周雨菁 俞万钧 | 小核核糖核蛋白多肽E在肿瘤中的作用及机制
文摘
2024-09-29 15:07
上海
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剪接体是一种动态大分子核糖核蛋白(ribonu-cleoprotein，RNP)复合物，主要由小核核糖核蛋白(small nuclear ribonucleoprotein，snRNP)组成。每个snRNP由一个同名的小核RNA(small nuclear RNA，snRNA)和剪接体蛋白(即小核核糖核蛋白多肽B、小核核糖核蛋白多肽D1、小核核糖核蛋白多肽D2、小核核糖核蛋白多肽D3、小核核糖核蛋白多肽E、小核核糖核蛋白多肽F和小核核糖核蛋白多肽G)组成。剪接体催化真核细胞中的前体mRNA(pre-mRNA)剪接成mRNA[1]。许多基因如参与细胞周期、信号转导、血管生成、凋亡和侵袭的基因的表达都受到剪接过程的调控，剪接体的失调会导致产生新的mRNA亚型和蛋白质变体，参与肿瘤的发生发展[2]。此外，剪接体还与肿瘤免疫微环境密切相关，如某些编码剪接因子的基因缺失会导致胸腺细胞发育障碍，从而导致T细胞显著减少[3]。已有研究发现，小核核糖核蛋白多肽E(small nuclear ribonucleoprotein polypeptide E，SNRPE)作为剪接体蛋白家族成员之一，在多种肿瘤中异常表达，与肿瘤的发生发展及预后密切相关[2]。然而，对于SNRPE在肿瘤中的具体作用机制还知之甚少。本文将围绕SNRPE与不同肿瘤之间的关系及目前发现的作用机制进行综述，以期为癌症诊断和靶向治疗寻找新的标志物提供理论基础和依据。1 剪接体作用过程
与其他生物相比，人类虽然只有少量的蛋白质编码基因(约25 000个)[4]，但由于选择性剪接的存在，使得一个基因能够产生许多不同类型的mRNA，并翻译成不同的蛋白质变体或蛋白质形态，极大丰富了蛋白质的多样性。细胞核内pre-mRNA的剪接主要由剪接体完成，它通过识别pre-mRNA上的5′剪接位点(5′ splice site，5′SS)、3′剪接位点(3′ splice site，3′SS)、多嘧啶区(polypyrimidine，Py)及分支位点(branch point，BP)来移除无编码作用的内含子，并将能够编码蛋白质的外显子连接在一起[5]。人类存在两种不同类型的剪接体，分别是主要剪接体(U2型)和次要剪接体(U12型)，其中U2型剪接体由U1、U2、U4、U5和U6 snRNP组成，并且超过99%的剪接过程由U2型剪接体完成[6]。除了上述snRNP参与剪接外，还有一些非snRNP相关蛋白，如剪接因子1(splicing factor 1，SF1)、U2辅助因子(U2 auxiliary factor，U2AF)来辅助完成剪接。剪接过程中，U1 snRNP通过碱基互补配对方式与5′SS(GU)结合以启动剪接过程；U2AF65结合到多嘧啶区，与分支位点结合蛋白SF1相互作用，协助SF1结合到分支位点上(图1)。此外，U2AF35结合3′SS(AG)，上述过程形成复合体E。随后，U2 snRNP替换SF1与分支位点结合形成复合体A(也称为预剪接体)。U4、U6、U5三联-snRNP与复合体A结合后，把5′SS、3′SS及分支位点拉到一起，形成复合体B。复合体B经过一系列构象改变及重排，使U1和U4脱落，U6与5′SS结合，同时，U6与U2配对，从而形成了具有催化活性的复合体B*(也称为活化剪接体)[7]。通过两次转酯反应，复合体B*催化第一次转酯反应，使得5′SS通过2′-5′磷酸二酯键与分支位点相连接并形成套索结构，这一过程形成复合体C。第二次转酯反应为第一次切下的5′外显子的3′OH基团攻击3′SS，随后5′和3′外显子以2′-5′磷酸二酯键相连并形成mRNA，同时内含子以套索结构被释放并迅速降解[8]。整个剪接过程中所有被释放的snRNP可重新参与剪接体的组装、重排与催化[9]。![]()
2 SNRPE的结构及功能概述
