URI的病理生理學作用研究進展

徐瑞，徐伍，張信琴，林加龍，汪雄，裴海峰

(1.成都中醫藥大學 醫學與生命科學學院，四川 成都 611130；2.西南交通大學 醫學院，四川 成都 610031；3.成都醫學院 護理學院，四川 成都 610500；4.中國人民解放軍西部戰區總醫院 心內科，四川 成都 610083)

非傳統型前折疊素RPB5交互因子(unconventional prefoldin RPB5 interactor，URI)是屬于α-類前折疊素(prefoldin，PFD)伴侶分子的ATP非依賴性大分子，與另1個α-類前折疊蛋白STAP1(SKP2-associated alpha prefoldin 1，SKP2-相關的α-前折疊蛋白1或ubiquitously expressed transcript，UXT)、3個已知的β-類前折疊蛋白(PFDN2、PFDN4r、PFDN6)和另1個未闡明的β-類前折疊蛋白(可能與PFDN2、PFDN4r或PFDN6其中一個相同)形成α2β4型異六聚體前折疊蛋白樣復合物。URI 廣泛存在于多種真核細胞中，與其他已知的PFD家族蛋白相比，其包含額外的保守蛋白結構域，大小是其他PFD的2倍多[1]，提示URI可能具有多種功能。以往研究表明，URI能參與包括哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途徑靶點下游的營養反應、翻譯起始、結合蛋白磷酸酶1(protein phosphatase 1，PP1)調節凋亡以及DNA損傷反應等多種病理生理過程。作者總結URI病理生理作用的研究進展，旨在為URI的進一步研究提供方向。

1 URI概述

URI也稱為RPB5介導蛋白(RPB5-mediating protein，RMP)或URI1，由C19orf2基因編碼[2]。URI于1998年作為一種轉錄抑制因子在RNA聚合酶的RPB5(RNA polymerase Ⅱ subunit B5，RNA聚合酶Ⅱ第5亞單位，又稱polymerase RNA Ⅱ DNA-directed polypeptide E，POLR2E)亞基中被首次發現[3]。Gstaiger等[4]發現，URI是屬于α類PFD伴侶分子的ATP非依賴性大分子，分子質量約90 kDa(電泳中凝膠上的近似大小)。谷俊俠等[5]在2013年利用ProtParam軟件對URI進行生物信息學分析顯示：URI蛋白理論分子質量為59 832.2，含有535個氨基酸，且在第287氨基酸位有一糖基化位點，在第291、371氨基酸位也可能發生糖基化修飾，還具有11個潛在的泛素化位點，但未發現乙酰化位點。另外，URI還具有48個潛在的磷酸化位點，其中有35個在絲氨酸位。URI的主要結構包含了α類PFD的所有特性，其N-端具有1個α類PFD功能域，同時還包含1個RPB5直接綁定區域[4]和1個具有大約200個氨基酸長的C-末端延伸[6]，該C-端片段具有RPB5/POLR2E和蛋白磷酸酶1γ催化亞基(protein phosphatase 1 catalytic subunit gamma，PP1γ)的特異結合位點，分別介導RNA聚合酶的組裝和增加S6激酶1(ribosomal protein S6 kinase beta-1,S6K1)存活信號。URI廣泛表達于真核細胞中，早在2004年， Delgermaa等[7]就通過綠色熒光蛋白和其他方法標記了URI的亞細胞定位，證明URI主要定位在細胞質中，在細胞核中有微弱和彌散的信號。后研究表明，其廣泛表達于人體24種正常組織的多種細胞的細胞質、細胞核及線粒體中，以協調新陳代謝、增殖和基因表達等細胞過程[8]。

