URI的病理生理学作用研究进展

徐瑞，徐伍，张信琴，林加龙，汪雄，裴海峰

(1.成都中医药大学 医学与生命科学学院，四川 成都 611130；2.西南交通大学 医学院，四川 成都 610031；3.成都医学院 护理学院，四川 成都 610500；4.中国人民解放军西部战区总医院 心内科，四川 成都 610083)

非传统型前折叠素RPB5交互因子(unconventional prefoldin RPB5 interactor，URI)是属于α-类前折叠素(prefoldin，PFD)伴侣分子的ATP非依赖性大分子，与另1个α-类前折叠蛋白STAP1(SKP2-associated alpha prefoldin 1，SKP2-相关的α-前折叠蛋白1或ubiquitously expressed transcript，UXT)、3个已知的β-类前折叠蛋白(PFDN2、PFDN4r、PFDN6)和另1个未阐明的β-类前折叠蛋白(可能与PFDN2、PFDN4r或PFDN6其中一个相同)形成α2β4型异六聚体前折叠蛋白样复合物。URI 广泛存在于多种真核细胞中，与其他已知的PFD家族蛋白相比，其包含额外的保守蛋白结构域，大小是其他PFD的2倍多[1]，提示URI可能具有多种功能。以往研究表明，URI能参与包括哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)途径靶点下游的营养反应、翻译起始、结合蛋白磷酸酶1(protein phosphatase 1，PP1)调节凋亡以及DNA损伤反应等多种病理生理过程。作者总结URI病理生理作用的研究进展，旨在为URI的进一步研究提供方向。

1 URI概述

URI也称为RPB5介导蛋白(RPB5-mediating protein，RMP)或URI1，由C19orf2基因编码[2]。URI于1998年作为一种转录抑制因子在RNA聚合酶的RPB5(RNA polymerase Ⅱ subunit B5，RNA聚合酶Ⅱ第5亚单位，又称polymerase RNA Ⅱ DNA-directed polypeptide E，POLR2E)亚基中被首次发现[3]。Gstaiger等[4]发现，URI是属于α类PFD伴侣分子的ATP非依赖性大分子，分子质量约90 kDa(电泳中凝胶上的近似大小)。谷俊侠等[5]在2013年利用ProtParam软件对URI进行生物信息学分析显示：URI蛋白理论分子质量为59 832.2，含有535个氨基酸，且在第287氨基酸位有一糖基化位点，在第291、371氨基酸位也可能发生糖基化修饰，还具有11个潜在的泛素化位点，但未发现乙酰化位点。另外，URI还具有48个潜在的磷酸化位点，其中有35个在丝氨酸位。URI的主要结构包含了α类PFD的所有特性，其N-端具有1个α类PFD功能域，同时还包含1个RPB5直接绑定区域[4]和1个具有大约200个氨基酸长的C-末端延伸[6]，该C-端片段具有RPB5/POLR2E和蛋白磷酸酶1γ催化亚基(protein phosphatase 1 catalytic subunit gamma，PP1γ)的特异结合位点，分别介导RNA聚合酶的组装和增加S6激酶1(ribosomal protein S6 kinase beta-1,S6K1)存活信号。URI广泛表达于真核细胞中，早在2004年， Delgermaa等[7]就通过绿色荧光蛋白和其他方法标记了URI的亚细胞定位，证明URI主要定位在细胞质中，在细胞核中有微弱和弥散的信号。后研究表明，其广泛表达于人体24种正常组织的多种细胞的细胞质、细胞核及线粒体中，以协调新陈代谢、增殖和基因表达等细胞过程[8]。

