DDX20蛋白在癌症中的研究进展

李可 牛海涛 王清水 林尧

摘要：DDX20 蛋白是 DEAD-Box 蛋白家族成员之一，是 ATP 依赖的 RNA 解旋酶，与 RNA 代谢过程及肿瘤的发生发展密切相关。相关研究表明，DDX20 在多种肿瘤组织、细胞中均有表达，然而其在不同的肿瘤中的表达量及功能却不尽相同。部分肿瘤中 DDX20 作为促癌基因促进肿瘤发生发展，部分肿瘤中 DDX20 作为抑癌基因抑制肿瘤迁移。本文总结了 DDX20 在不同肿瘤中的表达及功能的差异性，旨在为今后 DDX20 的研究与相关治疗提供依据。

关键词：DDX20; 癌症 ; 促癌 ; 抑癌

【中图分类号】R246.5 【文献标识码】A 【文章编号】2107-2306（2019）05-008-03

DDX20（DEAD-box helicase 20） 又 名 DP103 或 Gemin3， 是 ATP 依赖的 RNA 解旋酶家族成员之一。根据体内位置分布的不同，DDX20 可参与胚胎的生长，精子的发生过程， 还可以参与细胞的生长和分裂等 [1]。除此之外，DDX20 还与多种肿瘤发生发展相关，其在不同肿瘤中的表达情况及发挥的功能亦不相同，作为促癌基因时，可调控下游信号通路促进肿瘤的发生发展;作为抑癌基因时，可通过调节下游 miRNA 表达发挥着抑癌的作用。本文主要对 DDX20 在不同肿瘤中的表达情况及功能研究进行总结。

1.1 DEAD-box 蛋白家族

DEAD-box（DDX）蛋白家族一直以 RNA 解旋酶的角色存在，是RNA 解旋酶中的重要成分。一些生物遗传和生化研究表明，DDX 家族蛋白在细胞 RNA 代谢中的各方面都起着一定的作用。它们对以RNA 为中心的生理功能是比不可少的，包括剪接体组装、核糖体生物发生、mRNA 转运、蛋白翻译、线粒体基因表达、RNA 转录和质量监控[2] 等。已有研究发现，DDX 蛋白家族成员除了参与细胞 RNA 代谢调控外，还表现出其他功能 [2]。比如他们通常作为蛋白复合物的组成部分参与细胞增殖，肿瘤细胞转移的调控等。因此它们的功能可能受到其互作蛋白的影响，并且高度依赖上下游蛋白的调控，这为一些相互矛盾的报道提供了一个合理的解释，例如有报道称 DDX 家族蛋白在癌症中即有促进肿瘤细胞增殖又有抑制肿瘤细胞增殖作用 [3]。

1.2 DEAD-box 家族蛋白结构

所有的 DDX 家族蛋白都有一个高度保守的解旋酶核心，该核心由两个结构域 （Domain 1 和 Domain 2 ） 组成， 并由一个短而灵活的连接体连接。其核心包含 9 个保守结构域，这些保守序列中也包含家族特征性的 Asp-Glu-Ala- Asp 结构域（天冬氨酸 - 谷氨酸 - 丙氨酸 - 天冬氨酸）， 其中一些保守序列参与 ATP 水解（相对于其他核苷三磷酸盐具有较高的特异性），底物结合和 RNA 双链解旋过程

（核心本身可结合短的 RNA 双链并参与解旋）[4]。在大多数 DDX 蛋白家族中，核心两侧都有 N 端区和 C 端区的扩展，这有助于该蛋白家族功能的多样性。许多 N 端和 C 端结构域可通过目的蛋白或 RNA 组分的相互作用，将单个的 DDX 蛋白导向它们的功能靶点。DDX 家族蛋白被赋予不同的功能是由独特的 N 端和 C 端所决定的，并依赖于他们的相互作用蛋白共同发挥作用。

1.3 DDX20 功能与蛋白结构

DDX20 最先被发现于盘基网柄菌的基因组中，并保留在后生生物中，真菌中可能不存在该基因。但在秀丽隐杆线虫 [5]，果蝇 [6]，小鼠 [7] 等多个动物模型系统中，DDX20 是必须存在的一个基因，其完全缺失会造成胚胎致死。

