李素芬，李 彬，余 敏綜述，熊 偉審校

0 引 言

三角狀五肽重復(fù)(pentatricopeptide repeat,PPR)蛋白是一類廣泛存在于真核生物中含有35個(gè)氨基酸的簡單重復(fù)基序的RNA結(jié)合蛋白質(zhì)，這類蛋白主要參與基因的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、RNA穩(wěn)定性、RNA編輯及翻譯過程。富含亮氨酸的五肽重復(fù)序列基序蛋白(leucine-rich penticopeptide rich domain containing protein,LRPPRC)在肝癌細(xì)胞HepG2中被首次鑒定，該蛋白質(zhì)的編碼基因全長4.8 kb，包含39個(gè)外顯子。LRPPRC蛋白共1394個(gè)氨基酸殘基，相對(duì)分子質(zhì)量大小為130 000[1]。研究發(fā)現(xiàn)，LRPPRC基因突變導(dǎo)致了法國-加拿大型的Leigh 綜合征(Leigh syndrome,French Canadian type,LSFC)，這是由LRPPRC表達(dá)水平降低和線粒體轉(zhuǎn)錄本的穩(wěn)態(tài)水平改變引起的[2]。LSFC是一種線粒體遺傳性疾病，患者可出現(xiàn)發(fā)育不良、發(fā)育遲緩、特有的面部表情和急性癥狀[3]。此外，LRPPRC在線粒體疾病的早期發(fā)作的過程中起潛在作用[4]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，LRPPRC表達(dá)水平與多種人類惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

LRPPRC蛋白是一種多功能的蛋白質(zhì)，能夠調(diào)節(jié)能量代謝、參與核編碼mRNA的成熟、調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，并參與多種人類疾病的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，在各種人類惡性腫瘤中檢測(cè)到LRPPRC基因的過表達(dá)，并且過表達(dá)的LRPPRC基因與腫瘤患者的預(yù)后不良密切相關(guān)。LRPPRC基因沉默可顯著抑制腫瘤細(xì)胞的生長和侵襲、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、并降低其耐藥性。因此，進(jìn)一步闡明LRPPRC蛋白的功能有助于更好地理解腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程，并為將其作為惡性腫瘤診療的潛在生物標(biāo)記物和分子靶標(biāo)提供理論基礎(chǔ)。

1 LRPPRC蛋白的結(jié)構(gòu)

從植物到哺乳動(dòng)物的各種生物體中均鑒定出PPR蛋白包含不同數(shù)量的PPR基序，其序列特征是串聯(lián)重復(fù)簡并的35個(gè)氨基酸殘基，表明PPR蛋白在進(jìn)化過程中高度保守。LRPPRC屬于人類PPR蛋白質(zhì)家族的成員之一，其包含大量的PPR基序。PPR蛋白可以與RNA結(jié)合，并參與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、RNA加工、剪接、穩(wěn)定性、編輯和翻譯等生物學(xué)過程[5-6]。LRPPRC蛋白包含23個(gè)PPR-、三四氨基酸重復(fù)序列和亨廷頓蛋白延伸的亞單位樣串聯(lián)重復(fù)序列。LRPPRC蛋白的N末端序列包含富含亮氨酸的核轉(zhuǎn)運(yùn)信號(hào)，C末端序列包含多個(gè)PPR基序，可用于RNA結(jié)合以及分泌蛋白1(secretory 1，SEC1)同源結(jié)構(gòu)域的囊泡運(yùn)輸[7]。此外，LRPPRC蛋白包含Epsin N末端同源結(jié)構(gòu)域(epsin nterminal homology，ENTH)和功能未知的DUF28(domain of unknown function，DUF)同源結(jié)構(gòu)域。ENTH可用于胞吞作用、囊泡運(yùn)輸和細(xì)胞骨架的組織變化[8]。LRPPRC蛋白的磷酸化位點(diǎn)位于其C末端結(jié)構(gòu)域的1026～1138個(gè)氨基酸序列中[9]，LRPPRC蛋白與RNA的相互作用可能受絲氨酸或蘇氨酸磷酸化作用的調(diào)節(jié)，見圖1。LRPPRC蛋白能和一些參與細(xì)胞能量代謝的蛋白質(zhì)發(fā)生相互作用，比如貓眼綜合征的染色體候選基因2、血紅素結(jié)合蛋白2、微管相關(guān)蛋白1S(microtubule-associated protein 1S,MAP1s)、過氧化物酶體增殖物激活的受體γ輔激活子1α和叉頭蛋白O1[1]。

