诺奖热点！非编码RNA！综述310
学术
科学
2025-01-21 00:06
上海
2024年诺贝尔生理学或医学奖授予马萨诸塞大学医学院Silverman自然科学教授Victor Ambros和哈佛医学院遗传学教授Gary Ruvkun，原因是他们发现microRNA及其在转录后基因调控中的作用。曾几何时，microRNA几乎就是科技前沿的代名词，或许以后还会再造一轮热点！伴随着诺奖发布，肿瘤中的RNA或许是近几年的热点！我们曾经翻译过题为RNA in cancer的综述，是由青枣主导，众多果友协助翻译完成的。这里，我们重新整理、编辑，分享给大家。基因表达紊乱是肿瘤的一个主要标志。事实上，目前已经证实转录因子活性的改变是许多肿瘤常见亚型的驱动因素1。RNA对基因表达至关重要，无论是编码RNA (mRNA) ，还是参与调节转录的非编码RNA，如长链非编码RNA (lncRNA)或7SK小核RNA (snRNA)以及剪接 (如snRNA)和翻译 (如核糖体RNA、tRNAs、microRNAs 相关的RNA2-6。最近研究表明，肿瘤RNA加工过程系统地改变，表明RNA对肿瘤的发生、生长和进展有重要影响7 – 19。RNA处理因子的基因突变水平、表达水平以及RNA水平本身上的变化是以一些非编码RNA的形式展现，如microRNA，lncRNA， tRNA片段和环状RNA (circRNAs)，它们的表达可能会发生改变，促进肿瘤的发生。N6-甲基腺苷的 RNA 修饰被证明在肿瘤20–23中发挥重要作用，有综述概述RNA修饰如何促进肿瘤24，但并未对此做深入讨论。 在肿瘤中RNA加工改变是常见的。研究认为，RNA亚型有助于探索肿瘤发生的潜在机制。例如，肿瘤途径既可由单个miRNAs调控，也可由多个miRNAs相互连接的调控网络控制，这些调控网络可能与它们所调控的靶点形成反馈环路4。剪接体突变可能促进血液系统恶性肿瘤发展的机制也被发现16-18, 25, 26。编码剪接调控因子SF3B1、U2AF1、SRSF2和ZRSR2的基因突变相互排斥16, 17。影响剪接体部分蛋白质的突变可以影响一些常见的下游途径，这些途径通过改变mRNA剪接13, 27或增加基因组的不稳定性28来促进肿瘤的发生，从而可能导致大量肿瘤标志物产生29。这些机制进一步描述对于未来有希望出现的以改变RNA加工为靶向的肿瘤疗法的发展是至关重要的。这篇综述讨论了如何改变编码和非编码RNA的加工或活性调控肿瘤的发生、生长和进展。明确RNA在肿瘤中已有作用 (miRNA和lncRNA)和新发现的作用 (选择性mRNA加工和circRNA)，及其相关机制。mRNA被RNA聚合酶II合成后，进行剪接，进而加工为成熟转录本，从细胞核运送到细胞质中翻译成蛋白。这些相互关联的处理步骤是由许多大型高分子复合物完成的，如剪接体3和转录-出核复合体TREx和TREx2 (Fig. 1)。在生理条件下，许多非编码RNA也可对基因表达进行正向或负向调控，包括miRNA， lncRNA和circRNA。通常，miRNAs通过加速靶mRNAs30脱腺苷化和降解来负调控基因表达，而lncRNAs可充当调节蛋白复合物的支架，通过定位于基因组DNA或通过改变基因组结构，以顺式或反式作用调控基因表达31。Fig.1：mRNA的加工和出核（以上为青枣翻译）Calin、Croce等在分析 B 细胞慢性淋巴细胞白血病中经常缺失的一个染色体区域时，他们想要找出与之相关的基因，但似乎相关区域的所有基因都与之无关，他们随后意识到罪魁祸首不是蛋白编码基因，而是一个产生miRNA (miR-15和miR-16)的基因32，首次发现miRNA。从那时起，许多miRNA被发现与肿瘤有关，或作为抑癌因子，或作为致癌因子 (在某些情况下，基于肿瘤微环境的不同，miRNA既能促进也能抑制肿瘤) (Fig. 2)。lncRNA最近被发现具有致癌或抑制肿瘤的功能 (Fig. 3)。在本节中，通过整合最近文献，综述了这些RNA亚型在肿瘤发生中的作用。 