潜在癌症预后评估标记物RRAGD介导mTORC1通路在癌症中的研究进展

陈未希，白泽坤，白雯，吴景华

(华北理工大学附属医院，河北 唐山 063000 )

1 RRAGD

Ras 相关 GTP 结合蛋白 D（Ras-related GTP binding protein D，RRAGD）隶属于RagGTP结合蛋白家族，其编码基因位于6q15。RRAGD蛋白分子量为45588，主要分布于细胞浆、胞核和溶酶体中。2001年，Sekiguchi T等在意图用酵母双杂交实验寻找与RRAGA或RRAGB相互作用的蛋白时，意外发现RRAGC和RRAGD[1]。迄今为止已发现的Rag结合蛋白共有4种：RRAGA、RRAGB、RRAGC和RRAGD，其中RRAGA和RRAGB互为同源类似物，基因序列重合度高达98%；RRAGC和RRAGD互为同源类似物，其基因序列重合度高达81%。并且RRAGA或RRAGB能够与RRAGC或RRAGD通过它们C端结构域的相互作用形成稳定的蛋白复合物。此外，研究表明RRAGD蛋白在功能结构上的Loop环和异二聚化结构域能够与GTP/GDP结合，且其具有形成二聚化物的能力[2]。2008年， Kim等定出RRAGD介导氨基酸激活mTOR信号通路[3]，他们认为氨基酸刺激可以激活Rag GTPases，激活后的Rag GTPases与mTORC1结合并激活mTORC1，而且Rag GTPases对于氨基酸激活mTORC1是必要的成分。同年Sancak等[4]采用不同的手段获得相同的结果，而且其还认为在氨基酸充足时，活化的Rag GTPases可以将mTORC1募集至核周边膜结构区域，从而激活mTORC1，其说明这种二聚物可能是在氨基酸刺激下介导mTORC1由胞浆转移到溶酶体膜上并参与不同类型的生理活动进程[5]。目前，RRAGD及其通路，在临床上的应用主要体现在：RRAGD介导其相关通路可作为调节剂，从而调控细胞代谢，进而影响疾病发生和发展，例如癌症、细胞代谢等的研究。

2 RRAGD相关通路及作用

2.1 雷帕霉素（The mechanistic target of rapamycin，mTOR)

mTOR[6]主要功能是作为两种类型蛋白激酶复合物的催化 亚 基：mTOR复 合 物1（mTOR Complex 1，mTORC1）和mTOR复合物2（mTOR Complex 2，mTORC2）[7]。mTOR作为细胞代谢参与重要功能的信号通路，包括调节细胞生长、增殖、凋亡、再生和自噬[8-9]，基于上述功能其对人体内多种系统如循环系统、消化系统细胞的功能起到十分关键而重要的作用[10]。多数研究表明，RRAGD发挥功能的方式主要与mTOR通路密切相关[6]。

2.2 雷帕霉素复合物1（mechanistic target of rapamycin complex 1 mTORC1)

mTORC1可通过影响细胞衰老进程、干细胞免疫、mRNA翻译与表观遗传等从而起到调节个体的寿命的作用，且mTORC1的抑制作用是目前已知的唯一能延长所有动物模型生物寿命的药物治疗方法[11]。mTORC1主要是通过感知细胞内以及细胞外的刺激，如压力刺激、营养状态变化、能量改变和生长因子来调控蛋白翻译和细胞代谢，并在响应细胞生长信号的蛋白质合成、核苷酸合成和脂质合成中起重要作用[12]。mTORC1通过磷酸化激活依赖于S6K1(S6 Kinase1，S6K1即核糖体S6蛋白激酶S6K1由p70和p85亚型组成)[ 13-15]，与通过磷酸化真核翻译起始因子4E（Eukaryotic Translation Initiation Factor eIF4E的）结合蛋白4E-BP1和2（Eukaryotic Translation Initiation Factor Binding Pritein1 and2）影响细胞蛋白合成或是通过影响多种酶的转录作用与涌向四氢叶酸与一碳单位增强嘌呤从头合成[16]。mTORC1是控制细胞生长的信号与构成生长基础的代谢过程之间的关键分子链接。同样mTORC1通路介导了细胞内氨基酸的感知，该通路控制着许多细胞进程，并牵涉到人类多种疾病，包括癌症，肥胖症，糖尿病和神经变性[11,18]。因此，了解上下游信号对于mTORC1的影响和控制与掌握相关病理生理学的原理显的至关重要[6]。哺乳动物表达的GTPases- RagA，B，C和D，则是此途径的重要媒介，这是由于RAS-GTP酶可形成介导氨基酸诱导的mTORC1激活RRAGA / C或RRAGB/ D的异源二聚体[19]。研究表明，亮氨酰tRNA合成酶也可和RRAGD相互作用来干预，进而控制亮氨酸依赖性mTORC1途径[17]。而TFEB驱动的内吞作用协调mTORC1信号传导和自噬也被相关研究证实，TFEB促进内吞基因的表达并在饥饿条件下增加细胞内吞率，而这一作用的启点需要依赖于RRAGD将mTORC1固定于膜区[20]。

