刘玉娟 综述；吴海芳，陈玲，傅芬 审校

(1.南昌大学第三附属医院妇产科；2.南昌大学医学院；3.南昌大学第二附属医院妇产科，南昌330000)

hnRNPs 是一大类RNA 结合蛋白(RBPs)，参与核酸代谢各过程。 hnRNPs 具有功能多样性和复杂性，除了参与癌症的发生发展外，还与各种神经退行性疾病， 自身免疫性疾病等密切相关。 现对hnRNPs 家族的结构，功能及其参与的相关疾病做一综述。

1 hnRNPs 家族

核内不均一核糖核蛋白（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNPs） 是一个蛋白超家族，通过特异的结构与pre-mRNA 结合, 形成复合体，参与mRNA 转运、剪切及表达等生理过程。随着研究的深入， 目前发现在人类hnRNP 蛋白有多达42种，黑猩猩44 种。 它们的分子大小和等电点各不相同，分子量大小从34 到120 kDa 不等，依据分子量大小将其命名为hnRNPA1-U。 其中A1、A2、B1、B2、C1、C2 被称做核心蛋白。hnRNPs 分布极为广泛，不仅在脊椎动物细胞中表达，在其他物种体内如植物或酵母中也表达。 hnRNPs 在不同组织中表达水平不同， 在生命的不同时期表达种类也不同[1]。

hnRNPs 一部分定位于细胞核内，不能自由穿梭于质核之间，与前体mRNA 结合形成复合体，在前体mRNA 转运出细胞核之前脱离复合体； 另一部分可以自由穿梭在细胞核与细胞质之间， 它们与前体mRNA 形成复合体以后一直伴随着前体mRNA 通过核孔复合体进入细胞质， 并与其他蛋白如RNA 多聚酶II 等一起完成对前体mRNA 的剪切加工以及修饰， 然后与之解离再返回到细胞核中准备参与下一轮的转运。

2 hnRNPs 结构与功能

2.1 hnRNPs 的结构 hnRNPs 的结构具有类似性（见图1）[1]， 包含RNA 识别基序(RNA recognition motif，RRM)、 准RNA 识 别 基 序 （quasi -RNA recognition motif，qRRM），RGG 盒 （RNA-binding domain consisting of Arg-Gly-Gly repeats，RGG）、 K同源域（KH，K-homology domain），以及一些辅助区域（如富含甘氨酸结构域，富含脯氨酸的结构域和富含酸性的区域）。 在hnRNPs 结构中， 能与RNA结合的区域 （RNA-binding domain ,RBD） 包括RNA 识别基序、RGG 盒和K 同源域。 两个RNA 结合区能形成茎环结构， 是与pre-mRNA 的3′非编码区结合的重要部位，而富含甘氨酸的结构区域在功能上类似于核定位系统。 hnRNPs 家族成员结构上的主要区别在于RNA 结合区的序列组成上，因此RNA 结合区域是决定蛋白功能特异性的主要因素。

图1 主要hnRNPs 结构示意图

2.2 hnRNPs 的功能 hnRNPs 是一大类RNA 结合蛋白， 可以通过其RNA 结合区域与信使RNA 的非编码区结合，在细胞核酸代谢过程中起着重要的作用。

2.2.1 参与选择性剪接 据估计， 多达95%的人类外显子基因发生选择性剪接。选择性剪接是去除内含子和选择性连接外显子的过程， 通过这个过程，使得机体各器官、 组织具有组织特异性以及生物呈现复杂性。 hnRNPs 通过其RNA 结合区域与信使RNA 的非编码区结合，在选择性剪接过程中起着重要作用。比如，选择性剪接HIV-1 mRNA 可增加病毒的编码潜力， 并控制基因表达的水平和时间。 hnRNP H1 可作为剪接增强子， 调节HIV-1 mRNA 的剪接，从而影响HIV 基因表达[2]。 hnRNP H1/F 也可通过对TCF3 的剪接， 在人类多潜能胚胎干细胞的维持和分化中起着至关重要的作用[3]。可见选择性剪接对基因的表达有重要作用。

选择性剪接虽然在mRNA 的调控中起着重要作用，但其在剪接位点的选择机制上比较复杂，具有机制不明。有研究表明[4]，hnRNPG 可以通过两种方式影响剪接位点的选择： 第一种方式是依赖于hnRN PG 的C 末端与剪接调节蛋白结合； 第二方式是通过hnRN PG 的RNA 识别基序与premRNA 在单链构象中富含CCA 的序列结合， 直接影响选择性剪接。