圖1 LRPPRC蛋白的結(jié)構(gòu)域Figure 1 The domain of LRPPRC protein

2 LRPPRC蛋白的功能

LRPPRC定位于外核膜、內(nèi)核膜、核質(zhì)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞骨架和線粒體，是一種多功能的蛋白質(zhì)，通過直接或間接的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用發(fā)揮不同的作用[10]。LRPPRC蛋白通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)能量代謝、參與核mRNA的成熟和輸出以及調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，最終導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生與發(fā)展，見圖2。

圖2 LRPPRC基因過表達(dá)與惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系Figure 2 The relationship between LRPPRC gene overexpression and the occurrence and development of malignanttumors

目前研究發(fā)現(xiàn)，LRPPRC在調(diào)節(jié)能量代謝的機(jī)制可能與以下幾個(gè)方面有關(guān)。首先，LRPPRC蛋白通過調(diào)節(jié)人類細(xì)胞線粒體DNA編碼的mRNA，在能量代謝中發(fā)揮特定作用[11]。線粒體靶向序列在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中是保守的，可進(jìn)入線粒體基質(zhì)，并在進(jìn)入線粒體基質(zhì)時(shí)裂解[12]。LRPPRC可在線粒體轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)線粒體基因的表達(dá)[13]。其次，LRPPRC通過RNA識(shí)別基序PPR蛋白與一種小的SRA結(jié)合蛋白(SLIRP蛋白)形成復(fù)合物。LRPPRC-SLIRP復(fù)合物與線粒體mRNA結(jié)合，通過調(diào)節(jié)線粒體poly(A)聚合酶的活性來穩(wěn)定RNA結(jié)構(gòu)，暴露出聚腺苷酸化和翻譯所需的位點(diǎn)[14]。LRPPRC還通過調(diào)節(jié)ATP合酶的活性在能量代謝中發(fā)揮作用[15]。在炎癥和營養(yǎng)應(yīng)激條件下，維持能量穩(wěn)態(tài)的能力受損，LRPPRC水平降低誘導(dǎo)線粒體過度融合，功能失調(diào)，瞬時(shí)補(bǔ)償復(fù)合體IV活性降低，維持哺乳動(dòng)物細(xì)胞中線粒體ATP的產(chǎn)生[16]。最后，線粒體自噬是一種選擇性過程，其中受損的線粒體通過自噬降解以維持能量穩(wěn)態(tài)[17]。

研究證實(shí)，LRPPRC蛋白可以參與核mRNA的成熟和輸出。LRPPRC與異質(zhì)核糖核蛋白A1相關(guān)的poly(A)mRNA結(jié)合，并且是參與核mRNA成熟和輸出的核mRNPs復(fù)合體的一部分[18-19]。真核生物翻譯起始因子4E(eukaryotic translation initiation factor 4e,eIF4E)，即mRNA 5′帽結(jié)合蛋白，在翻譯調(diào)控中發(fā)揮作用，可導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生。LRPPRC與含有eIF4E敏感性元件(eIF4E-sensitivity element,4E-SE)的mRNA結(jié)合，改變了eIF4E的mRNA功能[20]。LRPPRC直接與染色體維持蛋白1結(jié)合，并允許eIF4E-LRPPRC-4ESE RNA復(fù)合體從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中。此外，無帽的eIF4E可以提高mRNA輸出的效率[21]。因此，LRPPRC可能通過將致癌基因表達(dá)與能量產(chǎn)生聯(lián)系起來，在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮重要作用。

