王天云,奎 翔,李自蓮,王小芳,王 燕

(昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院病理科,云南 昆明 650032)

轉(zhuǎn)錄后修飾是表觀遺傳學(xué)的重要組成部分,主要由DNA和RNA修飾執(zhí)行。以往的研究多集中于DNA修飾,但在真核生物的生物學(xué)行為和腫瘤發(fā)生過(guò)程中,廣泛的RNA修飾同樣發(fā)揮著舉足輕重的作用[1],該修飾方法也被稱(chēng)為“外轉(zhuǎn)錄組”。對(duì)“外轉(zhuǎn)錄組”功能的研究正在不斷增加,這些功能對(duì)人類(lèi)病理學(xué)具有重要意義[2]。技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展讓我們加深了對(duì)分子過(guò)程的理解,這些過(guò)程受到RNA修飾的精細(xì)調(diào)節(jié),包括RNA代謝、衰變、剪接、翻譯、定位、穩(wěn)定性、周轉(zhuǎn)、與RNA結(jié)合蛋白或其他RNA的結(jié)合,從而使遺傳信息多樣化。m5c是在各類(lèi)RNA中含量豐富的一種修飾,在眾多新技術(shù)的助力下,在信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)、核糖體RNA(rRNA)以及長(zhǎng)非編碼RNA(lncRNA)中均存在m5c[3]。m5c可以調(diào)節(jié)各類(lèi)RNA的分子功能,如m5c可增加斑馬魚(yú)mRNA的穩(wěn)定性,此外,在含量最豐富的tRNA和rRNA中,它還參與翻譯進(jìn)程[4]。m5c甲基化修飾是在甲基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下利用S-腺苷-L-甲硫氨酸作為供體將甲基轉(zhuǎn)移到RNA上,這一催化機(jī)制最近得到了很好的驗(yàn)證。m5c甲基轉(zhuǎn)移酶主要包括NOL1/NOP2/sun家族,該家族由NSUN1-7組成,本文對(duì)其家族成員NOP2(NSUN1)在生物體中發(fā)揮的功能以及對(duì)多類(lèi)疾病發(fā)生、發(fā)展的影響作以綜述,并探討它作為相關(guān)疾病治療靶點(diǎn)的潛力。

