核內不均一核糖核蛋白A3與疾病關系的研究進展

葉書緣 章麗巧 孫狄兒 高國生

1.寧波大學醫學院，浙江寧波 315211；2.寧波市第二醫院檢驗科，浙江寧波 315000；3.寧波大學附屬李惠利醫院檢驗科，浙江寧波 315046

惡性腫瘤的發病率和死亡率在世界范圍內每年呈上升趨勢，是人類健康的重要“殺手”之一。2020年，全球范圍內估計有超過1900萬的新發惡性腫瘤病例和近1000萬的死亡病例，預計2040年全球惡性腫瘤負擔將超過2800萬例，特別是轉型中的國家增幅更大[1]。臨床上廣泛應用的影像學（如B型超聲、計算機斷層掃描和磁共振等）檢查和外周血生物標志物（如甲胎蛋白、癌胚抗原及糖類抗原等）檢測均可用于惡性腫瘤的篩查，但均存在敏感度和特異性無法滿足臨床需求的局限性。隨著多組學和計算機科學的發展，人類對于腫瘤的研究也日益深入，越來越多與腫瘤相關的生物標志物被發掘[2-4]。核內不均一核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP）是人體內廣泛表達的一類蛋白，研究表明其在諸多惡性腫瘤中高表達，且該蛋白家族與惡性腫瘤的發生發展關系緊密，參與惡性腫瘤的轉移與代謝異常[5-7]。與該家族中被廣泛關注的成員hnRNP A1、hnRNP A2/B1相比，hnRNP A3是一個較少被研究的蛋白[8]?，F本文針對hnRNP A3在不同疾病中的表達水平、臨床應用價值及可能的內在機制等研究進展作一綜述。

1 hnRNP的結構和功能

hnRNP是一組由核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）聚合酶Ⅱ翻譯、調節轉錄控制和轉錄物核處理的RNA結合蛋白（RNA–binding protein，RBP）。截至目前，該家族至少有33位成員被發現，部分家族成員之間可以相互作用并形成復合體[9,10]。hnRNP可作為“RNA骨架”，影響多種與RNA相關的生物學過程，參與核酸代謝的多個環節，包括可變剪接、信使RNA（messenger RNA，mRNA）的穩定與轉錄以及翻譯調控，是機體內非常重要的蛋白[11,12]。

hnRNP的功能根據其細胞定位而變化，大多數hnRNP蛋白具有常規的核定位信號（nuclear localization sequence，NLS），在穩定狀態下其主要位于細胞核中，負責包裝和穩定新轉錄的前體mRNA（pre–messenger RNA，pre–mRNA）。該組裝步驟有助于去除內含子和其他外顯子，幫助成熟的mRNA從細胞核轉運到細胞質中。不同hnRNP蛋白家族成員具有共同的特征，但hnRNP模塊在結構域的組合和排列方面可發生變異，其功能也隨之發生多樣性的改變。研究表明，hnRNP的功能變異可能源于多種旁系同源物的表達和可變剪接形成的同工型蛋白表達[13]。因此，hnRNP作為一種高度通用的蛋白質，研究其旁系同源物或同工型的特定位置和功能非常重要，對于其多種生物學功能的揭示具有重要意義。

鑒于hnRNP對基因調控發揮重要作用，多種hnRNP蛋白被證實在不同類型惡性腫瘤中表達上調，其中與hnRNP A1、hnRNP A2/B1、hnRNP B1、hnRNP E1、hnRNP E2、hnRNP K、hnRNP F、hnRNP L的相關研究居多。Li等[14]基于第二代基因測序數據，系統分析了33種惡性腫瘤中hnRNP基因的分子改變和臨床相關性，結果發現hnRNP A1和hnRNP A/B在大多數腫瘤中高表達，hnRNP M、hnRNP UL1和hnRNP L的突變頻率較高，而hnRNP A2/B1顯示在各種惡性腫瘤中存在廣泛的拷貝數擴增；同時多種hnRNP，特別是hnRNP F、hnRNP H2、hnRNP U和hnRNP UL1參與了與惡性腫瘤相關的多種途徑，包括蛋白質分泌、有絲分裂紡錘體、G2/M檢查點、DNA修復、IL–6/JAK/STAT3信號和凝血等。最近有研究發現hnRNP A2/B1還可以激活Snarl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hnRNPs促進肝癌肺轉移的能力明顯減弱[15]。但宋麗等[16]發現，hnRNP E1可通過抑制人乳頭瘤病毒16型E6基因的轉錄與翻譯，導致宮頸癌細胞的凋亡，由此他們認為hnRNP E1有作為宮頸癌治療靶點的潛力。

