胡 威，劉 犇

（1.宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西宜春 336000；2.江西綠科農(nóng)牧科技有限公司，江西宜春 336000；3.江西省高等學(xué)校硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，江西宜春 336000）

核仁是真核生物細(xì)胞核中一種無膜的不定型結(jié)構(gòu)，其主要功能是參與核糖體的生物合成，許多與核糖體RNA 合成相關(guān)的分子均定位在核仁中，在核糖體的生物合成過程中需要相關(guān)分子間進(jìn)行嚴(yán)密的調(diào)控，以維持細(xì)胞的增殖與生長[1-2]。核仁應(yīng)激（Nucleolar Stress）是指細(xì)胞內(nèi)核糖體生物合成受阻或功能受到抑制進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)受到破壞，因此又稱為核糖體應(yīng)激（Ribosomal Stress）[3]。近幾年核仁應(yīng)激成為研究熱點(diǎn)，尤其是在腫瘤治療和生殖調(diào)控方面已取得較為深入的研究成果[4-5]。本文對核仁應(yīng)激以及核仁應(yīng)激對哺乳動物腫瘤細(xì)胞和胚胎著床的調(diào)控進(jìn)行綜述，以期為核仁應(yīng)激的進(jìn)一步研究提供參考。

1 核仁與核仁應(yīng)激概述

1.1 核仁 核仁是真核細(xì)胞細(xì)胞核內(nèi)一種常見的結(jié)構(gòu)，通過透射電鏡觀察，根據(jù)電子密度的不同可將核仁分為纖維中心（Fibrillar Center，F(xiàn)C）、致密纖維組分（Dense Fibrillar Component，DFC）和外周顆粒組分（Peripheral Granular Component，GC）3 個部分，GC將FC 和DFC 完全包被在內(nèi)部。各部分在核糖體生物合成過程中發(fā)揮著不同的作用，前核糖體RNA（prerRNA）的轉(zhuǎn)錄是在FC 與DFC 的交界處進(jìn)行，而prerRNA 的加工以及初始核糖體亞基的組裝大部分都是在DFC 中完成，當(dāng)核糖體的大小亞基進(jìn)入GC 后在鳥苷三磷酸酶（GTPases）的參與下會進(jìn)一步進(jìn)行組裝和成熟（圖1）[3]。當(dāng)哺乳動物細(xì)胞進(jìn)行分裂時，核仁會發(fā)生分解，分裂活動結(jié)束后核仁會在核仁組織區(qū)（Nucleolar Organizing Regions，NORs）進(jìn)行重組，進(jìn)而參與細(xì)胞內(nèi)相關(guān)生理活動的調(diào)控過程[6]。核仁的形態(tài)和大小與核仁的活性有關(guān)，而核仁的活性又取決于細(xì)胞的生長與代謝水平[7]。許多研究表明核仁能夠有效感應(yīng)不同類型的細(xì)胞應(yīng)激，因此就提出了“核仁應(yīng)激”的概念。

1.2 核仁應(yīng)激 正常生理狀態(tài)下，核糖體能夠在核仁中進(jìn)行有序合成，當(dāng)細(xì)胞受到一些因素刺激時，核糖體的生物合成過程會受到阻礙，進(jìn)而引起細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的破壞，這些刺激因素即為核仁應(yīng)激的應(yīng)激源[8]。目前，能夠引起核仁應(yīng)激的常見應(yīng)激源主要有化療藥物[如放線菌素D（Actinomycin D，ActD）、CX5461 等][9-10]、紫外照射[11]、低氧環(huán)境[12]和饑餓[8]等。通常情況下，核仁應(yīng)激會引起p53 依賴性的細(xì)胞周期阻滯，但近期有研究表明核仁應(yīng)激同樣有p53 非依賴性調(diào)控通路的存在，且其最終同樣能夠引起細(xì)胞周期的阻滯或細(xì)胞凋亡[3,13]。因此，核仁應(yīng)激可分為p53 依賴性和p53 非依賴性的核仁應(yīng)激。與其他類型的細(xì)胞應(yīng)激不同的是核仁應(yīng)激不會引起核仁整體結(jié)構(gòu)的破壞，而僅僅是部分核仁分子的定位發(fā)生相應(yīng)變化，即由核仁穿梭到了核質(zhì)或胞質(zhì)[14]。核仁應(yīng)激概括起來主要有4 個特點(diǎn)：①核仁體積變??；②RNA 聚合酶Ι（RNA Pol Ι）介導(dǎo)的rRNA 的合成被抑制；③核仁應(yīng)激相關(guān)蛋白會發(fā)生核質(zhì)轉(zhuǎn)位；④細(xì)胞周期阻滯[15-16]。核仁應(yīng)激標(biāo)志分子主要是一些在非應(yīng)激狀態(tài)下定位于核仁表達(dá)的分子，當(dāng)發(fā)生核仁應(yīng)激時，這些分子會發(fā)生定位的變化以調(diào)節(jié)相關(guān)信號通路來應(yīng)答核仁應(yīng)激，近年研究工作主要集中于核仁磷酸蛋白1（Nucleophosmin 1，NPM1）[5]。NPM1也被稱作В23、No38 或Numatrin，屬于組蛋白分子伴侶超家族中的NPM 家族，該家族成員還包括NPM2、NPM3 及無脊椎動物NPM 樣分子，能夠參與核糖體生物合成、mRNA 加工、染色質(zhì)重組、胚胎發(fā)育和核仁應(yīng)激等過程[17-19]。小鼠敲除NPM1會導(dǎo)致其器官發(fā)育異常，尤其對于前腦的發(fā)育影響最大[18]。由此可見，NPM1 在正常生理過程中發(fā)揮著十分重要的作用。