2 URI的生物學作用

2.1 URI調節轉錄

在細胞核中，URI直接結合RPB5蛋白并調節其穩定性和轉錄。眾所周知，RPB5是3種RNA聚合酶的共同亞單位，其中RNA聚合酶Ⅱ(pol Ⅱ)能夠轉錄合成mRNA和microRNA，所以其亞單位一直是各種因子調控基因轉錄的最終靶點，而RPB5能結合RNA pol Ⅱ的TATA框結合蛋白關聯因子1(TATA box binding protein associated factor 1，Taf1)和轉錄因子ⅡF(transcription factor ⅡF，TFⅡF)的RAP30亞基等特異性伴侶分子[9]，因此URI在細胞核中與RPB5及RNA pol Ⅱ結合進而發揮調節轉錄的作用。作為一種轉錄抑制因子，URI可協同調節雄激素受體的轉錄，且它的表達程度不同時調節雄激素受體的效果也不同，具體表現為，它的缺失減少抗雄激素轉錄抑制，過度表達抑制雄激素依賴性前列腺細胞的錨定和獨立生長[10]。另外，在關于URI的研究中發現，蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A，PP2A)和KARB相關蛋白1(KRAB-associated protein 1，KAP1，又稱轉錄中介因子1β(transcriptional intermediary factor 1β，TIF1β)或三結構域蛋白28(tripartite motif-containing protein 28，TRIM28))均可作為其相互作用體[11]，其中KAP1被證明可通過募集包含組蛋白賴氨酸甲基轉移酶(SET domain bifurcated 1，SETDB1)、組蛋白脫乙酰酶1/2(histone deacetylase 1/2，HDAC1/2)和異染色質蛋白1(heterochromatin protein 1，HP1)的阻遏復合物介導基因沉默。此外，KAP1抑制活性由磷酸化調節，因此受幾種磷酸酶活性的影響[12]，這也是URI在前列腺細胞中發揮作用的基礎。Zhou等[13]發現，當體內存在乙型肝炎病毒X蛋白時，小劑量的URI可抑制乙型肝炎病毒的轉錄和復制。另外釀酒酵母中URI的同源物Bud27能夠與核小體結合狀態的染色體結構重塑復合物(remodel of the structure of chromatin complex, RSC)結合并調節基因轉錄，這一發現提示蛋白質折疊在轉錄調控中扮演重要角色，并為基因表達領域中的研究提供了新的發展思路[14]。

此外，大量研究表明包含URI的復合物也可以直接或間接影響與轉錄相關的信號通路，如：酵母R2TP(Rvb1-Rvb2-Tah1-Pih1)/前折疊樣復合物與熱休克蛋白90(heat shock protein 90，Hsp90)的相互作用能調節磷脂酰肌醇3激酶相關蛋白激酶(phosphatidylinositol-3-kinase-related kinase,PIKK)的活性[15]。而PIKK作為細胞應激反應的關鍵，受Hsp90的調控[16]；Hsp90與R2TP/前折疊樣復合物的物理相互作用是其調節作用的核心[15]。此外，R2TP/前折疊樣復合物成員RUVBL1/2(RuvB-like AAA ATPase 1/2，為酵母中Rvb1/2同源物)和Tel2(telomere maintenance 1，端粒DNA結合蛋白)的抑制導致PIKK及其信號轉導的減少和抑制[17]。以上大量研究證實了URI在調控轉錄中發揮重要作用。

2.2 URI保護DNA完整性

細胞增殖需要DNA的精確復制，以確保細胞的活力和物種的生存。折疊復制叉和染色質缺陷等不同類型的DNA損傷，會在DNA復制過程中不斷累積，因此細胞有多種機制來確保這些損傷被迅速識別和修復，從而保持基因組的完整性[18]。研究表明，URI可以結合人類細胞中RNA聚合酶Ⅱ相關因子1(RNA polymerase Ⅱ-associated factor 1，Paf-1)復合物的一個組分——Parafibromin(在轉錄延伸過程中促進聚合酶Ⅱ-CTD磷酸化和組蛋白修飾)，這提示URI在組蛋白修飾和細胞周期控制中發揮重要作用[18]。在哺乳動物和酵母細胞中，URI被證明是營養信號的靶點，在調節營養敏感的TOR依賴基因表達程序中起著關鍵作用[4]。與此一致的是，Djouder等[19]研究也表明，URI是一個進化保守的信號通路組分，主要協調營養物質的有效性和基因表達。而已有研究證明了基因組穩定性和營養狀況之間的聯系[20]，即酵母dna2突變體顯示了G2/M期被阻斷的所有細胞特性可以通過營養傳感器Tor1p的過度表達來挽救。此外，dna2在線蟲的生殖系發育和DNA修復等細胞過程中也起著重要作用，并被證明參與了酵母DNA復制[1]。以上各項研究都表明營養狀況、DNA代謝和DNA損傷之間可能存在聯系。更直接的證據是Parusel等[1]證明了URI可以通過直接或間接影響DNA代謝保護DNA的完整性。