2.3 RRAGD-mTOR-4E-BP1轴

John等发现RRAGD-mTOR-4E-BP1这种信号通路在心肌细胞特异性昼夜节律突变体即两种昼夜生物钟紊乱的小鼠心脏模型（ cardiomyocyte-specific CLOCK mutant CCM）和心肌细胞特异性BMAL1基因敲除（cardiomyocytespecific BMAL1 knockout -CBK）小鼠中长期表达。并通过营养环境于能量多寡与生物素化的相互影响，参与心脏生物钟带来的新陈代谢改变，从而对于心脏的代谢与相关疾病的发生与发展[21]。

3 RRAGD及其通路于癌症中的研究进展概述

在过去的半个世纪中，癌症的发病率和死亡率不断增加，癌症已成为中国居民的主要死亡原因[22]且癌症的异质性极大的决定了癌症患者的预后，其主要影响因素包括（1）肿瘤生长和增殖的速度；（2）肿瘤分泌相关活性物质；（3）血管形成；（4）侵袭和转移；（5）代谢改变；（6）微环境变化；（7）肿瘤带来的免疫调节[22]。而发生于癌症中的各种相关通路与药物作用靶点则成为当前的热点。研究发现，MiT / TFE转录因子能够通过影响溶酶体与黑素体来调控细胞生长和自噬，其通过直接调节RagD的表达从而控制mTORC1对于溶酶体的募集和活性，从而影响细胞的代谢进而在肿瘤生长中起到关键的调控作用。Chiara等报道肾细胞癌，胰腺导管腺癌和黑色素瘤患者与小鼠模型的细胞和组织中MiT / TFE基因的上调触发了RRAGD介导的mTORC1通路激活，从而证实RRAGD与mTORC1的表达情况存在着明显的相关性，导致细胞过度增殖进而促进癌症生长，此外，RRAGD与mTORC1的表达存在显著的正相关性。上述提示，RRAGD 可通过调控mTORC1通路，对上述癌症的发生和发展发挥着关键的作用[23]。这一观点也在，再其他癌症中也广泛存在。mTORC1抑制剂可抑制肿瘤生长，但仍存在多种副作用。然而探究其上游相关调控靶点如RRAGD，其即可避免其副作用，也可延长患者的生存期。

3.1 RRAGD与结肠癌

目前，结肠癌的发病率与死亡率近年来呈持续上升趋势[24]，RRAGD基因的表达情况与结肠癌的相关预后及总体生存率密切相关。已有研究表明，当RRAGD基因高表达时，结肠癌患者的5年生存低于RRAGD正常表达的患者[25]。Karen Triff等在大鼠氧化偶氮甲烷(AOM)结肠癌模型中，比较了差异表达的转录样本（DE）和富集区域（DER），并在RNA（116个DE基因），K9ac（49个DER，包括24个基因）和K4me3（7678 DER，包括3792个基因）水平检测到全基因组的致癌物的作用，并证明RRAGD与致癌物诱导的基因K4me3 DERs造成的结肠癌恶性转归有关[26]。XJ XIE等利用KEGG富集分析的方法分析了不同分期（Ⅰ-Ⅳ期）的55个结肠癌标本进行验证进而筛选出20个最能影响结肠癌预后的基因，也得出了RRAGD的表达情况与结肠癌的预后相关这一结论[27]。

