hnRNPK蛋白功能与肿瘤的研究进展

杨 明，聂国辉，柯朝阳

(1.广州医科大学，广州 510000； 2.深圳市人民医院耳鼻喉科，广东 深圳 518020；3.深圳市第二人民医院a.转化医学研究院，b.耳鼻喉科，广东 深圳 518035)

肿瘤的发生、发展涉及多基因、多因素的分子网络机制的异常调控，但确切的基因及相关的分子机制改变对肿瘤生物学的作用仍不明确。核内不均一核糖核蛋白K(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K,hnRNPK)基因是hnRNP家族的成员之一，位于人第9号染色体，是一种高度保守，广谱表达的核质穿梭蛋白。研究发现hnRNPK在细胞内可分布于细胞质和(或)细胞核，能与不同亚细胞结构中的多种蛋白相互作用，参与细胞多种生理功能，如转录、翻译、信使RNA(messager RNA,mRNA)剪切和稳定、染色体重塑等，参与肿瘤的增殖、凋亡、迁移和侵袭等生物过程[1]。hnRNPK可调控多种基因表达，如c- Myc、c- Src、p53等。hnRNPK在多种肿瘤中异常表达，发挥的生物学功能也不同，目前很难将其定义为癌基因或是抑癌基因[2- 3]。现就hnRNPK基因的结构和功能及在病毒相关疾病和肿瘤中的研究进展进行综述。

1 hnRNPK的结构和功能

1.1hnRNPK与hnRNP家族结构 hnRNP家族蛋白是一系列在人Hela细胞中通过IP和2D电泳分离的一类RNA结合复合物，主要由20多种(hnRNP A～U)蛋白组成。hnRNPK是分子量为60 000 的蛋白，能够通过可变性剪切形成5种不同的剪切体hnRNPK(A～E)[4]。hnRNPK蛋白主要由两个双向核定位信号(nuclear- localization signal,NLS)，三个功能区(KH)和一个蛋白相互作用区(KI)组成；其中KH区由约70个Aa组成三个α螺旋和三个β折叠(βααββα)的三级结构，发挥与DNA或RNA结合、mRNA剪切和转录调节等功能；KI区为脯氨酸富集区，主要发挥与SH3结构Scr家族蛋白结合，功能结构见图1。此外，研究发现hnRNPK上还有多个酪氨酸磷酸化位点[5]。

NLS：双向核定位信号；KH：功能区；KI：蛋白相互作用区；SRC：丝氨酸家族蛋白激酶；LCK：酪氨酸激酶类蛋白激酶；LYN：非受体酪氨酸激酶；FYN：原癌基因酪氨酸蛋白激酶；JNK：应激活化蛋白激酶信号通路；PKC：磷脂肌醇信号通路；ERK：细胞外调节蛋白激酶信号通路

图1 hnRNPK的分子结构

1.2hnRNPK功能

1.2.1hnRNPK与mRNA的相互作用 研究显示hnRNPK在人类基因中广谱表达，翻译的蛋白可分布于细胞质和(或)细胞核[6]。因此，hnRNPK能与不同亚细胞结构中的多种蛋白相互作用，在细胞不同层面和信号途径参与细胞多种生理功能，如转录翻译、翻译后修饰、细胞增殖等相关信号通路的调控。研究显示hnRNPK主要通3个重复的功能区域识别靶标基因RNA 3′非翻译区的poly- C区域，包括延伸因子- 1α、c- Myc、p21等[7]。例如hnRNPK通过与c- myc P1启动子区的CT element元件结合促进c- myc的转录活性，或与翻译延伸因子1α相互作用参与细胞蛋白翻译。Habelhah等[8]研究发现，促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)通路或胞外信号调节激酶(extracellular signal- regulated kinases,ERK)通路中的激酶通过磷酸化hnRNPK上的Ser促进hnRNPK胞内聚焦调控mRNA的翻译后修饰。部分参与调控细胞增殖、存活及分化的抑制因子mRNA，及与mRNA相关的RNA结合蛋白是RNA代谢的重要调控因子[8]。人端粒酶逆转录酶是调控细胞增殖的主要基因，通过与hnRNPK、TPP1相互作用形成复合物，增强与c- myc启动子的结合，促进细胞周期。此外，p53是细胞周期G1期调控的主要因素之一，而hnRNPK可作为p53的辅助激活因子，与p53启动子结合，在DNA损伤诱导的p53依赖的细胞周期中发挥重要作用；另外，甲基化的hnRNPK也能增强p53的转录活性等参与细胞周期调控[9- 10]。

