RNA解螺旋酶DDX5在肿瘤中的研究进展

赵 韵，丛文铭

RNA解螺旋酶DDX5在肿瘤中的研究进展

赵 韵，丛文铭

RNA解螺旋酶DDX5(DEAD-box helicase 5)是一种具有多种生物活性功能的核蛋白，在核糖体生物合成、细胞增殖及凋亡等多种生物学过程中发挥重要作用，同时也对多种转录因子具有共激活作用。最新研究发现，DDX5在乳腺癌、前列腺癌、非小细胞肺癌等多种肿瘤组织中表达异常，参与肿瘤生物学行为的调控，是肿瘤诊断及预后的新标志。探索DDX5在肿瘤中的作用机制可能对诊疗及预后均有重要意义。该文就DDX5基因及蛋白的结构和功能，特别是其在肿瘤中的研究进展作一综述，并对其研究前景进行展望。

肿瘤；DDX5；发病机制；文献综述

RNA解螺旋酶DDX5(DEAD-box helicase 5)又称RNA解螺旋酶p68，是一个相对分子质量为6.9×104的核蛋白，属于RNA解螺旋酶亚家族DEAD box家族成员之一，由Lane等[1]于1980年首次发现。DDX5广泛表达于人类细胞的细胞核与细胞质，其参与RNA代谢的多个过程，包括mRNA、rRNA和microRNA的加工处理、核糖体的生物合成等；也参与多种生物学过程，如细胞增殖及凋亡、胚胎发育、脂肪形成等[2-3]；同时，DDX5对PR、抑癌基因p53、肌原性调节蛋白MyoD和Runx2等转录因子具有共激活作用[4]。DDX5在乳腺癌、前列腺癌、非小细胞肺癌等多种肿瘤组织中表达异常，参与肿瘤增殖、迁移、细胞骨架重塑及上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition, EMT)等多种生物学行为的调控，是肿瘤诊断及预后的新标志[5-7]。本文现就DDX5基因及蛋白的结构和功能，特别是其在肿瘤中的研究进展作一综述，并对其研究前景进行展望。

1 DDX5的结构特点

DDX5调控基因定位于染色体17q21，含有13个外显子[8]。由Lane等[1]最早通过DDX5与猿猴病毒40大T抗原的免疫交叉反应发现。DDX5的解螺旋酶核心含有9个保守模序，这些保守模序对于RNA的结合、ATP的结合与水解以及分子间的相互作用均至关重要。该解螺旋酶核心可分为2个RecA样结构域：D1和D2。结构域D1，由Q-模体及模体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组成。Q-模体位于催化活性中心的N-末端，其上游是一个保守氨基酸，Q-模体可通过调节蛋白质与RNA基质的亲和力影响RNA解螺旋酶的活性[9]。模体Ⅰ和Ⅱ(或称Walker A和B)能够结合ATP，ATP水解产生的能量可通过模体Ⅲ耦合至RNA解螺旋，模体Ⅲ可与其他模体互相合作，构成一个具有高亲和力的RNA结合位点[10]。结构域D2含有一个RNA双重识别区域，由模体Ⅳ、Ⅴ、VI组成，它们在与依赖ATP的RNA底物的结合过程中发挥作用[11]。

