hnRNPs家族参与调控肿瘤免疫微环境的研究进展

张国新，张文龙，李梦媛，杨星九，高苒

(国家卫生健康委员会人类疾病比较医学重点实验室，北京市人类重大疾病实验动物模型工程技术研究中心，中国医学科学院医学实验动物研究所，北京协和医学院比较医学中心，北京 100021)

在世界范围内，恶性肿瘤仍然对公众健康造成严重的威胁。在过去的几十年里，虽然药物在肿瘤中的应用已经取得了很大的进展，但肿瘤的临床治疗效果仍然较差。肿瘤是一种器官样结构，是恶性细胞与其直接环境共同进化的结果。肿瘤微环境包含了肿瘤细胞周围的所有生理生化元素和所有进入这个器官的结构。如血管、免疫细胞、成纤维细胞和细胞外基质等[1-2]。近年来，随着对hnRNPs研究的不断深入，对hnRNPs在肿瘤免疫与肿瘤微环境的分子机制更进一步探讨，将对肿瘤治疗提供新的方法和思路。

1 hnRNPs家族概述

hnRNPs是一组由RNA聚合酶Ⅱ产生的与新生转录物结合的核蛋白，现已发现有hnRNP A-U 20余种蛋白质，在hnRNPs蛋白家族中发现了四个独特的RNA结合区：RNA识别模体(RRM)，准-RRM，组成RGG盒和KH域的甘氨酸结构域[3-4]。hnRNPs蛋白家族在染色质重塑、基因转录、mRNA转运、RNA剪接、RNA编辑和翻译等的生物学调控中具有多种细胞功能，并在肿瘤发生中起到重要作用[5-7]。hnRNPs主要结合位于外显子或内含子中称为剪接沉默子的序列，以促进外显子排斥并充当剪接抑制子[8]。这类蛋白中最丰富和最具特征的是hnRNP A1和hnRNP A2，它们具有高度的序列同源性和功能同源性[9]。越来越多的证据表明，hnRNP A1和hnRNP A2在多种肿瘤中异常表达，并且已经作为早期肿瘤诊断的生物标志物[10]。

除调节基因表达外，hnRNPs蛋白经常经历翻译后修饰，导致生物活性和亚细胞定位的变化。据报道，对hnRNPs的翻译后修饰包括甲基化、磷酸化、泛素化[11]。hnRNPs可以直接结合新生的RNA聚合酶Ⅱ转录物并催化异质核RNA形成成熟的mRNA。hnRNPs功能的多样性和复杂性，在细胞核酸代谢中起着关键作用。大量证据表明，hnRNPs的功能因其细胞定位而异，大多数hnRNPs蛋白具有常规的核定位信号，在稳态时主要存在于核内。它们能够在翻译后刺激或通过招募其他hnRNPs在胞质溶胶中转运[3]。因此，调控核质穿梭的机制极其重要，hnRNP A2/B1易位到细胞质，激活TBK1-IRF3途径，导致IFN-α/β的产生，启动并增强对DNA病毒的天然免疫反应[12]。CD43是在白细胞活化和粘附中起关键作用的糖基化跨膜分子，hnRNP K和purα能够共同抑制CD43基因启动子的转录活性，进而抑制白细胞的活化和粘附[13]。细胞毒性淋巴细胞表达颗粒酶M能够裂解hnRNP K的多个RNA位点，因此破坏了hnRNP K的功能，进而抑制人巨细胞病毒的复制[14]。hnRNP L可与lncRNA CASC9组成LncRNA和蛋白复合物影响肝细胞癌中AKT信号通路和DNA损伤[15]。非典型的转化生长因子β通过蛋白激酶B(AKT2)信号转导诱导hnRNP E1上丝氨酸磷酸化，hnRNP E1的翻译后修饰促进了它与3’UTR核酸调控基序的分离，驱动肿瘤的上皮间质转化和转移。在细胞模型中，高丰度的p-hnRNP E1和低水平的hnRNP E1清楚地显示了该系统在转移过程中的相关性[16]。本文将主要阐述hnRNPs家族在炎症反应、肿瘤免疫与肿瘤微环境之间的关系(图1)，同时本文构建了hnRNPs蛋白家族的网络关联示意图(图2)。