還有研究發(fā)現(xiàn)，LRPPRC蛋白還可以調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。PI3K/AKT/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)是一種進(jìn)化保守的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，這一通路可調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和生長[22]。mTOR調(diào)節(jié)線粒體基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯，在線粒體功能中發(fā)揮作用[23]。研究證實(shí)，PI3K/AKT/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)可能通過調(diào)節(jié)LRPPRC表達(dá)，在氧化磷酸化活性中發(fā)揮作用[24]。由于LRPPRC含有磷酸化位點(diǎn)，因此確定mTOR是否通過LRPPRC的直接磷酸化來調(diào)節(jié)氧化磷酸化活性具有科學(xué)意義[9]。另一項(xiàng)研究表明，SIRT3、NAD依賴性脫?；负虯DP核糖基轉(zhuǎn)移酶，對(duì)線粒體應(yīng)激反應(yīng)至關(guān)重要[25]。LRPPRC在營養(yǎng)不足的線粒體反應(yīng)機(jī)制中發(fā)揮了作用，能量應(yīng)激導(dǎo)致mTOR復(fù)合體1(MTOR complex 1,mTORC1)抑制和LRPPRC的表達(dá)降低[26]。LRPPRC的表達(dá)降低減少了eIF4E對(duì)細(xì)胞代謝和生長的影響，并觸發(fā)自噬以加速功能異常的線粒體的降解，從而保護(hù)細(xì)胞。線粒體中的LRPPRC被SIRT3脫乙酰化，從而增強(qiáng)LRPPRC與線粒體聚合酶相互作用以表達(dá)線粒體DNA，并增加氧化磷酸化活性以應(yīng)對(duì)能量不足。進(jìn)一步研究和闡明LRPRC蛋白的功能機(jī)制可能為癌癥治療提供新的思路。

3 LRPPRC蛋白與人類惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

研究表明，LRPPRC蛋白在人體正常組織幾乎不表達(dá)，而在各種惡性腫瘤組織和細(xì)胞系中呈現(xiàn)高表達(dá)，包括前列腺癌(prostate cancers,PCa)、胃癌、肺腺癌、食管鱗狀細(xì)胞癌、結(jié)腸癌、淋巴瘤、乳腺和子宮內(nèi)膜腺癌等[27-35]。

3.1LRPPRC與前列腺癌LRPPRC水平與PCa患者的腫瘤分級(jí)、腫瘤是否轉(zhuǎn)移和血清前列腺特異性抗原水平(prostate specific antigen,PSA)呈正相關(guān)，與無進(jìn)展生存期和總體生存期呈負(fù)相關(guān)[1]。LRPPRC若呈現(xiàn)高表達(dá)，則前列腺癌患者的Gleason評(píng)分高、血清PSA水平升高和轉(zhuǎn)移部位為多發(fā)性轉(zhuǎn)移。其中晚期前列腺癌患者LRPPRC的高表達(dá)預(yù)示著患者前列腺癌惡性程度高和多發(fā)性轉(zhuǎn)移[27]。為了驗(yàn)證LRPPRC蛋白在人體良惡性組織中表達(dá)量的高低，Jiang等[27]研究使用112例前列腺腺癌和38例良性前列腺增生組織進(jìn)行分析，前列腺癌LRPPRC的表達(dá)水平較良性前列腺增生顯著增高。研究下調(diào)前列腺癌LRPPRC的表達(dá)水平后，可顯著抑制前列腺癌細(xì)胞的侵襲能力并促進(jìn)線粒體介導(dǎo)的凋亡[28]。張鴻毅等[29]研究證實(shí)，LRPPRC在前列腺癌DU145細(xì)胞和LNCaP細(xì)胞均高表達(dá)，但DU145細(xì)胞不表達(dá)雄激素受體。敲低DU145細(xì)胞LRPPRC水平后，DU145細(xì)胞存活率顯著降低、ATP水平下降和Bcl2蛋白水平降低，然而細(xì)胞的凋亡增加以及活化的caspase-3蛋白水平增高。因此，敲低激素抵抗性前列腺癌DU145細(xì)胞LRPPRC可以促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。此外，LRPPRC高表達(dá)和Bcl-2高表達(dá)同時(shí)存在的前列腺癌患者無疾病進(jìn)展生存期和總生存期均顯著降低[29-30]。研究表明，LRPPRC可以顯著增強(qiáng)比卡魯胺對(duì)LNCaP細(xì)胞的增殖抑制作用，從而促進(jìn)凋亡，增強(qiáng)casepase-3活化水平。因此，抑制激素依賴性前列腺癌細(xì)胞LRPPRC表達(dá)可以增強(qiáng)對(duì)比卡魯胺的敏感性[31]。還有研究發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)的LRPPRC結(jié)合低表達(dá)的MAP1s與不良預(yù)后顯著相關(guān)，MAP1s將線粒體與微管連接起來進(jìn)行運(yùn)輸，并影響自噬體的生物發(fā)生和降解，從而增加自噬并抑制腫瘤發(fā)生。LRPPRC還可能抑制自噬，以增加前列腺癌的發(fā)生[32]。LRPPRC siRNA對(duì)LRPPRC的下調(diào)通過線粒體介導(dǎo)的途徑持續(xù)降低PCa細(xì)胞的侵襲能力并促進(jìn)其凋亡[33]。還有研究通過免疫熒光染色在前列腺特異性PTEN基因敲除小鼠的PCa組織中觀察到LRPPRC表達(dá)水平升高。因此，提高LRPPRC表達(dá)水平來確定PTEN/PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路的失調(diào)是否導(dǎo)致PCa的發(fā)生是值得研究的[34]。