抑癌基因p53能夠有效抑制癌癥的發(fā)生和發(fā)展，是細(xì)胞基因組或細(xì)胞自身主要監(jiān)測分子[20]。當(dāng)細(xì)胞受到應(yīng)激源刺激時，p53可能被有效激活，進(jìn)而反式激活一些靶基因，從而促進(jìn)DNA 的修復(fù)過程及引起細(xì)胞周期的阻滯，有的甚至?xí)T導(dǎo)細(xì)胞凋亡或自噬過程的發(fā)生。由此可見，p53 對于細(xì)胞命運(yùn)的調(diào)控起著主要作用[21-23]。在正常生理?xiàng)l件下，癌基因鼠雙微體2（Murine Double Minute 2，MDM2，在人中為HDM2）能夠?qū)53 進(jìn)行調(diào)控，其作為p53 的E3 泛素連接酶能夠?qū)53 進(jìn)行泛素化降解，從而穩(wěn)定維持p53 的表達(dá)水平[24]。在正常生理?xiàng)l件下，核仁應(yīng)激的標(biāo)志分子NPM1 定位于核仁表達(dá)，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)發(fā)生核仁應(yīng)激時，NPM1 會瞬時由核仁穿梭到核質(zhì)進(jìn)行定位，與p53 競爭性結(jié)合MDM2，從而降低MDM2 對p53 的泛素化降解水平，最終導(dǎo)致p53 在細(xì)胞中大量積累[25]。NPM1-p53 信號調(diào)節(jié)通路是典型的p53 依賴性核仁應(yīng)激調(diào)控通路，目前已在多種細(xì)胞系中得到證實(shí)。

在p53野生型細(xì)胞中核仁應(yīng)激的調(diào)控較為復(fù)雜，當(dāng)細(xì)胞中包含突變型的p53或無p53存在時，核仁應(yīng)激對細(xì)胞周期的調(diào)控機(jī)制與p53 依賴性核仁應(yīng)激的調(diào)控機(jī)制完全不同，該類型的核仁應(yīng)激被稱為p53非依賴性核仁應(yīng)激。有研究表明，在缺乏功能性p53 的人宮頸癌細(xì)胞（HeLa Cells）中核仁應(yīng)激能夠引起細(xì)胞周期的阻滯以及細(xì)胞凋亡的發(fā)生[26-27]。此外，在p53敲除的細(xì)胞中抑制RNA 聚合酶Ι（RNA Pol Ι）的活性能夠引起轉(zhuǎn)錄因子E2F1 的表達(dá)下調(diào)，這主要是由于核糖體蛋白L11（Ribosomal protein L11，RPL11）的釋放所引起的，RPL11 被釋放后能夠與MDM2 結(jié)合，從而使MDM2 調(diào)控的E2F1 的穩(wěn)定性功能失活[28]。說明在p53 非依賴性機(jī)制的存在條件下，核仁應(yīng)激與細(xì)胞周期阻滯能夠聯(lián)系在一起。又有研究表明，在p53敲除細(xì)胞中，核仁應(yīng)激能夠致使原癌基因絲氨酸/蘇氨酸-蛋白激酶PΙMΙ 的不穩(wěn)定，從而引起p27Kip1 的水平上調(diào)，進(jìn)而造成細(xì)胞周期的阻滯[29]。