2 hnRNP A3的結構和功能

hnRNP A3是hnRNP A/B家族成員，是hnRNP核顆粒的關鍵成分，越來越多的證據表明它在RNA代謝中發揮著與以往成員不同的作用[17]。它與同源框C8（homeobox C8，HOXC8）基因的調控區相互作用，是一種新型的RNA轉運反應元件結合蛋白[18]。該蛋白可以直接與hnRNP A2反應元件（A2 response element，A2RE）結合，并不一定通過與RNA– hnRNP A2復合物間接與A2RE結合。hnRNP A3在細胞質RNA轉運中的作用可能與hnRNP A2相似，因為其在組織中與hnRNP A2共定位[19]。需要指出的是，大腦是發現過表達hnRNP A3a的唯一組織。

hnRNP A3亞型（A3a和A3b）均能與免疫選擇的hnRNP和信使核糖核蛋白（messenger ribonucleoprotein，mRNP）復合物穩定結合。hnRNP A3輔助結構域在人細胞提取物的拉下實驗測定中顯示了獨特的能力，其在hnRNP A/B蛋白以及其他hnRNP相互作用的網絡形成中舉足輕重[20]。

除此之外，hnRNP A3在體內與染色體的端粒緊密相關，可作為維持端粒長度的負向調節劑[21]；hnRNP A3與單鏈端粒重復序列的結合可保護該重復序列免受核酸酶的攻擊，并在體外抑制端粒酶反應及DNA合成，其在端粒重復序列的穩定性維持過程中具有重要的生物學作用。同時，最新研究證實，hnRNP A3在人胚胎干細胞的多能性維持過程中扮演重要角色，其可與多種影響出核的蛋白相互結合，由此達到調控干細胞多能性的目的[22]。

3 hnRNP A3在疾病中的異常表達情況

3.1 hnRNP A3在惡性腫瘤的發生、發展中發揮重要作用

hnRNP是負責包裝和穩定新轉錄的pre–mRNA的核糖核蛋白，具有多樣性和復雜性，其在細胞核酸代謝中發揮非常關鍵的作用。hnRNP的異常表達在多種類型的惡性腫瘤中均有報道，特別是在腫瘤干細胞中也顯著上調[23-25]，并且有多項研究證實hnRNP A3對于腫瘤的發生和發展起著重要作用。

2010年，Boukakis等[26]通過研究hnRNP A/B在肺癌中的表達模式改變及其作為早期診斷分子標志物的潛力時，發現hnRNP A/B的解偶聯除了脫鉤外，hnRNP A1是失調發生率最高的蛋白（76%），其次是hnRNP A3（52%），hnRNP A3的存在及其獨特的機制使其在非小細胞肺癌（non–small cell lung cancer，NSCLC）中發揮重要作用。2011年，Shi等[27]通過激光捕獲顯微切割和二維差異凝膠電泳技術對晚期結直腸癌（colorectal cancer，CRC）進行蛋白質組學分析，發現hnRNP I及hnRNP A3等在CRC中表達顯著上調，提示它們與結直腸癌的發展存在密切關聯。2014年，Romero–Garcia等[28]發現腫瘤微環境的自然變化對hnRNP的轉錄反應有影響，其中hnRNP A3轉錄水平最為恒定。2018年，Mishra等[29]通過研究人載脂蛋白B–mRNA編輯酶復合物3B（apolipoprotein B mRNA editing enzyme catalytic polypeptide like 3B，APOBEC3B）與癌細胞中的hnRNP A3相互作用，發現hnRNP A3b與hnRNP A3發生了特異性相互作用，并且兩者是共定位的；在正在發展的腫瘤中，hnRNP A3的上調和激活會引起意想不到的突變簇，從而促進惡性腫瘤的發展。2020年，Ren等[30]發現hnRNP A3的表達可用于區分高度異型增生結節（high–grade dysplastic nodules，HGDN）和早期肝細胞癌（early hepatocelluar carcinoma，eHCC），特別是與磷脂酰肌醇蛋白聚糖3（glypican 3，GPC3）聯合檢測時，其診斷特異性高達100%；此外，hnRNP A3表達與肝癌的分化有關，高表達水平的hnRNP A3與肝癌患者的低存活率相關。這些研究表明，hnRNP A3有作為鑒別診斷HGDN和eHCC生物標志物的潛力。2020年，Wang等[31]發現與表皮生長因子受體（epithelial growth factor receptor，EGFR）相互作用的hnRNP A3可以調節核EGFR的積累，hnRNP A3的下調減少了EGFR的核積累，進而伴隨著體內外腫瘤生長能力的降低。最新的研究顯示，hnRNP A3高表達與膀胱癌淋巴結轉移呈顯著正相關（P=0.014），同時顯著影響疾病進展和惡性腫瘤特異性死亡率（P=0.013、0.006）[32]。

