核不均一性核糖核蛋白的异常表达与肿瘤发生*

郭 榕 李 勇

·国家基金研究进展综述·

核不均一性核糖核蛋白的异常表达与肿瘤发生*

郭 榕①李 勇②

核不均一性核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP）家族是一组调节前体mRNA（pre-mRNA）分子的选择性剪接以及mRNA转运、翻译和稳定性等的多功能RNA结合蛋白。hnRNP A1和hnRNP A2是该家族中表达水平最高、研究最为广泛的成员，两者具有高度的序列同源型和功能相似性，在多种肿瘤组织中高表达，通过调节多种肿瘤相关基因pre-mRNA选择性剪接和mRNA稳定性，参与调控了肿瘤细胞的增殖、凋亡、肿瘤相关的炎症与免疫反应、上皮-间质转换等多种细胞生物学过程，从而成为肿瘤发病分子机制以及肿瘤诊断和治疗领域研究的热点。

hnRNP A1基因 hnRNP A2基因 肿瘤 选择性剪接

前体mRNA（pre-mRNA）分子的选择性剪接是一个重要的转录后调节机制，通过选择性剪接，单一基因可以产生多个转录本和蛋白。人类基因组包含大约30 000个基因并且超过90%的基因存在选择性剪接［1］。由同一个pre-mRNA分子的不同剪接体编码的蛋白分子可以展现出不同的分子构象，从而具有不同甚至相反的生物学功能［2］。核不均一性核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP）家族包括至少20个成员，命名从hnRNP A1到hnRNP U，参与调控了多种基因pre-mRNA分子的选择性剪接以及mRNA转运、定位、稳定和翻译等［3-5］。hnRNP A1和hnRNP A2是hnRNP家族的重要成员，在多种肿瘤组织中表达水平增高，通过调控多种肿瘤相关基因的异常选择性剪接可以产生致癌性的剪接体，后者通过影响细胞的增殖、凋亡敏感性、肿瘤相关的炎症与免疫反应及上皮-间质转换（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）等促进肿瘤的发生和发展。现就近年来有关hnRNP A1和hnRNP A2在恶性肿瘤中的异常表达情况以及与促进肿瘤发生、发展的机制研究进展做一综述。

1 hnRNP A1和hnRNP A2的结构和功能特征以及在肿瘤组织中的表达情况

hnRNP蛋白家族成员大多具有共同的结构域（均包含RNA结合结构域RRM或KH），并具有核浆穿梭能力［3］。hnRNP蛋白主要作为pre-mRNA分子选择性剪接的抑制因子发挥作用，可与定位于外显子或内含子中特异性的剪接沉默子序列（silencers in exons or introns，ESS or ISS）相结合以促使外显子排除［5］。hnRNP A1和hnRNP A2均拥有共同的两个N末端串联RRM/RBD型RNA结合区和一个富含甘氨酸的C末端辅助区，并具有高度的序列同源性和功能相似性，hnRNP A1和hnRNP A2识别的被调控基因pre-mRNA上的特异序列为UAGGG（A/U）［6］。hnRNP A1和hnRNP A2基因在胚胎发育期间呈高水平表达，并以组织和细胞特异性表达方式受到严格调控，但在正常成体组织中表达水平显著下降［7］。

多项研究报道hnRNP A1和hnRNP A2在多种肿瘤组织中高表达，包括乳腺癌［8］、肺癌［9］、白血病［10］、结直肠癌［11］、肝癌［12］、胶质母细胞瘤［13］、胃癌［14］等组织中均检测到高表达。hnRNP A1和hnRNP A2的异常表达已被当作多种肿瘤的早期肿瘤分子标志物。2009年，Ma等［11］研究发现，hnRNP A1的表达上调与结直肠癌的高恶性度、肿瘤复发以及预后差显著相关；结直肠癌患者血清中的hnRNP A1的表达水平也明显高于健康人群；进一步应用RNA干扰技术下调结直肠癌细胞SW480中的hnRNP A1表达可抑制肿瘤细胞增殖。该研究结果提示，hnRNP A1可作为结直肠癌早期诊断、预后、检测抗肿瘤治疗效果的分子标志物。2010年，Cui等［12］研究报道，在肝细胞癌去分化期间hnRNP A2总体表达量和定位于细胞胞浆中的hnRNP A2的量均增加，提示hnRNP A2的表达量和蛋白分子的亚细胞定位均呈现出与肿瘤进展的相关性。