1 NOP2的已知功能

m5c甲基轉(zhuǎn)移酶NOP2也稱(chēng)為NSUN1或P120,是一種高度保守的RNA連接蛋白,分子量為120 kDa,最早于1988年被Freeman等人發(fā)現(xiàn)[5]。NOP2屬于前核糖體蛋白家族,在前rRNA加工中具有兩個(gè)功能,即作為切割的必要因子和參與m5c RNA修飾。人NOP2蛋白在體外可通過(guò)其富含精氨酸的結(jié)構(gòu)域與28 rRNA結(jié)合,并參與60S以及80S前核糖體顆粒生成。而在酵母菌中,NOP2的同系蛋白底物NOP2P可以促進(jìn)27S RNA甲基化和成熟。NOP2是胚胎著床前發(fā)育的重要因素,主要集中在細(xì)胞核中,特別是核仁周?chē)?從單個(gè)受精卵到桑椹胚的發(fā)育階段中,它的蛋白豐度逐漸增加。敲除NOP2后受精卵的早期生長(zhǎng)并未受到影響,但后續(xù)的胚胎無(wú)法發(fā)育至囊胚階段。在NOP2敲除的胚胎中,各類(lèi)RNA含量下降,即RNA穩(wěn)定性受到影響,這些結(jié)果說(shuō)明NOP2具有增加RNA穩(wěn)定性的功能[6]。NOP2能夠在生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用源于其參與細(xì)胞周期調(diào)控,它在細(xì)胞周期的G1期表達(dá),并在S期達(dá)到頂峰。證據(jù)顯示,NOP2是新的端粒酶RNA組件結(jié)合蛋白,通過(guò)與端粒酶RNA組件結(jié)合激活細(xì)胞周期蛋白D1基因的轉(zhuǎn)錄。同時(shí),端粒酶也通過(guò)與NOP2的相互作用被招募到細(xì)胞周期蛋白D1啟動(dòng)子上,進(jìn)一步增強(qiáng)細(xì)胞周期蛋白D1轉(zhuǎn)錄。NOP2是一種新的促細(xì)胞增殖途徑,端粒酶通過(guò)這種途徑促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)以實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控[7]。在獲得生長(zhǎng)刺激信號(hào)后,NOP2可被迅速誘導(dǎo),在正常生長(zhǎng)狀態(tài)下,它的蛋白總量處于動(dòng)態(tài)平衡中,但在病理狀態(tài)下,這種平衡可能會(huì)被打破,NOP2蛋白過(guò)度生成會(huì)引起細(xì)胞失控性增殖。此外,作為一種核仁蛋白,它可以和穿梭蛋白B23結(jié)合形成融合蛋白往返于核仁及胞質(zhì),研究發(fā)現(xiàn),NOP2與核仁的過(guò)度活躍有關(guān),它的表達(dá)是細(xì)胞快速生長(zhǎng)的標(biāo)志[8]。NOP2異常表達(dá)與多種腫瘤的預(yù)后存在千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。根據(jù)報(bào)道,NOP2是骨髓分化過(guò)程中粒細(xì)胞集落刺激因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的直接靶標(biāo),它的過(guò)度表達(dá)可導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的異常成熟[9]。NOP2在神經(jīng)系統(tǒng)中具有特殊作用,它與神經(jīng)組織的再生存在聯(lián)系,并可以作為評(píng)估神經(jīng)組織內(nèi)細(xì)胞增殖和再生潛力的標(biāo)志物,這一發(fā)現(xiàn)對(duì)腦卒中患者的組織恢復(fù)意義重大[10]。除哺乳動(dòng)物外,在秀麗隱桿線蟲(chóng)中同樣發(fā)現(xiàn)了NOP2的獨(dú)特作用,敲低NOP2會(huì)影響秀麗隱桿線蟲(chóng)的體型和生殖能力[11]。總的來(lái)說(shuō),NOP2擁有對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)控作用和促細(xì)胞增殖作用,并涉及多個(gè)物種的生長(zhǎng)發(fā)育。正常情況下它是胚胎、血液、神經(jīng)系統(tǒng)生長(zhǎng)和成熟的重要促進(jìn)因子,但當(dāng)機(jī)體動(dòng)態(tài)平衡被打破時(shí),NOP2可能過(guò)度表達(dá)并引發(fā)細(xì)胞異常增殖,而惡性腫瘤的形成往往依賴(lài)不可控的增殖能力。

2 NOP2在腫瘤中的作用

2.1 NOP2與肺癌2020年全球共有220多萬(wàn)新發(fā)肺癌病例和近180萬(wàn)名肺癌致死患者,肺癌是發(fā)病率排名第二和致死率排名第一的惡性腫瘤。在早期的研究中,SATO發(fā)現(xiàn)NOP2蛋白在肺腺癌和正常肺組織中存在顯著表達(dá)差異,在肺腺癌組織的免疫組化實(shí)驗(yàn)中,NOP2抗體呈現(xiàn)核陽(yáng)性染色,并在癌細(xì)胞的核仁中清晰可見(jiàn)。雖然NOP2蛋白表達(dá)情況與患者的臨床病理參數(shù)無(wú)明顯相關(guān)性,但生存分析顯示:該蛋白高表達(dá)的患者通常伴有早期的復(fù)發(fā)以及更短的生存期。多變量分析表明:它是肺腺癌患者強(qiáng)大且獨(dú)立的預(yù)后因素,對(duì)于I期肺腺癌患者來(lái)說(shuō)這種預(yù)后作用尤為明顯[12]。而在體外培養(yǎng)的肺癌細(xì)胞系中(包括肺腺癌和肺鱗癌),癌細(xì)胞的S期分?jǐn)?shù)與NOP2 mRNA和蛋白的相對(duì)表達(dá)量成正比,細(xì)胞的倍增時(shí)間則與它的蛋白表達(dá)量成反比。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,NOP2與肺癌細(xì)胞的增殖活性息息相關(guān),它的過(guò)度表達(dá)可能是肺癌細(xì)胞獲得強(qiáng)大擴(kuò)增能力的機(jī)制之一[13]。NOP2是肺癌細(xì)胞的增殖標(biāo)志物,在病理診斷中,其抗體或許能夠幫助病理醫(yī)師分析腫瘤惡性進(jìn)展能力和判斷早期肺腺癌預(yù)后,略顯遺憾的是,當(dāng)前的研究暫未闡明NOP2影響肺癌的機(jī)制,相關(guān)成果尚處在功能表型層面。綜上,NOP2不僅是肺癌細(xì)胞和肺癌組織良好的增殖標(biāo)記物,同時(shí)也是肺腺癌有效的預(yù)后標(biāo)志物,它與肺癌的關(guān)系還有更多有價(jià)值的內(nèi)容值得進(jìn)一步挖掘。

