聚合酶Ⅰ和转录本释放因子：一个具有脂质代谢和免疫微环境重构功能的全新胶质瘤标记物*

崔晓腾 康春生

胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发性肿瘤，其中胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）为世界卫生组织（WHO）4 级胶质瘤，是发病率和死亡率最高的颅内原发恶性肿瘤，以肿瘤异质性高、恶性进展迅速、放化疗不敏感为突出特点。外科手术切除辅以放化疗是目前主要的治疗手段，但患者预后仍不理想，中位生存期一般不超过1.5 年[1]。随着二代测序技术的发展和多种分子生物学研究手段的应用，许多肿瘤标志物相继被鉴定出来，不仅可以作为胶质瘤分子病理分级的关键指标，还可在胶质瘤发生发展、放化疗抵抗等多种肿瘤生物学行为中起到核心调节作用。如异柠檬酸脱氢酶1（IDH1）蛋白，其R132H 是胶质瘤最常见的原癌突变，但由于引起三羧酸循环受阻，能量生成不足，因此该阳性突变的原发胶质瘤符合低级别胶质瘤的特征[2]；又如O6甲基鸟嘌呤DNA 甲基转移酶（O6-methylguanine-DNA methyltransferase，MGMT）基因的启动子甲基化状态，可提示胶质瘤患者对目前一线孤儿化疗药物替莫唑胺的敏感性[3]。

本文所探讨的聚合酶Ⅰ和转录本释放因子（polymerase-1 and transcript release factor，PTRF/Cavin-1）是Cavin 蛋白家族的成员之一，广泛表达于各个组织细胞，在不同的物种中具有高度保守性。PTRF/Cavin-1 最初作为RNA 聚合酶Ⅰ的调节子被鉴定，可通过影响转录终止作用促进rRNA 的生物合成[4]，后发现其可与细胞膜内表面定位的小凹蛋白家族（caveolin，CAV）结合[5]，在细胞内吞和外分泌、细胞增殖代谢等多种生理病理过程中发挥重要作用。本文从结构特征和分子互作的角度，系统梳理PTRF/Cavin-1 在胶质瘤研究中的一系列研究成果，明确其在GBM 发生发展中的多面作用，有助于探索针对PTRF/Cavin-1 的胶质瘤靶向干预策略。

1 PTRF/Cavin-1 的结构和功能

蛋白质构象是其发挥生理功能的结构基础。人类PTRF/Cavin-1 基因位于17 号染色体q21.2，编码含有310 个氨基酸的蛋白质。随着蛋白三维构象分析手段的进步，PTRF/Cavin-1 蛋白结构逐渐清晰。目前研究表明，PTRF/Cavin-1 含有3 个亮氨酸拉链结构域、2 个核定位信号和1 个出核信号，为PTRF/Cavin-1与其他蛋白相互作用以及全细胞的分布特征奠定了结构基础。本课题组[6]通过计算机同源建模获得PTRF/Cavin-1 蛋白的高级结构模型，二级结构多为α 螺旋和环状结构，且包含长链螺旋结构，该结构可促使PTRF/Cavin-1 形成三聚体，以及促进其与Cavin 蛋白家族其他成员（Cavin-2 和Cavin-3 蛋白）的相互作用；残基分析发现PTRF/Cavin-1 中含有大量亲水性残基，显示出高亲水性；对PTRF/Cavin-1 三聚体蛋白进行结构分析发现，3 个单体之间相互缠绕呈“拧麻花状”，其N 端互作区域可形成一个带负电的远螯腔，深度为25.5 Å，3 个爪颚之间的间隙宽度分别为60.0 Å、52.1 Å和35.0 Å。这种结构使得小凹蛋白CAV1 蛋白带正电的N 端可以完全嵌入PTRF/Cavin-1 三聚体远螯腔中，残基相互形成强大氢键（长度为1.7～2.7 Å，键角范围为96.4°～159.0°），静电表面的完美匹配也稳定了结合构象；在PTRF/Cavin-1 蛋白N 端人为融合1 个TAT 短肽，即可改变其N 端构象和带电性，同样影响三聚体N 端远螯腔的形成和深度，阻碍其与CAV1 蛋白的结合。综上所述，正确折叠的PTRF/Cavin-1 蛋白对形成三聚体发挥正常蛋白功能十分关键。

1998 年Jansa 等[4]首次克隆出PTRF/Cavin-1 蛋白，并证实其参与rRNA 的转录终止过程。RNA 聚合酶Ⅰ的转录终止需要两步，首先是转录复合物停止延伸，然后是rRNA 前体从转录复合物中解离释放。PTRF/Cavin-1 可与RNA 聚合酶Ⅰ和转录终止因子TTF-1 结合，促进停止延伸的转录复合物发生解离。有报道提示，PTRF/Cavin-1 还与基因转录中RNA 聚合酶Ⅰ的再起始有关，调节rRNA 合成效率，且该过程中PTRF/Cavin-1 可能存在多个位点的磷酸化修饰[7]。

