DRR1生物学功能的研究进展

曹振楠，牟 萍，b*

(沈阳医学院a.基础医学院;b.生物化学与分子生物学教研室，中国辽宁沈阳110034)

DRR1(down-regulated in renal cell carcinoma 1)又名 TU3A(Tohoku University cDNA clone A on chromosome 3)或FAM107A(family with sequence similarity 107，member A)。1999 年，DRR1 基因首次在人类染色体3p21.1这一区域发现，全长约10 kb，转录产物长度约3.5 kb，编码的蛋白质含有144个氨基酸[1～2]。基因同源性分析结果显示，DRR1基因在人、小鼠、大鼠、犬、牛、鸡、猕猴、猩猩及非洲爪蟾等种属中高度同源[3]。DRR1基因在各种正常组织中广泛表达，且在神经系统中的表达水平相对较高[2～3]。针对氨基酸序列的分析结果显示，DRR1具有一个CC结构域(coiled-coil domain)和一段核定位信号(nuclear location signal，NLS)[2]。有研究发现DRR1能够通过CC结构域与组蛋白脱乙酰基酶复合体中的Tada-2α亚基结合，提示DRR1可能在表观遗传学水平参与转录调节[4]。我们的研究结果证明DRR1氨基酸序列中的 PE65～66(65～66 位的脯氨酸-谷氨酸模体)及PE122～123(122～123 位的脯氨酸-谷氨酸模体)参与DRR1与纤丝状肌动蛋白(filamentous actin，F-actin)之间的相互结合，而 RRR74～76序列及KKKK81～84序列与DRR1的核定位相关[5]。此外，DRR1氨基酸序列中的PE模体已被证实能与微管相关蛋白1(microtubule-associated protein 1A，MAP1A)的LC2轻链亚基结合并调控微管组装，其氨基末端的HRE模体序列(组氨酸-精氨酸-谷氨酸模体序列)也参与此过程[6～7]。近年，关于DRR1在维持神经系统正常功能以及肿瘤发生发展中作用的研究报道层出不穷。以下，我们将针对DRR1在神经系统以及肿瘤发生发展过程中的生物学作用进行详细分析。

1 DRR1与神经系统

到目前为止的实验结果表明DRR1基因在神经系统中的表达水平最高[2～3]。在成年小鼠大脑皮质区、海马体CA3区、侧隔及小脑组织中人们均可检测到强烈的DRR1信号[8];而且，在神经生成高峰时期的妊娠第17周到19周的人胚胎脑组织的外脑室下区中人们也发现了DRR1的表达[9]。另外，脉络丛及室管膜等非神经组织中也可见DRR1的表达[8]。在原代培养的胎鼠大脑皮质神经元细胞内，DRR1主要分布于神经元轴突和细胞核，目前已经发现DRR1与神经元生存、迁移以及突触形成等生物学活动密切相关[6，10～11]。