2.2 NOP2與前列腺癌前列腺癌是常見(jiàn)的男性惡性腫瘤,在全球男性腫瘤發(fā)病率中排名第二,僅次于肺癌。前文提及B23和NOP2可以結(jié)合穿梭于核仁及胞質(zhì),但二者在前列腺癌中所起的作用似乎是不同的?？笲23抗體是核仁的一般標(biāo)志物,無(wú)論何種細(xì)胞的核仁均能表達(dá)B23,但在正常前列腺細(xì)胞中NOP2蛋白豐度較低,在癌細(xì)胞中則顯著表達(dá)。并且NOP2與核仁“過(guò)度活躍”相關(guān),隨著前列腺癌分級(jí)提高(格列森評(píng)分增加),它的陽(yáng)性指數(shù)也隨之升高[8]。另一項(xiàng)研究驗(yàn)證了上述觀點(diǎn),這項(xiàng)研究的結(jié)果表明:NOP2與前列腺癌的分級(jí)、分期、切緣陽(yáng)性和轉(zhuǎn)移相關(guān)[14]。在A Bantis等人聯(lián)合Ki-67的預(yù)后試驗(yàn)中,NOP2和Ki-67是前列腺癌的獨(dú)立預(yù)后標(biāo)記[15]。LINC00963是一種與前列腺癌相關(guān)的lncRNA,它可以促進(jìn)細(xì)胞增殖,通過(guò)激活EMT信號(hào)上調(diào)NOP2并促進(jìn)前列腺癌轉(zhuǎn)移。NOP2與LINC00963具有相似的功能表型,敲除NOP2可抑制前列腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)并誘導(dǎo)細(xì)胞死亡[16]。在某些前列腺癌的病理診斷中,分級(jí)是一個(gè)難題,NOP2抗體在不同等級(jí)前列腺癌中的染色差異或許能夠幫助病理醫(yī)生進(jìn)行輔助判斷,正確詳實(shí)的病理分級(jí)有利于患者的個(gè)體化治療?，F(xiàn)有的研究結(jié)果證實(shí):NOP2影響前列腺癌的發(fā)生并促進(jìn)腫瘤的惡性進(jìn)展,但具體機(jī)制仍未闡明,同時(shí)靶向阻斷LINC00963-NOP2軸是治療前列腺癌的新思路,當(dāng)然這些思路需要更多的研究進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3 NOP2與肝癌最新統(tǒng)計(jì)資料顯示,雖然發(fā)病率僅排第七,但肝癌是全球死亡率排名第二的惡性腫瘤,提高肝癌患者生存率是公共醫(yī)療亟需解決的難題。許多編碼蛋白質(zhì)的癌胚基因在小鼠和人類(lèi)胎兒肝臟中高度表達(dá),而在成人肝臟中則沉默,這些癌胚基因編碼的蛋白質(zhì)產(chǎn)物已被用作肝細(xì)胞癌復(fù)發(fā)的臨床標(biāo)志物和肝癌的治療靶點(diǎn)。其中的lncRNA-hPVT1是一種癌胚RNA,可促進(jìn)人類(lèi)細(xì)胞增殖和干細(xì)胞樣特性的表達(dá)。有趣的是,在肝癌中NOP2具有穩(wěn)定lncRNA-hPVT1的功能,敲低NOP2后lncRNA-hPVT1的促肝癌細(xì)胞增殖作用會(huì)受到影響,因此它是lncRNA-hPVT1重要的穩(wěn)定因子[17]。阻斷l(xiāng)ncRNA-hPVT1/NOP2通路會(huì)減弱肝癌細(xì)胞的活性,尋找調(diào)控該通路的方法是將現(xiàn)有理論運(yùn)用于臨床的關(guān)鍵之所在。闡釋lncRNA-hPVT1/NOP2通路的作用機(jī)制可能為肝癌的治療帶來(lái)更多可能,這值得進(jìn)一步研究。

