陽慧芝, 李思銳, 蔡桂月, 鄒靜文, 任俊男, 陳嶸祎

1.南方醫(yī)科大學(xué)皮膚病醫(yī)院,廣東 廣州 510091; 2. 南方醫(yī)科大學(xué)附屬第七醫(yī)院,廣東 佛山 528000

脆性X智力低下蛋白(fragile X mental retardation protein, FMRP)是一種選擇性RNA 結(jié)合蛋白(RBP)[1],參與mRNA代謝和翻譯的負(fù)調(diào)控[2-6]、穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)[7-9]、轉(zhuǎn)運(yùn)[10-12]、剪切[13-14]和編輯[15-17]等過程。FMRP 在神經(jīng)元中高表達(dá),且mRNA 靶轉(zhuǎn)錄組的特征在于神經(jīng)元[18-21],其功能缺失可導(dǎo)致樹突棘畸形發(fā)生[22-24]。對(duì)FMRP調(diào)節(jié)的 mRNA的IPA分析表明,這些靶點(diǎn)主要涉及細(xì)胞骨架重塑和細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)和相互作用,這些機(jī)制也涉及腫瘤進(jìn)展[22]。脆性X綜合征(fragile X syndrome, FXS)是一種 X 連鎖神經(jīng)系統(tǒng)疾病,由基因突變或表觀遺傳學(xué)修飾,FMRP基因被失活,造成FMRP蛋白表達(dá)缺失,是人類遺傳性智力障礙的最常見形式[25-26]。近年來,有學(xué)者觀察到FXS患者患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)降低,表明FMRP可能促進(jìn)腫瘤進(jìn)展,但具體功能及機(jī)制尚不明確[27]。本文主要就FMRP與腫瘤的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 FMRP的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 FMRP的結(jié)構(gòu)

FMRP蛋白主要位于細(xì)胞質(zhì),少量見于細(xì)胞核,除橫紋肌外,在哺乳動(dòng)物的腦、脾臟、睪丸、血液、肝臟等組織中都有表達(dá),但不同組織中表達(dá)水平不同[28]。FMRP蛋白由632個(gè)氨基酸殘基組成,分子量約為69～70 KD;其氨基酸序列可以分為三個(gè)部分:N末端(1～204),2個(gè)KH結(jié)構(gòu)域(205～422),C末端(516～632)。其中N末端(NDF)是一高度保守的氨基酸序列,由134個(gè)氨基酸殘基組成,具有熱穩(wěn)定性和β結(jié)構(gòu),可形成穩(wěn)定的二聚體,NDF折疊結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性可改變FMRP在細(xì)胞核的定位[29]。C末端高度可變,含有一RGG框(精氨酸甘氨酸簇),由外顯子15、16編碼,由Arg、Gly、Gly重復(fù)片段組成的RNA結(jié)合區(qū)域,具有與靶RNA正確結(jié)合的功能。2個(gè)核蛋白K同源結(jié)構(gòu)域(KH結(jié)構(gòu)域)即KH1、KH2結(jié)構(gòu)域,分別由外顯子7和外顯子8、9編碼。完整的KH結(jié)構(gòu)域是FMRP與靶RNA結(jié)合所必須的,KH結(jié)構(gòu)域可與RNA相結(jié)合并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄與翻譯以及細(xì)胞的發(fā)育。除此之外,FMRP還有一個(gè)核定位信號(hào)(NLS)和一個(gè)核輸出信號(hào)(NES)。FMRP含有4個(gè)RNA結(jié)合區(qū)域,分別為KH1結(jié)構(gòu)域、KH2結(jié)構(gòu)域、RGG框以及位于NDF的RNA結(jié)合區(qū)域[30]。

1.2 FMRP的功能

FMRP是一種選擇性RNA結(jié)合蛋白(RBP),通過其功能域可以選擇性地與包括自身mRNA和與神經(jīng)發(fā)育、樹突可塑性有關(guān)的大約4%的腦組織mRNA相結(jié)合,對(duì)逆轉(zhuǎn)錄、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、mRNA的穩(wěn)定性均有作用[31]。Zou等[32]鑒別22種靶mRNA,其中有18種已被證實(shí)與FMRP有關(guān),其中部分mRNA可編碼結(jié)構(gòu)蛋白、關(guān)鍵酶或涉及細(xì)胞發(fā)育全過程的蛋白質(zhì),尤其是與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和功能相關(guān)的蛋白質(zhì)。Li等[33]運(yùn)用兔網(wǎng)紅細(xì)胞裂解系統(tǒng)研究FMRP在調(diào)節(jié)翻譯方面作用時(shí)發(fā)現(xiàn)FMRP與mRNA結(jié)合是抑制翻譯的關(guān)鍵,并闡明FMRP是一種翻譯抑制因子。

