鐘芳芳，江海燕，張俊平 （福建中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院, 福建 福州 350100）

1 核糖體蛋白和核糖體生物合成

1.1 核糖體蛋白

核糖體蛋白（RP）是指構(gòu)成核糖體的蛋白質(zhì)，其與rRNA 或核糖體亞基緊密連接，需高濃度鹽和強(qiáng)解離劑（如3 mol/L LiCl 或4 mol/L 尿素）才能將其分離。目前，已發(fā)現(xiàn)的RP 有80 多種，根據(jù)大小亞基的不同，RP 可分為核糖體大亞基蛋白（RPL）和核糖體小亞基蛋白（RPS）[1]。RP 主要有兩種作用，一是參與核糖體的組裝和蛋白質(zhì)的生物合成，二是具有獨立于核糖體的功能，稱為核糖體外功能[2]。

1.2 核糖體蛋白表達(dá)與調(diào)控

RP 是核糖體的重要組成部分，在核糖體生物合成和蛋白質(zhì)翻譯中起關(guān)鍵作用。根據(jù)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點，RP 可分為α-蛋白質(zhì)、β-蛋白質(zhì)、α/β-蛋白質(zhì)和α+β-蛋白質(zhì)[3]。RP 與rRNAs 的幾個結(jié)構(gòu)域相互作用，形成域間連接，有助于維持核糖體組裝的結(jié)構(gòu)完整性[3]。

所有RP mRNA 都具有5’末端寡嘧啶（TOP）片段，因此，調(diào)控TOP mRNA 的翻譯，可影響RP的表達(dá)[4]。研究發(fā)現(xiàn)，La 蛋白能與TOP mRNA 物理結(jié)合；microRNA、miR-10a 等表觀遺傳因子能與5’非翻譯區(qū)結(jié)合來促進(jìn)翻譯[4]。除此之外，許多RP 還會經(jīng)歷包括磷酸化、泛素化、甲基化、乙?；蚐UMO 化等翻譯后修飾[5]，這些翻譯后修飾可能受環(huán)境因素的影響，也可能是基礎(chǔ)性的，它們會賦予RP 核糖體外功能。

2 核糖體蛋白的核糖體外功能

RP 除了參與核糖體的組裝之外，還具有許多核糖體外功能，如調(diào)控基因表達(dá)、細(xì)胞增殖、分化、凋亡、DNA 修復(fù)和其他多種細(xì)胞過程。

2.1 基因表達(dá)調(diào)控

據(jù)報道，RP 能調(diào)控特定基因的表達(dá)，如與病毒蛋白反應(yīng)，阻礙病毒的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程[6]。除此之外，RP 也能通過反饋機(jī)制，調(diào)節(jié)其自身基因的表達(dá)。有研究證明，RPL10a 可直接與保守的特定元件結(jié)合，在負(fù)反饋過程中調(diào)節(jié)其自身pre mRNA 的選擇性剪接[7]。除此之外，RPS3、RPL11、RPL7 等也具有調(diào)控基因表達(dá)的作用。

2.2 細(xì)胞周期控制

RP 可影響細(xì)胞周期進(jìn)程。細(xì)胞周期分為間期和有絲分裂期兩個階段，其中間期又分為DNA 合成前期（G1 期）、DNA 合成期（S 期）與DNA 合成后期（G2 期）。據(jù)報道，RPS3、RPL7、RPL15、RPS9 等與細(xì)胞周期紊亂密不可分。RPS3 在細(xì)胞周期的G2/M 期能夠與α-微管蛋白相互作用，其異常會破壞α-微管蛋白動力學(xué)，如RPS3 低表達(dá)會出現(xiàn)有絲分裂中紡錘體形成異常、子細(xì)胞無法完全分離和脫落的現(xiàn)象[8]，從而影響細(xì)胞周期進(jìn)程。

2.3 細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞抵抗內(nèi)在和外在壓力造成不可修復(fù)損傷的主要防御機(jī)制之一。RPS29、RPL35a、RPS3 等能夠調(diào)控細(xì)胞凋亡。未磷酸化的RPS6 可通過腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL），誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[9]。在調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡時，有些RP 具有促凋亡的作用，而有一些RP 是細(xì)胞凋亡的負(fù)調(diào)節(jié)劑。在高危骨髓增生異常綜合征患者中，RPL23 的表達(dá)與CD34+骨髓細(xì)胞凋亡呈負(fù)相關(guān)，其低表達(dá)能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，引起G1/S 細(xì)胞周期阻滯，抑制SKM-1/K562 細(xì)胞活力[10]。

