核糖体的生物合成在恶性肿瘤治疗中的研究进展

房 龙，李 备，王宝龙，赵廷宝*

（1.山东大学临床医学院，山东济南 250012；2.山东大学附属山东省立第三医院脊柱脊髓外科，山东济南 250000）

核糖体（ribosome）于 20世纪早期被 Claude[1]发现，但在很长一段时间里科学家们并未将其与恶性肿瘤联系在一起。早在核糖体被发现之前的19世纪末期，研究观察到恶性肿瘤细胞的核仁较正常细胞的大，随后巨大的核仁被用于判断肿瘤细胞的恶性程度。随着分子生物学和组织化学技术的发展，使人们对核糖体与肿瘤之间的关系有了进一步的认知，肿瘤细胞内核仁的变化被认为与核仁内核糖体的生物合成（ribosome biogenesis,RiBi）有关，RiBi对细胞增殖过程具有调节作用，而控制肿瘤细胞增殖的各种因子和癌基因产物也会调节RiBi[2]。近年来，诸多研究热衷于对RiBi这一过程进行干预，从而达到抑制肿瘤细胞生长、侵袭的目的。本综述聚焦于近年来RiBi与肿瘤治疗之间的研究进展，对其相关机制、潜在治疗靶点进行介绍。

1 RiBi的机制

在细胞分裂间期的核仁内，核糖体RNA（rRNA）被翻译、加工、装配成核糖体亚基，然后被运送出核仁用以组成成熟的核糖体[3]。核仁中由特定DNA序列构成的区域被称作核仁组织区（nucleolar organizer regions,NORs），分布在所有人类近端着丝点染色体的短臂上。核仁主要由纤维中心（fibrillar center,FC）、致密纤维组分（dense fibrillar component,DFC）、颗粒组分（granular component,GC）三个区域构成[4]。rDNA与所有和rDNA转录相关的因子位于FC，在这里rDNA在RNA聚合酶Ⅰ（RNA polymerasesⅠ,RNA PolⅠ）的作用下转录合成47S rRNA前体（rRNA precursor 47S），RNA聚合酶Ⅲ（RNA polymerasesⅢ,RNA PolⅢ）合成的5S rRNA也会聚集在核仁中。在47S rRNA前体合成的过程当中，拓扑异构酶Ⅰ（topoisomerase I,TopⅠ）、上游结合因子（upstream binding factor,UBF）、转录起始因子RRN3、选择性因子SL1等转录因子起到了关键作用[5]，新合成的47S rRNA则在DFC被加工。GC中包含与核糖体蛋白（ribosomal protein,RP）装配在一起的rRNA，用以进一步组成40S的小亚基和60S的大亚基。40S小亚基由1条18S rRNA和33种RPs组成，而60S大亚基由28S、5.8S和5S rRNA各一条和47种RPs组成。60S大亚基和40S小亚基从核仁的颗粒组分中迁移至细胞质内，共同组成80S核糖体[6]。

2 RiBi与肿瘤发生

尽管越来越多的证据强调RiBi在恶性肿瘤细胞中的作用，但其相关的分子机制在近几年才逐渐明了。肿瘤细胞中最常见的RiBi调控点之一就是RNA PolⅠ本身，其参与了47S rRNA前体合成这一关键限速步骤[5]。通常来讲，高度活化的rDNA转录并不是由于核心RNA PolⅠ转录装置发生了功能获得性突变或扩增，一方面是因为调节RNA PolⅠ转录激活或关键进程因子的上游信号通路发生了改变（RAS/RAF/ERK、PI3K/AKT/mTOR及PTEN等信号通路）；另一方面是一些特定的原癌基因或抑癌基因活性发生了变化（myc、p53等），这些基因表达的蛋白能够与rDNA的启动子或转录装置直接作用[7]。