DDX20 可以參与 RNA 的多种代谢过程，如核糖体的转录

起始以及组装过程 RNA 的修饰剪接等，并伴随改变和维持 RNA 的二级结构三级结构等，还可以调控 mRNA 的稳定及降解的动态平衡过程 [8]。在不同的物种中，DDX20 蛋白的氨基酸长度存在显著性差异，例如，蜜蜂中 DDX20 由 728 个氨基酸组成，果蝇中其氨基酸为 1028、黄蜂为

1018、斑马鱼为 853、狐狸为 746、网杆菌属中为 849、而在人和鼠基因组中 DDX20 由 825 个氨基酸组成，其分子量为 105kDa。DDX20 是 DEAD-Box 蛋白家族成员之一， 也由 DEAD-Box 家族基础结构构成，有 9 个保守序列区域组成核心部分，在 N 端区和 C 端区之间。这些保守区域分布在两个大肠杆菌重组酶 A 类似的结构域上，通过一个短的且具有柔性的连接子相连 [9]，通常被称为结构域 1 和结构域 2，包括 Q， I， Ia， Ib， II， III， IV， V， 和 VI 九个核心区段。在

DDX20 中，这些核心区保守序列更偏向靠近于 N 端区。根据突变，生化和结构性的研究，这些序列被赋予了不同的功能。ATP 的结合和水解过程需要保守序列 I 和 II 的参与，而序列III 和VI 可通过解旋酶活性将ATP 结合并水解， 提供能量需求 [10]。尽管 DDX20 与 DEAD-Box 蛋白家族在核心区有着极大的序列和结构上的同源性，但其 C 端区高度分化 [10]。位于核心区两侧的序列通常被认为是通过与特定的 RNA 底物或其他相互作用因子的相互作用来提供功能的特异性。这样也对 RNA 解旋酶的不同功能是如何在细胞内受到时间和空间的调控做出了合理的解释。因此，

DDX20 可富集于其他辅助因子或相关蛋白上，也可受他们的调控从而被激活或被抑制，以蛋白复合体的形式存在于细胞间隔或组织中发挥其特定的生物学功能。

作为一种重要的蛋白，DDX20 的表达与疾病的发生发展密切相关。DDX20 在不同肿瘤中的表达水平与功能不尽相同。目前，关于 DDX20 与肿瘤之间关系的研究已在肝癌、胃癌、乳腺癌和前列腺癌中有报道。

2.1 DDX20 与肝癌

肝癌是发生在肝组织的一种常见恶性肿瘤，分为原发性肝癌和转移性肝癌等两种类型，其中最常见的是原发性肝癌 [11]。肝细胞癌是世界范围内癌症死亡的第三大原因，在我国东南沿海地区有着较高的发病率，我国肝癌患者集中在四十到五十岁之间，其中男性患者数明显高于女性。但肝癌发生的分子机制尚不清楚，但其转移机制的研究是近几年的研究热点，发现有多种信号通路参与肝癌细胞的转移和调控。例如络氨酸蛋白激酶体系中 MAPK

（Mitogen-Activated Protein Kinase）信号通路转导通路[12]， 细胞外信号调节激酶 ERK（Extracellular Signal-Regulated Kinase）級联通路等，在肝癌的发生发展中都有重要作用。前期研究报道通过肿瘤基因组学的体内 RNAi 筛选，发现DDX20 蛋白是抑制肝脏肿瘤的候选蛋白之一，在肝癌中充

当抑癌基因的作用[13]，但分子机制尚未清楚。有研究表明， miRNA-140 具有抑制肝脏肿瘤的作用，而 DDX20 的缺失可能导致miRNA-140 功能受损，从而导致肝癌的发生[14]。

2.2 DDX20 与胃癌

胃癌是世界五大常见癌症之一，也是癌症相关死亡率排名第三的癌症。尽管在全球范围内胃癌的发病率和死亡率呈明显下降趋势，但在东欧，南美尤其是亚洲地区仍然十分普遍。所以尽早诊断胃癌必然是改善预后和生存结局的关键。临床数据研究表明，胃癌的治愈率大概为 30%， 其癌细胞的转移复发是导致其死亡率居高不下的重要原因之一 [15]。胃癌的发病率和死亡率均居于癌症前列，而胃癌死亡率高的关键因素也是胃癌细胞的转移难以被控制，当癌细胞从原发肿瘤转移到另一个器官时候，也将癌症治疗难度推上了巅峰，使其肿瘤细胞的彻底清除变得更加难以实现。癌细胞的转移受一系列促进细胞转移基因的调控， 目前已有多种基因被证实有“癌症转移相关基因”的作用， 前期研究报道在胃癌细胞中，DDX20 基因参与了胃癌细胞的转移调控。DDX20 在胃癌细胞中充当促癌基因的作用， 可能是胃癌治疗的一个潜在的新靶点。