相关研究发现，在给予新生鼠如母婴分离或食物剥夺等相应的刺激时，下丘脑室旁核及海马体CA3区内的DRR1 mRNA表达水平会显著上升[11～12]。Stankiewicz 等[13]也通过动物实验发现，接受24 h新环境应激刺激的小鼠，前额皮质内DRR1的表达水平增加。由于糖皮质激素往往在应激反应时分泌量增加，进而参与调节相应的生理活动。为了验证应激反应时DRR1表达水平的增加是否与糖皮质激素的作用相关，Schmidt等[11]对成年小鼠使用糖皮质激素类似物——地塞米松进行给药处理，发现DRR1的表达水平在新生鼠母婴分离或食物剥夺刺激模型中的相同区域——下丘脑室旁核及海马体CA3区明显升高。基因分析结果进一步显示DRR1基因组内存在多个糖皮质激素受体反应元件，提示DRR1基因的表达可能在转录水平受糖皮质激素直接调控。由此，DRR1被认为是应激性和糖皮质激素反应性基因。Masana等[8]也通过动物实验证实糖皮质激素可诱导脑内DRR1的表达。此外，在海马体CA3亚区内的大部分突触结构中可见DRR1与突触前膜标记物——突触素共表达，并且过表达DRR1可以减少局部树突棘密度，同时降低应激反应后的长时程增强作用 (long-term potentiation，LTP)，并改善小鼠的认知能力[11]。近期有研究发现，在急性社会挫败应激(acute social defeat stress，ASD)反应的晚期，海马区中DRR1蛋白的表达增强。为了验证海马区DRR1的表达增加是否可以改善ASD反应引起的行为学改变，Jene等[14]利用病毒载体在海马区过表达了DRR1，但是未观察到过表达DRR1对ASD引起的行为学表现有改善作用。而Masana等[15]报道在小鼠脑侧间隔内注射DRR1过表达载体有利于缓解应激对行为学产生的负面影响。另外，DRR1还被发现与某些人类精神疾病的发生有关。有研究报道，在躁郁症和精神分裂症患者的背外侧前额叶皮质组织中DRR1表达水平较正常人明显增加[16];在自闭症患者群体中DRR1基因存在差异表达[17]。以上研究结果提示，DRR1在脑内特定区域的表达对维持神经系统的正常生物学功能以及缓解应激反应所带来的伤害有积极作用，然而其中的作用机制尚未阐明。

2 DRR1与肿瘤的发生发展

DRR1最初被认为是一种肿瘤抑制因子，其在肾细胞癌、宫颈癌、结肠癌、喉鳞状细胞癌、前列腺癌、肺癌及霍奇金淋巴瘤等多种恶性肿瘤中表达水平显著降低甚至消失[2，18～23]，然而在恶性胶质母细胞瘤(glioblastoma，GBM)中DRR1表达水平则显著增高，并且其高表达与胶质母细胞瘤患者的不良预后呈显著正相关[24]。

2.1 DRR1基因的失活

为了验证肾癌细胞中DRR1表达水平降低是否与DNA甲基化修饰有关，Awakura等[25]利用联合亚硫酸氢钠限制性内切酶分析法发现，肾癌细胞中DRR1基因启动子CpG岛区域存在甲基化修饰;进一步使用去甲基化试剂——5-氮杂-2′-脱氧胞苷处理肾癌细胞后发现，DRR1表达水平显著增加，证实DRR1表达水平降低与DNA甲基化修饰相关。另外，人们在膀胱以及睾丸原发性肿瘤组织中也检测到了DRR1基因的甲基化修饰。不仅如此，肾癌细胞中DRR1基因超甲基化被发现与肾癌肿瘤分期及患者生存率密切相关[25]。此外，Kiwerska等[26]发现在喉鳞状细胞癌细胞中除了DRR1基因启动子区域的甲基化修饰之外，也存在3号染色体短臂丢失的现象。

在非小细胞肺癌(non-small cell lung carcinomas，NSCLCs)中DRR1的表达水平显著低于周围邻近正常肺组织，但是只有少部分NSCLCs细胞中检测出DRR1基因的启动子发生了甲基化[22]，表明在NSCLCs细胞中还可能存在其他未知的DRR1基因的沉默机制。然而，迄今为止尚未在肿瘤组织中检测到DRR1基因存在突变的情况[1～2]。