2.3 URI調節細胞凋亡

當生長因子和營養物質受到限制時，細胞停止生長，不再遵循細胞的生長周期，并通過線粒體啟動固有細胞死亡途徑進而凋亡。細胞凋亡在多細胞生物的生命中是必不可少的，哺乳動物細胞已經發展出適應性和保護性系統，能根據營養和生長因子的有效性設定細胞凋亡的閾值從而維持組織的穩態[21]。細胞凋亡調控主要涉及營養途徑和生長因子敏感途徑，PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase，磷脂酰肌醇3激酶)/Akt(也稱PKB)軸和mTOR/S6K1分支在這一調節過程中發揮重要作用[21]。朱肖肖[22]的研究結果表明，URI通過促進毛細血管擴張性共濟失調突變蛋白(ataxia telangiectasia mutated protein, ATM) 磷酸化激活NF-κB 通路上調抗凋亡因子Bcl-xl 的表達實現抗凋亡作用，與PI3K/Akt通路無關。在線粒體中，URI作為磷酸酶結合蛋白，是S6K1的直接磷酸化靶點，非磷酸化URI可與PP1γ結合，從而抑制PP1γ的磷酸酶活性；而當生長因子存在時，S6K1可誘導URI的Ser-371位點磷酸化，導致URI/PP1γ復合物分解為PP1γ和URI-PS371[11]。PP1γ可去磷酸化促凋亡因子BAD，而非磷酸化BAD則可通過結合抗凋亡因子Bcl-2家族蛋白形成異源性二聚體接近線粒體膜進而激活凋亡過程[21]。因此我們知道了URI能結合和抑制PP1γ，進而激活mTOR/S6K1信號通路，所以它的調節對細胞存活十分重要。值得注意的是，凋亡因子Bax的表達受URI缺失誘導，而URI的過度表達則抑制它的表達；相反，URI的過度表達增加了抗凋亡因子Bcl-2的表達，URI的缺失抑制了Bcl-2的表達[23]。由此可見，URI的抗凋亡作用至少部分是通過調節凋亡因子和抗凋亡因子的表達來實現的。與此同時，最新研究[24]表明，URI在抑制順鉑誘導的內源性凋亡過程中激活了ATM途徑，也通過抑制p53的轉錄和表達來抑制腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand ，TRAIL)誘導的外源性細胞凋亡，這提示URI能夠通過不同的信號途徑抑制內源性和外源性凋亡。

3 URI的病理學作用

3.1 URI與腫瘤

URI廣泛存在于多種真核細胞中，但在不同細胞中的表達量存在差異，在人癌細胞中URI表達量普遍高于相應正常細胞[23]，這提示URI可能與惡性腫瘤的發生、發展有關。Theurillat 等[25]和Davis等[26]發現，URI在卵巢癌細胞系中被擴增和過表達，并且卵巢癌細胞中染色體19q12的擴增依賴于URI的異常表達，這進一步證實了URI的致癌特性。與此一致的是，Ji等[24]指出，URI與腫瘤耐藥有關，且大量研究表明URI主要通過促進細胞的增殖和遷移進而誘導癌癥的發生。