人类细胞中大多数蛋白的表达水平一定程度上都受到一种或多种miRNAs的调控33。miRNAs是由前体转录物经过连续的切割加工形成 (Fig. 2)。虽然miRNAs通常在长度上有20-23个核苷酸，但是靶向mRNAs 的碱基配对主要依赖于miRNA 5 '端的7或8个核苷酸 (称为“种子区”)。因此，一个miRNAs可以有许多mRNA靶标，一个mRNA也可以被多个miRNAs靶向。虽然miRNAs可以起到附加作用，显著抑制在3 '非翻译区 (UTR)有多个miRNA结合位点的靶蛋白的表达 (例如ZEB1 mRNA上有三个miR-200a结合位点，有五个miR-200b结合位点，但仅将一种类型的miRNA与靶mRNA结合，就会导致该靶mRNA的表达量下降)34。然而在一些情况下，几个miRNAs靶向一个调控系统的多个组分时，形成的网络影响可能就很重要。 RNA测序已经检测到超过1000种miRNAs。一些miRNAs，如肿瘤抑制因子let-7，在几乎所有的细胞类型中都大量表达，而另一些miRNAs则具有高度的细胞类型特异性表达，或者在某些细胞类型中存在非常低的水平，而在其他细胞类型中则不存在。大量表达的miRNAs，如let-7和miR-21，在每个细胞中表达数千个拷贝，这足以影响许多mRNAs。然而，由于miRNAs的两种主要检测方法，RNA测序和反转录PCR，都非常敏感，当检测低表达的miRNAs的可能影响时，需要谨慎怀疑。到目前为止，在5万篇将miRNAs与肿瘤联系的论文 (PubMed搜索“microRNA与肿瘤”)中，有一些需要进行严格的验证研究，才能得出明确的结论。确切数据表明，每一种公认的肿瘤29特征都受miRNA介导的调节。这或许是意料之中的，因为miRNAs几乎影响了多细胞动物的所有发育和调控过程36。 靶向致癌途径负调控因子的miRNAs在调控异常时可能会致癌 (Fig. 2)。典型的例子包括miR-21和miR-31 (在生理条件下，通过多个靶点抑制RAS-MEK-ERK信号通路)37, 38，以及miR-155和miR-221，它们分别靶向SHIP1 (也称INPP5D)和PTEN，两者都是AKT信号的负调控因子39, 40。miR-10b41、miR-182 (ref.42)和miR-17-92簇43-45的致癌活性也已被描述。由于miRNAs同时靶向许多mRNAs，每个致癌miRNA的致瘤作用可能是通过抑制多个靶标来介导的，尽管许多报道都强调单个靶标38, 46-48。肿瘤中个体致癌miRNAs过表达一些原因已经被描述。miR-21的表达在RAS激活和STAT3或AP-1的激活通路中增加37, 38。miR-17-92簇被癌基因MYC转录激活，而MYC在许多人类肿瘤中过表达。MYC驱动的miR-17-92簇过表达导致多个基因抑制，包括编码染色质修饰因子、促凋亡蛋白BIM和参与DNA复制和修复的蛋白，以及细胞周期43。致癌miRNAmiR-155的过表达已经被发现在人类乳腺瘤中发生，它与肿瘤抑制因子BRCA1的突变或缺失相关，其未突变形式被报道在表观遗传学上抑制miR-155基因47。 肿瘤中最常见的减少的miRNA是let-7 miRNA的变体，它通过靶向强效致癌基因 (包括MYC、KRAS和HMGA2)作为主要的肿瘤抑制因子 (ref.50)。因此，let-7miRNAs被认为具有潜在的治疗价值；然而，miRNA的治疗传递仍然是一个挑战51。虽然let-7miRNA家族的12个成员来自不同的基因，但除了let-7a-3之外，其他成员的丰度都受到两种RNA结合蛋白LIN28A和LIN28B的调控，这两种蛋白结合在let-7的前体miRNAs上，阻止成熟miRNA的形成53。因此，靶向LIN28通路也可能是一种治疗选择。miR-34也是一种表现在多种肿瘤类型中，很重要的肿瘤抑制miRNA，，包括乳腺癌54、结直肠癌55、前列腺癌56,57和肺癌58，并在乳腺癌和前列腺癌的小鼠临床前模型中显示出有益的治疗结果54,57。 