3.2 RRAGD与乳腺癌

乳腺癌是全世界女性中最常见的肿瘤，也是导致女性癌症死亡的主要原因。有数据表明全世界百分之11的乳腺癌发生于中国[28],基于其不良预后其机制研究也是近年来的热点， Barbara Schr rs等通过观测小鼠乳腺癌模型，发现RRAGD基因发生了突变[29]，从而引发RRAGD基因表达的差异，进而导致了乳腺癌患者的转移与预后的差异。

研究表明，mTOR相关通路的驱动途径的失控在乳腺癌的发生和发展中起重要作用[29]而mTORC1作为雌激素乳腺癌转移的关键介质，通过激活mTORC1 / p70S6K / rpS6信号轴来促进配体依赖性和非依赖性乳腺癌转移[30]。

3.3 RRAGD与宫颈癌

每年超过五十万妇女被诊断出患有宫颈癌，并导致全世界约30万人死亡。调查显示，90%宫颈癌的发生，主要是由于缺乏有组织的筛查和HPV疫苗接种计划的低收入和中等收入国家。虽然在高收入国家，自实施正式筛查计划以来，在过去30年中，宫颈癌的发病率和死亡率下降超过一半。但依然是女性死亡的主要原因之一[31]。

冯杨等[32]研究发现，小眼崎形相关转录因（Microphthalmia Transcription Factor，MITF）在COL0829黑色素瘤细胞中占据RRAGD的近端启动子，且证实MITF与RRAGD转录活性正相关且在转录水平调控RRAGD的表达。而MITF的过表达可以导致RRAGD的转录水平上调和mTORC1信号通路的激活。而mTORC1信号通路激活可导致宫颈癌细胞的过度生长，在氨基酸缺乏的情况下更为明显。这些提示， RRAGD可能是引发宫颈癌过度生长的关键因素之一[32]。

4 结论与展望

近年来，RRAGD与mTORC1信号通路的研究已被广泛关注。RRAGD可作为诸如能量、自噬和代谢等通路如mTOR通路的枢纽，并且在多种肿瘤的过度生长与预后评估中起重要作用。另一方面，RRAGD作为广泛存在于细胞浆、胞核与溶酶体中的固有蛋白。虽然特异性与已有的相关肿瘤标志物对比来说在诊断方面略有欠缺，但其在多种肿瘤普适性的预后评估中似乎具有更大的优势，并且其相关通路的mTORC1抑制剂已在多种肿瘤小鼠模型中进行验证，证明其可抑制肿瘤进展延长小鼠存活时间，其上游蛋白RRAGD也成为近年来研究的热点。目前，RRAGD作为一种新型蛋白却已被广泛应用于调控肿瘤生长的机制研究与作为预后评估进行临床前研究。但临床转化依旧需要更多有关于RRAGD通路机制的相关研究，以及RRAGD生理、生物方面的功能。尽管RRAGD作为被临床认可的预后评估标志物仍然存在不少挑战，但RRAGD作为一个肿瘤过度生长的关键因素，在未来的研究中，仍进一步阐明其相关功能作用。

虽然RRAGD在各类疾病诊断、预后判断和预测价值中的作用尚缺乏足够的证据。有必要进行独立的综合研究及具有良好特征患者群体的整体评价，并充分证明RRAGD在临床应用中的适用性。有关疾病中RRAGD与其参与的通路等相关研究不应该仅局限于关于疾病预后推断，关于疾病的诊断与治疗等方面的研究也有待发展和提升。若要应用于常规诊断那么关于RRAGD在不同标本如血清等的提取、鉴定和处理分析方面的挑战仍然存在，充分利用现有的不同提取技术，并对这些技术进行改良是未来关于RRAGD研究的重要基础。而RRAGD用于不同疾病种的诊断或预后评估也是未来关于RRAGD的研究方向和热点。

利益冲突，所有作者均声明不存在利益冲突。