2 MRP與免疫系統(tǒng)

在一項(xiàng)最新的研究中,通過基因滅活小鼠癌細(xì)胞中的FMRP基因發(fā)現(xiàn)缺乏FMRP的小鼠腫瘤生長速度較緩慢,更容易受到T淋巴細(xì)胞的攻擊。缺乏FMRP的小鼠腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出腫瘤微環(huán)境重塑、巨噬細(xì)胞極化和參與效應(yīng) CD8+T 細(xì)胞募集的趨化因子上調(diào),這項(xiàng)新的研究表明,FMRP調(diào)控腫瘤微環(huán)境中的基因和細(xì)胞網(wǎng)格,有助于腫瘤逃逸免疫破壞[34]。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一種先前未被認(rèn)識(shí)到的腫瘤逃逸免疫攻擊的機(jī)制,證明FMRP是一種新的有潛力的癌癥治療靶點(diǎn),值得進(jìn)一步研究與開發(fā)。

3 FMRP與腫瘤的關(guān)系

3.1 FMRP與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma, GBM)是成人中最常見的惡性原發(fā)性腦腫瘤。其特征是不受控制的細(xì)胞增殖、強(qiáng)大的血管生成、壞死傾向、彌漫性浸潤、抗細(xì)胞凋亡和基因組不穩(wěn)定[35]。腫瘤進(jìn)展背后的復(fù)雜分子網(wǎng)絡(luò)使得潛在的藥物治療變得非常復(fù)雜。RBP正在成為癌癥發(fā)展中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,在轉(zhuǎn)錄后控制和基因表達(dá)穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[36]。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)FMRP在多種腫瘤中過度表達(dá),與癌癥進(jìn)展和侵襲性密切相關(guān)[37-40]。Pedini 等[41]研究發(fā)現(xiàn)在人類GBM活組織檢查中,FMRP 表達(dá)的增加與患者預(yù)后較差直接相關(guān)。相比之下,FMRP的減少與體外細(xì)胞培養(yǎng)模型和小鼠大腦GSC異種移植物中人GBM干細(xì)胞樣細(xì)胞(GSC)的腫瘤生長和增殖減少相關(guān)。結(jié)果一致顯示,增加FMRP水平可促進(jìn)GSC增殖。在表達(dá)高水平 FMRP的 GSC中以及在敲低FMRP后的GSC中進(jìn)行了GSC轉(zhuǎn)錄組分析后,發(fā)現(xiàn) FMRP調(diào)節(jié)GSC增殖的環(huán)節(jié),該研究亦表明WNT信號(hào)在已表達(dá)的 FMRP 靶基因和ASD相關(guān)基因中最為豐富,并發(fā)現(xiàn)FMRP的減少抑制經(jīng)典WNT/β-Catenin信號(hào)通路和非經(jīng)典WNT-ERK1/2信號(hào)通路激活,降低了涉及的幾個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子(β-Catenin、CREB和ETS1)的穩(wěn)定性并調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的惡性特征。最終得出結(jié)論:FMRP通過調(diào)節(jié) WNT信號(hào)傳導(dǎo)在GBM癌癥進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。這項(xiàng)研究首次提出了FMRP通過WNT信號(hào)通路在GBM發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用,將有助于應(yīng)用信號(hào)通路抑制劑對(duì)GBM進(jìn)行治療,為靶向治療GBM提供一個(gè)新的方向。

3.2 FMRP與肝細(xì)胞癌

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是最常見、死亡率最高的惡性腫瘤之一,其發(fā)病率和死亡率居世界前列。由于癥狀不明顯,早期診斷困難,晚期易發(fā)生廣泛轉(zhuǎn)移,給治療帶來困難,肝細(xì)胞癌每年新增病例增加,死亡率高,嚴(yán)重威脅人類健康。利用小干擾RNA(siRNA)進(jìn)行特異性基因沉默已成為治療惡性腫瘤的新方法。Zhao等[42]研究發(fā)現(xiàn)FMRP參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3 (STAT3) mRNA 的定位和翻譯,并介導(dǎo)HCC的轉(zhuǎn)移,通過合成熒光碳點(diǎn)(CD) 作為siRNA傳遞系統(tǒng)的基因載體,體外誘導(dǎo)有效的基因敲低,同時(shí)結(jié)合適體AS1411有效地沉默了FMRP蛋白的表達(dá),成功抑制了HCC細(xì)胞的遷移和侵襲傾向。Zhu等[43]證明了circZKSCAN1通過調(diào)節(jié)FMRP的功能抑制HCC中的細(xì)胞干性。此外,該研究還發(fā)現(xiàn)FMRP的下游靶基因?yàn)榧?xì)胞周期和凋亡調(diào)節(jié)因子1 (CCAR1),它作為Wnt/β-catenin信號(hào)通路的共激活因子并上調(diào)細(xì)胞干性。該研究揭示了一種新的機(jī)制,為HCC提供新的治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)FMRP在HCC組織中高表達(dá)并在體外和體內(nèi)促進(jìn)HCC轉(zhuǎn)移,FMRP通過與STAT3的3′UTR相互作用驅(qū)動(dòng)STAT3 mRNA 定位到突起,并促進(jìn)IL-6介導(dǎo)的STAT3 mRNA翻譯,加速HCC轉(zhuǎn)移[39]。以上研究結(jié)果揭示了 FMRP在癌細(xì)胞遷移、侵襲、凋亡、增殖、轉(zhuǎn)移中的關(guān)鍵作用,為HCC治療提供了潛在靶點(diǎn)。

