BRIX 蛋白质超家族在结直肠癌发生发展中的作用机制研究进展

陆马乘，程聪，张烨

南京医科大学附属无锡市人民医院普外科，江苏无锡214023

结直肠肿瘤（CRC）是最常见的消化系统肿瘤之一［1］。手术和放化疗是CRC 的主要治疗手段，但治疗效果均不佳。分子靶向治疗是一种新兴肿瘤治疗方法，已成为CRC 个体化治疗和综合治疗的一线方案。目前CRC 患者接受靶向药物治疗后常出现耐药。核糖体生物发生可能是一个新的CRC 潜在治疗靶点［2］。BRIX 是KASER 等［3］发现的非洲爪蛙胚胎核糖核蛋白BRIX1 的特征结构域，他们把拥有这个特征性结构域的真核及原核核糖体相关蛋白命名为BRIX 蛋白质超家族，也称为BRIX 结构相关域蛋白（BRIX domain-containing protein，BXDC）。来源于真核细胞的BRIX 蛋白质超家族有5 个，分别为BXDC1（RPF2）、BXDC2（BRIX1）、BXDC3（PPAN）、BXDC4（IMP4）和BXDC5（RPF1）［4］。BRIX 蛋白质超家族通过核糖体生物发生及其相关因子途径、5sRNPMDM2-p53途径和Wnt/β-catenin信号通路等途径参与CRC 的发生发展，目前已有较多相关报道。现就BRIX 蛋白质超家族在CRC 发生发展中的作用机制研究进展综述如下，以期为CRC 靶向治疗药物的开发提供理论依据。

1 BRIX 蛋白质超家族通过调节核糖体生物发生调控CRC的发生发展

核糖体的生物发生与rDNA 的表达有关，而rDNA 表达失控与CRC 的发生发展密切相关［5］。CRC胃肠黏膜细胞的癌变与rDNA 转录活性上调有关［6］。BRIX蛋白质超家族是细胞周期的重要参与因子，其BRIX 结构域被认为是RNA 结合单元，在细胞中可与特定RNA（即rRNA）结合，同时作为一个rRNA 与相关蛋白作用的平台，参与核糖体的合成及组装，影响恶性肿瘤细胞的生长［7］。BRIX 蛋白质超家族可通过参与核糖体大、小亚基的发生及核糖体发生等过程，参与CRC 的发生发展。BRIX1、PPAN、RPF1和RPF2 分别作用于大亚基，是核糖体大亚基合成组装的重要调控因子［8］。IMP4 是真核生物U3 snoRNP 复合物的组成部分，参与18S 前体rRNA加工［7］。

1.1 BRIX 蛋白质超家族通过调节核糖体大亚基发生调控CRC的发生发展

1.1.1 RPF2通过调节核糖体大亚基发生调控CRC的发生发展 RPF2 是参与核糖体大亚基装配的重要因子［4］，参与了5sRNP到60s核糖体大亚基前体的组装和成熟。RPF2 拥有两个BRIX 结构域，其C’端的部分与核糖体大亚基结合，而N’端的结构域则与核糖体发生的相关RNA 因子结合，从而在核糖体发生中介导大亚基-RNA因子相互作用，发挥着结合骨架的功能［9］。但RPF2无法单独发挥作用，它需要与核糖体生物发生调节蛋白1（Ribosome Biogenesis Regulator 1 Homolog，Rrs1）结合，组成异二聚体，才能稳定锚定在核糖体大亚基前体上［10］。在真核细胞的生物发生中，RPF2-Rrs1 异二聚体参与5sRNP 与60s 核糖体大亚基前体的结合，使5sRNP 与60s 核糖体大亚基前体组装，调控5sRNP 旋转获得成熟功能结构［11］。另有研究［12］发现，RPF2-Rrs1 异二聚体同时参与大亚基中的25srRNA 加工成熟RPF2 作为TOR 的下游因子，调节核糖体发生，促进细胞增殖，抑制肿瘤细胞凋亡，参与到mTOR 相关的CRC 发生发展中。