SNRPE基因位于染色体1q32.1区域，其编码的SNRPE蛋白具有92个氨基酸，相对分子质量为10 804，主要存在于细胞质及细胞核。在功能上，SNRPE作为剪接体U1、U2、U4和U5 snRNP的核心成分，在pre-mRNA剪接中发挥作用[10](图2)。SNRPE也可作为18S U11/U12 snRNP的组成成分，参与pre-mRNA中次要剪接体介导的U12依赖型内含子的剪接[11]。此外，SNRPE还参与了一种特殊的SMN复合体的组成，该SMN复合体可介导U7 snRNP的组装，参与组蛋白3′-末端加工[12](图2)。![]()
3 SNRPE在细胞内的作用
3.1 调控HSP70的表达
热休克蛋白70(heat shock protein 70，HSP70)在维持细胞存活所需的内稳态中发挥着重要作用，它在肿瘤细胞中过表达，并通过增加肿瘤细胞对抗癌药物的耐药性来促进细胞存活[13]。热休克蛋白105β(heat shock protein 105β，HSP105β)作为选择性剪接变体可诱导HSP70表达[14]。Saito等[14]通过酵母双杂交和单杂交筛选发现，在COS-7细胞系和HeLa细胞系中，SNRPE可与HSP70启动子区域结合，增强HSP105β诱导的HSP70启动子活性，这是HSP105β诱导HSP70表达所必需的。此外，他们通过小干扰RNA敲低实验发现，无论HSP105β是否过表达，SNRPE的敲低均会降低HSP70的表达，表明SNRPE是HSP70表达所必需的，是HSP70基因表达的转录激活因子。综上所述，SNRPE可通过增强HSP105β对HSP70表达的诱导来促进肿瘤的发生发展(图3)。![]()
3.2 靶向自噬
自噬是一种不同于细胞凋亡的程序性死亡过程，在肿瘤中起着双重作用。在肿瘤早期阶段，自噬通过抑制活性氧、DNA损伤、组织损伤、炎症和基因组不稳定性来抑制肿瘤的进展，一旦肿瘤形成，自噬则通过刺激细胞代谢促进肿瘤细胞增殖和转移[15]。研究发现，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路在细胞生长、凋亡、自噬及代谢等过程中发挥了重要作用，是协调细胞生长与自噬的关键成分，细胞内存在mTORC1和mTORC2两种不同的复合体[16]。Quidville等[2]发现，SNRPE缺失可通过无义介导的mRNA降解途径使mTOR的mRNA水平下降，抑制mTOR表达，导致肿瘤细胞活力降低。同时，mTORC1信号通路的下游靶点真核翻译起始因子4E结合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 1，4E-BP1)发生了去磷酸化，进一步抑制了肿瘤细胞的生长，这是因为由某些癌基因，如蛋白激酶B(protein kinase B，PKB)又名AKT、细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)驱动的肿瘤细胞系生长依赖于4E-BP1磷酸化。此外，他们还发现，SNRPE的缺失导致肿瘤细胞的自噬标志物微管相关蛋白1轻链3-Ⅱ表达增加，表明自噬体形成，同样证实了SNRPE缺失通过靶向自噬来诱导肿瘤细胞死亡(图3)。![]()
4 SNRPE在肿瘤中的研究进展
4.1 非小细胞肺癌
肺癌的发病率和死亡率在所有肿瘤中分别位居世界第二位和第一位，是人类最常见的癌症之一[17]，它包括两种主要的组织学亚型，小细胞肺癌(small cell lung cancer，SCLC)和非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)，其中NSCLC占所有病例的80%~85%[17]。多数肺癌患者被诊断时已处于晚期且预后极差。因此，探究与肺癌发病机制相关的生物学改变有助于发现新的早期诊断生物标志物和更有效的治疗靶点。研究发现，RNA结合蛋白(RNA-binding protein，RBP)的表达失调可引起RNA代谢异常，从而导致细胞转录组和蛋白质组发生改变，影响细胞的生长、增殖、侵袭和死亡并诱发癌症[18]。