双链RNA结合蛋白ILF3在神经系统疾病中的研究进展

贾晋婧，孙 静,2，薛 群,3

（1.苏州大学医学部，江苏 苏州 215123；2.苏州大学免疫学教研室，江苏 苏州 215006；3.苏州大学附属第一医院神经内科，江苏 苏州 215006）

白介素增强结合因子3（ILF3，也称为NF110）和核因子90（NF90，也称为DRBP76和NFAR1）是双链RNA结合蛋白（DRBPs）的家族成员。DRBP包含双链RNA结合基序（dsRBMs），使其具有调节RNA代谢的功能。ILF3由ILF3基因选择性剪接产生并在脊椎动物的组织中大量表达，参与转录、降解和翻译等RNA代谢过程[1]。ILF3在神经领域的研究表明，其对RNA的调控可以影响神经系统的发生以及多种神经系统疾病的发展。本文就近年来ILF3在神经领域研究的进展进行文献综述。

1 ILF3蛋白的结构

ILF3的基因定位于人类19号染色体上[2]。该基因全长38 kb，由21 个外显子组成，并且可以通过选择性剪切和多聚腺苷酸化产生至少五种不同的转录本[3]。在小鼠的基因组中也发现了其同源基因，但与人类ILF3基因的结构略有差异[4]。

早期研究中往往将ILF3与NF90混为一谈。ILF3与NF90的cDNA序列相似（图1）。二者的共同区域包括一段与锌指相关的结构域（DZF），一DZF段核定位信号（NLS）、一段可以与单链RNA（ssRNA）结合的RGG基序、两段双链RNA结合基序（dsRBM）及它们之间插入的四个氨基酸（NVKQ）[5]，其中dsRBM在DRBPs与RNA结合并启动下游作用的过程中必不可少，并且在细胞分裂间期，ILF3通过dsRBM与RNA的结合以及其羧基端与RBP的结合控制核定位，使ILF3完全定位于核中；有丝分裂开始后，ILF3则发生磷酸化并转移到细胞质中[6]。但由于第二个dsRBM后插入了两个核苷酸导致NF90提前终止，造成了ILF3与NF90的羧基端区域存在结构差异[5]。ILF3的羧基端可以与核酸相互作用，并且包括一个富含精氨酸、甘氨酸和丝氨酸的结构域。ILF3可作为蛋白-精氨酸甲基转移酶Ⅰ（PRMT1）强大的甲基化底物[7]。精氨酸甲基化是许多蛋白质翻译后常见的修饰，PRMT1可以修饰转录因子的活性，进而调节核酸结合蛋白对核酸的亲和力等。甲基化后不仅ILF3下游发生变化，PRMT1酶的活性也会被调节。

图1 ILF3与NF90的结构域示意图

2 ILF3的功能

ILF3作为DRBP家族的成员，最显著的特征即通过dsRBM与dsRNA结合，使其被编辑或沉默，进而参与其转录或转录后的调控。近年来与ILF3相关疾病的研究涉及多个领域，包括多种癌症、病毒性心肌炎、类风湿性关节炎等。ILF3可以与丝氨酸-甘氨酸代谢过程中相关的SGOC mRNA结合并调控其稳定性，提高SGOC基因的表达，促进结直肠癌的生长[8]。在柯萨奇病毒B3型诱导的病毒性心肌炎的过程中，lncRNA AK085865对ILF3-NF45异二聚体介导的pri-miR139和pre-miR139加工进行负性调节，抑制了成熟miR139的生成，促进M2巨噬细胞的极化进而增加病毒性心肌炎的易感性[9]。在类风湿关节炎的滑膜成纤维细胞中，ILF3可与GABPα相互作用促进滑膜蛋白的表达，触发滑膜细胞过度生长[10]。ILF3通过结合持续性尿激酶型纤溶酶原激活物（uPA）启动子以及抑制uPA mRNA靶向的primiR193a/193b/181a的加工，作为转录激活剂和primiRNA加工阻断剂促进乳腺肿瘤的发展[11]。IRF1-AS在食管鳞状细胞癌中表达下调。IRF1-AS通过与ILF3-DHX9异二聚体作用激活干扰素调节因子（IRF1）的转录，可以促进干扰素反应进而抑制肿瘤的进展[12]。

3 在神经系统疾病中的研究进展

在神经系统领域的研究表明，ILF3对下游的调控不仅参与了神经系统正常结构和生理功能的维持，也与神经退行性变、缺血缺氧、感染或其他因素导致神经疾病密切相关。ILF3与不同的相关蛋白结合后对不同的途径进行调控，凭借神经免疫、内质网应激、RNA编辑等对疾病的发生发展产生影响（表1）。