3.3 FMRP與乳腺癌

乳腺癌是全世界女性中最常見的癌癥,終生患病風(fēng)險(xiǎn)為0.125%;其中三陰性乳腺癌(triple negative breast cancer,TNBC)患者的死因通常是術(shù)后5年內(nèi)復(fù)發(fā),占30%～40%?；熑匀皇俏ㄒ豢赡艿倪x擇,因此需要鑒定TNBC和乳腺癌轉(zhuǎn)移的分子事件以開發(fā)有效的治療方法[44]。有研究通過人體組織微陣列發(fā)現(xiàn)FMRP過表達(dá)與侵襲性乳腺癌的預(yù)后顯著相關(guān);人乳腺組織中高水平的FMR1 mRNA與轉(zhuǎn)移到肺部的乳腺癌和TNBC相關(guān)。進(jìn)一步使用小鼠模型,確定FMRP在乳腺原發(fā)性腫瘤中的過度表達(dá)會(huì)增強(qiáng)肺轉(zhuǎn)移,而其減少則具有相反的作用,可調(diào)節(jié)細(xì)胞從原發(fā)性腫瘤擴(kuò)散和侵襲至遠(yuǎn)處。在乳腺癌細(xì)胞中,FMRP結(jié)合參與EMT、細(xì)胞粘附和細(xì)胞骨架重塑的mRNA,并調(diào)節(jié)它們的穩(wěn)定性和翻譯[44]。該項(xiàng)研究在人體組織層面及小鼠模型中均發(fā)現(xiàn)FMRP影響乳腺癌的轉(zhuǎn)移與預(yù)后,為將來在細(xì)胞層面的研究及臨床研究奠定基礎(chǔ)。

3.4 FMRP與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC) 是世界上最常見的癌癥之一,惡性程度高,每年導(dǎo)致近50 萬人死亡[46]。CRC從正常粘膜到腺瘤性息肉再逐步發(fā)展到癌,是一個(gè)以基因突變積累為特征的多階段過程,這賦予了腫瘤細(xì)胞生長時(shí)有選擇性優(yōu)勢[45]。目前研究發(fā)現(xiàn)許多癌癥相關(guān)蛋白表達(dá)水平受 RBP 調(diào)節(jié)。研究證明了幾種 RBP 在控制腸上皮細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和應(yīng)對(duì)損傷方面的關(guān)鍵作用[46]。有研究者發(fā)現(xiàn)人類 CRC中FMRP相對(duì)于非腫瘤組織的顯著增加;他們使用CRC的可誘導(dǎo)小鼠模型,觀察到FMR1敲除小鼠的結(jié)腸腫瘤發(fā)生率和腫瘤大小均有所降低。FMRP 的敲除在激活 necroptotic通路的人CRC細(xì)胞系中誘導(dǎo)自發(fā)性細(xì)胞死亡。另外,對(duì)人類細(xì)胞系和CRC樣本的特異性免疫沉淀實(shí)驗(yàn)中表明FMRP結(jié)合受體相互作用蛋白激酶1(RIPK1) mRNA, FMRP通過監(jiān)測RIPK1 mRNA代謝作為壞死性凋亡途徑的調(diào)節(jié)劑。用FMR1處理人類CRC細(xì)胞系和患者結(jié)腸癌類器官導(dǎo)致RIPK1的上調(diào)。最終實(shí)驗(yàn)表明:FMRP在CRC中起控制RIPK1表達(dá)和壞死性激活的作用[38]。以上研究揭示了FMRP在CRC組織及細(xì)胞中高表達(dá),FMRP可通過調(diào)控CRC細(xì)胞的凋亡來促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)展。研究FMRP在CRC凋亡機(jī)制的作用不僅對(duì)CRC的發(fā)病機(jī)制有幫助,而且對(duì)判斷該病預(yù)后及選擇治療措施具有重要意義。