2 DDX5的生物学功能

DDX5是一种具有多种生物活性功能的核蛋白，其主要功能之一是结合单链及双链RNA，并提供RNA双向解螺旋所需的能量以催化RNA二级结构的局部解螺旋。DDX5可有效阻止RNA的错误折叠，使RNA正确折叠后行使正确的功能[1]。DDX5可解开U1小核核糖核蛋白质粒与5′剪接位点之间的连接，促进剪接体前体成为剪接体。DDX5亦可通过改变构象增强U1-5′ss的相互作用[12]。DDX5参与mRNA前体、rRNA和microRNA的加工处理及转录过程。在核糖体生物合成的早期，DDX5与32S前体RNA的重组相关，DDX5从核仁输出后，又参与了5.8S核糖体前体的加工过程。U8 snoRNA是成熟28S和5.8S聚积必须物，而DDX5缺乏会阻碍U8 snoRNA自核糖体移位过程，从而影响核糖体生物合成[13]。DDX5还可作为microRNA前体的“识别器”结合至特定的结构区域，参与调节microRNA生物合成的早期阶段。Drosha酶是参与microRNA加工处理的重要物质，有研究指出，在Drosha酶介导的microRNA前体的识别过程中需要DDX5的参与。转录生长因子TGFβ、Smad蛋白及肿瘤抑制基因p53可通过与DDX5的相互作用被招募至Drosha酶，促进Drosha复合物聚集到特定的microRNA前体[14-15]。Zonta等[16]分析了c-fos mRNA在转录过程中的表达，发现从转录至mRNA输出的一系列过程中，DDX5始终参与c-fos基因表达水平的调节，转录后的剪接过程中若缺少DDX5，会导致TAP mRNA输出受体的募集效率降低，c-fos mRNA输出至细胞质的过程将因此受阻，可见DDX5是调控c-fos“mRNA工厂”的关键基因。DDX5在细胞的增殖、分化、凋亡及细胞骨架重塑中亦发挥重要作用。Dardenne等[17]证实DDX5可与不均一核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein, hnRNP)的H/F剪接因子互相合作，共同调节肌细胞生成及EMT的剪接过程。Nicol等[18]发现DDX5对p53介导的细胞周期阻滞基因p21WAF1/CIP1的反式激活至关重要，DDX5减少会抑制p53和RNA聚合酶Ⅱ被募集到p21，进而影响p53介导的细胞生长阻滞及凋亡过程。

除此之外，DDX5还可作为PR、p53、Runx2、MyoD等多种转录因子的共激活物，其可被募集到相应基因的启动子上，参与转录起始阶段。如DDX5可被募集到包含Runx2结合元件的骨钙蛋白的启动子区，其与Runx2相互作用并共激活Runx2，在多水平上参与调控成骨细胞的分化和成熟[4]。DDX5的LxxLL模体与PR相互作用后，PR的转录活性随之增强，在RNA聚合酶Ⅱ存在的情况下，其可被募集到PSA启动子上；反之，DDX5基因敲减会导致PR应答基因的表达减少[6]。此外，研究证实DDX5与多种疾病的发生、发展有关，包括肥胖症[19]、肌强直性营养不良[20]及肿瘤等。

DDX5参与肿瘤的表达调控较为复杂，由多种信号途径调控，具体机制尚未明晰。目前认为，可能与DDX5的转录共激活、翻译后修饰、磷酸化等作用相关。DDX5翻译后修饰的主要方式有泛素化、SUMO修饰和乙酰化。泛素化是目前最复杂和最多元的翻译后修饰，几乎参与细胞内所有的生物学过程。研究发现泛素化修饰可导致DDX5在肿瘤中过度积聚，泛素化的DDX5在肿瘤细胞和正常细胞表达的差异也表明此修饰方式可能在肿瘤形成过程中发挥重要作用[21]。SUMO修饰是一种类泛素蛋白质的翻译后修饰形式，被认为是一种多效修饰。有研究报道SUMO修饰在DDX5的固定位点上进行，可双向调节其转录活性。SUMO修饰可增强DDX5的稳定性并促进其结合至乙酰转移酶p300，由p300介导的乙酰化作用可导致DDX5异常激活。此外，SUMO修饰还可增强DDX5调节转录因子p53和ER的活性[22]，表明DDX5的翻译后修饰可能是其介导肿瘤发展的重要途径。

DDX5的磷酸化也与肿瘤的EMT过程相关。如DDX5在Y593位点磷酸化能促进组蛋白脱乙酰酶(histone deacetylase, HDAC)1和Snail1启动子解构，并启动Snail1基因转录，表达上调的Snail1基因通过募集HDAC至转录启动子以阻断EMT关键分子E-cadherin的转录，导致其表达减少，从而诱导EMT的发生[23]，而肿瘤组织发生EMT可促进肿瘤的侵袭和转移。