2 hnRNP A1和hnRNP A2异常表达促进肿瘤发生和发展的机制

根据目前研究报道，hnRNP A1和hnRNP A2异常表达促进肿瘤发生和发展的机制主要涉及如下几个方面。

2.1 参与细胞凋亡与细胞增殖的调节

目前已有多项研究证实hnRNP A1和hnRNP A2可以通过调节凋亡相关基因的选择性剪接或稳定性而影响凋亡。2008年，Han等［15］通过在人非小细胞肺癌细胞A549中开展siRNA特异性干扰实验发现，A549细胞的hnRNP A2表达下调后，G1期细胞增加而S期细胞减少，细胞凋亡明显增加。2009年，He等［16］应用微阵列技术，检测shRNA抑制hnRNP A2表达前后的人皮肤鳞状细胞癌细胞Colo16的基因表达水平变化，在hnRNP A2表达下调的细胞中鉴定出123个基因的表达水平发生了改变，包括cyclin D2、p16、p21、IRF7、PSIP1、STAT1等参与了细胞周期和细胞增殖的调节。2013年，Babic等［17］在胶质母细胞瘤中开展了活化EGFRvIII诱导的全基因组水平的剪接体筛查，研究发现，hnRNP A1调控Max基因的剪接，增加了Delta Max的剪接体形式，而Delta Max与癌蛋白Myc相互作用增强了Myc诱导细胞恶性转化的能力。2013年，Chettouh等［18］研究报道，EGFR/MAPK/ ERK通路经诱导活化后，可上调肝癌细胞中hnRNP A1、hnRNP A2、hnRNP H等剪接因子的表达，通过影响胰岛素受体（Insulin receptor，IR）的剪接形式，提高IR-A：IR-B的比值，激活胰岛素信号通路，发挥促进肿瘤细胞增殖的作用。2014年，Shilo等［19］研究发现，hnRNP A1和hnRNP A2过表达可诱导永生化肝细胞的恶性转化，而下调hnRNP A1和hnRNP A2的表达则可以抑制肝癌细胞的体外生长和体内致瘤能力；进一步研究发现，hnRNP A2通过调控A-Raf基因的剪接增加了功能性A-Raf基因的剪接体形式，进而诱导激活Ras-MAPK-ERK通路，发挥刺激肿瘤细胞增殖的作用。

2.2 影响肿瘤相关的炎症与免疫反应

肿瘤微环境中的免疫和炎症状况参与影响了肿瘤的发生和进程，并在决定疾病结局中发挥重要的作用。目前关于炎症的促癌和抗癌活性均有许多证据支持。一方面，通过产生生物活性分子例如细胞因子、趋化因子、生长因子，慢性炎症会刺激细胞增殖、侵袭、血管发生、转移并抑制细胞凋亡［20］。另一方面，一些研究已经揭示，通过募集免疫抑制性炎性细胞，如调节性T细胞（regulatory T cells，Tregs）和骨髓来源抑制细胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSCs），肿瘤细胞能促进抑制免疫的肿瘤微环境形成并最终促进肿瘤进展［21］。