大量的miRNAs也被报道用于限制转移和/或化疗耐药性，在大多数情况下，都是通过限制或逆转上皮-间质转化 (EMT)完成的。其中最有效的是miR-200家族，它可以通过有效抑制转录因子ZEB1和ZEB2的表达，以及许多参与肿瘤细胞迁移和侵袭的基因，作为EMT的主调控因子4。 当考虑到miRNAs发挥肿瘤抑制或致癌的作用时，我们需要注意的是，miRNAs可以有多种作用，在不同情况下可有不同的效果。例如，虽然let-7对肿瘤细胞有明显的抑制作用，但它可以通过抑制肿瘤微环境中的免疫细胞，限制细胞毒性T细胞59的数量和减弱M1巨噬细胞60的激活起到促肿瘤作用。（以上为果友yancy翻译）miRNA由RNA聚合酶Ⅱ转录而来，因此与蛋白编码基因受到相同类型的表观调控。事实上，许多miRNA基因都来自于蛋白编码基因的内含子区域61。关于miRNA在肿瘤表观遗传的失调已有许多报道62。例如，编码miR-200家族成员的两个基因的启动子区域发生CpG岛甲基化与细胞和动物模型中的乳腺癌和结直肠癌的进展相关63-64。在许多肿瘤中，CpG岛的甲基化可沉默 miR-34基因65-66。 肿瘤中miRNA表达下调的一种机制是缺氧诱导肿瘤细胞中Drosha和Dicer表达水平的降低，从而导致miRNA加工67和AGO2的磷酸化68；反过来，又降低Dicer和AGO2的结合，抑制miRNA从前体到成熟miRNA的这一加工过程69。肿瘤抑制因子：let-7a和miR-16对缺氧敏感，而缺氧也导致EMT的增加，如在卵巢癌细胞和异种移植物中67。miR-200家族成员通过ZEB1的反馈调节成为EMT的强调节剂70，对Dicer表达水平的降低特别敏感71。然而，并非是所有miRNAs在缺氧环境下都下调。例如，miR-210的转录诱导超过了缺氧诱导的加工减少，并且可以抑制免疫缺陷小鼠肿瘤生长的启动72，也可能促进细胞在肿瘤的缺氧压力环境下的适应、生存73。缺氧可上调miR-630的转录；由于miR-630靶向并抑制DICER1 mRNA，因此，在间接导致卵巢癌细胞缺氧时miRNA加工的总体降低，导致卵巢癌异种移植模型中肿瘤进程的加快74。miRNAs下调的另一机制：由于核输出蛋白5（XPO5：pre-miRNAs转运蛋白）的基因突变或磷酸化水平的变化，使得miRNAs从细胞核的输出减少。在结肠、胃和子宫内膜等，XOP5的截短突变肿瘤中通常微卫星不稳定，导致miRNA前体在细胞核中的积累减少，miRNA靶点的抑制75。ERK介导的磷酸化也会减弱XPO5的功能，导致肝癌中miRNA水平的总体下调76。miRNAs也可通过基因丢失或扩增在肿瘤中失调。B细胞慢性淋巴细胞性白血病中的miR-15和miR-16是一个明显的例子32，其他miRNAs的丢失或获得在许多肿瘤中很常见77。 lncRNAs为长度超过200个核苷酸、但不编码蛋白的RNA。与mRNAs一样，lncRNA也由RNA聚合酶Ⅱ转录。与mRNAs不同的是，许多lncRNAs主要定位于细胞核，且执行不同的功能：在细胞核内以顺式或反式方式调控基因表达的作用；调控剪接和亚核结构域的成核过程31（Fig.3）。但大部分lncRNAs具有类似于mRNA的共有序列，如3'-剪接和多聚腺苷酸特征，可以将其运输到细胞质中78。这些lncRNAs可以执行细胞质的功能，如miRNA海绵，与信号蛋白的mRNA相互作用以及调节特定mRNA的翻译31（Fig.3）。lncRNAs功能具有多样性，加之很多lncRNAs都可以表达，这为lncRNAs作为癌基因和抑癌基因提供了基础。在过去的几年里，关于lncRNAs作用的报道大幅增加。2010年，lncRNA HOTAIR被证实通过参与染色质重塑促进乳腺癌转移79，随后发现许多lncRNA可以影响肿瘤发生或者进展（Fig.3）。lncRNAs在肿瘤中发挥作用的方式极为复杂，而一些lncRNAs可能具有多个看似无关的功能。例如，lincRNA-p21最初被鉴定为p53诱导的肿瘤抑制lncRNA80，并被证实与异质核糖核蛋白K（HNRNP）结合，并增加他的邻近基因CDKN1A (编码p21)的转录81。