2.4 DNA 修復(fù)的調(diào)節(jié)

DNA 的任何損傷都會破壞基因組的完整性，這對細(xì)胞來說是致命的，因此，DNA 損傷修復(fù)過程至關(guān)重要。據(jù)報道，RP 如RPS3、RPL3、RPL6、RPS27等可作為DNA 損傷調(diào)節(jié)因子，參與DNA 損傷修復(fù)過程。RPS3 位于氧化性DNA 損傷位點，能夠與BER、APEX1 和8-氧鳥嘌呤DNA 糖基化酶（8-oxoguanine DNA glycosylase-1，OGG1）相互作用，增加OGG1 糖基化酶的活性，有助于DNA 的損傷修復(fù)[11]。

2.5 細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)

細(xì)胞增殖是生物體的重要生命特征，RP 對細(xì)胞增殖的調(diào)節(jié)作用與癌癥發(fā)生和進(jìn)展聯(lián)系密切。體外研究發(fā)現(xiàn)，RPL34 是腫瘤細(xì)胞增殖所必需的，其能夠促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的存活，加重腫瘤惡性程度[12]。此外，RPL22 的低表達(dá)能夠激活MDM2-p53 信號傳導(dǎo)，促進(jìn)MKN-45 細(xì)胞的增殖[13]。許多研究證明，RPL23、RPS5、RPS15a 等也可影響細(xì)胞增殖過程。

2.6 細(xì)胞遷移和侵襲的調(diào)節(jié)

RP 在調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移和侵襲中發(fā)揮著不可或缺的作用。研究表明，RPLP1 在肝細(xì)胞癌組織中高表達(dá)，其下調(diào)能顯著抑制人肝癌細(xì)胞Hep3b 細(xì)胞的遷移和侵襲[14]。此外，下調(diào)RPL34 可明顯降低膠質(zhì)瘤細(xì)胞中p-JAK 和p-STAT3 的水平，其低表達(dá)可能是通過誘導(dǎo)JAK/STAT3 信號通路的失活，抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和遷移[15]。據(jù)報道，RPS27、RPL23、RPS6 等RP 也可介導(dǎo)細(xì)胞的遷移與侵襲。

2.7 細(xì)胞轉(zhuǎn)化的調(diào)控

據(jù)報道，RP 的失調(diào)與細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化有關(guān)。在人類急性T 淋巴細(xì)胞白血病中，RPL22 單等位基因的缺失誘導(dǎo)T 系祖細(xì)胞轉(zhuǎn)化，最終加速胸腺淋巴瘤的發(fā)展。除此之外，RPLP1、RPL36a、RPL34 也可誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，使疾病進(jìn)一步惡化[16]。

2.8 血管生成的調(diào)節(jié)

血管生成，是從預(yù)先存在的脈管系統(tǒng)中形成新血管，與疾病的進(jìn)展密切相關(guān)。許多RP 如RPS19、RPL29、RPS6、RPS15a 等能夠通過調(diào)控血管生成來影響疾病的發(fā)展。研究表明，RPS15a 可通過增強(qiáng)Wnt/β-catenin 誘導(dǎo)的FGF18 表達(dá)，促進(jìn)肝細(xì)胞肝癌中的血管生成。[17]體外研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)Huh7細(xì)胞過表達(dá)RPS15a，其能夠以旁分泌方式，增加HUVEC 的血管生成潛力。體內(nèi)實驗證明，抑制肝細(xì)胞肝癌異種移植瘤中RPS15a 的表達(dá)，能夠抑制腫瘤血管生成，進(jìn)而阻礙腫瘤生長。

3 核糖體蛋白與人類疾病的發(fā)病機(jī)制

由于RP 在蛋白質(zhì)合成中起著至關(guān)重要的作用，而蛋白質(zhì)是組織的基本構(gòu)成要素，因此，編碼RP 的基因異常會影響器官形成、紅細(xì)胞生成和其他多種生理功能，引起不同器官或系統(tǒng)疾病。

3.1 發(fā)育障礙

RP 是形成組織或器官所必需的，因此，其能夠影響特定組織的發(fā)育過程。據(jù)報道，RPL23 和RPL6 是胰腺正常發(fā)育所必需的，其突變會導(dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)育缺陷，引起胚胎致死[18]。此外，果蠅基因組編碼的RPS5 旁系同源物RPS5b 的缺失會導(dǎo)致雌性不育，從而引起卵室發(fā)育停滯、卵黃生成中斷和后卵泡細(xì)胞增生[19]。在斑馬魚實驗中，研究發(fā)現(xiàn)大量敲除RP 如RPS19、RPS24、RPL22、RPL11 同樣會導(dǎo)致發(fā)育異常[20-23]。

