洪 亚翟远坤 姬新颖*

1.新乡医学院 第一附属医院,河南 新乡 453000;2.河南大学 口腔医学院,河南 开封 475000;3.河南大学 基础医学院,河南 开封 475000;4.河南省核蛋白基因调控国际联合实验室,河南 开封475000

近年来,全世界肺癌的发病率和死亡率持续升高,每年约有180万的患者确诊为肺癌,约160万例患者死亡,持续升高的病死率,严重威胁人类健康,肺癌的五年生存率不足17%,现已成为全球因肿瘤死亡的主要原因[1-2]。肺癌的发生机制尚不完全清楚,大量研究资料表明,肺癌的发生与吸烟、职业因素、空气污染、电离辐射、遗传和基因改变等因素有关。肺癌在分型上主要可以分为小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)和非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC),其中非小细胞肺癌高达85%,是最为常见的肺癌类型[3]。对于非小细胞肺癌早期多采用手术治疗,五年生存率可达40%,但大多数患者确诊时已处于晚期或已发生了转移,丧失了手术机会。除了手术治疗,非小细胞肺癌还可采用放疗、化疗、介入治疗、生物免疫等治疗方法,但晚期患者五年生存率依然很低[4-5]。因此,对肺癌的早期诊断就变得至关重要,通过寻找新的治疗靶点,将为肺癌的及时治疗提供更多的可能性。

核不均一性核糖核蛋白家族是一类RNA结合蛋白,包含从hnRNP A 到hnRNP U等20多个种类,其中hn RNP A1和hn RNP A2是最为重要的成员,hn RNPA2/B1被认为是非小细胞肺癌重要的肿瘤标志物,通过调控细胞增殖、分化和凋亡等多种功能,参与肺癌、乳腺癌等多种肿瘤的发生和发展[6]。近年来,有关hn RNP在肺癌发生、发展中的研究越来越多,其重要作用也越来越受到重视,但hn RNPs家族的不同成员在肺癌发生中扮演的角色不尽相同,其中hn RNPA2/B1与肺癌发生、发展关系的研究日益增多,应予以重视。

1 hnRNPA2/B1基因结构及生物学特征

1.1 hnRNPA2/B1基因结构

hn RNPA2/B1基因有类似于管家基因启动子的结构,有CCAAT 盒,但不含TATA 盒,且5'端包含可与转录因子结合的元件。hn RNPB1蛋白包含一个特异性的小外显子,只含有36个核苷酸,该外显子可选择性地将hn RNPA2/B1剪切成的hn RNPA2-m RNA和hnRNPB1-m RNA两种,并分别对应hn RNPA2和hn RNPB1两种蛋白质。两种蛋白质结构相似,hnRNPB1分子量是37 k D,而hn RNPA2的分子量是34 k D,且hn RNPB1比hn RNPA2在N末端多了12个氨基酸[7]。由于hnRNPA2和hnRNPB1具有高度同源性,hnRNPB1仅在5'端比hnRNPA2多出一个36 bp的片段,因此,一般认为它们是来自同一基因的变异体。hn RNPA2/B1在人染色体上位于7 p15,长11.3 kb,由12个外显子和11个内含子组成[8]。

1.2 hnRNPA2/B1生物学特征

现有研究表明hn RNPA2/B1很可能参与了胚胎期肺部的发育,因为hn RNPA2/B1蛋白的表达呈现一个动态的过程,在胚胎期随着肺部的生长发育逐渐增高,且保持在较高的水平,然而成人在肺组织内呈现低表达。因此,大家猜测:hnRNPA2/B1很可能是一种癌胚抗原,与肺癌细胞的增殖存在联系[9]。

此外,研究发现hn RNPA2/B1的表达量与肺癌的良恶性分类存在一定的相关性,hnRNPA2/B1在正常及良性组织中几乎不表达或者低表达,而在恶性肿瘤细胞中则出现高表达,且随着恶性程度的增高而表达增强。免疫组化结果显示,hn RNPA2/B1在正常的肺泡组织和支气管组织中呈阴性,而在非小细胞肺癌及非典型增生的肺泡细胞中出现阳性高表达现象[10]。不仅如此,研究还发现在肺癌组织中,随着恶性程度和浸润深度的增加,hn RNPB1的表达量和阳性率也会随之增加,hn RNPB1很有可能与肺癌的恶性程度相关[11]。