目前已有多项研究报道，剪接调节因子可以通过调控多种炎性因子mRNA的选择性剪接或mRNA稳定性进而影响肿瘤相关的炎症和免疫反应。2009年，Tauler等［22］总结相关文献报道，包括hnRNP A2在内的多种hnRNP家族成员通过影响GLUT1、cP4Ha、TNFα、IL-1β等炎性因子的mRNA稳定性参与炎症反应的调节，在慢性阻塞性肺病和肺癌的发生、发展过程中发挥重要调控作用。Egr-2（early growth response-2）是一个重要的T细胞功能调节因子，Rübsamen等［23］在egr-2 mRNA的5'-UTR区鉴定了几个IRES（internal ribosome entry sites）顺式反应元件，并发现hnRNP A1和另一个hnRNP家族成员hnRNP I能够直接与IRES元件结合并调控egr-2蛋白的翻译表达，而egr-2蛋白通过抑制IL-2的产生诱导T细胞耐受，进而影响机体免疫和炎症反应。2013年，Guo等［2］研究发现，hnRNP A1和hnRNP A2可以在人非小细胞肺癌中调节IRF-3（interferon regulatory factor-3）的pre-mRNA分子选择性剪接，进而影响IRF-3下游靶基因IFNβ和IP-10表达，并影响与人非小细胞肺癌细胞共培养的炎性细胞的免疫调节功能。

2.3 促进上皮-间质转换（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）

EMT是一个将组织上皮细胞转变为拥有间质形态细胞的过程，在EMT过程中发生的顶-基底极性丢失、细胞-细胞连接解离和肌动蛋白细胞骨架重塑使得组织上皮细胞具有了间质细胞的特征，具有了迁移、游走和侵袭的特性［24］。EMT是胚胎发育的重要机制，在细胞恶性转化过程中也发挥了重要的作用。大约90%的人类恶性疾病是上皮起源的肿瘤-癌症，癌症转移的早期步骤通常与参与EMT的发育过程惊人的相似，发生EMT转换的肿瘤细胞脱离肿瘤组织而侵袭周围组织，在肿瘤微环境中的细胞和胞外基质的引导下朝着血管或淋巴管迁移［25］。越来越多的研究工作涉及到肿瘤细胞侵袭和播散中的EMT样机制。

hnRNP家族成员通过选择性pre-mRNA剪接调控参与调节了胚胎干细胞和肿瘤细胞的EMT过程。2010年，Tauler等［26］研究发现，hnRNP A2通过上调E-cadherin的表达促进了肺癌细胞A549和H1703的EMT转换和远处转移。2013年，Bonomi等［27］研究报道，hnRNP A1和SRSF1共同参与了Ron酪氨酸激酶受体基因外显子11的剪接调控，SRSF1通过与位于外显子12上的剪接增强子序列结合，促进外显子11的剪接保留和ΔRon（一种持续活化的激酶形式）剪接体形式的产生，从而活化肿瘤细胞的EMT过程；hnRNP A1则通过与位于外显子12上的剪接抑制子序列结合，抑制SRSF1与剪接增强子序列的结合，从而促进外显子11的剪接缺失，抑制了ΔRon剪接体形式的产生，活化了与EMT相反的过程。2013年，Choi等［28］研究发现，hnRNP A2在未分化的人胚胎干细胞（human embryonic stem cells，hESCs）中高表达，而下调hnRNP A2基因表达则诱导了hESCs的分化和EMT转换，提示hnRNP A2在维持hESCs的未分化状态和上皮细胞表型方面发挥了重要作用。

2.4 影响能量代谢

区别肿瘤细胞和正常细胞的一个重要特征是能量代谢的调节。在有氧情况下，绝大多数正常成体组织通过柠檬酸循环和氧化磷酸化，利用大部分养分做最大能量产出。而肿瘤细胞则是采用有氧糖酵解的途径，即将葡萄糖转化为乳酸的低效产能方式，通过该方式可以合成细胞生长所需的高分子物质。丙酮酸激酶（pyruvate kinase，muscle，PKM）是糖酵解途径的关键限速酶之一。由PKM基因转录体的选择性剪接产生两个异构体—PKM1和PKM2，PKM1在有大量能量产生的成体组织如肌肉和脑中表达，能够有效地将磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并优先用于氧化磷酸化的产能过程中，而PKM2在有高核酸合成率的细胞例如胚胎细胞、干细胞和肿瘤细胞中表达，并在有氧糖酵解中发挥关键作用［29］。在胚胎发育的组织分化期，PKM2被替换成组织特异性的异构体。然而，在肿瘤发生期间PKM1消失而PKM2重新出现。2008年，Christofk等［30］研究发现，用PKM1替换PKM2显著地降低了肿瘤细胞中乳酸的产生和减小肿瘤的体积，而PKM2在肿瘤细胞中的重新表达则明显促进了肿瘤增殖。