除了核作用以外，lincRNA-p21在胞质中还可以负向调控几种mRNAs的翻译82。据报道，它在缺氧细胞中被缺氧诱导因子1α（H1F-1α）诱导并通过阻止其受VHL介导的泛素化，增强缺氧诱导因子1α（H1F-1α）的反应83。参考文献84和85介绍了lncRNA发挥作用的许多机制。我们将重点介绍lncRNAs可以促进或抑制肿瘤多种方式的最新报道的例子（以上内容由果友巧克力酱翻译）。如果正常组织的细胞类型与肿瘤来源的细胞类型不一样，那么就不能比较肿瘤和相邻正常组织之间的基因表达。在Yari等人的研究中86，他们通过使用激光捕获显微切割技术比较了结肠癌组织和相邻正常结肠上皮细胞，避免了这种情况，并观察到了lncRNA REG1CP在结直肠癌中的表达上调。研究发现，REG1CP通过连接解旋酶FANCJ与相邻基因REG3A86启动子，促进结直肠癌异种移植瘤生长。这有利于诱导REG3A有丝分裂，促进细胞增殖。PCAT19是一个具有致癌作用的lncRNA，它反式激活基因，促进前列腺癌的生长、侵袭和转移。与患者疾病侵袭性有关的PCAT19基因的启动子中，存在一个肿瘤相关SNP，这增加了该RNA较长的异构体表达；该异构体可与HNRNPAB形成复合物，并激活多个细胞周期基因，在异种移植模型中促进前列腺癌的侵袭性87, 88。细胞质中的lncRNA也可能起致癌作用。在MYCN扩增的神经母细胞瘤中过表达的lncRNA LINC02525，通过与核糖体蛋白RPL35的相互作用，特异性地调控E2F1的转录89。E2F1在神经母细胞瘤中上调表达的后果之一是GTP酶激活蛋白DEPDC1B的转录增强，进而导致ERK蛋白磷酸化，维持NMYC蛋白稳定。细胞质的lncRNA与原蛋白激酶信号通路的某些成分相互作用。![]()
lncRNA LINKA（也被称为LINC01139）作为一个致癌基因，通过部分下调抗原呈递相关蛋白的表达，从而导致免疫逃逸。LINKA RNA与磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸结合，减弱蛋白激酶A介导的E3泛素连接酶TRIM71的磷酸化，从而增强Lys48聚泛素化介导的抗原肽加载复合物的降解。LINKA RNA通过促进肿瘤抑制因子RB和p53的降解，而具有进一步的致癌活性90。但lncRNAs也可以作为肿瘤抑制因子发挥作用。细胞核lncRNADIRC3可影响局部染色质结构，以激活其邻近的编码肿瘤抑制因子IGFBP5的基因的转录。黑色素瘤患者中DIRC3的低表达与生存率下降有关91。据报道，细胞核反义转录因子SATB2-AS1是结直肠癌的肿瘤抑制因子92。反义转录因子通过招募p300乙酰转移酶激活SATB2基因，同时SATB2抑制EMT启动子Snail，并在体外减少结直肠癌细胞的增殖、迁移和侵袭92。与正常组织样本相比，lncRNA LINC00261在多种肿瘤的表达减少，包括肝癌、乳腺癌和胃癌；它还参与了肺腺癌细胞中的DNA损伤反应93。这种lncRNA被发现在肺癌细胞中可增加ATM磷酸化，这与它被观察到的通过诱导G2-M细胞周期停滞而减缓增殖的效果一致93。lncRNA也可以通过调节细胞质中的信号来抑制肿瘤的发生。细胞质lncRNA DRAIC在去势抵抗性的晚期前列腺癌中下调，并通过干扰NF-κB激酶抑制剂（IKK）的活性来抑制核因子-κB（NF-κB）的活性，从而抑制肿瘤进展94。它与IKK复合体的亚单位作用，抑制它们之间的相互作用，通过抑制NF-κB抑制剂-α（IκBα）的磷酸化，抑制NF-κB激活。尽管名称不同，但有些lncRNA可能编码蛋白。事实上，lncRNA LINC00908可产生一个60个氨基酸的多肽；与正常组织样本相比，其在三阴性乳腺癌组织中被下调，与低总生存率有关95。LINC00908在对雌激素受体-α（ESR1）的反应中通常是上调的，而在三阴性乳腺癌中没有ESR1，这可能部分解释了LINC00908编码的多肽在三阴性乳腺癌中的下调。