3.2 心血管和代謝疾病

一些RP 與心血管和代謝疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，RPL9 和RPL26 可能是急性心肌梗死（AMI）的關(guān)鍵蛋白。RT-PCR 檢測發(fā)現(xiàn)，相較于對照組，AMI 組外周血中RPL9 和RPL26 的表達(dá)水平均降低，這與生物信息學(xué)分析一致[24]。S4Y1 在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中的過表達(dá)能夠誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)并抑制細(xì)胞遷移和血管形成，導(dǎo)致高糖誘導(dǎo)的功能障礙[25]，因此，S4Y1 可能是治療糖尿病并發(fā)癥的潛在治療靶點。除此之外，與心血管和代謝疾病密切相關(guān)的RP 還有多種，如RPL17、RPL23、RPS6、RPS19、RPS24、RPL23a 等。

3.3 核糖體病

由RP 或與Pol I 轉(zhuǎn)錄和rRNA 加工相關(guān)的基因突變，導(dǎo)致核糖體生物合成或功能缺陷，引發(fā)的疾病，稱為核糖體病。核糖體病是一組罕見的遺傳性疾病，包括先天性純紅細(xì)胞再生障礙性貧血（Diamond-Blackfan Anemia，DBA）、散發(fā)型先天性無脾（isolated congenital asple- nia，ICA）和骨髓增生異常綜合征的亞型5q 綜合征等。

編碼RP 的基因的突變，影響核糖體的組裝和rRNA 的加工，從而引發(fā)核糖體病。在ICA 和5q綜合征中，RP 基因突變會使得pre 40S 核糖體亞基組裝和18S rRNA 加工受到影響，如RPS14 的單倍體不足是導(dǎo)致5q 綜合征的關(guān)鍵因素，其下調(diào)使30S pre-rRNA 種類增多，降低18S/18SE rRNA 水平，增加30S/18SE 比率，影響18S pre-rRNA 加工[26]，RPSA 的外顯子突變能夠影響蛋白質(zhì)翻譯，進(jìn)而導(dǎo)致ICA 等[27]；RPS19 編碼基因的突變是DBA 中最先發(fā)現(xiàn)的，也是最常見的突變，而RPL5、RPS26 和RPL11 等編碼基因的突變，同樣與DBA 密切相關(guān)[2]，在DAB 中，RP 基因突變會影響pre 40S 和pre 60S核糖體亞基組裝，以及破壞pre rRNA 加工。

3.4 癌癥

鼠雙微蛋白2（mouse double minute 2，MDM2）/p53 信號通路在細(xì)胞生長、增殖以及凋亡過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，RP 可通過作用于該信號通路影響癌癥的發(fā)生與發(fā)展。MDM2 是導(dǎo)致p53 降解的泛素連接酶，可與包括RPL15、RPS27a、RPS7、RPL11等特異性結(jié)合。P53 在細(xì)胞生長和分裂過程中維持基因組穩(wěn)定至關(guān)重要，在大多數(shù)人類癌癥中，存在p53 突變或活性喪失。研究發(fā)現(xiàn)，RPL15 的低表達(dá)能夠抑制MDM2 的泛素化，使p53 激活，從而導(dǎo)致p53 依賴性細(xì)胞的增殖、集落形成、遷移和侵襲[28]，最終抑制癌細(xì)胞的生長。因此，RP 可通過調(diào)控MDM2/p53 通路，進(jìn)而影響癌細(xì)胞的生長。此外，RPS27a 的低表達(dá)能夠削弱RPS27a 和RPL11之間的相互作用，并以RPL11 依賴性方式穩(wěn)定p53，抑制細(xì)胞活力，從而導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡[29]。除了激活p53 通路外，一些RP 還可以通過調(diào)節(jié)癌基因c-Myc 或與其他信號通路如mTOR、NF-κB、wnt/β-catenin 和let-7a 等相互作用影響癌癥的發(fā)生和發(fā)展[30]。

除上所述，新生血管可以有效地促進(jìn)營養(yǎng)和氧氣的供應(yīng)，并處理腫瘤代謝廢物，對癌細(xì)胞的生存同樣至關(guān)重要。RPL17 是一種血管平滑肌細(xì)胞（VSMC）生長抑制劑，能夠抑制VSMC 細(xì)胞周期進(jìn)程和生長，可能在抑制血管生成中發(fā)揮作用[31]，具有潛在的抗腫瘤作用，但其機(jī)制仍有待闡明。