原癌基因myc控制着RiBi的多个步骤。myc直接调节多种RPs、RNA元件以及因子的表达，并参与成熟核糖体亚基从核仁到细胞质的输送。这些因子的转录上调需要辅助因子募集、染色体结构重塑以及三种RNA聚合酶的参与。在UBF和SL1帮助下，myc增强RNA PolⅠ对编码5.8S、18S和28S rRNA的rDNA的转录作用。myc能够激活5S rRNA的转录和促进转运RNA（transfer RNA,tRNA）穿过RNA PolⅢ。除此之外，myc还能够通过促进RNA PolⅡ的转录来增加蛋白质合成以及激活聚合酶转录因子ⅢB（transcription factor for polymerase III B,TFIIIB）来增强 RNA PolⅢ的转录[8]。

p53是最著名的抑癌基因，当细胞暴露在各种应激条件下会激活p53，从而调节各种编码和非编码基因的转录，进而产生细胞周期阻滞、凋亡、衰老、代谢改变、DNA修复等结果[9]。在这其中，RP-MDM2（mouse double minute,MDM2）-p53信号通路起重要作用。在正常条件下，未成熟的60S核糖体蛋白L5（RPL5）-60S核糖体蛋白 L11（RPL11）-5S rRNA前体复合物在核仁中被送入新合成的核糖体内。E3泛素蛋白连接酶MDM2能够介导p53蛋白降解，当各种因素使核仁产生应激状态时，RPL5-RPL11-5S rRNA前体复合物便会减少参与RiBi，转而与MDM2结合阻止其降解p53，从而使p53稳定表达以此来阻止细胞恶性变和肿瘤进展[10]。

3 RiBi相关因子与潜在的治疗靶点

近年来关于RiBi在肿瘤中的作用研究为肿瘤的治疗提供了新的思路。RiBi包括转录、rRNA加工、RPs的合成以及核糖体装配等步骤，这些步骤都是潜在的治疗靶点，参与这些过程的相关因子在各种恶性肿瘤中的作用机制也逐渐成为研究的热点。

PNO1（partner of NOB1,PNO1）是一种RNA结合蛋白，在人体中主要与另一种RNA结合蛋白NOB1（NIN1 binding protein 1,NOB1）形成复合体，参与18S pre-rRNA的成熟过程[11]。研究表明PNO1的表达在肺腺癌（lung adenocarcinoma,LUAD）组织当中明显高于癌旁组织，其受到miR-340-5p的负性调节，当PNO1的表达降低时能够抑制Notch信号通路从而减少LUAD细胞的增殖和转移[12]。此外，EBF1（Early B cell factor 1,EBF1）也被证实能够负性调节PNO1，PNO1表达的减少降低了18S rRNA、40S和60S核糖体亚基以及80S核糖体的水平，并主要通过p21/p53通路在结肠癌中发挥抑制肿瘤细胞生长、诱导细胞凋亡的作用[13]。

HEATR1（HEAT repeat-containing protein 1,HEATR1）主要参与18S rRNA前体的加工，其表达水平下调可极大程度抑制RNA Pol I介导的转录作用，继而影响RiBi[14]。在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）当中的表达明显增高，抑制的表达能够通过减少RiBi来激活p53，从而进一步依靠p53-PUMA-BAX/BCL2信号通路来诱导NSCLC细胞的凋亡[15]。此外，在胃癌细胞当中敲减HEATR1也会产生类似的抑制生长作用[16]。然而有研究表明在原发性胰腺癌中的表达却是低水平，并且与不良预后相关，下调的HEATR1会通过上调Nrf2信号通路诱导胰腺癌细胞的增殖和对吉西他滨的抵抗[17]，这证明了HEATR1除了影响RiBi相关过程之外，也会通过其他的环节来影响肿瘤的进展。

RRS1（ribosome biogenesis regulator 1,RRS1）主要参与编码核蛋白的氨基酸以及促进60S核糖体亚基的成熟[18，19]。在乳腺癌组织中RRS1一般为高表达，并与乳腺癌的转移和不良预后密切相关，在乳腺癌细胞中敲减RRS1的水平能够通过RPL5-RPL11-MDM2-p53信号通路诱导乳腺癌细胞凋亡[20]。另有研究发现RRS1作为miR-598的靶基因，上调miR-598的表达会诱导RRS1的表达下调，对胃癌细胞的增殖和迁移产生抑制作用[21]。此外在肝细胞癌和乳头样甲状腺癌（papillary thyroid carcinoma,PTC）中RRS1也被证实对癌细胞具有上述类似的作用[22，23]，更进一步的研究证实RRS1的表达水平与PTC的发病年龄密切相关。

