張國(guó)新，張文龍，李夢(mèng)媛，楊星九，高苒

(國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)人類疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市人類重大疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型工程技術(shù)研究中心，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所，北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心，北京 100021)

在世界范圍內(nèi)，惡性腫瘤仍然對(duì)公眾健康造成嚴(yán)重的威脅。在過(guò)去的幾十年里，雖然藥物在腫瘤中的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但腫瘤的臨床治療效果仍然較差。腫瘤是一種器官樣結(jié)構(gòu)，是惡性細(xì)胞與其直接環(huán)境共同進(jìn)化的結(jié)果。腫瘤微環(huán)境包含了腫瘤細(xì)胞周圍的所有生理生化元素和所有進(jìn)入這個(gè)器官的結(jié)構(gòu)。如血管、免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)等[1-2]。近年來(lái)，隨著對(duì)hnRNPs研究的不斷深入，對(duì)hnRNPs在腫瘤免疫與腫瘤微環(huán)境的分子機(jī)制更進(jìn)一步探討，將對(duì)腫瘤治療提供新的方法和思路。

1 hnRNPs家族概述

hnRNPs是一組由RNA聚合酶Ⅱ產(chǎn)生的與新生轉(zhuǎn)錄物結(jié)合的核蛋白，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有hnRNP A-U 20余種蛋白質(zhì)，在hnRNPs蛋白家族中發(fā)現(xiàn)了四個(gè)獨(dú)特的RNA結(jié)合區(qū)：RNA識(shí)別模體(RRM)，準(zhǔn)-RRM，組成RGG盒和KH域的甘氨酸結(jié)構(gòu)域[3-4]。hnRNPs蛋白家族在染色質(zhì)重塑、基因轉(zhuǎn)錄、mRNA轉(zhuǎn)運(yùn)、RNA剪接、RNA編輯和翻譯等的生物學(xué)調(diào)控中具有多種細(xì)胞功能，并在腫瘤發(fā)生中起到重要作用[5-7]。hnRNPs主要結(jié)合位于外顯子或內(nèi)含子中稱為剪接沉默子的序列，以促進(jìn)外顯子排斥并充當(dāng)剪接抑制子[8]。這類蛋白中最豐富和最具特征的是hnRNP A1和hnRNP A2，它們具有高度的序列同源性和功能同源性[9]。越來(lái)越多的證據(jù)表明，hnRNP A1和hnRNP A2在多種腫瘤中異常表達(dá)，并且已經(jīng)作為早期腫瘤診斷的生物標(biāo)志物[10]。

除調(diào)節(jié)基因表達(dá)外，hnRNPs蛋白經(jīng)常經(jīng)歷翻譯后修飾，導(dǎo)致生物活性和亞細(xì)胞定位的變化。據(jù)報(bào)道，對(duì)hnRNPs的翻譯后修飾包括甲基化、磷酸化、泛素化[11]。hnRNPs可以直接結(jié)合新生的RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄物并催化異質(zhì)核RNA形成成熟的mRNA。hnRNPs功能的多樣性和復(fù)雜性，在細(xì)胞核酸代謝中起著關(guān)鍵作用。大量證據(jù)表明，hnRNPs的功能因其細(xì)胞定位而異，大多數(shù)hnRNPs蛋白具有常規(guī)的核定位信號(hào)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)主要存在于核內(nèi)。它們能夠在翻譯后刺激或通過(guò)招募其他hnRNPs在胞質(zhì)溶膠中轉(zhuǎn)運(yùn)[3]。因此，調(diào)控核質(zhì)穿梭的機(jī)制極其重要，hnRNP A2/B1易位到細(xì)胞質(zhì)，激活TBK1-IRF3途徑，導(dǎo)致IFN-α/β的產(chǎn)生，啟動(dòng)并增強(qiáng)對(duì)DNA病毒的天然免疫反應(yīng)[12]。CD43是在白細(xì)胞活化和粘附中起關(guān)鍵作用的糖基化跨膜分子，hnRNP K和purα能夠共同抑制CD43基因啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而抑制白細(xì)胞的活化和粘附[13]。細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞表達(dá)顆粒酶M能夠裂解hnRNP K的多個(gè)RNA位點(diǎn)，因此破壞了hnRNP K的功能，進(jìn)而抑制人巨細(xì)胞病毒的復(fù)制[14]。hnRNP L可與lncRNA CASC9組成LncRNA和蛋白復(fù)合物影響肝細(xì)胞癌中AKT信號(hào)通路和DNA損傷[15]。非典型的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β通過(guò)蛋白激酶B(AKT2)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)誘導(dǎo)hnRNP E1上絲氨酸磷酸化，hnRNP E1的翻譯后修飾促進(jìn)了它與3’UTR核酸調(diào)控基序的分離，驅(qū)動(dòng)腫瘤的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。在細(xì)胞模型中，高豐度的p-hnRNP E1和低水平的hnRNP E1清楚地顯示了該系統(tǒng)在轉(zhuǎn)移過(guò)程中的相關(guān)性[16]。本文將主要闡述hnRNPs家族在炎癥反應(yīng)、腫瘤免疫與腫瘤微環(huán)境之間的關(guān)系(圖1)，同時(shí)本文構(gòu)建了hnRNPs蛋白家族的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)示意圖(圖2)。