2 核仁應(yīng)激與腫瘤細(xì)胞

腫瘤細(xì)胞靶向治療方法一直是近幾年醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，關(guān)于核仁應(yīng)激對腫瘤細(xì)胞的調(diào)控研究也應(yīng)運(yùn)而生。抑癌基因p53能夠有效抑制腫瘤細(xì)胞的生長，因此，與核仁應(yīng)激之間建立了必然聯(lián)系。腫瘤化療藥物ActD作為核仁應(yīng)激的誘導(dǎo)劑之一，目前已被廣泛應(yīng)用于核仁應(yīng)激相關(guān)研究[9]。A549 肺癌細(xì)胞系經(jīng)ActD 處理后，能夠引起p53 在Ser46 位點(diǎn)發(fā)生磷酸化，進(jìn)而激活p53調(diào)控通路，引起細(xì)胞周期的阻滯[30]。正常生理?xiàng)l件下，細(xì)胞衰老抑制基因（Cellular Senescence-inhibited Gene，CSΙG）在人骨肉瘤細(xì)胞（U2OS）系中定位于核仁表達(dá)，該分子能夠參與多種生理調(diào)控過程，其中包括對肝細(xì)胞癌（Hepatocellular Carcinoma，HCC）增殖的調(diào)控[31-32]。U2OS 細(xì)胞經(jīng)ActD 處理后引起核仁應(yīng)激的發(fā)生，CSΙG 會瞬時由核仁穿梭到核質(zhì)與MDM2 結(jié)合，進(jìn)而引起p53 的累積，最終導(dǎo)致細(xì)胞周期的阻滯[31]。HeLa細(xì)胞在正常培養(yǎng)條件下能夠無限增殖，細(xì)胞周期正常循環(huán)進(jìn)行，當(dāng)細(xì)胞經(jīng)0.04 μg/mL 的ActD 處理后能夠誘導(dǎo)核仁應(yīng)激發(fā)生，細(xì)胞周期會明顯阻滯于G2 期，最終引起細(xì)胞凋亡的發(fā)生；進(jìn)一步研究顯示，該過程是通過ATR（Ataxia Telangiectasia and Rad3-related Protein）-Chk1（Checkpoint Kinase 1）信號通路進(jìn)行調(diào)控的[16]。

在癌細(xì)胞中抑制核糖體生物合成可能會降低蛋白質(zhì)的合成率，并且會激活核糖體應(yīng)激信號通路，這一發(fā)現(xiàn)將為用于治療癌癥的rRNA 轉(zhuǎn)錄小分子抑制劑的研發(fā)提供一定指導(dǎo)[33-34]。選擇因子1（Selectivity Factor 1，SL1）是47S pre-rRNA 合成過程中所必需的轉(zhuǎn)錄因子[35]，作為核仁應(yīng)激的另一誘導(dǎo)劑，CX-5461 能夠有效阻斷SL1 結(jié)合到一些rDNA 基因的啟動子區(qū)域，從而阻止rRNA 轉(zhuǎn)錄的發(fā)生[36]。Вywater 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，CX-5461 能夠通過RPL5-RPL11 信號通路激活p53，從而誘導(dǎo)В 細(xì)胞淋巴瘤發(fā)生凋亡，將正常В 細(xì)胞分離出來。Sakaguchi 等[38]研究表明，小檗堿同樣能夠在人乳腺癌細(xì)胞（MCF7 Cells）中激活核仁應(yīng)激RPL5-RPL11-p53信號通路，引起細(xì)胞周期的阻滯，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。DNA 嵌入劑ВMH-21 能夠有效抑制Pol Ι 的活性，進(jìn)而抑制體內(nèi)或體外癌細(xì)胞的生長[39]。盡管ВMH-21 能夠嵌入到DNA 并與GC 富集區(qū)高度親和，但這并不會引起顯著的DNA 損傷，但最終會激活p53，這一結(jié)果可能是通過核仁應(yīng)激RPL5-RPL11-5S rRNA-MDM2-p53信號通路的調(diào)控來得以實(shí)現(xiàn)的[40]。因此，在避免正常細(xì)胞發(fā)生明顯的DNA 損傷或產(chǎn)生細(xì)胞毒性的前提下，可通過選擇性激活p53 依賴性或非依賴性的核仁應(yīng)激來特異性抑制rRNA 的合成，以達(dá)到阻斷惡性腫瘤繼續(xù)發(fā)展的目的[41]。以上研究表明，核仁應(yīng)激抑制腫瘤細(xì)胞的生長主要是通過激活p53 信號調(diào)控通路以及接下來細(xì)胞周期阻滯的誘導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)的。目前，利用激活核仁應(yīng)激p53 信號調(diào)控通路來抑制細(xì)胞增殖的特性，一些藥物在腫瘤細(xì)胞系中的實(shí)驗(yàn)也取得了理想的結(jié)果[42-43]，這將為開發(fā)新的腫瘤治療藥物奠定一定基礎(chǔ)。