4 核糖體蛋白在人類疾病診斷和治療中的潛在價值

RP 參與細(xì)胞生長、增殖和代謝，可作為人類疾病診斷和預(yù)后潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點。

4.1 癌癥生物標(biāo)志物

目前，許多癌癥中均存在RP 差異表達(dá)的現(xiàn)象[32]。據(jù)報道，RPL23a、RPS2、RPL39 等多種RP 在肝細(xì)胞肝癌中表達(dá)上調(diào)。此外，目前已發(fā)現(xiàn)RPS8、RPS9、RPS27a 和RPL23 這四種RP 基因在鼻咽癌細(xì)胞系中表達(dá)下調(diào)。不僅如此，RP 在肺癌中也起著關(guān)鍵作用，如RPL9 在不同類型的肺癌組織中過表達(dá)，尤其在小細(xì)胞肺癌中表達(dá)最高。除此之外，在其他癌癥中包括結(jié)直腸癌、前列腺癌、乳腺癌等也發(fā)現(xiàn)RP 的異常表達(dá)。因此，RP 可作為癌癥的生物標(biāo)志物。

4.2 藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)的分子靶標(biāo)

4.2.1 核糖體病的基因治療和藥物治療

許多DBA 患者表現(xiàn)出RPS19 缺陷，研究發(fā)現(xiàn)，EFS-RPS19 可用于RPS19 缺陷型DBA 患者的臨床基因治療[33]。此外，臨床上治療DBA 的藥物，如達(dá)那唑，能夠抑制垂體促性腺激素，對DBA 患者的血紅蛋白水平有積極作用，可用于治療DBA。除了達(dá)那唑，L-亮氨酸、Sotatercept、TFP 和EPAG 也已經(jīng)在進(jìn)行臨床試驗中[34]。對于5q 綜合征患者，目前主要使用來那度胺，其能夠通過增加MDM2 Ser166/186的磷酸化，使p53 降解增加，從而達(dá)到治療的目的[35]。然而，長期p53 失活可能增加各種癌癥的患病風(fēng)險，因此，迫切需要尋找其替代方案。

4.2.2 神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療

據(jù)報道，核糖體蛋白與缺血性腦卒中的發(fā)病率密切相關(guān)，RPS3、RPS15 可能是調(diào)控急性缺血性腦卒中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白[36]。研究發(fā)現(xiàn)，RPS3 能夠通過與E2F1 轉(zhuǎn)錄因子相互作用，誘導(dǎo)促凋亡蛋白BH3-only、Bim 和D p5/HRK 的表達(dá)，導(dǎo)致神經(jīng)元凋亡。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，RP 與帕金森病的發(fā)展聯(lián)系密切。LRRK2 中的G2019S 突變會導(dǎo)致翻譯缺陷，而磷酸化的RPS15 能夠與LRRK2 結(jié)合，增強(qiáng)神經(jīng)元5'UTR 的mRNA 的翻譯，緩解哺乳動物大腦中的鈣失調(diào)[37]。

4.2.3 炎癥性疾病的治療

RPS19 能夠通過降低MIF 活性，激活ERK 和NF-κB 信號通路，抑制腎小球新月體形成、腎小球壞死和進(jìn)行性腎功能障礙，從而阻斷腎小球基底膜和腎小球腎炎的發(fā)展[38]。此外，RPS19 也能夠通過下調(diào)TNF-α 和MCP-1 的表達(dá)，減少F4/80+巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和CD3+T 細(xì)胞在腎臟中的浸潤，抑制MIF/CD74/NF-κB 介導(dǎo)的腎臟炎癥，從而減輕順鉑誘導(dǎo)的急性腎損傷[39]。

4.2.4 抑制rRNA 合成或調(diào)控RP 表達(dá)用于治療癌癥

pol I 調(diào)控rDNA 轉(zhuǎn)錄生成rRNA，是核糖體生物合成的限速步驟，在癌癥的進(jìn)展中起著核心作用。pol I 活性異常增加，會破壞核仁的核糖體外功能，使核糖體合成不受控制，導(dǎo)致細(xì)胞惡性增殖。因此，pol I 是選擇性抑制癌細(xì)胞生長的極佳靶標(biāo)。目前已研究出幾種Pol I 轉(zhuǎn)錄抑制劑用于癌癥治療，包括ML-246、CX-3 543、CX-5 461、BMH-21。CX-5 461 是第一個完成I 期臨床試驗的pol I 抑制劑，其主要通過與起始前復(fù)合蛋白SL1 競爭rDNA啟動子來抑制Pol I 轉(zhuǎn)錄。BMH-21 是最新發(fā)現(xiàn)的pol I 抑制劑，其通過結(jié)合rDNA，抑制轉(zhuǎn)錄起始和延伸[40]。