2.4 NOP2與結(jié)直腸癌和胃癌結(jié)直腸癌和胃癌是常見(jiàn)的消化道腫瘤,在全球范圍內(nèi),這兩類(lèi)腫瘤不僅年增300萬(wàn)例,還造成約160萬(wàn)人死亡,對(duì)它們的防治任重道遠(yuǎn)。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),NOP2在結(jié)直腸腫瘤中過(guò)表達(dá),同時(shí)它的陽(yáng)性指數(shù)從腺瘤到結(jié)直腸癌逐漸攀升(腺瘤中高度異型增生組織的陽(yáng)性率高于低度異型增生組織),NOP2可作為結(jié)直腸腫瘤細(xì)胞高增殖潛力的標(biāo)志,并與結(jié)直腸腫瘤的晚期進(jìn)展相關(guān)。此外,在結(jié)腸癌組織和細(xì)胞系中NOP2表達(dá)上調(diào),并促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲,其潛在機(jī)制可能與TXK酪氨酸激酶有關(guān)[18]。在胃癌組織中,NOP2的同樣過(guò)度表達(dá),并與患者的腫瘤大小、浸潤(rùn)深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及更短的生存時(shí)間相關(guān),此外,NOP2在體內(nèi)和體外均可促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖[19]。胃腸道惡性腫瘤因其高發(fā)病率和易轉(zhuǎn)移性給公共衛(wèi)生帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān),闡明NOP2對(duì)胃腸道腫瘤的作用機(jī)制有望開(kāi)發(fā)出廣譜治療方案。

2.5 NOP2與乳腺癌乳腺癌絕大多數(shù)發(fā)生于女性,已然成為全世界最高發(fā)的惡性腫瘤,為乳腺癌尋找可能的致病原因和新的治療方法十分迫切。根據(jù)報(bào)道,NOP2表達(dá)水平影響乳腺癌細(xì)胞的增殖能力,與生長(zhǎng)緩慢的細(xì)胞相比,生長(zhǎng)迅速的乳腺癌細(xì)胞中NOP2表達(dá)水平明顯升高,其轉(zhuǎn)錄率提升是這些乳腺癌細(xì)胞具有高增殖活性的重要原因。在一項(xiàng)化學(xué)研究中,蘿卜硫素、熊果酸和白樺脂酸三種植物化學(xué)物質(zhì)可以對(duì)乳腺癌細(xì)胞產(chǎn)生抑制作用,有意思的是,在生長(zhǎng)受抑制的細(xì)胞中可以檢測(cè)到NOP2表達(dá)下調(diào)[20]。現(xiàn)有研究提示高水平NOP2表達(dá)是維持乳腺癌高增殖活性的重要因素,當(dāng)然,NOP2與乳腺癌之間的研究還未深入,進(jìn)一步的體內(nèi)和體外試驗(yàn)對(duì)探討NOP2對(duì)乳腺癌的作用機(jī)制十分必要。

2.6 NOP2與其它腫瘤NOP2可能與腎透明細(xì)胞癌的預(yù)后有關(guān),在一項(xiàng)生信研究中,研究人員發(fā)現(xiàn)它在癌組織中表達(dá)上調(diào),這種異常表達(dá)與腎透明細(xì)胞癌的不良預(yù)后有關(guān),同時(shí)在該腫瘤中NOP2還與免疫因素有關(guān),可能與腎透明細(xì)胞癌的免疫治療有關(guān)[21]。NOP2還在口腔癌表達(dá)上調(diào),是預(yù)測(cè)口腔癌不良結(jié)局的有效標(biāo)志物[22]。NOP2在腫瘤中特殊的作用是不可忽視的,除了上述8種腫瘤外,對(duì)其它腫瘤的影響也值得進(jìn)一步探究。