3 DDX5在肿瘤中的表达及临床意义

多项研究表明DDX5参与多种肿瘤的发生、发展，研究DDX5在肿瘤中的表达及作用，对肿瘤诊断及个体化治疗均有实际意义。

3.1 DDX5与乳腺癌 乳腺癌是女性发病率最高的恶性肿瘤之一，目前乳腺癌的全球发病率呈逐年上升趋势，并且发病年龄趋于年轻化[24]。研究者希望通过从分子水平上对乳腺癌的发病机制、治疗及预后判断进行研究，同时寻找到潜在的乳腺癌治疗靶点。Guturi等[5]在乳腺癌中发现了颇具意义的β-catenin/TCF4/DDX5信号反馈环，β-catenin或TCF4在小鼠AT1及人类HEK293T细胞中过表达时，会增强Wnt信号通路，同时，DDX5表达水平也随之升高，后者作用于N-cadherin、vimentin和VEGF，可促进乳腺癌的EMT过程；该研究还发现，DDX5在Wnt信号通路介导的肿瘤形成过程中具有重要作用：将DDX5敲减的乳腺癌4T1细胞注入小鼠乳腺脂肪垫进行成瘤实验，实验发现肿瘤体积明显减小。Mccandless等[25]采用ChIP、RT-PCR等技术证实DDX5对于某些乳腺癌细胞系的质粒稳定性及细胞增殖是必需的，通过促进RNA聚合酶Ⅱ结合至E2F调控的基因启动子，DDX5可直接调节DNA复制因子进而促进肿瘤细胞由G1期进入S期；该研究还发现，在乳腺癌中DDX5基因频繁扩增并经常伴有ErbB2基因的扩增，并且在ErbB2阳性的乳腺癌细胞中敲减DDX5可增强乳腺癌细胞对曲妥珠单抗的敏感性，这进一步证实了DDX5作为乳腺癌治疗靶点的可能。

3.2 DDX5与结肠癌 结肠癌是人类最常见的消化系统恶性肿瘤之一，近年来随着新型化疗药物的应用和分子靶向治疗的开展，结肠癌的疗效虽有明显改善，但预后仍不理想，而对分子生物学的深入研究可为治疗带来新思路。Sarkar等[26]对24例结肠癌组织及10例正常组织样本进行研究发现，DDX5在结肠癌组织中的表达显著高于正常组织。原癌基因AKT过表达是结肠癌肿瘤形成过程中的早期事件，AKT调控数个下游靶基因中包括FOXO3a，对结肠癌细胞的生长、增殖及存活至关重要。数据分析表明，DDX5与AKT的表达强度呈正相关(rs=0.972 0)，由于DDX5可增强AKT启动子的活性，故在结肠癌中AKT的表达受DDX5调控。接下来研究者进行了细胞实验并建立小鼠结肠同种异体移植模型，证实DDX5可通过调节AKT/FOXO3a信号通路来调节肿瘤细胞增殖及存活。Dey等[27]研究发现，DDX5磷酸化能够促进化疗药物介导的结肠癌细胞凋亡，通过体外激酶实验、免疫共沉淀等技术检测发现，奥利沙伯可激活p38 MAP激酶，后者可使DDX5在T546和(或)T446位点磷酸化，而DDX5的磷酸化可进一步增强奥利沙伯的治疗效果。以上结果提示DDX5有可能作为结肠癌的治疗靶点。

3.3 DDX5与非小细胞肺癌(non-small-cell lung cancer, NSCLC) 研究显示，DDX5与NSCLC的发生、发展密切相关[28]。Wang等[7]采用RT-PCR、荧光素酶报告实验等技术检测发现DDX5可通过激活β-catenin信号通路促进NSCLC癌细胞的增殖；若抑制β-catenin，可阻断DDX5诱导的c-Myc、Cyclin D1表达。而我们知道，β-catenin可以结合E-cadherin，进而介导肿瘤细胞的黏附和转移，同时β-catenin作为Wnt/β-catenin信号传导通路的核心，通过激活其下游因子如c-Myc、Cyclin D1等，在肿瘤细胞胞质内异常积聚从而激活该通路，促进肿瘤细胞增殖。此外，该研究分析了120例NSCLC患者，观察DDX5表达与NSCLC临床病理指标之间的相关性并观察其在NSCLC中的预后价值，发现DDX5与NSCLC肿瘤直径、淋巴结转移相关(P均<0.001)。数据显示DDX5高表达患者与低表达患者的中位总生存期分别为44个月和17个月，提示DDX5高表达患者的预后较差(P<0.001)，而体外种植瘤实验证实，DDX5可增加Cyclin D1和Ki-67的表达，且DDX5基因过表达的小鼠明显更易成瘤。可见，针对DDX5的分子靶向治疗有可能成为抗NSCLC治疗的新策略。