1.1.2 BRIX1（BXDC2）通过调节核糖体大亚基发生调控CRC 的发生发展 BRIX1 是第一个被发现拥有BRIX 结构域的BRIX 蛋白质超家族成员，其BRIX结构域可与特定rRNA结合，参与核糖体合成，参与CRC 的发生发展［13］。在酵母菌的核糖体生物发生中，BRIX1 与EBNA1 结合蛋白2（EBP2）共同作用，促进25S rRNA 的成熟及60S 核糖体亚基的组装［14］。BRIX1-EBP2 具有合成杀伤力，二者中任一一蛋白突变，都不会导致细胞核糖体的生物发生功能障碍；但二者同时突变可导致细胞的核糖体生物发生明显受阻［15］。SHIMOJI 等［16］研究发现，EBP2 可以独立于BRIX1 与核糖体前体结合，阻断BRIX1 及EBP2 均可导致核糖体27sA3 pre-rRNA 成熟障碍。因此，BRIX1与EBP2可能作为核糖体大亚基生物发生的关键因子，具有共同的分子作用途径，且EBP2的作用优先于BRIX1，并且两者之间的相互作用，可能是通过Pwp1、Nop2、RPL8 和RPL15［16］等第三方因子介导的间接途径。

1.1.3 PPAN（BXDC3）通过调节核糖体大亚基发生调控CRC 的发生发展 PPAN 首次发现于在酵母菌的胞质中，又被称为第二步剪切因子1（Second-Step Splicing Factor 1，SSF1/SSF2）［17］。PPAN 定位于核仁中，通过特征性BRIX 结构域的σ70功能区特异性结合rRNA，与核磷蛋白（NPM）协同作用于60s 大亚基，阻止60s大亚基的过早剪切引起的核糖体成熟功能障碍［18］。PPAN在核仁还可以与上游结合因子1（Upstream Binding Transcription Factor，UBF1）相互作用，通过调节RNAPolⅠ影响核糖体生物发生［19］。CRC细胞中PPAN 表达上调，上调的PPAN 可通过促进核糖体的生物发生，抑制CRC细胞的凋亡［20］。

1.1.4 RPF1通过调节核糖体大亚基发生调控CRC的发生发展 RPF1（BXDC5）参与核糖体66srRNP构成，是核糖体生物发生的必须因子［21］。RPF1同样含有标志性的σ70功能结构，与特定rRNA结构特异性结合发挥功能。RPF1 是Ras 超家族成员Ran 的下游信号，可通过Kap120 等多条跨Ras 相关核蛋白通路转运到核仁中，参与核糖体的生物发生，参与Ras相关CRC的发生、发展［22］。

1.2 BRIX 蛋白质超家族通过调节核糖体小亚基发生调控CRC的发生发展IMP4（BXDC4）是U3snoRNP 的组成之一，参与核糖体的生物发生［23］。在真核细胞中，组成核糖体小亚基的18sRNA 在核糖体生物发生的早期与组成大亚基的5.8srRNA 以及28srRNA，共同被RNA PolⅠ作为47s pre-rRNA 翻译。然后在90s 核糖体颗粒阶段分离，转运到胞质中修饰成熟并参与小亚基组装。早期研究［24］认为，U3snoRNP 是18srRNA 从90s 核糖体颗粒中分离的必须因子。LEE 等［23-24］进一步研究发现，BIRX 结构域蛋白IMP4 与Us4 样因子IMP3，和Mpp10 特异性结合，U3 snoRNA 通过与90s 核糖体颗粒中rRNA 的特定位置形成杂合双链，切割rRNA 前体的A0、A1和A2位点使18srRNA 分离。而U3 snoRNA 与rRNA的结合，必须有IMP3-IMP4-Mpp10 异三聚体的介导，从而解开两者对应位点的螺旋以及维持杂合后的双链的稳定［25］。其中，IMP4 和IMP3 共同参与第二步U3-ETS 双链的杂合，但第三步U3-18s 双链则仅需IMP3 或IMP4 二者之一参与。同时，IMP4 还参与调控U3 从pre-rRNA 上的解离过程，使18sRNA 可以继续结合辅助因子加工成熟［26］。

肺癌组织中IMP4 参与肿瘤相关的核糖体发生［27］。因此，BRIX 结构域蛋白家族IMP4 可能通参与核糖体生物发生，参与CRC的发生和发展。

2 BRIX 蛋白质超家族通过调节核糖体生物发生合作因子途径、5sRNP-MDM2-p53 途径、Wnt/βcatenin途径等调控CRC的发生发展

Rrs1 是RPF2 在核糖体发生中的合作因子，也是一个肿瘤相关因子［12］。在CRC 组织中Rrs1 表达明显增加，而抑制Rrs1 的表达可以使低分化结直肠癌细胞RKO 和人结直肠腺癌细胞HCT-116 的细胞周期停滞，细胞凋亡比例升高［28］。因而RPF2 很可能通过与Rrs1 的相互作用，参与到CRC 的发生和发展。