2 URI的生物学作用

2.1 URI调节转录

在细胞核中，URI直接结合RPB5蛋白并调节其稳定性和转录。众所周知，RPB5是3种RNA聚合酶的共同亚单位，其中RNA聚合酶Ⅱ(pol Ⅱ)能够转录合成mRNA和microRNA，所以其亚单位一直是各种因子调控基因转录的最终靶点，而RPB5能结合RNA pol Ⅱ的TATA框结合蛋白关联因子1(TATA box binding protein associated factor 1，Taf1)和转录因子ⅡF(transcription factor ⅡF，TFⅡF)的RAP30亚基等特异性伴侣分子[9]，因此URI在细胞核中与RPB5及RNA pol Ⅱ结合进而发挥调节转录的作用。作为一种转录抑制因子，URI可协同调节雄激素受体的转录，且它的表达程度不同时调节雄激素受体的效果也不同，具体表现为，它的缺失减少抗雄激素转录抑制，过度表达抑制雄激素依赖性前列腺细胞的锚定和独立生长[10]。另外，在关于URI的研究中发现，蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A，PP2A)和KARB相关蛋白1(KRAB-associated protein 1，KAP1，又称转录中介因子1β(transcriptional intermediary factor 1β，TIF1β)或三结构域蛋白28(tripartite motif-containing protein 28，TRIM28))均可作为其相互作用体[11]，其中KAP1被证明可通过募集包含组蛋白赖氨酸甲基转移酶(SET domain bifurcated 1，SETDB1)、组蛋白脱乙酰酶1/2(histone deacetylase 1/2，HDAC1/2)和异染色质蛋白1(heterochromatin protein 1，HP1)的阻遏复合物介导基因沉默。此外，KAP1抑制活性由磷酸化调节，因此受几种磷酸酶活性的影响[12]，这也是URI在前列腺细胞中发挥作用的基础。Zhou等[13]发现，当体内存在乙型肝炎病毒X蛋白时，小剂量的URI可抑制乙型肝炎病毒的转录和复制。另外酿酒酵母中URI的同源物Bud27能够与核小体结合状态的染色体结构重塑复合物(remodel of the structure of chromatin complex, RSC)结合并调节基因转录，这一发现提示蛋白质折叠在转录调控中扮演重要角色，并为基因表达领域中的研究提供了新的发展思路[14]。

此外，大量研究表明包含URI的复合物也可以直接或间接影响与转录相关的信号通路，如：酵母R2TP(Rvb1-Rvb2-Tah1-Pih1)/前折叠样复合物与热休克蛋白90(heat shock protein 90，Hsp90)的相互作用能调节磷脂酰肌醇3激酶相关蛋白激酶(phosphatidylinositol-3-kinase-related kinase,PIKK)的活性[15]。而PIKK作为细胞应激反应的关键，受Hsp90的调控[16]；Hsp90与R2TP/前折叠样复合物的物理相互作用是其调节作用的核心[15]。此外，R2TP/前折叠样复合物成员RUVBL1/2(RuvB-like AAA ATPase 1/2，为酵母中Rvb1/2同源物)和Tel2(telomere maintenance 1，端粒DNA结合蛋白)的抑制导致PIKK及其信号转导的减少和抑制[17]。以上大量研究证实了URI在调控转录中发挥重要作用。

2.2 URI保护DNA完整性

细胞增殖需要DNA的精确复制，以确保细胞的活力和物种的生存。折叠复制叉和染色质缺陷等不同类型的DNA损伤，会在DNA复制过程中不断累积，因此细胞有多种机制来确保这些损伤被迅速识别和修复，从而保持基因组的完整性[18]。研究表明，URI可以结合人类细胞中RNA聚合酶Ⅱ相关因子1(RNA polymerase Ⅱ-associated factor 1，Paf-1)复合物的一个组分——Parafibromin(在转录延伸过程中促进聚合酶Ⅱ-CTD磷酸化和组蛋白修饰)，这提示URI在组蛋白修饰和细胞周期控制中发挥重要作用[18]。在哺乳动物和酵母细胞中，URI被证明是营养信号的靶点，在调节营养敏感的TOR依赖基因表达程序中起着关键作用[4]。与此一致的是，Djouder等[19]研究也表明，URI是一个进化保守的信号通路组分，主要协调营养物质的有效性和基因表达。而已有研究证明了基因组稳定性和营养状况之间的联系[20]，即酵母dna2突变体显示了G2/M期被阻断的所有细胞特性可以通过营养传感器Tor1p的过度表达来挽救。此外，dna2在线虫的生殖系发育和DNA修复等细胞过程中也起着重要作用，并被证明参与了酵母DNA复制[1]。以上各项研究都表明营养状况、DNA代谢和DNA损伤之间可能存在联系。更直接的证据是Parusel等[1]证明了URI可以通过直接或间接影响DNA代谢保护DNA的完整性。