图1 hnRNPs家族中与炎症反应、肿瘤微环境和肿瘤免疫有关的hnRNPFigure 1 hnRNPs family related to inflammation, tumor microenvironment and tumor immunity

图2 hnRNPs蛋白的网络关联示意图Figure 2 Network association diagram of hnRNPs protein

2 hnRNPs与炎症反应

慢性炎症是肿瘤发展和转移的重要驱动因素。许多分子成分和信号通路参与调节免疫细胞、炎症、癌症生长和转移之间的联系。例如，肿瘤细胞中TLR4信号的不当激活可导致炎症反应，从而导致肿瘤细胞的死亡抵抗和促进肿瘤的增殖和侵袭。同样，免疫细胞中TLR4和其他先天性传感器的不当激活也会导致炎症的发生，从而导致肿瘤进展和转移[17]。在细菌内毒素致脓毒性休克中，TNF-α和IL-1β促炎因子大量表达，hnRNP D能够降解促炎因子的mRNA控制促炎因子的异常表达。hnRNP D缺失的突变小鼠更易受到脂多糖诱导的内毒素样感染性休克的影响。因此，hnRNP D被认为是促炎细胞因子表达的关键抑制因子[18]。作为hnRNPs家族的另外成员，hnRNP I 与 hnRNP L能够通过炎症反应调节一氧化氮合酶的mRNA的合成[19]。MiR-328在诱导单核细胞分化和氧化应激的过程中抑制hnRNP E2的表达，进而导致单核细胞中CD11b的表达和活性氧的生成，在调节炎症反应和免疫系统中发挥重要的作用[20]。

许多研究已经证明，一些RNA结合蛋白可能通过调节炎症和肿瘤相关基因的剪接或mRNA稳定性参与炎症过程和肿瘤发生的调节[21]。hnRNP U已被报道通过稳定巨噬细胞中的mRNAs来增强TLR诱导促炎性细胞因子的产生[22-23]。IRAK1是toll样受体介导的NF-κB信号传导的重要组成部分，研究表明，小鼠肠上皮细胞hnRNP I的敲除激活了NF-κB信号通路和上调IRAK1的表达，失去环境微生物的免疫耐受，导致自发性结肠炎的早期发病，随后发展为侵袭性结直肠癌[24]。hnRNP K-3’UTR复合物抑制未诱导的巨噬细胞中TAK1的mRNA翻译，脂多糖依赖的TLR4激活消除这种翻译抑制，新合成的TAK1促进巨噬细胞炎症反应[25]。下调hnRNP A2/B1可减轻炎症和关节破坏，减少单核吞噬细胞系统产生促炎性细胞因子，揭示hnRNP-A2/B1在诱导炎症性自身免疫反应中的重要作用[26]。hnRNP I的异常拼接导致自发性结肠炎的发病，进而促进侵袭性结直肠癌的发展。揭示hnRNP I依赖的转录后控制可能在炎症和肿瘤的发病机制中发挥重要作用[27]。hnRNP A1通过上调TFF2，改善抗CD3抗体性肠炎小鼠的肠道损伤，增加细胞凋亡和促进上皮修复，然而这种分子可通过不同途径改善硫酸葡聚糖诱导的结肠炎的发生[28-29]。

3 hnRNPs与肿瘤免疫

肿瘤发展的每一步，包括肿瘤转移，都可能是因为逃离了机体的免疫监视。CD8+T细胞，自然杀伤(NK)细胞和单核细胞有助于预防肿瘤转移，但不影响原发肿瘤生长[30-31]。在固有免疫系统中，Lnc RNA FIRRE通过与hnRNP U相互作用调节炎症基因mRNA的稳定性[32]。hnRNP A1是TRAF6蛋白底物，hnRNP A1的TRAF6泛素化调节Arhgap1的剪切，hnRNP A1的泛素化作用将先天性免疫和骨髓的异常增生联系起来，导致GTP结合的Rho家族蛋白CDC42的激活和癌前病变的发生。造血干细胞CD45受体的酪氨酸磷酸化在T细胞的发展和激活中起重要作用，CD45受hnRNP L的调控进行可变剪切，hnRNP L通过调节前体T细胞受体和趋化因子受体信号进而调节T细胞的分化和迁移[33]。hnRNP M的过度表达通过调节免疫细胞CD44水平来促进淋巴结转移患者乳腺癌的侵袭性，这表明它作为一种治疗靶点具有潜力[34]。尽管hnRNPs的典型功能是促进前mRNA剪接，但它们通过识别RNA上的特异顺式元件参与了RNA代谢的所有过程[35]。也有研究发现hnRNP L的保护覆盖了多个3’ UTR内含子的存在，使这些异常的mRNA能够逃避无义介导的mRNA衰变途径，并促进bcl2过度表达和肿瘤形成。这有助于B细胞淋巴瘤的质量控制[36]。Lnc RNA THRIL及其结合蛋白hnRNP L可以调节TNFα的表达，在人类先天性免疫反应和炎症性疾病中发挥重要调控作用[37]。hnRNP K的降低有助于T细胞和B细胞淋巴瘤的发生。hnRNP A1/A2或sf2/asf的特异性敲除增加了IRF-3前体mRNA外显子2和3的剪切，并影响了人非小细胞肺癌的免疫调节功能[38]。