表1 与ILF3结合或相互作用的蛋白和RNA及其功能

3.1 ILF3与神经系统发育异常 ILF3广泛参与了神经系统的发育过程，无论是胚胎神经干细胞的分化、迁移还是神经元极性结构的形成。

神经嵴是脊椎动物胚胎发育过程中特有的结构。它由神经板边缘区域的细胞发育而来，在胚胎背腹轴图式的形成过程中进一步分化和迁移，与周围神经系统的发生密切相关[30]。Fishwick等[25]发现ILF3的鸡同源基因在发育早期即存在表达，且ILF3的减少会导致鸡胚锌指基因Zic-1部分结构丧失。锌指基因Zic-1在鸡胚早期神经板和神经板边缘区以及胎盘前区域均有表达，关系着胚胎的神经发育。

在神经元发生和迁移过程中，具有重要作用的细胞器之一是真核细胞表面突起的纤毛。纤毛缺陷导致的疾病具有发育迟缓、认知和记忆缺陷等相同的表型。Karunakaran等[26]通过蛋白质-蛋白质相互作用网络分析发现ILF3等蛋白质是纤毛相关基因的相互作用因子，可能与某些神经系统缺陷或精神障碍疾病存在相关性。

微管网络通过定向运输帮助神经元维持其结构或是功能上的极性。Tau是轴突中含量最丰富的微管相关蛋白。Tau mRNA的3'非翻译区存在一段核苷酸序列，该序列作为轴突靶向元件介导mRNA被运送到特定的位置并且完成后续的翻译，最终使得Tau蛋白在神经元的轴突上产生和积累[31]。Larcher等[21]检测到ILF3和NF90上的dsRBM可以与Tau mRNA轴突靶向元件的茎环二级结构相互作用，作为辅助其向轴突移位的蛋白质复合体的一部分并参与Tau mRNA的翻译停止或稳定；并且由于ILF3和NF90具有核-胞质转移的特性，这种相互作用也为Tau mRNA或pre-mRNA在细胞核中的装载和运送提供条件。

3.2 ILF3与阿尔兹海默症 Alves等[32]发现阿尔兹海默症患者的海马组织中IL-2水平下降。低剂量的IL-2促进调节性T细胞（Tregs）扩增以及海马中淀粉样斑块周围星形胶质细胞的激活和招募，改善突触可塑性，有助于恢复记忆，IL2的表达在转录和转录后水平都受到精确的调控[15]。长期以来，ILF3/NF90对IL2的转录调控一直是该领域中的研究重点，并且推动了神经免疫机制在神经系统疾病中的研究进展。Guan等[5]发现，NF90/ILF3与NF45（也被称为ILF2）可通过DZF结构域的介导形成异二聚体核心复合物。ILF3/NF90-NF45二聚体结构作为活化的T细胞核内因子（NFAT）的组成成分之一，对于IL-2的转录起到调节作用[13]。NFAT与IL2启动子的抗原受体反应元件2（ARRE-2）结合并促进其转录。若NF45或ILF3/NF90缺失，则IL2的转录会受到负面影响。NF90/ILF3在IL2的转录后水平也起到了调节作用。当T细胞被激活后，被激活的蛋白激酶B（Akt）使NF90发生磷酸化，之后NF90由细胞核重新定位至细胞质。细胞质中的NF90与IL2 mRNA 3'非翻译区中富含AU元件（ARE）结合，从而稳定mRNA，减缓其降解[15-16]。虽然NF90与ILF3的序列存在高度的相似性，但却在功能上存在差异。ILF3敲除对NF45水平只会造成轻微的影响；ILF3与细胞核的联系比NF90更紧密，ILF3比NF90在刺激增殖细胞核抗原启动子的转录方面更活跃[5]。IL-2可以通过血脑屏障接触中枢神经系统对脑细胞产生直接作用。

ILF3不仅可通过调节IL2的表达水平改变阿尔兹海默症进程中的炎症水平，还可能与Tau蛋白的积累存在联系。Thompson等[33]利用蛋白组学对于Tau相关的蛋白质进行分析，发现ILF3等蛋白可通过干预Tau的运转而影响其毒性，可能的机制为ILF3过表达后可以促进Tau与微管的结合，减少其聚集或增强其清除。

3.3 ILF3与脑卒中 ILF3在大脑的缺血缺氧性损伤中可能通过抑制炎症、减少凋亡等途径发挥神经保护作用。

包含ILF3/NF90-NF45二聚体结构的NFAT可以调节IL-2的转录[13]，低剂量的IL-2促进Tregs的扩增[32]。卒中损伤慢性期后脑内Treg细胞的大量积累可能与ILF3相关的IL2水平改变有关。Treg的扩增则会抑制神经毒性星形胶质病变，发挥神经保护作用[34]。