细胞小凹是细胞膜上内陷的直径为60～80 nm的凹点，与细胞内吞、脂质调节、信号转导等有关。小凹形成所需的核心组分包括小凹蛋白家族（主要是CAV1）和Cavin 蛋白家族（PTRF/Cavin-1 为必需组分）[8]。CAV1 蛋白经由内质网合成-高尔基体加工后定位在细胞膜内表面，细胞质中的PTRF/Cavin-1 蛋白形成三聚体与之结合并定位于细胞膜上，从而形成细胞小凹。Hill 等[5]通过蛋白质组学手段探明PTRF/Cavin-1 仅可结合细胞膜上成熟的CAV1 蛋白。PTRF/Cavin-1 缺失可导致细胞小凹数量显著减少，且膜上CAV1 呈现边缘移动并加速溶酶体降解[9]。同年类似研究发现过表达PTRF/Cavin-1 蛋白可引起细胞小凹增多[10]。

PTRF/Cavin-1 突变/缺失可引起一系列病理性改变，导致疾病发生。2009 年Hayashi 等[11]报道PTRF/Cavin-1 与先天性全身性脂肪营养不良的关系。其发现5 例患者均具有PTRF/Cavin-1 基因突变[c.696_697 insC（p.K233fs），c.525delG（p.E176fs）]，临床表现为肌肉过度增生、肌肉隆起、轻度代谢并发症和血清肌酸激酶水平升高，骨骼肌活检提示慢性营养不良。Rajab 等[12]对8 例患有先天性全身性脂肪营养不良患者进行研究，发现PTRF/Cavin-1 存在纯合突变（c.160delG，c.362dupT），临床表现为长QT 综合征、心动过缓、室上性心动过速和室性心动过速等病理特征，以及骨形成受损和骨质疏松。建立基因敲除小鼠便于深入探究该蛋白的多种潜在功能。有研究对PTRF/Cavin-1 敲除鼠进行分析，发现其展现出许多病理生理学变化和表现，包括骨骼肌等的细胞小凹水平显著下降，游离脂肪酸、血清甘油三酯和胰岛素水平升高，葡萄糖耐受不良，肺脏炎症细胞浸润增加等[13]。

综上所述，PTRF/Cavin-1 表达与CAV1 在细胞膜上的正确定位对于细胞小凹的形成至关重要，提示PTRF/Cavin-1 与全身脂质代谢有显著关系。

2 PTRF/Cavin-1 在胶质瘤预后评判中的作用

根据2021 年中枢神经系统肿瘤分类标准，低级别胶质瘤主要包括星形细胞瘤、少突胶质细胞瘤等，伴有IDH 突变、1p19q 联合缺失等基因组特征；高级别胶质瘤即GBM，其IDH 为野生型，多伴有TERT启动子突变、7 号染色体扩增联合10 号染色体缺失等[14]。基于染色体和基因表达差异，GBM 可分为经典型、间质细胞型、前神经元型等不同亚型，其中以间质细胞型的恶性程度最高，患者预后最差。

多项研究表明，PTRF/Cavin-1 的表达水平可提示患者胶质瘤级别。Huang 等[15]通过比较CGGA、TCGA数据库中收录的胶质瘤患者测序数据和胶质瘤组织芯片染色，发现PTRF/Cavin-1 的mRNA 和蛋白水平随着胶质瘤WHO 级别上升而升高，在GBM 间质细胞型中表达最高，高表达PTRF/Cavin-1 提示胶质瘤患者生存期显著缩短；又通过实验证实PTRF/Cavin-1受EGFRvⅢ-PI3K-AKT 通路调控，其表达水平与外泌体标志基因CD63 的表达呈显著相关，肿瘤样本和血清外泌体中的二者比值可作为胶质瘤患者诊断和评判预后的生物标记物，高级别胶质瘤患者肿瘤组织和血清中的比值均显著高于低级别胶质瘤。随后，有研究支持并补充上述结论，不仅确定了PTRF/Cavin-1在预测GBM 患者预后的临床价值，还发现接受放疗的患者中PTRF/Cavin-1 低表达与生存期延长有关，并确定了PTRF/Cavin-1 可促进GBM 血管生成和肿瘤免疫紊乱[16]。