该多肽被命名为ASRPS（STAT3小调节肽），因为研究发现它可以与STAT3结合并下调其磷酸化，从而导致血管内皮生长因子表达减少并减缓肿瘤生长（果友肉多的多肉翻译）。直到最近人们才认识到，环状RNA基本上在所有的细胞和组织中都有表达104，并且可能在肿瘤中调控紊乱8, 11（图4）。因此，关于它们的正常功能105,106，以及它们在肿瘤中的影响，还有很多尚待了解。环状RNA主要是将一个外显子剪接到前一个外显子，而非下游外显子的反向剪接事件的产物，该反向剪接形成了共价闭合的环状RNA分子。研究发现，少数环状RNA位于细胞核中并调节转录，但大多数环状RNA位于细胞质中107,108。单个细胞可以表达数千个环状RNA。通过对患者肿瘤组织和肿瘤细胞系的RNA进行深度测序，共可检测到超过20万个不同的环状RNA8。在肿瘤细胞和正常细胞中检测到的许多环状RNA表达水平非常低，每个细胞可能不到一个，因此不太可能具有功能。然而，一小部分检测到的环状RNA较为丰富，少数已被鉴定出功能，而一些尚待确定功能的丰富环状RNA在细胞分化过程中受到调节，表明它们也具有特定功能109。与正常组织相比，一些环状RNA在相应肿瘤组织中有更高表达，提示它们作为生物标记物的可能性 8,11。ciRS-7（也称CDR1-as）是最早也是最具特征的环状RNA之一，与大多数环状RNA不同，它来源于非编码RNA基因110–112。ciRS-7主要在神经元细胞中表达，但与脑肿瘤无关。该环状RNA具有大量与肿瘤相关的miR-7结合位点（每个分子约70个），并能显著影响miR-7在其高表达细胞中的活性 110,111，表明了不同亚型的非编码RNA如何协同调节基因表达。ciRS-7可调节miR-7的活性，并对miR-200和miR-182、miR-183和miR-96家族产生间接影响 113，该事实增加了ciRS-7通过对这些肿瘤相关miRNA的影响在上皮源性肿瘤中发挥作用的可能性。此外，最近还发现了ciRS-7在这种情况下作为肿瘤抑制剂的另一种机制：ciRS-7可以抵抗黑色素瘤细胞的侵袭 114。研究发现，PRC2介导的组蛋白H3-Lys27三甲基化在表观遗传学水平下调了ciRS-7 环状RNA及其宿主基因LINC00632，但ciRS-7–IGF2BP3复合物如何影响肿瘤细胞侵袭和转移仍有待确定。环状RNA有可能通过充当miRNA的分子海绵来作为癌基因或肿瘤抑制因子发挥作用，敲低筛选试验表明，前列腺癌细胞中一些高丰度环状RNA对快速的细胞增殖是极为重要的11，尽管需要更多的工作来确定致癌或抑癌的环状RNA。在过去的两年里，有很多关于环状RNA作为肿瘤中miRNA的分子海绵的报道，但是在评估这些报道时应该小心。如果引入的结合位点数量足够多，miRNA结合位点的异位过度表达，无论是环状RNA还是线性RNA，都将不可避免地抑制该miRNA的活性。因此，在RNA分子海绵过表达的实验中必须非常谨慎，需要考虑异位引入的RNA分子海绵的细胞水平与被认为过表达RNA的肿瘤细胞水平相匹配，并考虑其与推定的分子海绵miRNA的化学计量关系，以及它们的靶标 115–117。如果不这样做，环状RNA在肿瘤中致癌或抑癌作用的结论将不可靠。 在与报道的分子海绵miRNA一起对环状RNA进行定量分析的少数研究中，Gorospe团队发现，在每个成纤维细胞中表达约5个拷贝的环状RNA circPVT1可调节let-7 miRNA的可用性，其呈现为该水平的约1000倍，这表明只有一小部分let-7 miRNA在功能上可用，因此可能会受到数量非常有限的额外结合位点的影响118。 目前尚不清楚为什么大量与其他RNA结合的假定的let-7无法发挥缓冲作用，去克服少量circPVT1分子的海绵效应。let-7是一种肿瘤抑制因子。研究表明，circPVT1在分裂细胞中表达升高，在衰老细胞中表达下调，可能通过其对let-7的吸附而促进增殖 118。CircPVT1在头颈部鳞状细胞癌过表达，也可能在其他肿瘤中过表达 119。 环状RNA还可以作为多蛋白复合物的成核剂或组分，如circACC1来自编码细胞质乙酰辅酶A羧化酶120的基因的外显子 2–4。