3.1.1 URI與肝癌 肝癌既是世界上最常見的癌癥之一，也是導致癌癥相關死亡的重要原因，它發病的重要機制之一是乙型肝炎病毒的基因組能夠整合到宿主細胞的DNA中造成 DNA損傷，并影響受損DNA的修復，從而導致細胞基因組的不穩定，促進突變細胞的積累[27]。由于URI在一定程度上能維持 DNA 穩定性，防止DNA損傷，所以它對肝癌細胞SMMC-7721和肝正常細胞 L02基因組具有一定的保護作用，且URI對肝癌細胞基因組的保護作用要大于肝正常細胞，但這種保護作用不依賴于p53[28]，而是通過ATM/NF-κB途徑調節p65蛋白的磷酸化實現的[29-30]。

除此之外，連曉寧等[31]在體內及體外實驗中均證實，URI能夠促進肝癌細胞的增殖、遷移以及抑制細胞的凋亡。這是由于 URI能調節白介素-6的轉錄活性，促進細胞發生上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)從而促進細胞的遷移侵襲能力。此外，URI還可以通過降低輻照后肝癌細胞HepG2的活性氧水平來抑制肝癌細胞凋亡[32]。

近年來，研究人員又發現了URI參與原發性肝細胞癌的新型分子機理，即通過NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPKs)信號通路負性調控巨噬細胞功能，改變腫瘤炎癥微環境，參與原發性肝細胞癌的發生與發展，這為以URI作為分子靶標開發肝癌的免疫治療提供新思路[33]。

3.1.2 URI與胃癌 胃癌的發病存在顯著的地理差異，在發展中國家和亞洲地區發病率高。研究人員發現，抗凋亡蛋白Bcl-2與自噬調節基因Beclin 1在低分化的胃癌中都顯示出很高的表達水平，且是自噬發生的關鍵信號，因此它們的相互作用可能是胃癌細胞生物效應的一個重要調節器[34]。與此一致的是，在胃癌的發生發展過程中，URI調節凋亡相關蛋白的表達，抑制細胞凋亡，進而增強胃癌細胞對阿霉素的耐藥性[35]。URI敲低誘導胃癌細胞自噬的機制可能涉及URI對mTOR/p70S6K(p70 ribosomal protein S6 kinase，P70核糖體蛋白S6激酶) 通路的調節[36]。而眾所周知，PI3K/Akt/mTOR通路作為胃癌腫瘤形成中極具代表性的信號通路，對于胃癌具有潛在的預后判斷意義。所以通過干預URI，可能對胃癌細胞的自噬及其調節產生影響，有潛在的臨床意義。

此外，波形蛋白(一種與EMT相關的間充質細胞遷移標志物)是與細胞轉移和低生存率息息相關的腫瘤標志物，可促進胃癌細胞向高侵襲性表型分化，也是URI促進胃癌細胞遷移的主要途徑[37-38]。在對URI敲低細胞的實驗中也發現，其能夠抑制順鉑誘導的胃癌細胞凋亡，這顯示URI可能通過抑制細胞凋亡參與胃癌的發病[39]。

3.1.3 URI與前列腺癌 URI的致癌特性還可能作用于前列腺細胞中，這是由于其在前列腺細胞核中以一種類似于它在線粒體中結合和抑制PP1γ的功能發揮作用，即與PP2A磷酸酶(URI的另一個新的相互作用體)結合并靶向 KAP1 復合物，以逆轉KAP1磷酸化，從而增加反轉錄轉座子的表達[40-41]。因此推斷PP2A-URI復合物可能在腫瘤發生和發展過程中起重要作用。有趣的是，Mita等[10]的研究表明，URI過表達抑制錨定非依賴性的前列腺癌細胞生長。這提示URI在腫瘤的發生發展過程中可能具有多效性。