冷诱导RNA结合基序蛋白3（RBM3）通过抑制PERK-eIF2a-CHOP内质网应激通路参与缺氧缺血性和神经退行性疾病神经元的保护。Zhu等[17]发现RBM3通过与NF90结合抑制PERK磷酸化，保护细胞免受内质网应激，减少凋亡。该实验也发现了ILF3的存在，但是可能由于RBM3-NF45/90-PERK相互作用体主要定位于细胞质而ILF3在细胞内定位于核中，所以ILF3在该过程中的作用可能不及NF90。

作用于RNA的腺苷脱氨酶蛋白（ADAR）催化哺乳动物中最普遍的RNA编辑类型——腺苷-肌苷（A-I）RNA编辑。人类的ADAR2对大脑中非重复区域腺苷的调控与神经元的RNA编辑事件相关，包括GluR2编码谷氨酸受体过程中的RNA编辑[18]。ILF3和ADAR2具有结构相似的dsRBD，能够与其竞争底物并影响RNA的编辑。ADAR2的失调可能与短暂性前脑缺血等有关[35]。

3.4 ILF3与癫痫 癫痫患者海马和血清中的ILF3反义RNA（ILF3-AS1）水平高于对照组[23]。实验证明ILF3-AS1过表达后可促进基质金属蛋白酶（MMPs）的表达或活性增加，促进癫痫发生。造成这一结果的机制可能是由于ILF3-AS1靶向miR-212后诱导MMP3和MMP9的表达，同时增加炎症细胞因子表达，进而与癫痫后炎症对神经系统和海马神经元的损伤相关。

包含ILF3的多聚体复合体——剪接调节蛋白（LASR）与核RBFox蛋白结合，对RBFox控制的剪接和转录后调控进行调节也可能与癫痫存在关联[19]。RBFox蛋白控制哺乳动物大脑中的选择性剪接和转录后调控。小鼠大脑中RBFox1的缺失会导致癫痫，RBFox2缺失则表现出小脑缺陷和共济失调；人类癫痫患者中也发现了RBFox1和RBFox3的突变[36-38]。

3.5 ILF3与神经系统感染性疾病 一些ILF3的相关性实验也证明其与神经系统的损伤存在联系。Wang等[39]识别坐骨神经损伤的幼年大鼠术后基因表达变化后发现，包括ILF3在内的9 个特异性基因发生下调。水痘带状疱疹病毒感染后，ILF3的磷酸化抑制胞内钙调神经磷酸酶的活性，抑制病毒的扩散，并介导神经元和卫星细胞的融合，可能与带状疱疹后神经痛相关[20]。而委内瑞拉马脑炎病毒感染后ILF3等基因被下调，与细胞凋亡和对抗病毒感染相关，减轻中枢神经系统广泛的炎症和神经元死亡[27]。

3.6 ILF3与胶质瘤 胶质瘤是最常见的原发性颅脑肿瘤。ILF3被招募后和一些与肿瘤相关的基因结合，在转录水平上对肿瘤的增殖分化进行调节。在胶质瘤干细胞向胶质瘤细胞分化的过程中，ILF3参与了FTO/AGO1/ILF3/miR-145复合物的形成，这一复合物与CLIP3 mRNA结合后导致N6-甲基腺苷（m6A）修饰减少，进而上调了转录本的翻译，提高了转录效率[22]。Bi等[24]发现长链非编码基因同源盒B簇反义RNA1（HoxB-AS1）及其邻近基因HoxB2和HoxB3在胶质母细胞瘤（GBM）中的表达升高，其沉默则会抑制GBM的增殖并诱导细胞凋亡。该研究的进一步机制实验表明，这一现象产生的原因可能与ILF3被HoxB-AS1招募后在转录水平上对HoxB2和HoxB3进行调节存在联系。

3.7 ILF3与精神疾病 ILF3与一些精神障碍疾病也具有相关性，但其影响机制尚未探明。Park等[28]利用全基因组分析RBP靶点失调在精神疾病中的作用进行研究，发现ILF3的顺式表达与双相情感障碍的易感风险存显著相关。Leirer等[29]对首发精神病患者外周血进行分析，试图通过基因表达来将环境与遗传因素相联系。ILF3则作为病例组中发生显著下调的基因之一。

4 结语和展望

ILF3是DRBP家族成员之一，其dsRBM结构与作为RNA结合的靶点在转录或转录后对下游通路进行调节，进而对神经正常结构的发育或疾病的发展进行调节。目前对于NF90的相关研究较ILF3更多。虽然二者的结构具有高度的相似性，但其羧基端结构以及细胞定位的不同仍会造成功能的差异，因此不可直接将NF90相关研究得出的结论推及ILF3，但正是由于其相似性的存在，也为这样的推论提供了可能性，但仍需要进一步的证实。ILF3通过与RNA相互作用，可能广泛参与了不同神经系统疾病的发生发展，若对于这些通路进行更深入的研究可能为疾病的早期诊断或干预提供潜在的靶点。