3.2 hnRNP A3與神經性疾病存在特定關系

目前有多項研究證實，某些神經退行性疾病如額顳葉變性（frontotemporal lobe degeneration，FTLD）會改變人的行為、性格和語言。hnRNP維持RNA代謝，研究發現該家族中多個成員是神經發育障礙的關鍵基因[12]，其功能的變化可能是FTLD發病的基礎。

2013年，Mori等[33]發現hnRNP A3與GGGGCC（G4C2）重復序列結合，是9號染色體第72個開放閱讀框（chromosome 9 open reading frame 72，C9orf72）基因突變患者海馬中自噬標記蛋白p62陽性/反式激活反應–DNA結合蛋白（TAR DNA–binding protein 43，TDP43）陰性包涵體的組成部分。G4C2六核苷酸重復擴增（hexanucleotide repeat expansion，HRE）在C9orf72基因調控區內，該基因的變異是家族性肌萎縮性側索硬化（familial amyotrophic lateral sclerosis，FALS）的最常見原因，也是FTLD的第2常見原因。hnRNP A3在C9orf72突變患者的海馬中形成了神經元胞質和核內包涵體，進而影響患者額顳葉變性。2017年，Davidson等[34]在研究FTLD以及某些相關的神經退行性疾病時，發現hnRNP A3和二肽重復蛋白（dipeptide repeat protein，DPR）之間存在特定的關系（如形成包涵體），而不是將hnRNP A3蛋白簡單地被動募集到蛋白聚集體中。2021年，Nihei等[35]發現在C9orf72突變患者的齒狀回中，較低的核hnRNP A3水平與DNA損傷增加有關。除此之外，Ou等[36]發現hnRNP A3在神經祖細胞分裂中發揮關鍵作用，hnRNP A3的下調引發染色體紊亂，阻礙了神經祖細胞分裂過程中染色體的正常分離，導致有絲分裂延遲；同時在人腦類器官中hnRNP A3的下調導致神經祖細胞和深層神經元的顯著減少。

3.3 hnRNP A3在自身免疫性疾病中具有重要作用

在之前的研究報道中，已公認hnRNP可作為自身抗原發揮作用，并且它們在一定程度上以疾病特異性方式被患者自身抗體靶向結合[37]。早在2004年有報道指出，在類風濕關節炎、系統性紅斑狼瘡、混合性結締組織病和硬皮病等患者身上可檢測到hnRNP A3[38]；研究表明，hnRNP A3蛋白質的理化特征和穩定性模式，在系統性人類自身免疫狀態的發展中，尤其是在炎性反應組織中，具有重要的功能意義。

4 結束語與展望

hnRNP A3在多種疾病中表達水平異常，特別是與腫瘤和神經退行性疾病關系密切。在某些腫瘤的發展過程中，hnRNP A3的表達與腫瘤的分化呈正相關，hnRNP A3下調能降低腫瘤的生長能力從而提升患者的存活率。而針對神經退行性疾病如FTLD，hnRNP A3主要通過在患者的海馬中形成特定包涵體來影響患者的神經系統。但對于其他多種臨床疾病，相關潛在機制尚未有探討，亟須進一步的深入研究。例如新近的研究報道發現，hnRNP A3是FⅨ–AIE RNA（factor Ⅸ–age–related increase element as a stem–loop forming RNA）結合的主要肝核蛋白，該蛋白可能通過尚未確定的表觀遺傳機制在與年齡相關的基因表達中起關鍵作用[39]。相信隨著人們對于該基因在多種不同疾病中的不斷深入研究，hnRNP A3對于人類疾病診斷、治療、預后等方面的作用將會被逐步揭示。