Yang等[19]利用TCGA和GEO数据库，建立了一个基于RBP的可预测肺腺癌患者预后的模型，发现包括SNRPE在内的RBP风险评分模型可独立作为肺腺癌的预后评估工具，并且具有良好的特异性和敏感性。此外，Valles等[20]通过分析各个肺癌亚型的微阵列数据集及聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)实验验证，发现SNRPE在肺癌组织中高度表达，且其在SCLC细胞系中的mRNA水平普遍高于NSCLC细胞系。他们还发现，SNRPE的高表达与肺癌患者的总生存率降低密切相关。研究表明，空气悬浮颗粒物(particulate matter，PM) 2.5(空气动力学直径<2.5 μm)与肺癌密切相关[21]。Zhao等[22]通过蛋白质组学、代谢组学和脂质组学技术发现，SNRPE在PM2.5暴露下的A549细胞中表达上调，表明PM2.5可能通过改变SNRPE的表达来影响RNA剪接，诱导细胞毒性，从而促进肺癌的发生。对于NSCLC患者来说，选择正确有效的治疗方案能大大提高他们的生存率。基于此，Ye等[23]通过构建免疫组学网络发现，在肺腺癌中，SNRPE的表达水平与免疫细胞如树突状细胞、中性粒细胞、CD4+ T淋巴细胞及B淋巴细胞的浸润水平呈负相关；而在肺鳞癌中，SNRPE的表达水平与树突状细胞、中性粒细胞、CD8+ T淋巴细胞及巨噬细胞的浸润水平呈负相关，预示着SNRPE高表达的NSCLC患者对免疫治疗的敏感性较低(图4)。此外，检测肿瘤对特定药物的敏感性可以避免无效的治疗和减少不必要的药物不良反应。Ye等[23]发现，SNRPE在长春瑞滨抗性细胞系中的表达高于其在敏感细胞系中的表达，表明SNRPE表达上调可诱导长春瑞滨的化学耐药。综上所述，SNRPE在NSCLC中表达上调并预示着NSCLC的不良预后，可作为NSCLC潜在的预后标志物和治疗靶标。4.2 肝细胞癌
肝细胞癌(hepatic cell carcinoma，HCC)在全球范围内具有高发病率和低晚期生存率的特点。DNA拷贝数变异(copy number variation，CNV)可导致癌基因激活和肿瘤抑制因子失活[24]，二者之间的平衡被打破，从而诱发癌症，分析癌症特异性CNV有助于发现新的癌基因[25]。Jia等[25]通过全基因组拷贝数分析和实时荧光定量聚合酶链式反应(quantitative real-time polymerase chain reaction，qPCR)分析发现，SNRPE在HCC中的mRNA表达水平升高；他们还利用慢病毒载体使SNRPE在肝癌细胞系中过表达，发现SNRPE可以促进癌细胞在体内和体外的增殖。此外，Wang等[26]将短发夹SNRPE慢病毒转染入HepG2细胞以敲低SNRPE的mRNA表达水平，并通过CCK-8和transwell实验证实SNRPE的敲低可显著抑制HepG2细胞的增殖、迁移及侵袭能力，以上结果均提示SNRPE可能是HCC中新的癌基因。鉴于HCC高发病率和低晚期生存率的特点，找到具有早期诊断意义和预后价值的生物标志物显得尤为重要。因此，Liu等[27]利用TCGA和ICGC数据库进行分析，发现肿瘤的分期和分级越高，SNRPE的表达水平就越高，提示预后越差。此外，Kaplan-Meier(K-M)生存分析发现，SNRPE表达越高的患者生存率越低。Li等[28]还发现，在p53突变的HCC中SNRPE的mRNA表达水平高于无p53突变的HCC，而p53突变与晚期恶性肿瘤和不良预后密切相关。以上结果均表明，SNRPE可用于预测HCC患者的预后情况。由于肿瘤免疫治疗的效果很大程度上取决于肿瘤微环境，尤其是肿瘤免疫微环境，为此，Li等[28]利用TIMER数据库分析发现，SNRPE的表达水平与免疫细胞如B细胞、CD8+ T细胞、巨噬细胞、树突状细胞的浸润水平呈正相关，这将给HCC的免疫治疗提供新的思路及帮助(图4)。4.3 前列腺癌