3 核仁應(yīng)激與胚胎著床

活化的胚胎和處于接受態(tài)的子宮是妊娠成功建立的2 個同時必備的條件，胚胎與子宮之間精確對話建立的過程稱為胚胎著床（Embryo Ιmplantation）[44]。胚胎著床是一個較為復(fù)雜的過程，伴隨有形態(tài)學(xué)、生理學(xué)以及生物化學(xué)的改變，涉及一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，其中核仁應(yīng)激與胚胎著床之間也存在著一定的調(diào)控關(guān)系，這在近期的研究中得到了很好闡述[5]。

Finn 等[45]研究發(fā)現(xiàn)ActD 能夠有效激活正常妊娠第4 天雙側(cè)卵巢切除鼠胚胎的著床，后來該結(jié)果在大鼠[46]中也得到了驗(yàn)證。ActD 作為核仁應(yīng)激誘導(dǎo)劑能夠激活延遲胚胎著床，并且核仁應(yīng)激誘導(dǎo)上調(diào)的p53 分子是胚胎著床過程中的關(guān)鍵分子[47]，推測核仁應(yīng)激與胚胎著床之間可能存在著某些調(diào)控關(guān)系[5]。近期研究表明ActD 能夠誘導(dǎo)小鼠和人的子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞發(fā)生核仁應(yīng)激，NPM1 由核仁穿梭到核質(zhì)進(jìn)而引起p53 的累積，并且能夠誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜接受態(tài)標(biāo)志分子Lif 和p-Stat3表達(dá)水平的顯著上調(diào)[48-49]，從而促進(jìn)子宮內(nèi)膜接受態(tài)的建立，為胚胎的著床提供有利條件。NPM1 的功能被抑制后，小鼠的胚胎著床過程會受到嚴(yán)重?fù)p傷。在人子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞中的研究表明，核仁應(yīng)激能夠有效提高胚胎的黏附率，為胚胎的成功著床提供十分有利的條件；小鼠在正常妊娠過程中有核仁應(yīng)激的發(fā)生，且出現(xiàn)在圍著床期；后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，胚胎分泌的乳酸是引起子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞在正常生理?xiàng)l件下發(fā)生核仁應(yīng)激的主要誘導(dǎo)因素之一[5]。該研究首次在小鼠模型和人細(xì)胞系中對核仁應(yīng)激與胚胎著床之間的調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了研究。目前，在其他動物中關(guān)于核仁應(yīng)激與胚胎著床之間的具體調(diào)控機(jī)制的研究未見報(bào)道。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，核仁應(yīng)激在腫瘤細(xì)胞系中的研究已廣泛開展，對于不同類型的腫瘤細(xì)胞可通過核仁應(yīng)激相關(guān)調(diào)控通路誘導(dǎo)p53 的累積以引起細(xì)胞周期的阻滯，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生，更深入地了解和研究核仁應(yīng)激在誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡過程中的具體作用機(jī)制可為后期抗癌新藥物的開發(fā)和降低藥物副作用的研究提供新的理論基礎(chǔ)。核仁應(yīng)激在胚胎著床過程中具有積極的促進(jìn)作用，深入研究核仁應(yīng)激在胚胎著床過程中的具體調(diào)控機(jī)制將有助于更好地理解動物早期妊娠的分子調(diào)控機(jī)制，為臨床上有關(guān)生殖的研究提供相關(guān)理論依據(jù)，但關(guān)于該方面的研究還較少，尤其是在家畜中還處于空白，在家畜中開展該方面的研究可為動物生產(chǎn)提供一定的理論指導(dǎo)意義。