3.4 DDX5与其他肿瘤 除此之外，DDX5在脑胶质瘤、白血病、肝细胞癌、前列腺癌等肿瘤中亦可发现DDX5异常表达。Wang等[29]证实DDX5是脑胶质瘤相关基因，DDX5高表达可增强NF-κB转录因子p50的转录活性并导致其在细胞核异常聚集，进而促进脑胶质瘤的细胞增殖。MAML1是调节NOTCH在白血病中致癌活性的主要共激活物，Lin等[30]发现DDX5在体内外与MAML1的相互作用与内源性NOTCH1转录复合体的激活相关。DDX5基因敲减会导致NOTCH靶基因表达下降，进而使得人类白血病细胞增殖减少；同样，在裸鼠皮下成瘤实验中也可观察到DDX5表达减少可抑制种植瘤生长。另有研究表明，在白血病细胞中抑制DDX5表达可通过产生活性氧(reactive oxygen species, ROS)促进细胞凋亡，而BCL-2过表达或是ROS清除剂可阻断这种凋亡应答。DDX5敲减与DCL2家族抑制剂协作可诱导白血病细胞死亡。此外，通过体内抑制DDX5表达可发现DDX5对于维持正常造血环境和组织稳态是不可或缺的[31]。众所周知，慢性乙型肝炎病毒(hepatitis B virus, HBV)感染是肝癌发生的重要因素。在HBV复制的细胞中，发现SUZ12及PRC2基因经历蛋白酶体降解，此过程需要长链非编码RNA HOTAIR的参与。Zhang等[32]发现，DDX5可调节SUZ12基因的稳定性及由HOTAIR形成的RNA-蛋白质复合物的活性，亦参与由PRC2基因介导的基因抑制过程。敲减DDX5可使PRC2抑制基因上皮细胞黏附分子再表达，也可增强源自HBV微型染色体的转录过程。在慢性HBV感染的患者中，DDX5信使RNA水平与多能性基因表达及肝脏肿瘤分化之间表现为明显的负相关，DDX5或可成为对抗HBV感染及HBV相关肝癌的重要细胞靶点。值得注意的是，伴有慢性HBV感染的肝细胞癌患者，若DDX5表达降低则肿瘤切除术后预后差，是肝细胞癌预后差的重要标志。抗癌药物白藜芦醇可调节多种信号通路，包括与前列腺癌的进展密切相关的mTORC1通路。有研究指出DDX5作为白藜芦醇的新型药物靶点，其表达降低可通过阻碍mTORC1信号通路抑制前列腺癌的生长并诱导肿瘤细胞凋亡[33]。

4 小结与展望

DDX5作为一个多功能蛋白，近年来逐渐引起了人们的关注，在其研究领域已经取得了一定的进展。然而有关DDX5的研究还存在诸多问题。如DDX5是否能在肿瘤的鉴别诊断中发挥作用？DDX5在促进肿瘤发生、发展过程中和多种基因相互作用、参与多条信号通路，那么DDX5是否处在信号通路网中的重要节点位置？针对DDX5的抑制剂能否有效靶向治疗DDX5基因阳性肿瘤？对此，仍需进一步深入探讨。

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国家自然科学基金(81472278)

第二军医大学附属东方肝胆外科医院病理科，上海 200438

赵 韵，女，硕士研究生。E-mail: 15821938828@163.com 丛文铭，男，教授，主任医师，通讯作者。E-mail: wmcong@smmu.edu.cn

时间：2017-4-17 18:19

http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1073.R.20170417.1819.017.html

R 730

A

1001-7399(2017)04-0428-04

10.13315/j.cnki.cjcep.2017.04.017

接受日期：2016-12-12