3.5 FMRP與肝內(nèi)膽管癌

肝內(nèi)膽管癌(intrahepatic cholangiocarcinoma, iCCA)是一種罕見的惡性程度高的肝內(nèi)膽道腫瘤,其預(yù)后極差、治療棘手。目前一些臨床病理學(xué)參數(shù)可以作為iCCA的預(yù)后因素,但iCCA的分子預(yù)后標(biāo)志物和潛在機(jī)制尚未得到很好的研究。研究發(fā)現(xiàn)FMRP在iCCA中過表達(dá),且其表達(dá)在iCCA轉(zhuǎn)移組織中顯著增加[47]。轉(zhuǎn)移性iCCA細(xì)胞系中 FMRP的沉默影響細(xì)胞遷移和侵襲,表明FMRP在iCCA進(jìn)展中可能發(fā)揮重要作用。而且,進(jìn)一步證明 FMRP 位于人類iCCA腫瘤巢的侵入性前沿以及遷移和侵入iCCA癌細(xì)胞的偽足和侵襲性偽足突起中。FMRP 結(jié)合幾種編碼關(guān)鍵蛋白質(zhì)的 mRNA,這些蛋白質(zhì)參與了這些突起的形成和/或功能。特別是該研究發(fā)現(xiàn)FMRP結(jié)合并調(diào)節(jié) Cortactin 的表達(dá),Cortactin是侵襲性偽足形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子?？偠灾?這項(xiàng)研究結(jié)果表明FMRP可以促進(jìn)細(xì)胞侵襲性調(diào)節(jié)膜可塑性和入侵iCCA細(xì)胞前緣的侵襲偽足形成,進(jìn)而影響iCCA細(xì)胞的遷移和侵襲,證實(shí)了FMRP在iCCA進(jìn)展中的作用,有可能成為今后識(shí)別分子生物標(biāo)志物以及新的有前途的靶向治療分子。將來FMRP有望在iCCA的臨床管理中提供重要意義。

3.6 FMRP與惡性黑素瘤

惡性黑色素瘤(malignant melanoma, MM)是一種轉(zhuǎn)移快、侵襲能力強(qiáng)的高度惡性腫瘤,多發(fā)生于皮膚,占皮膚惡性腫瘤的第三位。目前MM存在誤診率高、預(yù)后差的現(xiàn)象,患者生存率低,遏制MM轉(zhuǎn)移成亟待解決的難題。在MM進(jìn)展過程中介導(dǎo)基因差異表達(dá)的分子機(jī)制在很大程度上仍然未知。Zalfa等[48]研究顯示FMRP在以高Breslow厚度和高Clark水平為特征的人類黑色素瘤中過度表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)FMRP水平與侵襲性MM的預(yù)后相關(guān),并且 FMRP 通常在位于腫瘤侵襲性前沿的細(xì)胞中以高水平表達(dá)。這些研究結(jié)果表明,FMRP 可能通過參與癌細(xì)胞前緣質(zhì)膜可塑性的蛋白質(zhì)的作用影響MM進(jìn)展,從而增加它們的侵襲性。Shang等[49]研究結(jié)果表明,circZNF609 通過 circRNF609-FMRP-RAC1軸在肢端和皮膚MM的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用,并表明circZNF609通過與FMRP結(jié)合調(diào)節(jié)RAC1 mRNA的穩(wěn)定性,這可能對(duì)MM發(fā)病機(jī)制的深入了解和提供新的MM治療潛在靶點(diǎn)有一定作用。

4 結(jié)語與展望

FMRP作為一種RNA結(jié)合蛋白,其基因和編碼蛋白異常,以及與多種腫瘤相關(guān)基因的相互作用,在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要角色,但目前對(duì)FMRP的研究仍存在不少問題。例如,FMRP參與細(xì)胞內(nèi)部作用的相關(guān)分子機(jī)制尚并不清楚;FMRP與其他腫瘤相關(guān)基因的相互作用仍需進(jìn)一步研究,FMRP在不同腫瘤發(fā)病機(jī)制中是否存在相同的信號(hào)通路有待進(jìn)一步明確。隨著這些問題的不斷解決,人類對(duì)FMRP在腫瘤中的相關(guān)研究也將上升到新的領(lǐng)域。

總之,破譯RBP與癌癥相關(guān)RNA靶點(diǎn)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)有助于進(jìn)一步理解腫瘤生物學(xué)。設(shè)想在未來使用 FMRP 作為腫瘤的潛在生物標(biāo)志物,有可能發(fā)現(xiàn)新的潛在治療靶點(diǎn)。