如前所述，調(diào)控RP 表達(dá)可影響癌細(xì)胞的生長。MiR-449a 受到PEG10 的負(fù)調(diào)控，并靶向下調(diào)RPS2，進(jìn)而抑制神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，減緩癌癥的發(fā)展[41]。除此之外，靶向調(diào)控其他RP 如RPS9、RPL23、RPL15a 等也可用于癌癥的治療。

4.2.5 調(diào)節(jié) RP-MDM2-p53 途徑用于癌癥治療

RP 能夠調(diào)節(jié)MDM2-p53 通路，參與癌癥的發(fā)生和發(fā)展。最新研究發(fā)現(xiàn)，WDR74 在黑色素瘤進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中起重要作用，其低表達(dá)能夠上調(diào)RPL5蛋白水平，下調(diào)MDM2，使p53 免受MDM2 誘導(dǎo)的泛素化降解[42]。此外，與MDM2 結(jié)合的其他RP如RPL15、RPS27a、RPS7 等，也能夠調(diào)節(jié)RP-MDM2-p53 通路，用于癌癥的治療。

5 線粒體核糖體蛋白

線粒體核糖體是一類獨特的核糖體，位于線粒體的基質(zhì)，在調(diào)節(jié)細(xì)胞呼吸中起關(guān)鍵作用。線粒體核糖體蛋白（mitochondrial ribosomal protein，MRP）是構(gòu)成線粒體核糖體的重要組成部分。線粒體55S 核糖體由39S 和28S 兩個亞基組成。39S 亞基由16S 線粒體rRNA（mitochondrial ribosomal-rRNAs，mt-rRNAs）和50 個MRP 組成，28S 亞基由12S mtrRNAs 和29 個MRP 組成[43]。

與胞質(zhì)RP 類似，MRP 也具有核糖體外功能，包括細(xì)胞增殖、凋亡、遷移和自噬等細(xì)胞過程。據(jù)報道，MRPS23 的低表達(dá)能夠抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖，在乳腺癌異種移植大鼠模型中，靶向MRPS23的shRNA 能夠阻斷腫瘤血管生成，抑制腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移[44]；MRPL42 的低表達(dá)能夠引起細(xì)胞周期阻滯，激活caspase3/7 活性，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[45]；MRPL35的低表達(dá)能夠增加ROS 積累，并作用于線粒體，破壞線粒體膜電位，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和自噬[46]；在膠質(zhì)瘤中，MRPS16 的過表達(dá)能夠通過激活PI3K/Akt/Snail 信號通路，促進(jìn)細(xì)胞的遷移和侵襲等[47]。

許多研究報道，MRP 與各種疾病的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)，可用作多種疾病發(fā)展診斷的標(biāo)志物。研究發(fā)現(xiàn)，MRPL39 能夠通過靶向胃癌中的miR-130 發(fā)揮抑癌作用，可作為胃癌診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物[48]； MRPS2、 MRPL23、 MRPS12、 MRPL12 和MRPS34 可能是異硫氰酸芐酯治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤潛在的生物標(biāo)志物[49]；最新研究發(fā)現(xiàn)MRPL3 是急性高山病相關(guān)的樞紐基因之一，未來可作為生物標(biāo)志物和治療靶點進(jìn)行疾病診斷和治療[50]。然而，目前MRP 與各類疾病進(jìn)展的確切機(jī)制研究尚不夠深入，因此需進(jìn)一步進(jìn)行探索和確證。

6 結(jié)語

RP 是構(gòu)成核糖體的重要成分，除了參與核糖體的組裝之外，還具有核糖體外功能。RP 能夠調(diào)控基因表達(dá)、細(xì)胞周期、增殖、凋亡、遷移、侵襲、轉(zhuǎn)化以及血管生成，進(jìn)而影響疾病的進(jìn)展。RP 的生物合成及核糖體外功能的執(zhí)行是極其復(fù)雜的過程，隨著人們對RP 與疾病的深入研究，現(xiàn)已揭示RP 在許多疾病中的作用，并成為潛在的治療靶標(biāo)，因此，深入研究RP 在疾病發(fā)生和發(fā)展中的作用機(jī)制，靶向RP 調(diào)控其核糖體外功能，有望改善疾病的預(yù)后。目前，臨床上已有藥物通過調(diào)控RP 的表達(dá)控制疾病的進(jìn)展，但存在副作用較大、無法根治等問題，因此，減少藥物的副作用，提高藥物的療效，是未來開發(fā)臨床藥物的目標(biāo)。