3.2LRPPRC與胃癌LRPPRC的高表達(dá)與胃癌患者的總體生存率呈負(fù)相關(guān)，是胃癌的獨(dú)立預(yù)后因素[35]。Gao等[36]研究分析了253例胃癌及其癌旁組織LRPPRC的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)胃癌組織中LRPPRC的表達(dá)顯著高于癌旁組織，LRPPRC高表達(dá)患者總生存率顯著低于LRPPRC低表達(dá)患者總生存率[37]。此外，LRPPRC siRNA對(duì)LRPPRC的下調(diào)會(huì)抑制胃癌細(xì)胞的生長。胃癌組織中線粒體氧化磷酸化和脂肪酸氧化的幾種潛在生物標(biāo)記物也有所增加，因此表明LRPPRC可能通過促進(jìn)氧化磷酸化和脂肪酸氧化活性在胃癌的進(jìn)展中發(fā)揮作用[36]。結(jié)果表明，腫瘤中的LRPPRC取決于特定的腫瘤類型，LRPPRC可以作為診斷和預(yù)后的腫瘤標(biāo)志物。由于正常細(xì)胞幾乎不表達(dá)LRPPRC，因此該蛋白可能成為癌癥治療的潛在分子靶標(biāo)。有研究表明，LRPPRC在具有多重耐藥性(multi-drug resistance,MDR)的胃癌細(xì)胞中過表達(dá)，LRPPRC的下調(diào)顯著增強(qiáng)了細(xì)胞毒性藥物敏感性，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白P-糖蛋白抑制阿霉素排出體外的能力降低，這與MDR-1轉(zhuǎn)錄活性降低有關(guān)[38]。

3.3LRPPRC與肺腺癌為了研究LRPPRC與肺腺癌的進(jìn)展與預(yù)后的關(guān)系，F(xiàn)ahrmann等[39]從38例肺腺癌患者中獲取的組織樣本發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)受試者是吸煙的白人女性，平均年齡為70歲。這些受試者被診斷患有IA或IB期腺癌。研究發(fā)現(xiàn)，在這38例患者中，有14例(36.8%)為進(jìn)展期肺癌。蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在早期(IA/IB期)肺腺癌中可以發(fā)現(xiàn)LRPPRC升高，這表明該蛋白的失調(diào)可能會(huì)引發(fā)癌變。結(jié)果證實(shí)，LRPPRC過表達(dá)可導(dǎo)致肺腺癌的進(jìn)展和預(yù)后不良[35,39]。

3.4LRPPRC與結(jié)直腸癌Nishio等[40]對(duì)結(jié)直腸癌的免疫組化分析中發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織中LRPPRC 蛋白表達(dá)是結(jié)直腸正常組織中水平的1.5倍，該研究一方面證實(shí)，結(jié)直腸癌組織中 LRPPRC的表達(dá)水平顯著高于正常結(jié)直腸組織，其表達(dá)水平與腫瘤分化有關(guān)，特別是中度分化的結(jié)直腸癌組織LRPPRC表達(dá)水平更高。另一方面，低分化的結(jié)直腸癌患者中LRPPRC的表達(dá)水平低于中度分化，然而，在分化較差的結(jié)直腸癌患者中，基因組水平的不穩(wěn)定或其他因素可能會(huì)降低其LRPPRC表達(dá)水平，進(jìn)而降低新陳代謝。不涉及線粒體的途徑(例如糖酵解)可以調(diào)節(jié)能量消耗并增強(qiáng)抗凋亡和侵襲的能力。研究證實(shí)，LRPPRC蛋白還參與了結(jié)直腸癌細(xì)胞分化。因此，LRPPRC可被用作結(jié)直腸癌診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物，并為結(jié)直腸癌的藥物研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

