核内不均一核糖核蛋白A3与疾病关系的研究进展

叶书缘 章丽巧 孙狄儿 高国生

1.宁波大学医学院，浙江宁波 315211；2.宁波市第二医院检验科，浙江宁波 315000；3.宁波大学附属李惠利医院检验科，浙江宁波 315046

恶性肿瘤的发病率和死亡率在世界范围内每年呈上升趋势，是人类健康的重要“杀手”之一。2020年，全球范围内估计有超过1900万的新发恶性肿瘤病例和近1000万的死亡病例，预计2040年全球恶性肿瘤负担将超过2800万例，特别是转型中的国家增幅更大[1]。临床上广泛应用的影像学（如B型超声、计算机断层扫描和磁共振等）检查和外周血生物标志物（如甲胎蛋白、癌胚抗原及糖类抗原等）检测均可用于恶性肿瘤的筛查，但均存在敏感度和特异性无法满足临床需求的局限性。随着多组学和计算机科学的发展，人类对于肿瘤的研究也日益深入，越来越多与肿瘤相关的生物标志物被发掘[2-4]。核内不均一核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP）是人体内广泛表达的一类蛋白，研究表明其在诸多恶性肿瘤中高表达，且该蛋白家族与恶性肿瘤的发生发展关系紧密，参与恶性肿瘤的转移与代谢异常[5-7]。与该家族中被广泛关注的成员hnRNP A1、hnRNP A2/B1相比，hnRNP A3是一个较少被研究的蛋白[8]。现本文针对hnRNP A3在不同疾病中的表达水平、临床应用价值及可能的内在机制等研究进展作一综述。

1 hnRNP的结构和功能

hnRNP是一组由核糖核酸（ribonucleic acid，RNA）聚合酶Ⅱ翻译、调节转录控制和转录物核处理的RNA结合蛋白（RNA–binding protein，RBP）。截至目前，该家族至少有33位成员被发现，部分家族成员之间可以相互作用并形成复合体[9,10]。hnRNP可作为“RNA骨架”，影响多种与RNA相关的生物学过程，参与核酸代谢的多个环节，包括可变剪接、信使RNA（messenger RNA，mRNA）的稳定与转录以及翻译调控，是机体内非常重要的蛋白[11,12]。

hnRNP的功能根据其细胞定位而变化，大多数hnRNP蛋白具有常规的核定位信号（nuclear localization sequence，NLS），在稳定状态下其主要位于细胞核中，负责包装和稳定新转录的前体mRNA（pre–messenger RNA，pre–mRNA）。该组装步骤有助于去除内含子和其他外显子，帮助成熟的mRNA从细胞核转运到细胞质中。不同hnRNP蛋白家族成员具有共同的特征，但hnRNP模块在结构域的组合和排列方面可发生变异，其功能也随之发生多样性的改变。研究表明，hnRNP的功能变异可能源于多种旁系同源物的表达和可变剪接形成的同工型蛋白表达[13]。因此，hnRNP作为一种高度通用的蛋白质，研究其旁系同源物或同工型的特定位置和功能非常重要，对于其多种生物学功能的揭示具有重要意义。

鉴于hnRNP对基因调控发挥重要作用，多种hnRNP蛋白被证实在不同类型恶性肿瘤中表达上调，其中与hnRNP A1、hnRNP A2/B1、hnRNP B1、hnRNP E1、hnRNP E2、hnRNP K、hnRNP F、hnRNP L的相关研究居多。Li等[14]基于第二代基因测序数据，系统分析了33种恶性肿瘤中hnRNP基因的分子改变和临床相关性，结果发现hnRNP A1和hnRNP A/B在大多数肿瘤中高表达，hnRNP M、hnRNP UL1和hnRNP L的突变频率较高，而hnRNP A2/B1显示在各种恶性肿瘤中存在广泛的拷贝数扩增；同时多种hnRNP，特别是hnRNP F、hnRNP H2、hnRNP U和hnRNP UL1参与了与恶性肿瘤相关的多种途径，包括蛋白质分泌、有丝分裂纺锤体、G2/M检查点、DNA修复、IL–6/JAK/STAT3信号和凝血等。最近有研究发现hnRNP A2/B1还可以激活Snarl诱导EMT，从而促进肝癌转移，当用小干扰RNA沉默EMT因子Snail后，过表达hnRNPs促进肝癌肺转移的能力明显减弱[15]。但宋丽等[16]发现，hnRNP E1可通过抑制人乳头瘤病毒16型E6基因的转录与翻译，导致宫颈癌细胞的凋亡，由此他们认为hnRNP E1有作为宫颈癌治疗靶点的潜力。

