或)細胞核，能與不同亞細胞結構中的多種蛋白相互作用，參與細胞多種生理功能，如轉錄、翻譯、信使RNA(messager RNA,mRNA)剪切和穩定、染色體重塑等，參與腫瘤的增殖、凋亡、遷移和侵襲等生物過程[1]。hnRNPK可調控多種基因表達，如c- Myc、c- Src、p53等。hnRNPK在多種腫瘤中異常表達，發揮的生物學功能也不同，目前很難將其定義為癌基因或是抑癌基因[2- 3]。現就hnRNPK基因的結構和功能及在病毒相關疾病和腫瘤中的研究進展進行綜述。

1 hnRNPK的結構和功能

1.1hnRNPK與hnRNP家族結構 hnRNP家族蛋白是一系列在人Hela細胞中通過IP和2D電泳分離的一類RNA結合復合物，主要由20多種(hnRNP A～U)蛋白組成。hnRNPK是分子量為60 000 的蛋白，能夠通過可變性剪切形成5種不同的剪切體hnRNPK(A～E)[4]。hnRNPK蛋白主要由兩個雙向核定位信號(nuclear- localization signal,NLS)，三個功能區(KH)和一個蛋白相互作用區(KI)組成；其中KH區由約70個Aa組成三個α螺旋和三個β折疊(βααββα)的三級結構，發揮與DNA或RNA結合、mRNA剪切和轉錄調節等功能；KI區為脯氨酸富集區，主要發揮與SH3結構Scr家族蛋白結合，功能結構見圖1。此外，研究發現hnRNPK上還有多個酪氨酸磷酸化位點[5]。

NLS：雙向核定位信號；KH：功能區；KI：蛋白相互作用區；SRC：絲氨酸家族蛋白激酶；LCK：酪氨酸激酶類蛋白激酶；LYN：非受體酪氨酸激酶；FYN：原癌基因酪氨酸蛋白激酶；JNK：應激活化蛋白激酶信號通路；PKC：磷脂肌醇信號通路；ERK：細胞外調節蛋白激酶信號通路

圖1 hnRNPK的分子結構

1.2hnRNPK功能

1.2.1hnRNPK與mRNA的相互作用 研究顯示hnRNPK在人類基因中廣譜表達，翻譯的蛋白可分布于細胞質和(或)細胞核[6]。因此，hnRNPK能與不同亞細胞結構中的多種蛋白相互作用，在細胞不同層面和信號途徑參與細胞多種生理功能，如轉錄翻譯、翻譯后修飾、細胞增殖等相關信號通路的調控。研究顯示hnRNPK主要通3個重復的功能區域識別靶標基因RNA 3′非翻譯區的poly- C區域，包括延伸因子- 1α、c- Myc、p21等[7]。例如hnRNPK通過與c- myc P1啟動子區的CT element元件結合促進c- myc的轉錄活性，或與翻譯延伸因子1α相互作用參與細胞蛋白翻譯。Habelhah等[8]研究發現，促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)通路或胞外信號調節激酶(extracellular signal- regulated kinases,ERK)通路中的激酶通過磷酸化hnRNPK上的Ser促進hnRNPK胞內聚焦調控mRNA的翻譯后修飾。部分參與調控細胞增殖、存活及分化的抑制因子mRNA，及與mRNA相關的RNA結合蛋白是RNA代謝的重要調控因子[8]。人端粒酶逆轉錄酶是調控細胞增殖的主要基因，通過與hnRNPK、TPP1相互作用形成復合物，增強與c- myc啟動子的結合，促進細胞周期。此外，p53是細胞周期G1期調控的主要因素之一，而hnRNPK可作為p53的輔助激活因子，與p53啟動子結合，在DNA損傷誘導的p53依賴的細胞周期中發揮重要作用；另外，甲基化的hnRNPK也能增強p53的轉錄活性等參與細胞周期調控[9- 10]。