2.2 DRR1与癌细胞增殖

最早的研究发现在肾癌细胞中DRR1表达水平显著降低，并且过表达DRR1可抑制肾癌细胞增殖[2]，然而其中的作用机制尚不清楚。我们的研究结果显示，DRR1表达水平在神经母细胞瘤癌变过程中呈下调趋势[5，10]。同时，我们还发现在神经母细胞瘤细胞系中DRR1与F-actin在细胞核中形成复合物，该复合物进一步与COMMD1蛋白结合并提高COMMD1蛋白在细胞核中的稳定性[5]。COMMD1是NF-κB信号通路的重要调节蛋白质之一，其在细胞核内可与NF-κB的RELA亚基结合并促进RELA亚基泛素化修饰，进而促进核内NF-κB的降解。NF-κB通路参与调控机体多种生物学过程，包括细胞增殖、细胞凋亡以及细胞迁移等[27]。细胞周期蛋白D1(cyclin D1)是NF-κB通路中的一种重要的下游因子，通过调控细胞周期G1期到S期的转换调节细胞增殖能力[28]。综合上述分析可知，在神经母细胞瘤中DRR1表达水平的降低将下调细胞核内COMMD1蛋白的稳定性，进而激活NF-κB通路，导致cyclin D1表达水平升高，促使肿瘤细胞增殖速度加快，最终促进神经母细胞瘤的发生发展[5](图1)。此外，在胶质母细胞瘤中过表达DRR1也可抑制细胞增殖[7]。

图1 DRR1通过抑制NF-κB通路参与调节细胞增殖在正常细胞中，结合了F-actin的DRR1通过与COMMD1蛋白结合，增加COMMD1蛋白的稳定性，促进由COMMD1介导的NF-κB的降解;在肿瘤细胞中，DRR1的表达降低或缺失致使COMMD1蛋白的稳定性下降，进而引起NF-κB通路活跃，最终促进细胞周期转换以及细胞增殖。Fig.1 DRR1 modulates cell proliferation by inhibiting NF-κB pathwayIn normal cells，DRR1-F-actin complex binds to COMMD1 and increases the stability of COMMD1 protein.Increased COMMD1 promotes the degradation of NF-κB;in tumor cells，down-regulated DRR1 leads to the decreased stability of COMMD1 protein and increased acticity of NF-κB pathway，finally promotes cell cycle transition and cell proliferation.

2.3 DRR1与癌细胞转移

胶质母细胞瘤(GBM)是成人中最常见的一种中枢神经系统肿瘤，恶性度高，具有较高的侵袭能力。虽然放疗、化疗和手术对治疗GBM有一定作用，但患者的平均生存率仍然很低[29]。GBM患者的临床数据库信息显示，DRR1的高表达与GBM的临床预后不良呈显著正相关，而且在高风险患者样本中DRR1的表达水平显著高于其在低风险患者中的表达水平[7，24]。Le等[7]发现在GBM细胞系U251细胞中DRR1与F-actin在应激纤维黏着斑及膜褶皱处共表达，并且DRR1能够通过其HRE模体与MAP1A的LC2亚基结合，从而进一步促进微管等细胞骨架的形成与重组，继而影响黏着斑的聚合及解聚，最终增强肿瘤细胞的运动能力。Dudley等[30]研究发现DRR1可将AKT募集至细胞黏着斑附近，并促进AKT磷酸化。磷酸化的AKT(p-AKT)继而向细胞质和细胞核移动，通过下游通路参与调节细胞增殖、细胞生存、细胞代谢和细胞侵袭等多条信号转导通路[31～33]。最近，Ma等[24]也证实了在GBM中DRR1表达水平与p-AKT水平呈正相关关系。过表达DRR1通过增加细胞内p-AKT含量，继而下调上皮标识物E-cadherin的表达水平并上调间充质标识物vimentin、Snail和Slug等的表达水平，促进细胞进行上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，最终增强GBM细胞的转移能力(图2)。