1.2.2hnRNPK与ncRNAs相互作用 近年，越来越多的报道显示，hnRNPK可与许多非编码RNA(non- coding RNAs, ncRNAs)相互作用，参与大量细胞通路的调控[11]。非编码RNA主要分为长链非编码RNA(long non- coding RNAs,lncRNAs)、小非编码RNA(small non- coding RNAs,snoRNAs)和环状RNA。其中lncRNAs的长度超过200个核苷酸，在许多疾病发生的生物学过程中发挥重要作用。越来越多的证据表明，lncRNAs是hnRNPK的主要调节因子，参与多种疾病的发病机制[12]。lncRNA- hnRNPK在细胞功能中的相互作用及在调控基因表达网络中的多效性作用见表1。①lncRNA- hnRNPK相互作用调控基因转录，如lncRNA- p21、TUNA、Lncenc1、pancEts- 1、EWSAT1、CASC11 MYCLo- 2、lncRNA91H等[13- 15]。②lncRNA- hnRNPK相互作用调控mRNA的稳定和翻译，如MYU、treRNA、linc0046660等[16- 17]。③lncRNA- hnRNPK相互作用促进lncRNAs核聚焦，如SIRLOIN- 包含的lncRNAs[18]。④lncRNA- hnRNPK相互作用调控基因结构，如Xist[19]。⑤hnRNPK调控lncRNAs的选择性剪接，如NEAT1[20]。

1.2.3hnRNPK与miRNAs相互作用 miRNAs是一类长度为19～24个核苷酸的内源性小分子ncRNAs，参与细胞增殖、分化、生长等细胞调控[21]。研究表明RNA结合蛋白通过RNA结合区域与miRNAs相互作用，调节多个基因的翻译功能[22]。hnRNPK作为一类重要的RNA结合蛋白通过与miRNA相互作用，进而参与靶基因的表达调控。研究报道miRNA- 328通过与hnRNPK相互作用抑制hnRNPK与转录因子CCAAT增强子结合蛋白α调控骨髓细胞分化[23]。在肝癌中，miRNA- 122通过与hnRNPK相互作用调控miRNA- 122的稳定和丙型肝炎病毒RNA的复制[24]。miRNA通过其碱基C富集区与hnRNPK相互作用调控正常细胞、癌细胞不同生物学作用。

表1 多种lncRNAs与不同hnRNPK相互作用

lncRNAs:长链非编码RNA；hnRNPK:核内不均一核糖核蛋白K；CDK6:周期蛋白依赖性激酶6；CPSF6:多聚腺苷酸化特异性因子6；NUDT21:重组人核苷二磷酸连接的X成分型基元21

2 hnRNPK在肿瘤中的重要生物学功能

hnRNPK在肿瘤中参与调控多种癌基因及抑癌基因的表达，参与调控肿瘤细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭等多种肿瘤生物学功能。

2.1hnRNPK与肿瘤细胞增殖 hnRNPK在多种肿瘤中参与肿瘤的增殖调控。研究显示，hnRNPK在胃癌中通过调控细胞周期相关蛋白p53/细胞周期相关蛋白p21/细胞周期蛋白D1(Cyclin- D1)轴抑制肿瘤细胞增殖和集落形成及肿瘤生长[25]。研究显示hnRNPK与膀胱癌患者预后不良密切相关，主要机制为hnRNPK通过调控细胞周期主要蛋白Cyclin- D1、G0/G1期开关蛋白2等而促进膀胱癌细胞的增殖和凋亡[26]。此外，研究发现hnRNPK与细胞增殖调控人端粒酶逆转录酶基因和c- myc基因密切相关，参与肿瘤细胞的增殖调控[27]。

2.2hnRNPK与肿瘤细胞凋亡 肿瘤细胞逃避细胞凋亡是肿瘤的重要特征之一，相关凋亡抑制机制的研究为靶向细胞凋亡的治疗奠定了基础。hnRNPK 可通过多种途径参与肿瘤细胞凋亡的调控。肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体是一种新型非常有效的肿瘤治疗药物，可选择性靶向肿瘤细胞死亡。在非小细胞癌中，肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF related apoptosis inducing ligand, TRAIL)诱导细胞凋亡，通过磷脂肌醇信号- 丝氨酸苏氨酸激酶- 核因子κB通路参与细胞凋亡[28]。进一步研究发现，经TRAIL处理过的H1299细胞促进hnRNPK发生细胞质积累，诱导细胞的凋亡；而ERK1/2信号抑制剂和ERK- 磷酸化受体突变体(GFP- hnRNPK S284/353A)能减弱TRAIL诱导的hnRNPK细胞质积累，发挥抗细胞凋亡的作用[29]。在鼻咽癌中，hnRNPK通过调节下游的抗凋亡基因介导细胞抗凋亡活性，证明hnRNPK能与抗凋亡基因细胞型Fas相关死亡域样白细胞介素- 1β转换酶抑制蛋白(cellular FADD- like interleukin- 1β converting enzyme inhibitory protein, c- FLIP)的启动子结合，并导致c- FLIP 转录激活[30]。