DDX解旋酶（DEAD-box RNA helicases）家族是一个高度保守的RNA结合蛋白家族，其家族成员主要参与RNA合成至降解的各个环节，并有诸多成员已被报道与恶性肿瘤的发生发展密切相关[24]。DDX27主要参与调控RiBi过程中rRNA的成熟[25]，近年来发现其参与结直肠癌的转移以及预后中，DDX27能与核仁磷酸蛋白 1（nucleophosmin1,NPM1）相互结合，从而进一步激活NF-κB通路来促进癌细胞的生长和转移[26]；在乳腺癌中，DDX27则被证实与乳腺癌细胞的干性并导致预后不良[27]。DDX解旋酶家族中的另一名成员DDX21能够在ADP-核糖基化过程中促进rDNA转录，在对乳腺癌细胞使用PARP抑制剂后能够减少DDX21的核仁定位，并减弱其在RiBi、蛋白质合成以及细胞增长过程中的发挥的作用[28]。

从近期的研究可以看出，有多种参与RiBi过程的因子已被证实对恶性肿瘤的进展具有重要作用，这些因子具有成为新治疗靶点的潜质。然而目前研究主要集中在几类发病率比较高的肿瘤上，对于一些发病率较低、细胞来源不同的肿瘤仍鲜有报道，如在相关因子与肿瘤之间的关系有待进一步深入研究。

4 RiBi抑制剂

针对RiBi的药物研究也取得了一定进展。先前已经证实多种传统化疗药物对RiBi过程具有抑制作用，如顺铂、奥沙利铂和多柔比星等能够抑制rDNA转录；喜树碱能够作用于rRNA早期加工；5-氟尿嘧啶和高三尖杉酯碱等则主要作用于rRNA晚期加工[29]。此外有数种针对RNA Pol I的选择性抑制剂被研制并投入临床试验中，针对Pol I转录来抑制RiBi具有以下优点：（1）RNA Pol I具有高度选择性，其只参与47sRNA的转录，这就可能避免药物会产生抑制其他转录酶所调节基因的副作用；（2）在大多数肿瘤细胞中RiBi都会失调，这就使得RNA Pol I抑制剂能够作用于多种恶性肿瘤；（3）在正常的体细胞中RiBi水平相对较低，从而令这些正常细胞不容易受到RNA Pol I抑制剂的影响，增加RNA Pol I抑制剂对肿瘤细胞的选择性[30]。

CX-5461是具有代表性的小分子RNA Pol I选择性抑制剂，主要抑制rRNA的合成以及诱导细胞的衰老和自噬[31]。目前CX-5461已经通过针对血液肿瘤的Ⅰ期临床试验，结果证实CX-5461能够在患者体内安全生效[32]。另外有研究致力于将CX-5461与其他抑制剂或放射治疗联合应用治疗不同肿瘤，从新的角度发掘 RiBi抑制剂的治疗潜力[33～36]。

综上所述，RiBi对细胞生长、增殖来说是不可或缺的，同时也是其重要的限速环节。在过去的数十年中，随着对肿瘤和核糖体之间关系的研究加深，原癌基因myc和抑癌基因p53及其相关信号通路被证明在RiBi中起重要的调控作用。RiBi贯穿于肿瘤的发生和发展过程中，以RiBi为靶点寻求肿瘤的治疗策略成为新的热点，一方面数种参与RiBi过程的因子已经被证实与多种恶性肿瘤细胞增殖和侵袭能力密切相关；另一方面，无限增殖的肿瘤需要依赖高水平的RiBi，而对于RiBi来说，RNA Pol I介导的转录作用是这其中关键的一环，尽管在传统的化疗药物中部分药物能够起到抑制RNA Pol I的作用，但它们的发挥受限于其较低的选择性和较高的药物毒性，针对此类问题，选择性RNA Pol I抑制剂被研发并投入到临床试验中。此外，将选择性RNA Pol I抑制剂与其他抗癌药物合用所产生的效果有待进一步研究，多学科的共同协作有望为肿瘤的治疗开辟新的道路。