前列腺癌是男性最常见的恶性肿瘤，雄激素过度激活雄激素受体(androgen receptor，AR)是导致前列腺癌发生发展的重要因素。早期前列腺癌通常是雄激素依赖性的，对雄激素消融治疗反应良好，被称为激素敏感性前列腺癌(hormone-sensitive prostate cancer，HSPC)[29]。而雄激素非依赖性前列腺癌对雄激素消融治疗反应较差且更具有侵袭性，被称为激素难治性前列腺癌(hormone-refractory prostate cancer，HRPC)。Tamura等[30]通过对HRPCs和HSPCs的基因表达谱进行分析，发现SNRPE的表达水平在HRPC中显著上调。此外，他们还利用小干扰RNA敲低了前列腺癌细胞株22Rv1中SNRPE的表达，导致癌细胞活力显著降低，表明SNRPE可促进前列腺癌的增殖。临床上，Gleason评分为8~10分的高级别前列腺癌具有更快的生长速度和更高的侵袭性[31]。Anchi等[31]通过分析基因表达谱和半定量实时PCR，证实SNRPE在高级别前列腺癌中表达上调。同时，他们在细胞株22Rv1中过表达SNRPE，通过细胞增殖实验证实SNRPE过表达的细胞株生长得更快。更重要的是，经cDNA微阵列分析和半定量实时PCR，证实敲低SNRPE可导致AR及其下游靶基因如前列腺特异性抗原(prostate specific antigen，PSA)、NK3同源框1(NK3 homeobox 1，NKX3.1)和跨膜丝氨酸蛋白酶2(transmembrane protease serine 2，TMPRSS2)显著下调，提示SNRPE对AR表达的调节在高级别前列腺癌的发生发展中起着关键作用(图4)。综上所述，SNRPE能通过调节AR及其下游靶基因的表达来促进肿瘤细胞增殖，有望成为治疗前列腺癌的新靶点。4.4 乳腺癌
乳腺癌是女性最常见的肿瘤之一，具有高度异质性。三阴性乳腺癌是指癌组织免疫组织化学检查结果中雌激素受体、孕激素受体和原癌基因Her-2均为阴性的乳腺癌，这也导致其对现有的激素或靶向治疗不敏感，并且具有更高的侵袭性、复发率和更低的生存率[32]。因此，发现新的癌基因靶点是目前乳腺癌研究的重点之一。有研究表明，小核核糖核蛋白多肽D1(small nuclear ribonucleoprotein polypeptide D1，SNRPD1)、SNRPE及其他的剪接体蛋白在高侵袭性乳腺癌的一个亚群中过表达，可提高癌细胞活力，并且可作为新的肿瘤联合治疗靶点[2]。Dai等[33]发现，SNRPD1和SNRPE在乳腺癌的发生发展中有不同的机制和作用，虽然两者都能促进乳腺癌细胞的增殖，但SNRPD1主要促进肿瘤细胞的迁移，并可导致着丝粒蛋白N(centromere protein N，CENPN)表达下调，S期肿瘤细胞明显增加。SNRPE主要引起着丝粒蛋白A(centromere protein A，CENPA)表达下调，使表达肿瘤干细胞标志物醛脱氢酶1(aldehydedehydrogenas 1，ALDH1)的细胞数量减少，表明SNRPE对肿瘤干细胞具有抑制作用(图4)。此外，乳腺癌患者的不良预后与SNRPD1高表达有关，而与SNRPE无关。Eini等[34]发现，微小RNA-802(miR-802)的高表达与乳腺癌患者的低生存率显著相关，他们还发现SNRPE作为miR-802的靶基因之一，其表达上调预示乳腺癌患者有较好的预后。综上所述，SNRPE对乳腺癌具有双重效应，既能促进乳腺癌细胞的增殖，又能抑制肿瘤干细胞，并且可作为乳腺癌患者潜在的预后标志物。4.5 血液系统肿瘤
急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)是血液系统常见的恶性肿瘤，微小RNA(miRNA)与细胞周期、细胞分化及凋亡有关，并且与白血病的发生发展及预后密切相关[35]。Akbari等[36]发现，miR-125b与miR-99a和/或miR-100联合可诱导肿瘤细胞对长春新碱耐药，同时，他们通过分析基因表达谱发现，包括SNRPE在内的11个基因作为上述三个miRNA的靶基因，在miRNA共表达时发生显著下调，并且需要两个及以上的靶基因联合下调才有可能诱导长春新碱耐药，表明SNRPE参与了肿瘤细胞对长春新碱的耐药。