2.4 DRR1与肿瘤治疗

不久前，Arnold等[34]开发了一种抗体——反义寡核苷酸复合物，通过靶向敲低胶质母细胞瘤干细胞(glioblastoma stem cell，GSC)中的 DRR1 表达以达到对GBM治疗的目的。该复合物中含有针对GSC表达标识物的抗体(CD44抗体或EphA2抗体)，抗体与靶向DRR1的特异性反义寡核苷酸偶联形成抗体-反义寡核苷酸复合物。同时，复合物中的反义寡核苷酸偶联有 2′-脱氧-2′-氟-β-D-阿拉伯糖核酸(2′-deoxy-2′-fluoro-beta-D-arabinonucleic acid，FANA)，后者用于增加反义寡核苷酸的稳定性及其与靶mRNA的亲和力。该复合物经实验证明可以成功内化，富集在病灶区并降低GSC中DRR1基因的表达水平。该复合物是目前为止第一个用于GSC靶向治疗的抗体-反义寡核苷酸复合物，对于临床上治疗晚期GBM具有重要意义。然而，虽然DRR1通过增加细胞侵袭能力在GBM中发挥“促癌”功能，但其在其他多种肿瘤包括GBM中具有抑制细胞增殖等“抑癌”方面的作用，所以目前为止DRR1在肿瘤发生发展过程中所发挥的作用仍颇具争议，在肿瘤治疗过程中针对DRR1的干预治疗手段仍需谨慎使用。

3 展望

图2 DRR1通过调节细胞骨架的形成以及黏着斑聚合与解聚的动态过程进而调控细胞侵袭能力DRR1蛋白可通过其自身模体分别促进微管以及纤丝状肌动蛋白的形成，进而有利于AKT沿着细胞骨架移动到黏着斑附近并被磷酸化，磷酸化的AKT最终促进EMT以及细胞侵袭。Fig.2 DRR1 promotes cell invasion by regulating the dynamics of the cytoskeleton formation and focal adhesion formationDRR1 recuits AKT to the focal adhesions by regulating the formation of microtubes and F-actin，then the translocated AKT is phosphorated，finally the phosphorated AKT induces EMT and cell invasion.

越来越多的证据表明DRR1在生物体中可能发挥重要的生物学功能，迄今为止，已经证实DRR1参与维持神经系统正常功能以及肿瘤发生发展过程。DRR1通过结合F-actin，继而参与各种生理功能的调节，是目前为止被广泛认可的作用机制。细胞质中的DRR1与F-actin结合后，通过AKT通路调控GBM细胞的侵袭[24，30];树突棘中的DRR1与F-actin结合后，参与调节突触形成以及认知能力[11];细胞核中的DRR1与F-actin结合后，通过NF-κB通路调节神经母细胞瘤的细胞周期以及细胞增殖[5]。在肿瘤发生发展过程中，DRR1的表达呈现出抑制肿瘤细胞增殖以及促进肿瘤细胞侵袭这样的“抑癌”兼“促癌”的双重作用，表明其作用机制的复杂性。DRR1在恶性肿瘤中所呈现的这种双重作用与转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、Daple 等蛋白质因子类似。TGF-β参与生物体多种生物学过程，包括胚胎发育、细胞生长、细胞凋亡及细胞迁移等。目前已明确TGF-β信号转导通路在肿瘤发生发展过程中发挥着双重作用:在肿瘤发生的早期阶段，TGF-β发挥抑制肿瘤发生发展的作用，随着肿瘤的发展，TGF-β通过增加肿瘤细胞侵袭性而促进肿瘤细胞转移[35～36]。Daple 因子是 Dishevelled(Dsh)的一种结合蛋白质，通过调节Wnt通路参与多种生物学功能。研究发现Daple的表达水平在早期结肠腺癌中较正常组织降低，并且其表达可抑制肿瘤细胞增殖;而在中晚期结肠腺癌中，Daple在肿瘤细胞中的表达水平较正常组织增加，并且其表达可促进肿瘤细胞侵袭[37]。TGF-β及Daple在肿瘤发生发展过程中的作用方式与DRR1非常相似。然而，到目前为止此种双重作用在什么样的条件下如何进行转换，该功能转换与组织细胞正常生理功能之间的内在联系以及其生理学意义等问题均尚未阐明，值得深入研究。此外，目前已经证实DRR1在细胞质以及细胞核内均有表达，且与之结合的F-actin在细胞核内外都发挥着重要的生物学功能[38～40]，提示未来可以通过区分DRR1的表达区域对其生物学功能以及作用机制进行深入研究。