2.3hnRNPK与肿瘤细胞迁移和侵袭 hnRNPK与肿瘤转移也有密切联系，是肿瘤转移相关的主要蛋白之一。hnRNPK主要通过Ras- Raf- MAPK通路，增强肿瘤转移相关的基因如基质金属蛋白酶3、基质金属蛋白酶10、前列腺素G/H合酶2、胸腺素β4、CCK和Ras的表达，促进肿瘤转移[31]。在结直肠癌中，DAB2相互作用蛋白通过MAPK/ERK途径，促进hnRNPK在细胞核内聚焦，增强基质金属蛋白酶2的转录活性，促进结直肠癌的侵袭和转移[32]。在鼻咽癌中，研究发现hnRNPK主要通过增强基质金属蛋白酶12的表达促进肿瘤转移[33]。

3 hnRNPK在肿瘤中的表达及临床预后

hnRNPK在口腔鳞状细胞癌、鼻咽癌、肝癌、胃癌、宫颈癌、直肠癌等多种恶性肿瘤中异常表达，参与恶性肿瘤的增殖、生长、转移等调控，促进肿瘤的发生发展，且与肿瘤预后和临床分期相关。hnRNPK在多种恶性肿瘤中的表达与肿瘤预后的关系见表2。此外，hnRNP家族其他成员也参与一些肿瘤的发生发展。

3.1hnRNPK表达增多在恶性肿瘤预后中的意义 hnRNPK在胃癌、结直肠癌、膀胱癌、口腔鳞状细胞癌、前列腺癌、肺癌及肝癌等多种恶性肿瘤中表达增多[25- 32- 34]。在口腔鳞状细胞癌中，研究者人员利用同位素标记相对和绝对定量技术标记液相色谱- 质谱法检测发现，肿瘤TNM分期级别越高，hnRNPK蛋白表达越多，且与患者预后不良密切相关，因此hnRNPK可作为口腔鳞状细胞癌早期诊断及预后监测的潜在指标[35]。在结直肠癌中，研究发现hnRNPK通过与长非编码RNA 91H(lncRNA 91H)相互作用，促进结直肠癌的侵袭和迁移，且hnRNPK与结直肠癌的临床预后密切相关[36]。在胃癌中，hnRNPK高表达，幽门螺杆菌L型感染可促进hnRNPK的表达，幽门螺杆菌L型的感染情况和hnRNPK的表达在胃癌发生、发展过程中可能具有协同作用，hnRNPK的表达与胃癌的分化程度、淋巴转移、临床分期关系密切[37]。在肺癌中，研究发现hnRNPK结合胞质中糖原合成酶激酶- 3β相互作用，激活糖原合成酶激酶- 3β依赖的信号通路稳定c- FLIP导致细胞对TRAIL产生耐受[29]。在前列腺癌中，研究发现hnRNPK参与雄激素受体蛋白表达调控机制网络，hnRNPK和雄激素受体蛋白的表达在高转的前列腺癌患者中升高，并与前列腺癌特异抗体密切相关。对采用根治切除前列腺手术治疗的患者，hnRNPK和雄激素受体的表达可以作为前列腺癌患者预后的标志物[38]。在肾癌中，研究发现hnRNPK在4种RCC细胞系(ACHN、A498、Caki- 1和7860)中相对正常细胞显著升高；在转移的肾癌组织中，hnRNPK的表达显著高于无远处转移的原发性肾细胞癌[11]。在肝癌中，hnRNPK高表达和Claudin- 4低表达提示肝癌细胞上皮- 间充质转化改变，随肝癌级别升高hnRNPK的表达也升高；此外hnRNPK还可以通过维持高水平的内源性半胱氨酸蛋白酶抑制剂来抑制独立于p53状态的细胞凋亡[39]。