2.3 URI调节细胞凋亡

当生长因子和营养物质受到限制时，细胞停止生长，不再遵循细胞的生长周期，并通过线粒体启动固有细胞死亡途径进而凋亡。细胞凋亡在多细胞生物的生命中是必不可少的，哺乳动物细胞已经发展出适应性和保护性系统，能根据营养和生长因子的有效性设定细胞凋亡的阈值从而维持组织的稳态[21]。细胞凋亡调控主要涉及营养途径和生长因子敏感途径，PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase，磷脂酰肌醇3激酶)/Akt(也称PKB)轴和mTOR/S6K1分支在这一调节过程中发挥重要作用[21]。朱肖肖[22]的研究结果表明，URI通过促进毛细血管扩张性共济失调突变蛋白(ataxia telangiectasia mutated protein, ATM) 磷酸化激活NF-κB 通路上调抗凋亡因子Bcl-xl 的表达实现抗凋亡作用，与PI3K/Akt通路无关。在线粒体中，URI作为磷酸酶结合蛋白，是S6K1的直接磷酸化靶点，非磷酸化URI可与PP1γ结合，从而抑制PP1γ的磷酸酶活性；而当生长因子存在时，S6K1可诱导URI的Ser-371位点磷酸化，导致URI/PP1γ复合物分解为PP1γ和URI-PS371[11]。PP1γ可去磷酸化促凋亡因子BAD，而非磷酸化BAD则可通过结合抗凋亡因子Bcl-2家族蛋白形成异源性二聚体接近线粒体膜进而激活凋亡过程[21]。因此我们知道了URI能结合和抑制PP1γ，进而激活mTOR/S6K1信号通路，所以它的调节对细胞存活十分重要。值得注意的是，凋亡因子Bax的表达受URI缺失诱导，而URI的过度表达则抑制它的表达；相反，URI的过度表达增加了抗凋亡因子Bcl-2的表达，URI的缺失抑制了Bcl-2的表达[23]。由此可见，URI的抗凋亡作用至少部分是通过调节凋亡因子和抗凋亡因子的表达来实现的。与此同时，最新研究[24]表明，URI在抑制顺铂诱导的内源性凋亡过程中激活了ATM途径，也通过抑制p53的转录和表达来抑制肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand ，TRAIL)诱导的外源性细胞凋亡，这提示URI能够通过不同的信号途径抑制内源性和外源性凋亡。

3 URI的病理学作用

3.1 URI与肿瘤

URI广泛存在于多种真核细胞中，但在不同细胞中的表达量存在差异，在人癌细胞中URI表达量普遍高于相应正常细胞[23]，这提示URI可能与恶性肿瘤的发生、发展有关。Theurillat 等[25]和Davis等[26]发现，URI在卵巢癌细胞系中被扩增和过表达，并且卵巢癌细胞中染色体19q12的扩增依赖于URI的异常表达，这进一步证实了URI的致癌特性。与此一致的是，Ji等[24]指出，URI与肿瘤耐药有关，且大量研究表明URI主要通过促进细胞的增殖和迁移进而诱导癌症的发生。