2010年，David等［31］通过开展siRNA特异性干扰实验下调hnRNP A1和hnRNP A2表达水平，研究PKM1与PKM2分子之间选择性剪接转换的调控机制。研究发现hnRNP A1和hnRNP A2与PKM的外显子9侧翼的内含子序列相结合，从而调控了PKM基因的选择性剪接；研究进一步证明，癌蛋白c-Myc通过上调hnRNP A1和hnRNP A2表达水平而维持PKM2/PKM1的高比率。2012年，Sun等［32］研究发现，在结直肠癌细胞中以hnRNP A1和hnRNP A2为靶基因的microRNAs（miR-124，miR-137和miR-340）通过抑制hnRNP A1和hnRNP A2调控PKM基因的剪接方式，下调的PKM2/PKM1比率抑制了肿瘤细胞的有氧糖酵解代谢过程，从而抑制了肿瘤细胞的增殖。

3 结语

hnRNP A1和hnRNP A2基因在多种肿瘤组织中过表达，通过调节多种肿瘤相关基因pre-mRNA的选择性剪接和mRNA稳定性，参与调控了肿瘤细胞的多种细胞生物学过程。hnRNP A1和hnRNP A2在肿瘤组织中表达水平增高的分子机制以及细胞核浆定位的调控机制还有待于进一步的探讨。新近的研究报道，hnRNP A2通过与microRNAs序列中的特定模体结构识别，引导microRNAs进入细胞外吐小体（exosome），从而实现从供体细胞向受体细胞的传输，该研究提示可以选择性的向肿瘤细胞内运输具有调控功能的RNA以达到生物治疗的目的［33］。相信随着hnRNP A1和hnRNP A2所调控目的基因多样性的不断增加以及对靶基因剪接调控分子机制认识的不断深入，hnRNP A1和hnRNP A2基因在肿瘤的早期诊断、基因治疗及其预后判断方面将会有广泛的应用前景。

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（2014-08-26收稿）

（2014-10-23修回）

（本文编辑：郑莉）

Correlation between abnormal heterogeneous nuclear ribonucleoprotein expression and tumors

Rong GUO1,Yong LI2

Yong LI;E-mail:yongli369@126.com
1The First Department of Thoracic Medical Oncology and2Department of Laboratory Animal,Peking University Cancer Hospital and Institute,Ministry of Education Key Laboratory of Carcinogenesis and Translational Research,Beijing 100142,China
This work was supported by The National Natural Science Foundation of China(No.30871366)

Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein(hnRNP)is a family of multifunctional nuclear RNA-binding proteins that regulate the alternative splicing of pre-mRNA and the transport,translation,and stability of mRNA.The most abundant and best characterized proteins of this group are hnRNPA1 and hnRNPA2,which share a high degree of sequence homology and functional similarity. HnRNPA1 and hnRNPA2 are upregulated in multiple human tumors and modulate the alternative splicing and mRNA stability of various tumor-related genes critical to tumor cell growth,apoptosis,inflammatory and immune reactions,and epithelial-to-mesenchymal transition.Therefore,hnRNPA1 and hnRNPA2 have potential diagnostic,prognostic,and therapeutic values.

hnRNPA1 gene,hnRNPA2 gene,tumor,alternative splicing

10.3969/j.issn.1000-8179.20141459

①北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所胸部肿瘤内一科，恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室（北京市100142）；②实验动物室

*本文课题受国家自然科学基金项目（编号：30871366）资助

李勇 yongli369@126.com

郭榕 专业方向为慢性炎症和肿瘤免疫与非小细胞肺癌发生发展的相关性。

E-mail：qdguorong2008@126.com