圖1 hnRNPs家族中與炎癥反應(yīng)、腫瘤微環(huán)境和腫瘤免疫有關(guān)的hnRNPFigure 1 hnRNPs family related to inflammation, tumor microenvironment and tumor immunity

圖2 hnRNPs蛋白的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)示意圖Figure 2 Network association diagram of hnRNPs protein

2 hnRNPs與炎癥反應(yīng)

慢性炎癥是腫瘤發(fā)展和轉(zhuǎn)移的重要驅(qū)動(dòng)因素。許多分子成分和信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞、炎癥、癌癥生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移之間的聯(lián)系。例如，腫瘤細(xì)胞中TLR4信號(hào)的不當(dāng)激活可導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡抵抗和促進(jìn)腫瘤的增殖和侵襲。同樣，免疫細(xì)胞中TLR4和其他先天性傳感器的不當(dāng)激活也會(huì)導(dǎo)致炎癥的發(fā)生，從而導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[17]。在細(xì)菌內(nèi)毒素致膿毒性休克中，TNF-α和IL-1β促炎因子大量表達(dá)，hnRNP D能夠降解促炎因子的mRNA控制促炎因子的異常表達(dá)。hnRNP D缺失的突變小鼠更易受到脂多糖誘導(dǎo)的內(nèi)毒素樣感染性休克的影響。因此，hnRNP D被認(rèn)為是促炎細(xì)胞因子表達(dá)的關(guān)鍵抑制因子[18]。作為hnRNPs家族的另外成員，hnRNP I 與 hnRNP L能夠通過(guò)炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)一氧化氮合酶的mRNA的合成[19]。MiR-328在誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化和氧化應(yīng)激的過(guò)程中抑制hnRNP E2的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致單核細(xì)胞中CD11b的表達(dá)和活性氧的生成，在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用[20]。

許多研究已經(jīng)證明，一些RNA結(jié)合蛋白可能通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥和腫瘤相關(guān)基因的剪接或mRNA穩(wěn)定性參與炎癥過(guò)程和腫瘤發(fā)生的調(diào)節(jié)[21]。hnRNP U已被報(bào)道通過(guò)穩(wěn)定巨噬細(xì)胞中的mRNAs來(lái)增強(qiáng)TLR誘導(dǎo)促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生[22-23]。IRAK1是toll樣受體介導(dǎo)的NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)的重要組成部分，研究表明，小鼠腸上皮細(xì)胞hnRNP I的敲除激活了NF-κB信號(hào)通路和上調(diào)IRAK1的表達(dá)，失去環(huán)境微生物的免疫耐受，導(dǎo)致自發(fā)性結(jié)腸炎的早期發(fā)病，隨后發(fā)展為侵襲性結(jié)直腸癌[24]。hnRNP K-3’UTR復(fù)合物抑制未誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中TAK1的mRNA翻譯，脂多糖依賴的TLR4激活消除這種翻譯抑制，新合成的TAK1促進(jìn)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)[25]。下調(diào)hnRNP A2/B1可減輕炎癥和關(guān)節(jié)破壞，減少單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子，揭示hnRNP-A2/B1在誘導(dǎo)炎癥性自身免疫反應(yīng)中的重要作用[26]。hnRNP I的異常拼接導(dǎo)致自發(fā)性結(jié)腸炎的發(fā)病，進(jìn)而促進(jìn)侵襲性結(jié)直腸癌的發(fā)展。揭示hnRNP I依賴的轉(zhuǎn)錄后控制可能在炎癥和腫瘤的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[27]。hnRNP A1通過(guò)上調(diào)TFF2，改善抗CD3抗體性腸炎小鼠的腸道損傷，增加細(xì)胞凋亡和促進(jìn)上皮修復(fù)，然而這種分子可通過(guò)不同途徑改善硫酸葡聚糖誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的發(fā)生[28-29]。