3 NOP2在非腫瘤疾病中的作用

目前艾滋病仍然是人類(lèi)無(wú)法攻克的難題,它的致病因素人類(lèi)免疫缺陷病毒1型(Human immunodeficiency virus 1,HIV-1)大流行是全球公共衛(wèi)生關(guān)注的問(wèn)題。宿主機(jī)制在調(diào)節(jié)HIV-1 持續(xù)感染中起重要作用,鑒定與HIV-1復(fù)制相關(guān)的新型宿主因子及其分子機(jī)制的表征不僅可以提高對(duì)宿主HIV-1感染的基本認(rèn)識(shí),而且對(duì)于開(kāi)發(fā)新型抗病毒療法至關(guān)重要。有報(bào)道顯示,NSUN2通過(guò)HIV-1RNA基因組的m5C甲基化促進(jìn)HIV-1病毒蛋白的翻譯,從而引起HIV-1病毒蛋白增多,但與NSUN2同一家族來(lái)源的NOP2并沒(méi)有這種作用。相反NOP2可以限制HIV-1復(fù)制,其次它還能抑制HIV-1轉(zhuǎn)錄,特別是轉(zhuǎn)錄的延伸。對(duì)HIV-1復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的抑制作用使得NOP2擁有維持病毒潛伏期的能力,當(dāng)下調(diào)NOP2時(shí),HIV-1的潛伏期明顯縮短。NOP2含有一個(gè)富精氨酸區(qū)域,該區(qū)域與HIV反式轉(zhuǎn)錄激活因子(Tat)以及HIV病毒體蛋白表達(dá)調(diào)節(jié)因子的蛋白區(qū)域相似,它可與HIV Tat競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合反式激活應(yīng)答區(qū)(TAR) RNA,并導(dǎo)致TAR m5c甲基化,這解釋了它對(duì)HIV-1病毒表達(dá)的抑制作用[23]?？傊?NOP2是一種抑制HIV-1表達(dá)的新型宿主因子,在抗HIV-1治療中擁有巨大潛力。骨質(zhì)疏松癥是常見(jiàn)的老年疾病,它帶來(lái)的高額社會(huì)和個(gè)人支出成為公共衛(wèi)生的負(fù)擔(dān),一項(xiàng)研究指出NOP2是骨質(zhì)疏松的關(guān)鍵甲基化標(biāo)記物,是該病的潛在治療靶點(diǎn)[24]。因此不僅是對(duì)腫瘤性疾病,NOP2對(duì)艾滋病和骨質(zhì)疏松等非腫瘤疾病也有特殊作用,闡明它對(duì)各類(lèi)疾病的作用機(jī)制,使罹患相關(guān)疾病的患者獲益。

4 總結(jié)與展望

綜上所述,NOP2擁有調(diào)控細(xì)胞增殖的能力,是胚胎、血液和神經(jīng)組織生長(zhǎng)發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子,但當(dāng)它異常表達(dá)時(shí)常伴隨機(jī)體不良事件發(fā)生,迄今為止已經(jīng)在包括肺腺癌、前列腺癌、肝癌、結(jié)直腸癌、胃癌、乳腺癌、腎透明細(xì)胞癌、口腔癌等多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了NOP2的過(guò)表達(dá)現(xiàn)象(如圖1),它是這些腫瘤的促癌因子和較理想的診斷因子。同時(shí)NOP2的上調(diào)表達(dá)與數(shù)個(gè)腫瘤的惡性進(jìn)展有關(guān),高表達(dá)的NOP2是腫瘤患者的不良預(yù)后信號(hào),消除過(guò)量NOP2的影響,腫瘤細(xì)胞的增殖活性也隨之降低。因此除了作為一個(gè)高效能的診斷、預(yù)后因子,NOP2還可能是一個(gè)廣譜的抗腫瘤治療靶點(diǎn)。在一項(xiàng)最新研究中,研究者利用機(jī)器語(yǔ)言分析,挖掘出NOP2可能參與調(diào)控多種腫瘤的免疫微環(huán)境,在腫瘤免疫治療中擁有較大的潛力[25]。本文綜述的研究成果不僅為腫瘤的分子生物學(xué)機(jī)制提供了新的見(jiàn)解,還為腫瘤治療帶來(lái)了新的思路。除了腫瘤疾病,在艾滋病和骨質(zhì)疏松的治療中,NOP2也極具潛力。當(dāng)然,現(xiàn)有理論運(yùn)用于臨床治療還需要更多的試驗(yàn),從基礎(chǔ)到臨床還有很長(zhǎng)的路要走。