2 hnRNPA2/B1与肺癌早期诊断

hnRNPA2/B1在肺癌癌旁组织的表达量要比肿瘤组织的表达低,hn RNPA2/B1的异常表达可见于肺癌早期患者的血液中[12]。有研究表明,对于肺癌早期诊断的敏感性hn RNPA2/B1可达到96%,特异性也可高达82%,随访肺癌患者外周血中hn RNPA2/B1的表达量发现,未复发患者外周血中的表达量明显降低,因此考虑hnRNPA2/B1会影响患者的生存率[13]。此外,除了患者的血液,在患者痰液里也发现有hnRNPA2/B1的表达,对痰液的早期检测同样可以起到预测肿瘤发生的作用[14]。

早在1988年就有报道,采用hnRNP-A2/B1的小鼠单克隆抗体703D4,可以比常规胸部X线或痰细胞形态学提前1～2 a检测到痰脱落上皮中的肺癌细胞[15]。研究还发现肺癌细胞中hn RNPB1蛋白的表达量比hnRNPB2蛋白更多,hnRNPB1具有更高的特异性[16]。不仅仅是肺癌,在乳腺癌等其他肿瘤中也发现hnRNPA2/B1在癌前病变和肿瘤中表达量增加,因此,hn RNPA2/B1也被视为是一种肿瘤相关早期诊断蛋白,越来越成为研究的热点。

此外,Zhou等人发现,hn RNPA2/B1在气道一些癌前病变中高表达,在肺癌及空腔鳞癌的癌前病变中则可检测到hn RNPB1的高表达[15],因此组织细胞中hnRNPA2/B1的高表达很可能提示肿瘤的发生。不过,Zhou等人也发现在一些病例中,hnRNPA2/B1在癌旁组织中的表达也会升高,考虑可能与组织细胞早期出现异常有关系[17]。鉴于hn RNPA2/B1在肺癌早期的表达特点,常常被作为肺癌诊断的一项早期指标,但是目前仍存在诸多问题,比如如何量化hn RNPA2/B1的表达,如何更为精确的诊断,仍然是我们需要继续研究的地方。

3 hnRNPA2/B1参与肺癌的发病机制

3.1 基因改变——微卫星不稳定性

在许多肿瘤细胞中会发生微卫星改变(microsatellite alterations,MA)和杂合性丢失(loss of heterozygosity,LOH)的现象,在肺癌患者的染色体上同样出现了许多MA及LOH现象,这一现象可能是肿瘤发生的初始因子。不管是良性或是恶性细胞,hn RNPA2/B1免疫反应细胞80%以上都会发生MA及LOH现象。hnRNPA2/B1的过表达不仅与MA的发生相关,MA发生的位点数量越多,则越有可能发生hnRNPA2/B1的过表达,此外还发现,位于3P位点的微卫星改变更容易诱发hn RNPA2/B1的过表达,差异具有统计学意义[10]。

研究称在非小细胞肺癌中,当hn RNPA2/B1表达增加时,微卫星不稳定性增加,主要是位于3号染色体短臂上的微卫星会随之改变,而且染色体杂合性也会发生丢失。不仅如此,这种现象还与定位有关,当hn RNPA2/B1阳性出现在核质内时,比其出现在胞核内更容易发生微卫星的改变和染色体杂合性的丢失[18-19]。

3.2 与端粒结合导致肺癌发生

端粒是染色体上的一个非常重要的结构,不仅有助于保持染色体的稳定,而且参与细胞生命周期的调控。有报道称,hn RNPA2/B1可与端粒上的一段序列特异性结合,这种特异性结合可能参与了肿瘤的发生[20]。

越来越多的研究表明,hnRNPA2/B1参与肿瘤发生发展。在肿瘤细胞及生殖细胞等可无限增殖的细胞中,hnRNPA2/B1可调控端粒酶活性,使其处于活跃状态并导致端粒的长度增加。hnRNPA2/B1可作为端粒ssDNA结合蛋白从而促进端粒的延长,因此,有学者将其作为一种端粒酶结合蛋白研究,发现在小鼠体内hnRNPB1可与TTAGGG序列结合并覆盖在端粒ssDNA上,进而可保护端粒酶不受核酶的分解,促进端粒的延长,导致细胞出现无限增殖的现象[21]。