3.1.1 URI与肝癌 肝癌既是世界上最常见的癌症之一，也是导致癌症相关死亡的重要原因，它发病的重要机制之一是乙型肝炎病毒的基因组能够整合到宿主细胞的DNA中造成 DNA损伤，并影响受损DNA的修复，从而导致细胞基因组的不稳定，促进突变细胞的积累[27]。由于URI在一定程度上能维持 DNA 稳定性，防止DNA损伤，所以它对肝癌细胞SMMC-7721和肝正常细胞 L02基因组具有一定的保护作用，且URI对肝癌细胞基因组的保护作用要大于肝正常细胞，但这种保护作用不依赖于p53[28]，而是通过ATM/NF-κB途径调节p65蛋白的磷酸化实现的[29-30]。

除此之外，连晓宁等[31]在体内及体外实验中均证实，URI能够促进肝癌细胞的增殖、迁移以及抑制细胞的凋亡。这是由于 URI能调节白介素-6的转录活性，促进细胞发生上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)从而促进细胞的迁移侵袭能力。此外，URI还可以通过降低辐照后肝癌细胞HepG2的活性氧水平来抑制肝癌细胞凋亡[32]。

近年来，研究人员又发现了URI参与原发性肝细胞癌的新型分子机理，即通过NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPKs)信号通路负性调控巨噬细胞功能，改变肿瘤炎症微环境，参与原发性肝细胞癌的发生与发展，这为以URI作为分子靶标开发肝癌的免疫治疗提供新思路[33]。

3.1.2 URI与胃癌 胃癌的发病存在显著的地理差异，在发展中国家和亚洲地区发病率高。研究人员发现，抗凋亡蛋白Bcl-2与自噬调节基因Beclin 1在低分化的胃癌中都显示出很高的表达水平，且是自噬发生的关键信号，因此它们的相互作用可能是胃癌细胞生物效应的一个重要调节器[34]。与此一致的是，在胃癌的发生发展过程中，URI调节凋亡相关蛋白的表达，抑制细胞凋亡，进而增强胃癌细胞对阿霉素的耐药性[35]。URI敲低诱导胃癌细胞自噬的机制可能涉及URI对mTOR/p70S6K(p70 ribosomal protein S6 kinase，P70核糖体蛋白S6激酶) 通路的调节[36]。而众所周知，PI3K/Akt/mTOR通路作为胃癌肿瘤形成中极具代表性的信号通路，对于胃癌具有潜在的预后判断意义。所以通过干预URI，可能对胃癌细胞的自噬及其调节产生影响，有潜在的临床意义。

此外，波形蛋白(一种与EMT相关的间充质细胞迁移标志物)是与细胞转移和低生存率息息相关的肿瘤标志物，可促进胃癌细胞向高侵袭性表型分化，也是URI促进胃癌细胞迁移的主要途径[37-38]。在对URI敲低细胞的实验中也发现，其能够抑制顺铂诱导的胃癌细胞凋亡，这显示URI可能通过抑制细胞凋亡参与胃癌的发病[39]。

3.1.3 URI与前列腺癌 URI的致癌特性还可能作用于前列腺细胞中，这是由于其在前列腺细胞核中以一种类似于它在线粒体中结合和抑制PP1γ的功能发挥作用，即与PP2A磷酸酶(URI的另一个新的相互作用体)结合并靶向 KAP1 复合物，以逆转KAP1磷酸化，从而增加反转录转座子的表达[40-41]。因此推断PP2A-URI复合物可能在肿瘤发生和发展过程中起重要作用。有趣的是，Mita等[10]的研究表明，URI过表达抑制锚定非依赖性的前列腺癌细胞生长。这提示URI在肿瘤的发生发展过程中可能具有多效性。