1.2.2hnRNPK與ncRNAs相互作用 近年，越來越多的報道顯示，hnRNPK可與許多非編碼RNA(non- coding RNAs, ncRNAs)相互作用，參與大量細胞通路的調控[11]。非編碼RNA主要分為長鏈非編碼RNA(long non- coding RNAs,lncRNAs)、小非編碼RNA(small non- coding RNAs,snoRNAs)和環狀RNA。其中lncRNAs的長度超過200個核苷酸，在許多疾病發生的生物學過程中發揮重要作用。越來越多的證據表明，lncRNAs是hnRNPK的主要調節因子，參與多種疾病的發病機制[12]。lncRNA- hnRNPK在細胞功能中的相互作用及在調控基因表達網絡中的多效性作用見表1。①lncRNA- hnRNPK相互作用調控基因轉錄，如lncRNA- p21、TUNA、Lncenc1、pancEts- 1、EWSAT1、CASC11 MYCLo- 2、lncRNA91H等[13- 15]。②lncRNA- hnRNPK相互作用調控mRNA的穩定和翻譯，如MYU、treRNA、linc0046660等[16- 17]。③lncRNA- hnRNPK相互作用促進lncRNAs核聚焦，如SIRLOIN- 包含的lncRNAs[18]。④lncRNA- hnRNPK相互作用調控基因結構，如Xist[19]。⑤hnRNPK調控lncRNAs的選擇性剪接，如NEAT1[20]。

1.2.3hnRNPK與miRNAs相互作用 miRNAs是一類長度為19～24個核苷酸的內源性小分子ncRNAs，參與細胞增殖、分化、生長等細胞調控[21]。研究表明RNA結合蛋白通過RNA結合區域與miRNAs相互作用，調節多個基因的翻譯功能[22]。hnRNPK作為一類重要的RNA結合蛋白通過與miRNA相互作用，進而參與靶基因的表達調控。研究報道miRNA- 328通過與hnRNPK相互作用抑制hnRNPK與轉錄因子CCAAT增強子結合蛋白α調控骨髓細胞分化[23]。在肝癌中，miRNA- 122通過與hnRNPK相互作用調控miRNA- 122的穩定和丙型肝炎病毒RNA的復制[24]。miRNA通過其堿基C富集區與hnRNPK相互作用調控正常細胞、癌細胞不同生物學作用。

表1 多種lncRNAs與不同hnRNPK相互作用

lncRNAs:長鏈非編碼RNA；hnRNPK:核內不均一核糖核蛋白K；CDK6:周期蛋白依賴性激酶6；CPSF6:多聚腺苷酸化特異性因子6；NUDT21:重組人核苷二磷酸連接的X成分型基元21

2 hnRNPK在腫瘤中的重要生物學功能

hnRNPK在腫瘤中參與調控多種癌基因及抑癌基因的表達，參與調控腫瘤細胞增殖、凋亡、遷移和侵襲等多種腫瘤生物學功能。

2.1hnRNPK與腫瘤細胞增殖 hnRNPK在多種腫瘤中參與腫瘤的增殖調控。研究顯示，hnRNPK在胃癌中通過調控細胞周期相關蛋白p53/細胞周期相關蛋白p21/細胞周期蛋白D1(Cyclin- D1)軸抑制腫瘤細胞增殖和集落形成及腫瘤生長[25]。研究顯示hnRNPK與膀胱癌患者預后不良密切相關，主要機制為hnRNPK通過調控細胞周期主要蛋白Cyclin- D1、G0/G1期開關蛋白2等而促進膀胱癌細胞的增殖和凋亡[26]。此外，研究發現hnRNPK與細胞增殖調控人端粒酶逆轉錄酶基因和c- myc基因密切相關，參與腫瘤細胞的增殖調控[27]。

2.2hnRNPK與腫瘤細胞凋亡 腫瘤細胞逃避細胞凋亡是腫瘤的重要特征之一，相關凋亡抑制機制的研究為靶向細胞凋亡的治療奠定了基礎。hnRNPK 可通過多種途徑參與腫瘤細胞凋亡的調控。腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體是一種新型非常有效的腫瘤治療藥物，可選擇性靶向腫瘤細胞死亡。在非小細胞癌中，腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(TNF related apoptosis inducing ligand, TRAIL)誘導細胞凋亡，通過磷脂肌醇信號- 絲氨酸蘇氨酸激酶- 核因子κB通路參與細胞凋亡[28]。進一步研究發現，經TRAIL處理過的H1299細胞促進hnRNPK發生細胞質積累，誘導細胞的凋亡；而ERK1/2信號抑制劑和ERK- 磷酸化受體突變體(GFP- hnRNPK S284/353A)能減弱TRAIL誘導的hnRNPK細胞質積累，發揮抗細胞凋亡的作用[29]。在鼻咽癌中，hnRNPK通過調節下游的抗凋亡基因介導細胞抗凋亡活性，證明hnRNPK能與抗凋亡基因細胞型Fas相關死亡域樣白細胞介素- 1β轉換酶抑制蛋白(cellular FADD- like interleukin- 1β converting enzyme inhibitory protein, c- FLIP)的啟動子結合，并導致c- FLIP 轉錄激活[30]。