3.1.4 URI與其它腫瘤 URI還參與多種腫瘤的發生發展過程，在對食管鱗癌[42]、宮頸癌[43]、結直腸癌[6]的研究中發現，URI高表達的腫瘤細胞具有更高的遷移和侵襲能力。此外，URI在生理上與人類Parafibromin蛋白結合發揮作用[18]，Parafibromin蛋白失活與遺傳性甲狀旁腺功能亢進-頜骨腫瘤綜合征的發病機制及散發性甲狀旁腺腫瘤的惡性程度有關[44]，因此，URI與Parafibromin蛋白結合，可能以某種方式減弱其腫瘤抑制功能，進而導致甲狀旁腺癌。

3.2 URI與輻射相關疾病

電離輻射(ionizing radiation，ir)是一種電磁波或粒子的雙重形式，它將緊密束縛的電子從原子中去除，使原子電離。輻射在廣泛用于醫學領域(如醫用設備)的同時也會使生物體內發生多種效應，如氧化應激[45]。其中最主要的效應是DNA損傷，大多數ir誘導的DNA損傷是堿基修飾和DNA斷裂，1 Gy ir在體外/體內誘導每個細胞內1 000個單鏈(SSBs)和35個雙鏈(DSBs)斷裂[46]。生物體內的各種DNA損傷的修復機制是細胞存活和保護基因組穩定性的關鍵，正如URI能夠控制和保護基因組完整性以應對環境的破壞[1,6]。有趣的是，研究人員[9]已經證明，照射后人肝癌SMMC-7721細胞中的URI表達顯著增加，表明URI是一個輻射敏感因子。最新研究表明，URI缺失時可能活化β-catenin-c-MYC從而具有致癌潛力，且在Lgr5high-ISCs中過表達URI能夠降低WNT-β-catenin信號轉導，最終得出結論，當機體暴露于ir時，URI可抵抗ir對腸道的損傷，進而維持腸道結構[47]。這與周圍等[48]研究發現URI可抑制γ射線誘導的細胞凋亡的結果一致。這些結果為研究URI在腫瘤放射治療及輻射相關疾病中的作用及其具體機制提供了方向。

4 URI的應用前景

URI作為一種分子伴侶，其表達受到各種環境因素的調節，所以它的主要功能可能是在面對有害的環境刺激時維持體內的微環境穩態[21]。URI廣泛表達于人體各類組織及器官中，參與包括mTOR途徑靶點下游的營養反應、轉錄調控、凋亡調節以及DNA損傷反應等多種病理生理過程，在多種疾病中扮演重要角色。因此對URI病理生理作用的進一步揭示不僅對理解體內的多種生物學過程意義重大，更為相關疾病治療靶點的開發提供了新的研究方向。以往針對URI的研究主要致力于腫瘤領域，開發了諸如MicroRNA-598等URI相關的腫瘤干預靶點[49]，但其他方面的研究較少。眾所周知，細胞凋亡與生物體內營養代謝、細胞增殖和氧化應激等多種生物學過程有關[50]。心臟與心血管系統作為機體重要器官及系統，有研究表明URI通過過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助活化因子1(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1，PGC-1)依賴機制維持心肌細胞的線粒體功能，進而對心肌起到保護作用[51]。但該研究中心力衰竭患者的心肌標本與缺血相關，可能不能夠代表全部心衰。而線粒體代謝及重構等過程已被證明廣泛參與心血管疾病的發生與發展，因此有必要拓寬對URI相關疾病的橫向研究，更進一步探究URI在心血管疾病中所發揮的作用，如：結合URI在線粒體中的mTOR依賴性磷酸化以及能夠抵抗輻射等生理特性，研究URI在心血管其他疾病方面的作用及其具體機制。同時最新的研究告訴我們，URI具有良好的抗輻射作用，這為我們改善環境(自然環境、工作環境、醫療環境等)輻射致病后的診療提供了新的思路和設想。

由此可見，廣泛參與細胞各項生命活動的URI是值得被研究的，但由于其分布廣泛，所以仍需要我們注重研究的靶向性，從而更精準地為與URI相關疾病的防治提供有效的干預靶點。