2 hnRNP A3的结构和功能

hnRNP A3是hnRNP A/B家族成员，是hnRNP核颗粒的关键成分，越来越多的证据表明它在RNA代谢中发挥着与以往成员不同的作用[17]。它与同源框C8（homeobox C8，HOXC8）基因的调控区相互作用，是一种新型的RNA转运反应元件结合蛋白[18]。该蛋白可以直接与hnRNP A2反应元件（A2 response element，A2RE）结合，并不一定通过与RNA– hnRNP A2复合物间接与A2RE结合。hnRNP A3在细胞质RNA转运中的作用可能与hnRNP A2相似，因为其在组织中与hnRNP A2共定位[19]。需要指出的是，大脑是发现过表达hnRNP A3a的唯一组织。

hnRNP A3亚型（A3a和A3b）均能与免疫选择的hnRNP和信使核糖核蛋白（messenger ribonucleoprotein，mRNP）复合物稳定结合。hnRNP A3辅助结构域在人细胞提取物的拉下实验测定中显示了独特的能力，其在hnRNP A/B蛋白以及其他hnRNP相互作用的网络形成中举足轻重[20]。

除此之外，hnRNP A3在体内与染色体的端粒紧密相关，可作为维持端粒长度的负向调节剂[21]；hnRNP A3与单链端粒重复序列的结合可保护该重复序列免受核酸酶的攻击，并在体外抑制端粒酶反应及DNA合成，其在端粒重复序列的稳定性维持过程中具有重要的生物学作用。同时，最新研究证实，hnRNP A3在人胚胎干细胞的多能性维持过程中扮演重要角色，其可与多种影响出核的蛋白相互结合，由此达到调控干细胞多能性的目的[22]。

3 hnRNP A3在疾病中的异常表达情况

3.1 hnRNP A3在恶性肿瘤的发生、发展中发挥重要作用

hnRNP是负责包装和稳定新转录的pre–mRNA的核糖核蛋白，具有多样性和复杂性，其在细胞核酸代谢中发挥非常关键的作用。hnRNP的异常表达在多种类型的恶性肿瘤中均有报道，特别是在肿瘤干细胞中也显著上调[23-25]，并且有多项研究证实hnRNP A3对于肿瘤的发生和发展起着重要作用。

2010年，Boukakis等[26]通过研究hnRNP A/B在肺癌中的表达模式改变及其作为早期诊断分子标志物的潜力时，发现hnRNP A/B的解偶联除了脱钩外，hnRNP A1是失调发生率最高的蛋白（76%），其次是hnRNP A3（52%），hnRNP A3的存在及其独特的机制使其在非小细胞肺癌（non–small cell lung cancer，NSCLC）中发挥重要作用。2011年，Shi等[27]通过激光捕获显微切割和二维差异凝胶电泳技术对晚期结直肠癌（colorectal cancer，CRC）进行蛋白质组学分析，发现hnRNP I及hnRNP A3等在CRC中表达显著上调，提示它们与结直肠癌的发展存在密切关联。2014年，Romero–Garcia等[28]发现肿瘤微环境的自然变化对hnRNP的转录反应有影响，其中hnRNP A3转录水平最为恒定。2018年，Mishra等[29]通过研究人载脂蛋白B–mRNA编辑酶复合物3B（apolipoprotein B mRNA editing enzyme catalytic polypeptide like 3B，APOBEC3B）与癌细胞中的hnRNP A3相互作用，发现hnRNP A3b与hnRNP A3发生了特异性相互作用，并且两者是共定位的；在正在发展的肿瘤中，hnRNP A3的上调和激活会引起意想不到的突变簇，从而促进恶性肿瘤的发展。2020年，Ren等[30]发现hnRNP A3的表达可用于区分高度异型增生结节（high–grade dysplastic nodules，HGDN）和早期肝细胞癌（early hepatocelluar carcinoma，eHCC），特别是与磷脂酰肌醇蛋白聚糖3（glypican 3，GPC3）联合检测时，其诊断特异性高达100%；此外，hnRNP A3表达与肝癌的分化有关，高表达水平的hnRNP A3与肝癌患者的低存活率相关。这些研究表明，hnRNP A3有作为鉴别诊断HGDN和eHCC生物标志物的潜力。2020年，Wang等[31]发现与表皮生长因子受体（epithelial growth factor receptor，EGFR）相互作用的hnRNP A3可以调节核EGFR的积累，hnRNP A3的下调减少了EGFR的核积累，进而伴随着体内外肿瘤生长能力的降低。最新的研究显示，hnRNP A3高表达与膀胱癌淋巴结转移呈显著正相关（P=0.014），同时显著影响疾病进展和恶性肿瘤特异性死亡率（P=0.013、0.006）[32]。