EBP2 是BRIX1 在核糖体生物发生中发挥功能的必须因子。但EBP2 可通过多条路径，参与肿瘤发生。Cyclin E/CDK2 是是调节细胞周期的重要通路，在肿瘤组织中高度表达，与CRC 等肿瘤的发生密切相关。而EBP2 可以直接与Cyclin E-CDK2 作用，参与CRC 的发生和发展［29］。EBP2 可以直接与MYC产生正反馈—EBP2帮助MYC在核仁重新定位并抑制MYC 降解，而MYC 可进一步促进EBP2 的合成［30］。因此，EBP2 可以与原癌基因MYC 作用，影响细胞增殖。泛素连接酶系统（UBPs）是有丝分裂的重要组成部分，其中的泛素连接酶FBW7（F-box and WD repeat domain-containing 7）是EBP2 的另一个重要靶点。WELCKER 等［31］研究结果发现，EBP2可以通过调节泛素连接酶FBW7 在核仁中的定位，调节泛素耦联酶2C（E2 ubiquitin-conjugating enzyme UbcH10，UBE2C）的活性。UBE2C是UBPs的重要组成部分，参与调控染色体分裂，同时也是一个原癌基因因子，参与CRC 的发生和晚期转移中发挥重要的作 用［32］。因 此，Fbw7-UBE2C 是BRIX1-EBP2 参与CRC 的一个重要途径。此外，Fbw7 可能与XBP1 存在负反馈，Fbw7的重新定位会影响XBP1的发生［33］。

最新研究［34］发现，XBP1 可通过某种途径抑制CRC 细胞的增殖，并抑制其表达肠上皮干标记物。XBP1 与抑癌因子CHOP（C-EBPζ）密切相关，参与肿瘤相关的内质网应激，影响线粒体凋亡途径、死亡受体途径等多条细胞凋亡途径［35］。EBP2 还可以与人类核仁蛋白（NCL）HNRPU_HUMAN 直接作用，来影响细胞RNA 翻译［36］。BRIX1-EBP2 可以通过细胞周期依赖蛋白、原癌基因、抑癌因子以及核仁蛋白多种途径，参与CRC的发生和发展。

CRC肿瘤组织中NPM存在异常表达［37］。PPAN-NPM 可通过抑制人体细胞中核仁应激P53 途径诱导细胞凋亡，同时还可通过定位于线粒体抑制BAX 诱导的半胱天冬酶（caspase）依赖途径抑制CRC细胞凋亡［38］。

5sRNP 是核糖体大亚基的组成之一，通过RPF2与核糖体大亚基前体结合并成熟。RPF2 的敲除并会让游离5sRNP 在细胞中积累［11］，而游离5sRNP 可以通过5sRNP-MDM2-p53途径诱导细胞的凋亡［7，10］。因此结合5sRNP 减少5sRNP 游离，从而抑制游离5sRNP导致的CRC细胞凋亡。

RPL5 的失活是目前肿瘤细胞中最常见的核糖体蛋白缺陷之一。RPL5是一种抑癌因子，可通过影响包括TP53、c-MYC 在内的多种抑癌和促癌通路，在CRC 等多种肿瘤细胞中发挥抑癌作用［39］。有报道［40］指出，RPF2可以与RPL5结合并发挥一定功能。

研究［41］发现，PPAN 可能与CRC 相关通路Wnt/β-catenin 存在反馈信号通路，PPAN 可作为Wnt/β-catenin 的下游因子参与信号传导，同时PPAN 的缺失也可激活Wnt/β-catenin 通路，抑制肿瘤细胞的凋亡。PPAN 还可与G 蛋白耦联受体P2Y11 相互作用，形成PPAN-P2Y11 复合体，与EIF3G 共同作用，参与嗜睡症的发生发展［42］。而EIF3G是一个与CRC高度相关的因子，EIF3G 在CRC Ⅳ期组织中呈高表达，促进CRC细胞的增殖和迁移。

综上所述，BRIX 蛋白质超家族可通过参与核糖体大、小亚基的发生，参与CRC 的发生发展。BRIX蛋白质超家族还可通过核糖体生物发生合作因子途径、MDM2-p53-5sRNP 途径、Wnt/β-catenin信号通路等核糖体外途径，参与CRC的发生发展。