表2 hnRNPK在肿瘤组织中的表达和预后的关系

hnRNPK：核内不均一核糖核蛋白K

3.2hnRNPK表达降低的恶性肿瘤及临床预后意义 大多研究证实hnRNPK是致癌基因，然而，hnRNPK在急性白血病中hnRNPK表达显著降低，发挥抑癌作用[29- 40- 42]。Gallardo等[43]利用临床样本通过Fish实验证实，同时在急性白血病患者的骨髓中分离的恶性造血细胞亚群中hnRNPK低表达。研究随后以Balb/C和C57BL/6小鼠为动物模型，以KOMP靶向JM8A1.N3的小鼠胚胎干细胞构建的基因敲除动物模型，结果发现hnRNPK敲低缩短小鼠生存时间，促进基因的不稳定和肿瘤形成，并促进骨髓增生性造血系统肿瘤发展[3]。研究发现第9号染色体在AML患者的造血前体干细胞中有缺失，hnRNPK是该缺失区域的重要基因之一，且与hnRNPK相互作用的两个mRNA(CDKN1A和CEBPA)表达也显著下降，进一步阐明基因缺失(hnRNPK)参与AML的发生[42]。

3.3hnRNP家族其他成员与肿瘤 除了hnRNPK，hnRNP家族还包括hnRNPA、hnRNPC、hnRNPD、hnRNPF和hnRNPM等。研究发现hnRNP家族的其他成员在其他肿瘤中各自发挥不同的作用。Guo等[41]研究发现，hnRNPA和精氨酸甲基化作用修饰剪接因子对干扰素调节因子- 3剪接和活化有调控作用，促进下游效应分子干扰素和人干扰素诱导蛋白10的表达水平，影响肺小细胞癌的免疫调节功能。Wu等[44]证明hnRNPC高表达是乳腺癌细胞系增殖所必需的。Geng等[45]研究发现，在食管鳞状细胞癌中下调hnRNPD促进细胞凋亡，抑制食管鳞状细胞癌细胞的增殖。Huan等[46]证明，hnRNPF通过G- quadruplex依赖的方式上调乳腺癌上皮- 间充质转化相关的CD44剪接开关，抑制上皮- 间充质转化。此外，Zhang等[47]在乳腺癌中发现肿瘤相关MORC2基因突变MDM76I后可以调控hnRNPM介导的CD44剪接开关，促进乳腺癌侵袭转移。因此，hnRNP家族其他成员在众多肿瘤的发生、发展中也发挥了重要作用。

4 hnRNPK与其他疾病

hnRNPK在许多病毒感染中发挥关键作用，主要通过直接或间接与病毒蛋白相互作用，参与不同病毒的生命周期和病毒系统，发挥促进病毒或抗病毒因子的功能。例如，在肝病中，hnRNPK与乙型肝炎病毒的病毒基因组中的增强子相互作用，促进乙型肝炎病毒表面基因的转录[48]。此外，研究发现hnRNPK与丙型肝炎病毒的核心蛋白和丙型肝炎病毒正链RNA共定位并发生相互作用，限制丙型肝炎病毒RNA与病毒蛋白粒子相互作用，降低了成熟丙型肝炎病毒的产生[39]。在hnRNPK可与人类免疫缺陷病毒蛋白Nef结合，激活其相关信号通路，增强病毒的转录；或hnRNPK与人类免疫缺陷病毒RNA的一个茎环结构结合，抑制RNA的剪接[49]。hnRNPK能够通过抑制感染水疱性口炎病毒细胞的促凋亡蛋白Bcl- xs和Bik，促进感染细胞存活，提高水疱性口炎病毒在细胞感染中的存活率[50]。

5 小 结

hnRNPK及hnRNP家族蛋白在肿瘤中发挥了重要作用，在多数肿瘤中表达增多，发挥癌基因功能；而在少数肿瘤中表达降低，发挥抑癌基因功能。因此hnRNPK在不同肿瘤中既可发挥癌基因功能也可发挥抑癌基因功能，其不同生物功能的发挥主要在于hnRNPK能与不同亚细胞结构内的多种蛋白或ncRNAs相互作用，从而参与多种信号通路的调控，发挥多种生物学功能。近年发现hnRNPK- ncRNAs相互作用具有调控染色体重塑、基因表达等功能；尤其新发现肿瘤相关的hnRNPK- ncRNAs调控靶基因表达参与肿瘤发生发展。尽管ncRNAs在肿瘤领域取得了一定进展，但hnRNPK- ncRNAs的研究还处于起步阶段，hnRNPK与ncRNAs之间的相互作用在肿瘤中的具体调控机制及生物功能还有待阐明。因此，深入研究hnRNPK相关的ncRNAs在肿瘤中的表达、调控机制和生物学功能可为临床肿瘤诊断、治疗和预后提供新靶点。