3.2 hnRNP A3与神经性疾病存在特定关系

目前有多项研究证实，某些神经退行性疾病如额颞叶变性（frontotemporal lobe degeneration，FTLD）会改变人的行为、性格和语言。hnRNP维持RNA代谢，研究发现该家族中多个成员是神经发育障碍的关键基因[12]，其功能的变化可能是FTLD发病的基础。

2013年，Mori等[33]发现hnRNP A3与GGGGCC（G4C2）重复序列结合，是9号染色体第72个开放阅读框（chromosome 9 open reading frame 72，C9orf72）基因突变患者海马中自噬标记蛋白p62阳性/反式激活反应–DNA结合蛋白（TAR DNA–binding protein 43，TDP43）阴性包涵体的组成部分。G4C2六核苷酸重复扩增（hexanucleotide repeat expansion，HRE）在C9orf72基因调控区内，该基因的变异是家族性肌萎缩性侧索硬化（familial amyotrophic lateral sclerosis，FALS）的最常见原因，也是FTLD的第2常见原因。hnRNP A3在C9orf72突变患者的海马中形成了神经元胞质和核内包涵体，进而影响患者额颞叶变性。2017年，Davidson等[34]在研究FTLD以及某些相关的神经退行性疾病时，发现hnRNP A3和二肽重复蛋白（dipeptide repeat protein，DPR）之间存在特定的关系（如形成包涵体），而不是将hnRNP A3蛋白简单地被动募集到蛋白聚集体中。2021年，Nihei等[35]发现在C9orf72突变患者的齿状回中，较低的核hnRNP A3水平与DNA损伤增加有关。除此之外，Ou等[36]发现hnRNP A3在神经祖细胞分裂中发挥关键作用，hnRNP A3的下调引发染色体紊乱，阻碍了神经祖细胞分裂过程中染色体的正常分离，导致有丝分裂延迟；同时在人脑类器官中hnRNP A3的下调导致神经祖细胞和深层神经元的显著减少。

3.3 hnRNP A3在自身免疫性疾病中具有重要作用

在之前的研究报道中，已公认hnRNP可作为自身抗原发挥作用，并且它们在一定程度上以疾病特异性方式被患者自身抗体靶向结合[37]。早在2004年有报道指出，在类风湿关节炎、系统性红斑狼疮、混合性结缔组织病和硬皮病等患者身上可检测到hnRNP A3[38]；研究表明，hnRNP A3蛋白质的理化特征和稳定性模式，在系统性人类自身免疫状态的发展中，尤其是在炎性反应组织中，具有重要的功能意义。

4 结束语与展望

hnRNP A3在多种疾病中表达水平异常，特别是与肿瘤和神经退行性疾病关系密切。在某些肿瘤的发展过程中，hnRNP A3的表达与肿瘤的分化呈正相关，hnRNP A3下调能降低肿瘤的生长能力从而提升患者的存活率。而针对神经退行性疾病如FTLD，hnRNP A3主要通过在患者的海马中形成特定包涵体来影响患者的神经系统。但对于其他多种临床疾病，相关潜在机制尚未有探讨，亟须进一步的深入研究。例如新近的研究报道发现，hnRNP A3是FⅨ–AIE RNA（factor Ⅸ–age–related increase element as a stem–loop forming RNA）结合的主要肝核蛋白，该蛋白可能通过尚未确定的表观遗传机制在与年龄相关的基因表达中起关键作用[39]。相信随着人们对于该基因在多种不同疾病中的不断深入研究，hnRNP A3对于人类疾病诊断、治疗、预后等方面的作用将会被逐步揭示。