CircACC1在结肠癌中的表达升高，并可能通过结肠癌细胞系HCT116中的血清剥夺诱导，它通过与AMP激酶的调节性β和γ亚基相互作用促进AMP激酶的稳定和活性，从而调节脂肪酸β-氧化和糖酵解120。 是什么导致肿瘤中的环状RNA失调？环状RNA前体基因拷贝数或转录的改变无疑会改变它在某些肿瘤中的水平。然而，由于大多数环状RNA来自蛋白编码基因的选择性剪接产物，需要仔细鉴别此类变化与同源蛋白水平变化的影响。由于环状RNA具有很长的半衰期121,122，在快速增殖的细胞中它们的丰度通常会因为细胞分裂的稀释而降低。因此，正如在结直肠所中观察到的，环状RNA低丰度与肿瘤之间存在关联123。环状RNA水平变化的另一种原因是参与环状RNA生物合成的剪接因子水平的改变。迄今最显著的例子是RNA结合蛋白QKI在永生化乳腺上皮细胞上皮-间质转化期间（EMT）对环状RNA的调节 109。鉴于上皮-间质转化在肿瘤进展和化疗耐药中的作用，以及QKI与肿瘤进展的相关性124，研究QKI调控的环状RNA的可能作用将会是非常有趣的（果友晓璇翻译）。mRNA前体通过去除内含子并以不同的排列组合连接外显子实现mRNA的可变剪接 (也叫选择性剪接)，是基因表达的基础125,126。不同的剪接体又可以翻译成不同的蛋白，因此，mRNA的可变剪接可以丰富转录组和蛋白组126–128。大部分RNA剪接反应由包含300多种蛋白的“主要剪接体”实现129（Fig1.）。在人类基因组中，大约95%多外显子组成的基因转录本存在可变剪接现象130,131；在转录过程中，使用不同的转录起始和终止位点会产生许多额外的转录本132。另外，转录本的5'和3'UTR区的许多序列和结构可以影响mRNA的定位、稳定性和翻译速率[9]。mRNA剪接后，3′末端加工复合体对mRNA前体进行进一步的剪切和多聚腺苷酸化，是mRNA成熟的关键步骤，可以确保mRNA的有序输出 (Fig 1.)。人类基因包含多个 poly(A)位点，3′末端加工复合体与序列基序之间的动态互作可以选择poly(A)位点，产生编码序列不同或 3' UTRs 不同的转录本[9]，即选择性切割和多聚腺苷酸化 (选择性多聚腺苷化，APA)。mRNA剪接是多外显子基因表达的必备过程，过去认为是十分保守的。但最新研究显示，RNA剪接过程受到多种因素调控135–138。snRNPs和剪接因子等调控剪接的分子具有严格调控选择剪接位点的活性。并且蛋白水平可以反映RNA的可变剪接（至少对于高丰度转录本来说如此）[4]。剪接因子基因突变在多种肿瘤中广泛存在且可以促进肿瘤的发生，说明调控可变剪接具有重要的作用。事实上，肿瘤中存在许多正常组织中不存在的可变剪接事件17。在20%慢性淋巴细胞性白血病和继发性急性髓细胞性白血病、40% 骨髓增生异常综合征病(MDS) 和高达60% 慢性粒单核细胞白血病等血液系统恶性肿瘤中可以检测到剪接体基因突变16,17,19。在葡萄膜黑色素瘤140,141、胰腺癌和乳腺癌143,144 等实体瘤中亦观察到了类似的突变，但是突变频率较低[19]。在骨髓增生异常综合征 (MDS)中，SF3B1突变是启始遗传事件145。在白血病早期，SRSF2、U2AF1和ZRSR2会发生突变146。剪接体RNA组分富含U的snRNA (U snRNAs，特别是在多种肿瘤中存在反复突变的 U1 snRNA ）可以调节组织或肿瘤中的特异性可变剪接27。综上，这些研究表明 mRNA可变剪接是肿瘤发生重要的潜在驱动因素。![]()