3.5LRPPRC與淋巴瘤、白血病研究發(fā)現(xiàn)，敲低LRPPRC表達(dá)可降低霍奇金淋巴瘤細(xì)胞的抗凋亡、侵襲和體外集落形成能力[35]。LRPPRC結(jié)合Ral鳥嘌呤核苷酸解離刺激劑(ral guanine nucleotide dissociation stimulator,RALGDS)、LIM和SH3蛋白1(LIM and SH3 protein 1,LASP1)、葡萄糖6磷酸脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase,G6PD)、ADRBKI和蛋白酶體亞基α1( proteasome subunit alpha 1,PSMA1)，與慢性粒細(xì)胞白血病復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的增加顯著相關(guān)。由ATP結(jié)合盒亞家族B成員1(ATP-binding cassette sub-family B member 1,ABCB1)基因編碼的P糖蛋白充當(dāng)外排泵，并有助于機(jī)體多重耐藥。LRPPRC和MDR之間的關(guān)系已經(jīng)在許多腫瘤中進(jìn)行了研究。蛋白質(zhì)組學(xué)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，慢性髓樣白血病耐多藥/甲磺酸伊馬替尼(imatinib mesylate,IM)交叉耐藥細(xì)胞表達(dá)的LRPPRC mRNA和蛋白水平高于其親代細(xì)胞，表明LRPPRC可用作IM耐藥的假定因子并可預(yù)測(cè)其治療反應(yīng)[41]。

3.6LRPPRC與肝癌LRPPRC參與細(xì)胞體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，激活一些基因的多藥耐藥性。為了研究其在HepG2和HUH7肝癌細(xì)胞中抗細(xì)胞凋亡的作用，Michaud等[42]通過研究LRPPRC在HepG2和HUH7肝癌細(xì)胞抗凋亡中的作用發(fā)現(xiàn)，LRPPRC表達(dá)水平降低不足以顯著降低肝癌細(xì)胞中的P-糖蛋白生成，因此，LRPPRC蛋白表達(dá)水平降低后不會(huì)影響肝癌細(xì)胞排出藥物的能力。LRPPRC具有抗凋亡作用，LRPPRC表達(dá)水平降低的肝癌細(xì)胞中細(xì)胞色素C氧化酶活性顯著降低，使LRPPRC的抗凋亡作用增強(qiáng)。LRPPRC通過延緩肝癌細(xì)胞的凋亡進(jìn)入細(xì)胞保持線粒體的氧化代謝。還有研究發(fā)現(xiàn)，LRPPRC在乳腺和子宮內(nèi)膜腺癌中的表達(dá)也升高[35]。此外，在舌鱗狀細(xì)胞癌中LRPPRC的啟動(dòng)子序列甲基化水平過高[43]。

4 問題與展望

LRPPRC蛋白的功能涉及能量產(chǎn)生和mRNA代謝，與人類惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。但是，尚未完全明確LRPPRC在惡性腫瘤中激活的分子機(jī)制。LRPPRC調(diào)控的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑也未完全明確，還需要進(jìn)一步研究。因此，要進(jìn)一步了解LRPPRC和蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)復(fù)合物在正常生理和病理生理方向的功能和作用。多項(xiàng)研究表明，LRPPRC在多種類型的惡性腫瘤中表達(dá)升高，并與惡性腫瘤的預(yù)后不良和耐藥性相關(guān)[27-43]。LRPPRC的高表達(dá)提示腫瘤惡性程度高，增殖能力和抗凋亡能力強(qiáng)，容易出現(xiàn)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。LRPPRC的下調(diào)則可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡并降低癌細(xì)胞的侵襲能力，表明LRPPRC可以作為惡性腫瘤的生物標(biāo)志物和潛在的分子靶標(biāo)。LRPPRC的下調(diào)是否會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞在炎癥和營養(yǎng)應(yīng)激下更易受凋亡誘導(dǎo)劑的影響是未知的。這一問題對(duì)深入了解LRPPRC在惡性腫瘤中的病理作用，開發(fā)潛在的生物標(biāo)志物和分子腫瘤治療方案至關(guān)重要。