多发性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)是一种浆细胞疾病，选择性剪接可能是多发性骨髓瘤的重要驱动因素[37]。Bauer等[37]发现，剪接因子3B1的突变(尤其是K700E和K666T/Q型突变)增加了多发性骨髓瘤中选择性剪接事件的发生，通过比较剪接因子3B1突变型和野生型样本，他们还发现包括SNRPE在内的许多剪接相关基因在突变型样本中表达上调，未来可就SNRPE等剪接相关基因在多发性骨髓瘤中的潜在机制进行深入研究。4.6 其他肿瘤
头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)是常见的恶性肿瘤，人乳头瘤病毒(human papilloma virus，HPV)感染是其主要的独立危险因素[38]。Su等[38]通过免疫组织化学染色法和ROC曲线分析发现，无论是在HPV阴性还是HPV阳性的HNSCC中，与正常组织相比，SNRPE均表达增加，他们还发现SNRPE与HPV阴性HNSCC组织的肿瘤分级呈正相关。以上结果表明，SNRPE可作为HNSCC的生物标志物，以辅助诊断和治疗癌症。肾上腺皮质癌(adrenocortical carcinoma，ACC)是一种罕见的侵袭性肿瘤，Lv等[39]利用Spearman方法研究了不同类型的生存相关选择性剪接事件(survival-related alternative splicing event，SR-ASE)和剪接因子(splicing factor，SF)与ACC预后之间的关系，发现SNRPE至少与5个SR-ASE相关，并且与可变终止子型ASE完全相关，这表明SNRPE在调节末端外显子的选择中具有特定作用。他们还发现，SNRPE高表达患者的生存率降低，并且其表达水平与肿瘤的临床分期呈正相关。综上所述，SNRPE可能是ACC潜在的诊断靶点及预后标志物。膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，Tapak等[40]采用基于Fine and Gray模型的弹性网络筛选出了影响膀胱癌患者生存率的基因，其中SNRPE过表达的患者生存时间缩短，表明SNRPE与膀胱癌患者的预后有关。作为剪接体的核心组分，SNRPE在mRNA剪接中扮演着至关重要的角色。在多数恶性肿瘤中，SNRPE均表达上调并且与不良预后密切相关，其中在HCC、前列腺癌及乳腺癌中已观察到SNRPE可促进肿瘤细胞增殖，值得注意的是，在乳腺癌中SNRPE还具有抑制肿瘤干细胞的作用。此外，SNRPE与肿瘤免疫微环境之间的关系目前只在肺癌及HCC中得到研究，并且在肺癌和ALL中也观察到了SNRPE与药物耐药之间的关系。未来的研究应更加深入地探索SNRPE在不同肿瘤中的具体作用，以及其在肿瘤发生、发展过程中的具体分子机制。这包括研究SNRPE如何通过特定的基因剪接事件影响肿瘤细胞的行为，以及其在调控肿瘤微环境中的作用。同时，探索基于SNRPE的靶向治疗策略，将为肿瘤治疗带来新的希望。例如，开发针对SNRPE的小分子抑制剂，或者利用RNA干扰技术抑制SNRPE的表达，可能成为有效的治疗方法。此外，SNRPE的表达水平也可能作为预测肿瘤预后和治疗反应的生物标志物。总体而言，SNRPE在肿瘤学领域的研究仍处于初级阶段，其在肿瘤发生、发展和治疗中的潜在作用值得我们进一步深入探索和研究。![]()
《生命的化学》创刊于1980年，中国生物化学与分子生物学会主办、向国内外公开发行的生物综合类学术期刊。月刊，中国科技核心期刊，中国期刊网来源期刊，科技期刊世界影响力指数报告(WJCI)(2022)来源期刊，被化学文摘(CA)(美)、日本科学技术振兴机构数据库(JST)(日)等国际数据库收录。重点刊登生物化学、分子生物学及生命科学相关领域原创性研究论文、综述，反映当前领域国内外最新研究进展，介绍最新研究技术与方法。设有研究论文、综述、教学、科普等栏目。投稿网址：http://smhx.cbpt.cnki.net/