3.1.4 URI与其它肿瘤 URI还参与多种肿瘤的发生发展过程，在对食管鳞癌[42]、宫颈癌[43]、结直肠癌[6]的研究中发现，URI高表达的肿瘤细胞具有更高的迁移和侵袭能力。此外，URI在生理上与人类Parafibromin蛋白结合发挥作用[18]，Parafibromin蛋白失活与遗传性甲状旁腺功能亢进-颌骨肿瘤综合征的发病机制及散发性甲状旁腺肿瘤的恶性程度有关[44]，因此，URI与Parafibromin蛋白结合，可能以某种方式减弱其肿瘤抑制功能，进而导致甲状旁腺癌。

3.2 URI与辐射相关疾病

电离辐射(ionizing radiation，ir)是一种电磁波或粒子的双重形式，它将紧密束缚的电子从原子中去除，使原子电离。辐射在广泛用于医学领域(如医用设备)的同时也会使生物体内发生多种效应，如氧化应激[45]。其中最主要的效应是DNA损伤，大多数ir诱导的DNA损伤是碱基修饰和DNA断裂，1 Gy ir在体外/体内诱导每个细胞内1 000个单链(SSBs)和35个双链(DSBs)断裂[46]。生物体内的各种DNA损伤的修复机制是细胞存活和保护基因组稳定性的关键，正如URI能够控制和保护基因组完整性以应对环境的破坏[1,6]。有趣的是，研究人员[9]已经证明，照射后人肝癌SMMC-7721细胞中的URI表达显著增加，表明URI是一个辐射敏感因子。最新研究表明，URI缺失时可能活化β-catenin-c-MYC从而具有致癌潜力，且在Lgr5high-ISCs中过表达URI能够降低WNT-β-catenin信号转导，最终得出结论，当机体暴露于ir时，URI可抵抗ir对肠道的损伤，进而维持肠道结构[47]。这与周围等[48]研究发现URI可抑制γ射线诱导的细胞凋亡的结果一致。这些结果为研究URI在肿瘤放射治疗及辐射相关疾病中的作用及其具体机制提供了方向。

4 URI的应用前景

URI作为一种分子伴侣，其表达受到各种环境因素的调节，所以它的主要功能可能是在面对有害的环境刺激时维持体内的微环境稳态[21]。URI广泛表达于人体各类组织及器官中，参与包括mTOR途径靶点下游的营养反应、转录调控、凋亡调节以及DNA损伤反应等多种病理生理过程，在多种疾病中扮演重要角色。因此对URI病理生理作用的进一步揭示不仅对理解体内的多种生物学过程意义重大，更为相关疾病治疗靶点的开发提供了新的研究方向。以往针对URI的研究主要致力于肿瘤领域，开发了诸如MicroRNA-598等URI相关的肿瘤干预靶点[49]，但其他方面的研究较少。众所周知，细胞凋亡与生物体内营养代谢、细胞增殖和氧化应激等多种生物学过程有关[50]。心脏与心血管系统作为机体重要器官及系统，有研究表明URI通过过氧化物酶体增殖活化受体γ辅助活化因子1(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1，PGC-1)依赖机制维持心肌细胞的线粒体功能，进而对心肌起到保护作用[51]。但该研究中心力衰竭患者的心肌标本与缺血相关，可能不能够代表全部心衰。而线粒体代谢及重构等过程已被证明广泛参与心血管疾病的发生与发展，因此有必要拓宽对URI相关疾病的横向研究，更进一步探究URI在心血管疾病中所发挥的作用，如：结合URI在线粒体中的mTOR依赖性磷酸化以及能够抵抗辐射等生理特性，研究URI在心血管其他疾病方面的作用及其具体机制。同时最新的研究告诉我们，URI具有良好的抗辐射作用，这为我们改善环境(自然环境、工作环境、医疗环境等)辐射致病后的诊疗提供了新的思路和设想。

由此可见，广泛参与细胞各项生命活动的URI是值得被研究的，但由于其分布广泛，所以仍需要我们注重研究的靶向性，从而更精准地为与URI相关疾病的防治提供有效的干预靶点。