2.3hnRNPK與腫瘤細胞遷移和侵襲 hnRNPK與腫瘤轉移也有密切聯系，是腫瘤轉移相關的主要蛋白之一。hnRNPK主要通過Ras- Raf- MAPK通路，增強腫瘤轉移相關的基因如基質金屬蛋白酶3、基質金屬蛋白酶10、前列腺素G/H合酶2、胸腺素β4、CCK和Ras的表達，促進腫瘤轉移[31]。在結直腸癌中，DAB2相互作用蛋白通過MAPK/ERK途徑，促進hnRNPK在細胞核內聚焦，增強基質金屬蛋白酶2的轉錄活性，促進結直腸癌的侵襲和轉移[32]。在鼻咽癌中，研究發現hnRNPK主要通過增強基質金屬蛋白酶12的表達促進腫瘤轉移[33]。

3 hnRNPK在腫瘤中的表達及臨床預后

hnRNPK在口腔鱗狀細胞癌、鼻咽癌、肝癌、胃癌、宮頸癌、直腸癌等多種惡性腫瘤中異常表達，參與惡性腫瘤的增殖、生長、轉移等調控，促進腫瘤的發生發展，且與腫瘤預后和臨床分期相關。hnRNPK在多種惡性腫瘤中的表達與腫瘤預后的關系見表2。此外，hnRNP家族其他成員也參與一些腫瘤的發生發展。

3.1hnRNPK表達增多在惡性腫瘤預后中的意義 hnRNPK在胃癌、結直腸癌、膀胱癌、口腔鱗狀細胞癌、前列腺癌、肺癌及肝癌等多種惡性腫瘤中表達增多[25- 32- 34]。在口腔鱗狀細胞癌中，研究者人員利用同位素標記相對和絕對定量技術標記液相色譜- 質譜法檢測發現，腫瘤TNM分期級別越高，hnRNPK蛋白表達越多，且與患者預后不良密切相關，因此hnRNPK可作為口腔鱗狀細胞癌早期診斷及預后監測的潛在指標[35]。在結直腸癌中，研究發現hnRNPK通過與長非編碼RNA 91H(lncRNA 91H)相互作用，促進結直腸癌的侵襲和遷移，且hnRNPK與結直腸癌的臨床預后密切相關[36]。在胃癌中，hnRNPK高表達，幽門螺桿菌L型感染可促進hnRNPK的表達，幽門螺桿菌L型的感染情況和hnRNPK的表達在胃癌發生、發展過程中可能具有協同作用，hnRNPK的表達與胃癌的分化程度、淋巴轉移、臨床分期關系密切[37]。在肺癌中，研究發現hnRNPK結合胞質中糖原合成酶激酶- 3β相互作用，激活糖原合成酶激酶- 3β依賴的信號通路穩定c- FLIP導致細胞對TRAIL產生耐受[29]。在前列腺癌中，研究發現hnRNPK參與雄激素受體蛋白表達調控機制網絡，hnRNPK和雄激素受體蛋白的表達在高轉的前列腺癌患者中升高，并與前列腺癌特異抗體密切相關。對采用根治切除前列腺手術治療的患者，hnRNPK和雄激素受體的表達可以作為前列腺癌患者預后的標志物[38]。在腎癌中，研究發現hnRNPK在4種RCC細胞系(ACHN、A498、Caki- 1和7860)中相對正常細胞顯著升高；在轉移的腎癌組織中，hnRNPK的表達顯著高于無遠處轉移的原發性腎細胞癌[11]。在肝癌中，hnRNPK高表達和Claudin- 4低表達提示肝癌細胞上皮- 間充質轉化改變，隨肝癌級別升高hnRNPK的表達也升高；此外hnRNPK還可以通過維持高水平的內源性半胱氨酸蛋白酶抑制劑來抑制獨立于p53狀態的細胞凋亡[39]。