可变剪接促进肿瘤发生的机制是什么？mRNA可变剪接可能在RNA水平促进肿瘤发生。SRSF2、SF3B1 和 U2AF1 的突变都会不同程度地影响 3’剪接位点识别19,129。由此引起的可变剪接可能会影响许多转录本的稳定性(包括编码促进细胞恶性转变蛋白质的转录本)。例如突变的SRSF2 可以使 EZH2 前体mRNA产生包含一个带有提前终止密码子的外显子，导致无义介导的mRNA降解(NMD)，降低EZH2 的表达水平150，影响造血细胞的分化。而恢复 EZH2 表达可以部分挽救 SRSF2 突变细胞的正常造血功能150。在骨髓疾病中EZH2也存在导致其功能丧失的突变151,152，并且在骨髓增生异常综合征(MDS) 患者中 SRSF2突变 和EZH2 突变是互斥的[31]，表明剪接缺陷与生理特征具有相关性。异常的mRNA剪接体也可能翻译出具有致癌作用的蛋白异构体。例如在急性淋巴细胞白血病中检测到的由于U2AF1突变产生IRAK4-L (对白细胞功能十分重要的基因IRAK4的长转录本编码的蛋白) 154，抑制 IRAK4-L 可抑制小鼠白血病异种移植模型的生长154。结肠癌中，由核心剪接调控因子PRPF6基因扩增产生的ZAK 的长转录本编码的“致癌同源异构体”可以促进肿瘤细胞生长155。![]()
虽然以上研究显示可变剪接可能通过多种方式促进肿瘤的发生，但目前尚缺乏系统的研究。鉴于一些剪接因子基因突变是互斥的，因此它们导致的可变剪接可能通过共同的未知通路发挥作用并引起相似的效应促进肿瘤的发展。但该假说很难被直接证明。最近的的一项研究显示剪接调节因子U2AF1, SRSF2 和SF3B1突变的MDS 患者的mRNA具有不同的剪接特征，但最终均影响特定的信号通路，如细胞周期进程和DNA损伤反应相关信号通路27。此外， SF3B1 和 SRSF2 突变均可在RNA 水平过度活化NF-κB (肿瘤发生中重要的信号通路 )27；SF3B1 或 SRSF2 的突变具有“协同致死”（也称为“合成致死”）效应，并且它们之一发生纯合突变也会引起细胞死亡27。此外，同DNA 修复因子（如 BRCA1 和 BRCA2）突变引起的效应相同，RNA剪接因子突变也可能通过影响DNA 完整性、拷贝数变异和基因易位等方式增加基因组不稳定性使细胞获得肿瘤细胞特征157，提高恶性转化潜力。RNA剪接因子突变在RNA和蛋白水平通过多种机制增加基因组不稳定性157。检测 U2AF1、SRSF2 和 SF3B1 突变的MDS 患者样本157和SF3B1 突变的慢性淋巴细胞性白血病人标本158发现，剪接因子突变可能影响编码DNA修复因子的可变剪接。剪接因子突变导致的其他功能缺陷也会引起基因组不稳定性增加。例如在 U2AF1 突变的骨髓衍生细胞中，由于自噬相关蛋白 7 (ATG7) mRNA 的加工异常导致的自噬缺陷会引起线粒体功能障碍、提高活性氧(ROS)水平158，增加基因组的不稳定性，使细胞易发生二次致癌突变，使造血细胞永生化158。最近几项研究证实剪接因子突变直接影响基因组不稳定性：在由基因 U2AF128,159或 SRSF2 突变引起的MDS表型的细胞中，R 环增加28。“R 环”是由新转录的 RNA 与模板链退火形成稳定的 RNA-DNA 杂合体和反义DNA 单链组成160 。而暴露的DNA单链很容易发生 DNA 损伤，可能是基因组不稳定增加的重要原因161。在由U2AF1 或 SRSF2 突变引起R环增加的细胞中过表达 RNase H 可以挽救或部分挽救由此引发的增殖缺陷，表明由 R 环引起的基因组不稳定可能直接影响MDS患者的正常造血功能28（果友周建生翻译）。在肿瘤中还普遍观察到下游mRNA加工步骤的改变，如前体mRNAs的剪切和多聚腺苷酸化9。例如，在肿瘤细胞系和肿瘤样本中162-165，3′ UTR区的缩短。已经提出许多机制去解释这些观察，包括增加具有短3’UTR致癌转录本的稳定性，通过这些逃避miRNAs的抑制效应，该转录本由3’UTR交互作用调节mRNA代谢163，以及3‘端加工因子的活性的改变，如剪切因子Im复合物25-kDa亚基(CFIM25)15和CSTF2165（图6）。然而，可能也有其他更复杂的机制在发挥作用，因为这些核心3ʹ末端加工因子所识别的基序并不富集在肿瘤样本中9,162。最新研究强调内含子聚腺苷化在白血病中很常见，表明选择性聚腺苷化在肿瘤中的复杂性12。由内含子多聚腺苷酸化引起的mRNA截短反复发生，主要受具有肿瘤抑制功能的基因的影响。