3 PTRF/Cavin-1 促进GBM 增殖和免疫微环境重塑的分子机制

肿瘤生长在一个复杂的环境中，包括原发组织的细胞、代谢、免疫等均与肿瘤发生相互影响。胶质瘤处于人体为数不多的免疫豁免器官，其微环境是肿瘤细胞与颅内固有免疫细胞小胶质细胞、浸润的巨噬细胞、淋巴细胞、自然杀伤细胞、血管内皮细胞、成纤维细胞等细胞组分和细胞外基质、趋化因子等物质交互调控形成的高度免疫抑制的环境[17]。肿瘤细胞会“教育”周围其他细胞，使之形成更加利于生长和转移的微环境。Wang 等[6]发现GBM 中PTRF/Cavin-1 与CAV1结合，增强GBM 细胞外囊泡的合成分泌和摄取，促进GBM 增殖；同时发现PTRF/Cavin-1 驱使的旺盛外分泌可导致小胶质细胞活化和募集。GBM 的高侵袭性是其预后不良的一个关键因素，有研究报道GBM中PTRF/Cavin-1 和CAV1 的表达水平均较正常组织显著升高，且与尿激酶型纤溶酶原激活物（urokinasetype plasminogen activator，uPA）和明胶酶的表达呈正相关；并发现高表达PTRF/Cavin-1 和CAV1 的GBM细胞（即细胞小凹形成旺盛的肿瘤细胞）可表达更多uPA、基质金属蛋白酶2 和基质金属蛋白酶9，且较PTRF/Cavin-1 和CAV1 相对低表达的GBM 细胞（即细胞小凹形成缺陷的肿瘤细胞）更具侵袭性[18]。随后深入研究发现，高表达PTRF/Cavin-1 的GBM 细胞在渗透压作用下可增强基质蛋白酶等的表达分泌，增加GBM 侵袭能力以对抗渗透压力[19]。上述结果表明，PTRF/Cavin-1 可通过细胞小凹促进GBM 恶性行为，重塑GBM 微环境。

代谢重编程为肿瘤提供了充足的能量，以支持其恶性生长以及重塑免疫微环境。作为细胞磷脂代谢的关键调控因子，PTRF/Cavin-1 在GBM 发生发展中发挥了重要作用[20]。机制方面，PTRF/Cavin-1 可通过降低胞质磷脂酶A2（cytoplasmic phospholipase A2，cPLA2）泛素化进而稳定其蛋白水平和酶活性，促进磷脂酰胆碱水解为溶血磷脂酰胆碱以增加胞内游离脂肪酸水平，促进线粒体β 氧化和ATP 生成；同时PTRF/Cavin-1-cPLA2 导致的细胞脂质重塑可增加细胞膜流动性，提高GBM 细胞内吞能力；ATP 不仅可以为GBM 增殖提供能量，还可释放到肿瘤间隙，通过CD73 和CD39 水解为腺苷以抑制CD8+T 细胞的肿瘤杀伤能力，促进GBM 生长和免疫逃逸[20]。

RNA 结合蛋白通过与靶RNA 相互作用在转录后水平调节基因表达。Wang 等[21]分析TCGA、CGGA等数据库中GBM 样本的RNA 测序数据，构建加权基因共表达网络，鉴定出8 个与GBM 患者预后相关的RNA 结合蛋白，并进一步实验证实2 个蛋白可作为GBM 预后标志物，其中就包括PTRF/Cavin-1。随后，本课题组研究证实PTRF/Cavin-1 的RNA 结合作用，发现其可结合并稳定LncRNA NEAT1，通过激活NF-κB 信号通路来促进GBM 细胞PD-L1 的表达和蛋白膜定位，引起GBM 免疫逃逸[22]。

胶质瘤处于颅内，一般药物难以透过血脑屏障到达瘤内，目前临床一线化疗药物仅有替莫唑胺[23]。有研究通过对比GBM 耐药细胞株和敏感株的蛋白表达变化，发现PTRF/Cavin-1 在耐药株中显著高表达，敲低PTRF/Cavin-1 可增强耐药株对包括替莫唑胺在内的多种化疗药物的敏感性，并降低CAV1 的表达水平，提示PTRF/Cavin-1 与GBM 化疗耐药有关[24]。

4 结语与展望

从1998 年发现并开始首次克隆，针对PTRF/Cavin-1 蛋白的研究从未停止。多年的研究积累，使学者对PTRF/Cavin-1 的功能愈发了解。除本文综述的PTRF/Cavin-1 在GBM 发生发展中的重要作用之外，其还与葡萄糖摄取、细胞膜修复、细胞衰老等多个生理病理过程有关[9]，在干细胞[25]和其他肿瘤中也多有报道[26-29]。在胶质瘤中，PTRF/Cavin-1 不仅可作为提示预后的标志物，还通过与CAV1 互相作用来促进胶质瘤内吞和外分泌，上调外基质蛋白表达以增加胶质瘤侵袭性，调节胶质瘤脂质代谢和PD-L1 水平来促进免疫逃逸，并与胶质瘤化疗耐药相关。本研究有理由相信，PTRF/Cavin-1尚有很多未发现的功能，其在胶质瘤中的作用也不止如此。因此，靶向PTRF/Cavin-1 有望通过阻断多条通路，从肿瘤增殖、肿瘤代谢、肿瘤免疫、肿瘤耐药等多角度抑制胶质瘤恶性行为，增强替莫唑胺敏感性。