2.3 DDX20 与乳腺癌

全球范围内，乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤。近年来发展中国家的乳腺癌发病率有所上升 [16]。由于乳腺癌的治疗得到了进展，单纯由乳腺癌引起的死亡并不多，往往是乳腺癌转移引发的一系列病症导致的死亡 [17]。因此， 筛选与乳腺癌转移相关基因是非常重要的。近期有文献报道称 DDX20 参与并调控乳腺癌的转移。在乳腺癌患者中，DDX20 的表达水平与乳腺癌患者的生存率呈负相关且DDX20 的高表达可促进乳腺癌细胞的转移，而抑制DDX20 基因的表达则使得乳腺癌细胞的转移得到延缓 [18]。同时也发现在乳腺癌中MMP9 的表达与DDX20 的表达呈正相关， 且 MMP9 的表达水平与乳腺癌患者的生存率呈负相关， MMP9 可间接影响 DDX20 调控的乳腺癌细胞的迁移，而DDX20 也可调控 NF-κB 相关蛋白的表达从而影响 NF-κB 介导的癌症相关信号通路[18]。DDX20 表达水平的升高意味着乳腺癌细胞从非转移状态转变为转移状态，而且 DDX20 与NF-κB 形成正反馈调节，参与癌症的形成与发展。因此，

DDX20 可能是乳腺癌的发生和转移的潜在检测标志物。

2.4 DDX20 与前列腺癌

前列腺癌在欧洲国家中属于第二大常见癌症，也是美国男性癌症死亡的第二大原因 [19]。虽然目前关于前列腺癌的病因仍不明确，但家族病史，肥胖以及高龄等因素有很大的患癌风险 [20]。基因变异相关研究也指出，乳腺癌 1 号基因（BRCA1），乳腺癌 2 号基因（BRCA2）[21]。除此之外， 还有很多的基因被报道与前列腺癌的发生发展紧密相关， 如 DDX20。DDX20 在前列腺癌细胞中高表达，且 DDX20 的过表达会促进前列腺癌细胞增殖，迁移和侵袭 [22]。同样在前列腺癌中 DDX20 的表达与 MMP9 表达成正相关并参与 NF-κB 信号通路的调控作用 [22]。这与之前我们提到的乳腺癌中DDX20 的作用及信号通路有很大的相似性。从而进一步说明了DDX20 在前列腺癌中也充当了促癌基因的作用。

在 DDX 蛋白家族中，DDX20 的研究相比于家族其他蛋白来说相对薄弱。DDX3 应该是目前为止该家族成员中研究最为广泛的蛋白，研究者在口腔癌 [23]，乳腺癌 [24] 和肺癌[25] 中分别DDX3 的小分子抑制剂去处理肿瘤细胞，发现抑制 DDX3 的 ATP 水解酶和 RNA 解旋酶活性能抑制肿瘤细胞的迁移，使其凋亡增加等。DDX1 可能参与肿瘤发

生 [3]。而 DDX5 和 DDX7，研究较为广泛的是他们作为转录共激活剂或者转录的辅助因子发挥作用 [3]。可见对整个家族而言，DDX 蛋白或多或少都参与了癌症的调控。但其在癌症信号通路中可能受到多重因素的影响，可表现为促癌或者抑癌的双重作用。DDX20 基因在各种癌症中发挥着不同的功能，在肝癌中，DDX20 基因通过调控 miRNA-140 表达，抑制 NF-κB 信号通路的转导，进而阻止肝癌细胞的进一步恶化发展。然而，在胃癌、乳腺癌和前列腺癌中， DDX20 起着促癌基因的作用。DDX20 通过影响 NF-κB 信号通路促进乳腺癌细胞及前列腺癌细胞的转移。基于此， 我们认为DDX20 可能通过不同的信号通路与不同的辅助因子或相关蛋白形成多种蛋白复合体参与到癌症的转移调控中，也为肿瘤的信号通路的研究提供了新的方向和思路。

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基金：福建省自然科學基金（2018J01723） 第一作者：李可

通讯作者：林尧，yaolin@fjnu.edu.cn