4 hnRNPs与肿瘤微环境

肿瘤细胞会发生代谢改变，以适应改变的微环境，但是肿瘤微环境的改变中潜在分子机制尚未得到充分探讨。细胞外营养物质决定了肿瘤细胞的增殖速度。然而，与正常细胞不同的是，癌细胞具有更大的代谢可塑性，使它们能够更好地适应较低或不断变化的营养条件，反过来，即可以重塑肿瘤微环境[39]。最近研究发现，hnRNP A1参与丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)mRNA的选择性剪接，使肿瘤细胞特异性产生PKM2亚型，hnRNP A1的乙酰化状态与葡萄糖利用率有关，这影响了PKM2依赖性糖酵解途径。去乙酰化酶介导的hnRNP A1去乙酰化能够以PKM2依赖的方式抑制肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)增殖和肿瘤发生。这些发现表明，hnRNP-A1乙酰化诱导的代谢重编程是为了适应肿瘤微环境的改变[40]。

肿瘤具有结缔组织增生反应特征，用有限的可利用性营养创造缺氧和坏死的区域，这对肿瘤细胞和免疫细胞能源造成了相当大的限制。越来越多的证据表明，不利的肿瘤微环境既能改变肿瘤细胞的恶性进展，且有助于化疗和抗辐射。肿瘤微环境的改变可对宫颈癌细胞基因表达进行表观遗传调节，如缺氧能够诱导hnRNP A1基因的cDNA表达进而适应改变的微环境[41]。Yao等[42]发现人骨髓细胞中VEGFA(vascular endothelial growth factor-A，VEGFA)的mRNA翻译是由富含CA的miR-574-3p与hnRNP L之间的双向相互作用决定的，肿瘤微环境中肿瘤相关巨噬细胞表达VEGFA对肿瘤的进展和转移至关重要。在正常氧气状态下，miR-574-3p作为诱饵，结合胞质hnRNP L，阻止其与富含CA元素的结合和刺激VEGFA的mRNA翻译，同时允许miR-297介导的翻译沉默。然而，在缺氧条件下，hnRNP L的酪氨酸磷酸化导致胞质积累，抑制了miR-574-3p的诱饵活性和种子序列依赖的基因沉默活性。外源表达的miR-574-3p结合hnRNP L的多个RNA识别模体结构域，与miR-297协同作用，减少VEGFA的表达和mRNA的翻译，引发细胞凋亡，从而抑制肿瘤的发生[42-43]。

5 结语

综上所述，hnRNPs作为一种肿瘤抗原，可以通过多种途径和方式调控其下游肿瘤相关基因的表达，在肿瘤免疫，炎症反应与肿瘤微环境方面发挥着重要作用。但目前关于hnRNPs在炎症反应，肿瘤免疫与微环境的研究尚处于起步阶段，很多关键的问题还有待进一步的研究解决。除此之外，由于许多hnRNPs具有共同的RNA结合特点，因此研究hnRNPs之间形成的各种复合物将有助于我们更好地理解其互补和调控功能。hnRNPs家族成员众多，功能复杂，作为一个蛋白家族，需要阐明其翻译后修饰的作用，特别是磷酸化在蛋白质的亚细胞定位中以及在与其他因素相互作用中的作用。相信随着hnRNPs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，hnRNPs家族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重要的临床意义。