表2 hnRNPK在腫瘤組織中的表達和預后的關系

hnRNPK：核內不均一核糖核蛋白K

3.2hnRNPK表達降低的惡性腫瘤及臨床預后意義 大多研究證實hnRNPK是致癌基因，然而，hnRNPK在急性白血病中hnRNPK表達顯著降低，發揮抑癌作用[29- 40- 42]。Gallardo等[43]利用臨床樣本通過Fish實驗證實，同時在急性白血病患者的骨髓中分離的惡性造血細胞亞群中hnRNPK低表達。研究隨后以Balb/C和C57BL/6小鼠為動物模型，以KOMP靶向JM8A1.N3的小鼠胚胎干細胞構建的基因敲除動物模型，結果發現hnRNPK敲低縮短小鼠生存時間，促進基因的不穩定和腫瘤形成，并促進骨髓增生性造血系統腫瘤發展[3]。研究發現第9號染色體在AML患者的造血前體干細胞中有缺失，hnRNPK是該缺失區域的重要基因之一，且與hnRNPK相互作用的兩個mRNA(CDKN1A和CEBPA)表達也顯著下降，進一步闡明基因缺失(hnRNPK)參與AML的發生[42]。

3.3hnRNP家族其他成員與腫瘤 除了hnRNPK，hnRNP家族還包括hnRNPA、hnRNPC、hnRNPD、hnRNPF和hnRNPM等。研究發現hnRNP家族的其他成員在其他腫瘤中各自發揮不同的作用。Guo等[41]研究發現，hnRNPA和精氨酸甲基化作用修飾剪接因子對干擾素調節因子- 3剪接和活化有調控作用，促進下游效應分子干擾素和人干擾素誘導蛋白10的表達水平，影響肺小細胞癌的免疫調節功能。Wu等[44]證明hnRNPC高表達是乳腺癌細胞系增殖所必需的。Geng等[45]研究發現，在食管鱗狀細胞癌中下調hnRNPD促進細胞凋亡，抑制食管鱗狀細胞癌細胞的增殖。Huan等[46]證明，hnRNPF通過G- quadruplex依賴的方式上調乳腺癌上皮- 間充質轉化相關的CD44剪接開關，抑制上皮- 間充質轉化。此外，Zhang等[47]在乳腺癌中發現腫瘤相關MORC2基因突變MDM76I后可以調控hnRNPM介導的CD44剪接開關，促進乳腺癌侵襲轉移。因此，hnRNP家族其他成員在眾多腫瘤的發生、發展中也發揮了重要作用。

4 hnRNPK與其他疾病

hnRNPK在許多病毒感染中發揮關鍵作用，主要通過直接或間接與病毒蛋白相互作用，參與不同病毒的生命周期和病毒系統，發揮促進病毒或抗病毒因子的功能。例如，在肝病中，hnRNPK與乙型肝炎病毒的病毒基因組中的增強子相互作用，促進乙型肝炎病毒表面基因的轉錄[48]。此外，研究發現hnRNPK與丙型肝炎病毒的核心蛋白和丙型肝炎病毒正鏈RNA共定位并發生相互作用，限制丙型肝炎病毒RNA與病毒蛋白粒子相互作用，降低了成熟丙型肝炎病毒的產生[39]。在hnRNPK可與人類免疫缺陷病毒蛋白Nef結合，激活其相關信號通路，增強病毒的轉錄；或hnRNPK與人類免疫缺陷病毒RNA的一個莖環結構結合，抑制RNA的剪接[49]。hnRNPK能夠通過抑制感染水皰性口炎病毒細胞的促凋亡蛋白Bcl- xs和Bik，促進感染細胞存活，提高水皰性口炎病毒在細胞感染中的存活率[50]。

5 小 結

hnRNPK及hnRNP家族蛋白在腫瘤中發揮了重要作用，在多數腫瘤中表達增多，發揮癌基因功能；而在少數腫瘤中表達降低，發揮抑癌基因功能。因此hnRNPK在不同腫瘤中既可發揮癌基因功能也可發揮抑癌基因功能，其不同生物功能的發揮主要在于hnRNPK能與不同亞細胞結構內的多種蛋白或ncRNAs相互作用，從而參與多種信號通路的調控，發揮多種生物學功能。近年發現hnRNPK- ncRNAs相互作用具有調控染色體重塑、基因表達等功能；尤其新發現腫瘤相關的hnRNPK- ncRNAs調控靶基因表達參與腫瘤發生發展。盡管ncRNAs在腫瘤領域取得了一定進展，但hnRNPK- ncRNAs的研究還處于起步階段，hnRNPK與ncRNAs之間的相互作用在腫瘤中的具體調控機制及生物功能還有待闡明。因此，深入研究hnRNPK相關的ncRNAs在腫瘤中的表達、調控機制和生物學功能可為臨床腫瘤診斷、治療和預后提供新靶點。