3 hnRNPs與腫瘤免疫

腫瘤發(fā)展的每一步，包括腫瘤轉(zhuǎn)移，都可能是因?yàn)樘与x了機(jī)體的免疫監(jiān)視。CD8+T細(xì)胞，自然殺傷(NK)細(xì)胞和單核細(xì)胞有助于預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移，但不影響原發(fā)腫瘤生長(zhǎng)[30-31]。在固有免疫系統(tǒng)中，Lnc RNA FIRRE通過(guò)與hnRNP U相互作用調(diào)節(jié)炎癥基因mRNA的穩(wěn)定性[32]。hnRNP A1是TRAF6蛋白底物，hnRNP A1的TRAF6泛素化調(diào)節(jié)Arhgap1的剪切，hnRNP A1的泛素化作用將先天性免疫和骨髓的異常增生聯(lián)系起來(lái)，導(dǎo)致GTP結(jié)合的Rho家族蛋白CDC42的激活和癌前病變的發(fā)生。造血干細(xì)胞CD45受體的酪氨酸磷酸化在T細(xì)胞的發(fā)展和激活中起重要作用，CD45受hnRNP L的調(diào)控進(jìn)行可變剪切，hnRNP L通過(guò)調(diào)節(jié)前體T細(xì)胞受體和趨化因子受體信號(hào)進(jìn)而調(diào)節(jié)T細(xì)胞的分化和遷移[33]。hnRNP M的過(guò)度表達(dá)通過(guò)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞CD44水平來(lái)促進(jìn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移患者乳腺癌的侵襲性，這表明它作為一種治療靶點(diǎn)具有潛力[34]。盡管hnRNPs的典型功能是促進(jìn)前mRNA剪接，但它們通過(guò)識(shí)別RNA上的特異順式元件參與了RNA代謝的所有過(guò)程[35]。也有研究發(fā)現(xiàn)hnRNP L的保護(hù)覆蓋了多個(gè)3’ UTR內(nèi)含子的存在，使這些異常的mRNA能夠逃避無(wú)義介導(dǎo)的mRNA衰變途徑，并促進(jìn)bcl2過(guò)度表達(dá)和腫瘤形成。這有助于B細(xì)胞淋巴瘤的質(zhì)量控制[36]。Lnc RNA THRIL及其結(jié)合蛋白hnRNP L可以調(diào)節(jié)TNFα的表達(dá)，在人類先天性免疫反應(yīng)和炎癥性疾病中發(fā)揮重要調(diào)控作用[37]。hnRNP K的降低有助于T細(xì)胞和B細(xì)胞淋巴瘤的發(fā)生。hnRNP A1/A2或sf2/asf的特異性敲除增加了IRF-3前體mRNA外顯子2和3的剪切，并影響了人非小細(xì)胞肺癌的免疫調(diào)節(jié)功能[38]。