3.3 参与细胞凋亡和增殖

已有多种研究证实hn RNPA2/B1可通过调控相关基因的表达来影响细胞凋亡和增殖。Han等人在研究中发现,当沉默肺癌A549细胞系的hn RNP B1基因后,细胞凋亡增加,同时该研究发现hnRNP B1主要通过影响DNA-PK的活性,调控基因组的稳定性,进而参与肺癌细胞的生长与凋亡过程[22]。

3.4 参与炎症与免疫反应

肿瘤发生发展常会受到微环境变化的影响,免疫反应与炎症均会影响肿瘤所处的微环境,从而影响肿瘤的发生发展。炎症对于肿瘤的发生发展存在抑制和促进的双重作用,炎症过程中产生的细胞因子、生长因子等大量活性物质,可促进机体细胞的增殖、侵袭转移,抑制细胞的凋亡[23];而另一方面,炎症的过程中产生免疫抑制细胞,如T细胞和骨髓抑制细胞等,通过改变肿瘤细胞所处的微环境,促进肿瘤的发生[24]。

有研究表明,hnRNPA2/B1可影响许多炎性因子mRNA的稳定性,调控与肿瘤相关的免疫反应和炎症过程。Tauler等人发现hnRNPA2等多种家族成员,可通过影响GLUT1、肿瘤坏死因子-α、IL-1α等炎症分子的m RNA稳定性,参与到肺癌、慢阻肺等疾病的发生发展过程中[25]。Guo等人发现,在非小细胞肺癌中,hnRNPA2/B1可调节干扰素调节因子-3(Interferon regulatory Factor 3,IRF-3)mRNA前体(pre-mRNA)的选择性剪切过程,这一过程不仅可影响到IRF-3的下游基因,如干扰素β(IFN-β),趋化因子IP-10的表达水平,还可影响相关炎性因子的正常免疫功能[26]。

3.5 EMT现象与肺癌

EMT全称为上皮-间质转换(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT),通常指在诸多因素的影响下,上皮细胞失去自身特性,重新获得迁移和侵袭能力,具备了类似于间质细胞改变的过程。EMT不仅可以在正常生理状态下发生,也可以在受损区域发生,上皮细胞的EMT可促进损伤的修复。EMT通常在胚胎发育中起重要作用[27],而EMT在肿瘤组织中所发挥的作用也越来越受到重视。肿瘤在不断恶化进展的过程中,EMT同样可使肿瘤细胞获得转移和侵袭能力,参与到早期的肿瘤转移过程中,肿瘤细胞从肿瘤组织的原发灶侵入周围组织,并进一步迁移到周围的血管和淋巴管,此外EMT还可使肿瘤细胞避免凋亡[28]。研究发现hn RNP家族成员可通过调控m RNA的剪切,参与到肿瘤细胞的EMT过程中,Tauler等人发现在A549及H1703肺癌细胞系中,hn RNPA2可通过上调钙黏附蛋白E(E-cadherin)的表达促进EMT过程,并向远处发生转移[29]。此外,Choi等人还发现在一些未分化的人胚胎干细胞(human embryonic stem cells,hESCs)中可检测到hn RNPA2高表达,通过敲低hn RNPA2可诱导人胚胎干细胞可出现分化现象,同时出现EMT过程,因此,大家认为hn RNPA2是维持人胚胎干细胞未分化状态以及上皮细胞正常表型的关键因子[30]。

4 结语

肺癌的高发病率和死亡率严重威胁人类健康,也让肺癌的早期诊断变得至关重要。hnRNP家族成员可通过调控细胞增殖、凋亡等多种途径参与肿瘤的发生发展,hnRNPA2/B1作为一种重要的肿瘤相关抗原,在肺癌的发生发展中发挥着重要作用,尤其是其在肺癌早期诊断中扮演的角色值得我们进行更为深入的研究,通过分子诊断技术、传统影像及诊断技术的有机结合,从而为肺癌的早期诊断提供更多可能。目前hn RNPA2/B1的研究仍有许多地方值得完善:譬如进一步量化hnRNPA2/B1的表达,深入探究其与肿瘤发生发展的关系及作用机制,寻找其与其他蛋白、分子的联系和相互作用,为肺癌的预防、诊断、预后提供更为全面的应用前景