重要的是，这些被截短的mRNA导致Dicer和FOXN3等蛋白的截短形式，这些蛋白的相应全长蛋白可能缺乏肿瘤抑制功能12。鉴于转录、剪接和聚腺苷化之间的广泛耦联166,167，编码RNA剪接因子的基因突变也可能影响肿瘤中的切割和聚腺苷化。例如，在U2AF1突变的细胞中，ATG7 mRNA由于远端切割和聚腺苷酸化位点的选择而被异常处理，导致一个具有较长的3‘UTR和低水平ATG7的转录本58. 如前所述，这引起自噬缺陷，可以启动由U2AF1突变介导的恶性转化58。作为基因表达途径的末端步骤之一，mRNA的核输出，在肿瘤中也发生了改变158。虽然mRNA出核被认为是基因表达的一般默认途径，但是可以通过选择性mRNA出核来调控特定的生物途径，使某些mRNA组优先于其他组5。选择性出核主要是由TREX和TREX2复合物以及一般蛋白输出体CRM1介导的5。选择性mRNA出核可调节对肿瘤发展至关重要的生物过程，如细胞增殖和基因组完整性169-172。这种mRNA出核机制的调节潜力可以被肿瘤细胞利用来维持其增殖（图6）。考虑到细胞核中的转录与细胞质中的翻译的物理分离，转录依赖性肿瘤可能会通过增加mRNA出核来改变蛋白质输出。Fig4.mRNA在肿瘤中的多聚腺苷酸位点选择与出核最近研究表明，mRNA剪接和聚腺苷酸化与mRNA出核的耦联程度与肿瘤的发生有关。mRNA出核因子通常促进远端剪切和多聚腺苷酸化位点利用，引起长3' UTR异构体表达134。这需要出核受体NXF1和剪切因子Im复合物的68kDa亚基(CFIM68)，它们协同促进具有长3' UTRs的mRNA出核134。当NXF1水平较低时，RNA聚合酶II延伸率降低，导致近端聚腺苷化位点的优先使用和短3' UTR异构体的产生134，这与在肿瘤中广泛观察到的情况一致。交联和免疫共沉淀研究也表明，NXF1和TREX的两个亚基，ALYREF和CHTOP，在3' 端加工之前通过剪接以协同转录方式被招募到整个mRNA中133。ALYREF调节剪接决定，而CHTOP调节选择性聚腺苷酸化133。鉴于肿瘤中TREX组件成分如THOC1和ALYREF的表达模式的常见更改173-176，这些发现提出了一个有趣的可能性，即TREX亚基可能会影响肿瘤发生过程中多个mRNA加工步骤的改变。最新研究结果也证明SF3B1在促进mRNA出核中具有剪接独立的作用177。SF3B1直接与mRNA相互作用，并招募TREX复合物177。鉴于肿瘤中SF3B1突变重复发生这一发现，突变体SF3B1对mRNA输出的影响是否对肿瘤的发生有重要作用，值得探讨。结论
在过去几年里，大量研究已经非常详细地揭示了肿瘤中RNA系统改变的程度。这些改变在处理RNA的基因编码因子的突变水平上被观察到，RNA加工因子水平或RNA水平本身的改变，以非编码RNA的形式，如miRNAs、lncRNAs、snRNAs和环状RNAs。重要的是，肿瘤中编码和非编码RNA的广泛改变影响了肿瘤发生的多方面。不同RNA亚型的机制和蛋白加工的特征为肿瘤的治疗干预提供了机会178，179。例如，许多针对核心剪接体机制的化合物，如E7107可与SF3B复合物结合180；在体内影响RNA剪接，但在I期临床试验中静脉注射时显示出显著的毒性181。最近研究采用SF3B复合物的口服调节物H3B-8800治疗具有剪接体突变的晚期血液系统恶性肿瘤，显示出在耐受的剪接体突变小鼠模型中具有优先的抗肿瘤活性182。其他的研究试图通过使用调节其蛋白酶体降解的化合物183,184，作为干扰剪接的替代药理学手段来调节替代和调节剪接因子，并在急性髓系白血病小鼠模型中取得了成功7。使用miRNA模拟物的治疗方法也准备进入临床治疗。尽管第一个模拟物的临床试验因一些患者的不良免疫反应而终止，但已经启动其他miRNA模拟物和miRNA抑制剂试验185，186，包括一例miRNA成功治疗间皮瘤的I期试验187。肿瘤中RNA的广泛改变将为治疗提供大量新机会。进一步研究RNA加工的改变促进肿瘤发生、发展的机制，对确保这些专门靶向RNA加工改变策略，并对正常细胞产生最小影响的肿瘤疗法至关重要（果友DAW翻译）。