4 hnRNPs與腫瘤微環(huán)境

腫瘤細(xì)胞會(huì)發(fā)生代謝改變，以適應(yīng)改變的微環(huán)境，但是腫瘤微環(huán)境的改變中潛在分子機(jī)制尚未得到充分探討。細(xì)胞外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)決定了腫瘤細(xì)胞的增殖速度。然而，與正常細(xì)胞不同的是，癌細(xì)胞具有更大的代謝可塑性，使它們能夠更好地適應(yīng)較低或不斷變化的營(yíng)養(yǎng)條件，反過(guò)來(lái)，即可以重塑腫瘤微環(huán)境[39]。最近研究發(fā)現(xiàn)，hnRNP A1參與丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)mRNA的選擇性剪接，使腫瘤細(xì)胞特異性產(chǎn)生PKM2亞型，hnRNP A1的乙?；癄顟B(tài)與葡萄糖利用率有關(guān)，這影響了PKM2依賴性糖酵解途徑。去乙?；附閷?dǎo)的hnRNP A1去乙酰化能夠以PKM2依賴的方式抑制肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)增殖和腫瘤發(fā)生。這些發(fā)現(xiàn)表明，hnRNP-A1乙?；T導(dǎo)的代謝重編程是為了適應(yīng)腫瘤微環(huán)境的改變[40]。

腫瘤具有結(jié)締組織增生反應(yīng)特征，用有限的可利用性營(yíng)養(yǎng)創(chuàng)造缺氧和壞死的區(qū)域，這對(duì)腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞能源造成了相當(dāng)大的限制。越來(lái)越多的證據(jù)表明，不利的腫瘤微環(huán)境既能改變腫瘤細(xì)胞的惡性進(jìn)展，且有助于化療和抗輻射。腫瘤微環(huán)境的改變可對(duì)宮頸癌細(xì)胞基因表達(dá)進(jìn)行表觀遺傳調(diào)節(jié)，如缺氧能夠誘導(dǎo)hnRNP A1基因的cDNA表達(dá)進(jìn)而適應(yīng)改變的微環(huán)境[41]。Yao等[42]發(fā)現(xiàn)人骨髓細(xì)胞中VEGFA(vascular endothelial growth factor-A，VEGFA)的mRNA翻譯是由富含CA的miR-574-3p與hnRNP L之間的雙向相互作用決定的，腫瘤微環(huán)境中腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞表達(dá)VEGFA對(duì)腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移至關(guān)重要。在正常氧氣狀態(tài)下，miR-574-3p作為誘餌，結(jié)合胞質(zhì)hnRNP L，阻止其與富含CA元素的結(jié)合和刺激VEGFA的mRNA翻譯，同時(shí)允許miR-297介導(dǎo)的翻譯沉默。然而，在缺氧條件下，hnRNP L的酪氨酸磷酸化導(dǎo)致胞質(zhì)積累，抑制了miR-574-3p的誘餌活性和種子序列依賴的基因沉默活性。外源表達(dá)的miR-574-3p結(jié)合hnRNP L的多個(gè)RNA識(shí)別模體結(jié)構(gòu)域，與miR-297協(xié)同作用，減少VEGFA的表達(dá)和mRNA的翻譯，引發(fā)細(xì)胞凋亡，從而抑制腫瘤的發(fā)生[42-43]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，hnRNPs作為一種腫瘤抗原，可以通過(guò)多種途徑和方式調(diào)控其下游腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)，在腫瘤免疫，炎癥反應(yīng)與腫瘤微環(huán)境方面發(fā)揮著重要作用。但目前關(guān)于hnRNPs在炎癥反應(yīng)，腫瘤免疫與微環(huán)境的研究尚處于起步階段，很多關(guān)鍵的問(wèn)題還有待進(jìn)一步的研究解決。除此之外，由于許多hnRNPs具有共同的RNA結(jié)合特點(diǎn)，因此研究hnRNPs之間形成的各種復(fù)合物將有助于我們更好地理解其互補(bǔ)和調(diào)控功能。hnRNPs家族成員眾多，功能復(fù)雜，作為一個(gè)蛋白家族，需要闡明其翻譯后修飾的作用，特別是磷酸化在蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位中以及在與其他因素相互作用中的作用。相信隨著hnRNPs調(diào)控目的基因多樣性的不斷增加以及對(duì)靶基因剪接調(diào)控分子機(jī)制認(rèn)識(shí)的不斷深入，hnRNPs家族基因在腫瘤的早期診斷、基因治療及其預(yù)后判斷方面將會(huì)有重要的臨床意義。