2.2.2 调节端粒酶活性 研究表明，在器官组织中，hnRNP A2 的表达水平与端粒酶活性呈正相关；在细胞内hnRNP A2 蛋白与端粒酶共定位于端粒上，可以使端粒延长,降低表达则使端粒缩短[5]。这些特征说明hnRNP A2 决定了端粒DNA 是否可以得到延长，因此它在调控端粒长度平衡，维持细胞的分裂能力中起着重要作用。 此外，hnRNP U 可特异性结合端粒的G -四联体结合蛋白，介导端粒生物学功能中也具有重要的作用[6]。hnRNP F/H 与hTERC和端粒酶全酶结合，具有调节端粒酶功能，促进细胞增殖[7]，对于肿瘤的发生有重要意义。

2.2.3 参与DNA 损伤修复 hnRNPs 是细胞对电离辐射和其他应激反应的关键调节蛋白，在DNA 损伤修复中发挥重要作用。 Benjamin H[8]发现细胞在遭受电离辐射后，有16 种不同的hnRNP 蛋白表现出mRNA 转录或蛋白质数量的变化， 不同的hnRNP 蛋白表现不同。 hnRNPs 通过蛋白质-蛋白质相互作用和对关键修复因子与应激反应mRNA的转录调控，促进电离辐射后损伤DNA 进行同源重组修复或非同源末端连接进行修复。Hu[9]在奥沙利铂诱导的DNA 双链断裂损伤中发现，hnRNP L通过RNA 识别基序(RRMs)直接与DNA 修复因子53BP1 和BRCA1 结合，促进损伤DNA 的修复，使得奥沙利铂对肿瘤的化疗不敏感甚至导致耐药。

2.2.4 稳定mRNA hnRNPs 具有稳定mRNA 作用。 hnRNPE1 在RNA 稳定性中的起着重要作用，可通过与目标mRNAs 3’非翻译区（3’UTR）富含AU 或U 成分结合， 稳定mRNA 并调节基因表达。hnRNPE1 还可以通过其KH1 结构域与p27kip13’UTR 的结合稳定p27kip1mRNA， 通过增强其降解前的翻译，促进了p27kip1 蛋白的表达[10]。

3 hnRNPs 与相关疾病

3.1 与肿瘤的关系 研究表明hnRNPs 与多种癌症的发生发展密切相关(见表1)，如hnRNPA2/B1在肺癌、肝癌、宫颈癌、乳腺癌和胰腺癌中显著高表达[16-18]，而且已经作为肺癌的早期诊断标志物[39];hnRNPA1 与各种消化道肿瘤的发生发展有关[11-15],hnRNPs 的高表达可以促进癌细胞的增殖、 侵袭、转移，并且会影响患者的预后[21,22]。 此外，还可能通过损伤修复机制参与肿瘤的耐药[9]。

3.2 与神经系统疾病 大多数hnRNP mRNA 转录本经过选择性剪接和翻译后修饰， 以产生大量功能不同的蛋白质， 它们在多种功能中发挥协调作用。 研究表明，hnRNPs 可调控一些神经系统中具有重要功能的基因，一旦出现调控紊乱，必将导致神经系统疾病发生。

3.2.1 hnRNPs 与肌萎缩性脊髓侧索硬化症/额颞叶痴呆(ALS/FTLD) 研究表明,在hnRNPA1 和hnRN PA2/B1 中朊蛋白样结构域中的突变中，导致ALS/FTLD 的发生[40]。 ALS/FTLD 形成RNA 病灶中发现其内含有hnRNP A1、A2/B1、A3、F、H 和K,提示hn RNPA1 和A2/B1 与其他RNA 结合蛋白（RBPs）在胞浆应激颗粒中被隔离， 可导致ALS/FTLD 的发生。

3.2.2 hnRNPs 与脊髓性肌肉萎缩 脊髓性肌肉萎缩(SMA)是一种脊髓运动神经元的细胞死亡导致全系统肌肉萎缩的常染色体隐形遗传病。 运动神经元生存基因(SMN)是SMA 的决定基因。 该基因含有两个高度同源的拷贝， 包括SMN1 和SMN2。它们之间的不同是第7 外显子的C/T 转变，这个转变将导致全长SMN 蛋白的表达降低， 无法挽救SMN1 表达的损失。 在SMN2 基因中，第7 外显子5’端的单核苷酸替换导致外显子跳过，从而导致非功能性SMN 蛋白[41]。

目前发现5 个hnRNPs (A1、G、M、Q 和R)与SMA 相关[41]。 hn RNP G 可与正性修饰剂Tra2-β1形成复合物，从而保留第7 外显子。此外，hnRNP Q可以与第7 外显子单核苷酸替换结合， 从而避免了外显子7 的跳跃性。hnRNP M 通过招募U2AF65来靶向外显子7 上的一个剪接增强子， 从而产生一个完整的转录本。 相反， hnRNP A1 可通过与SMN2 中单核苷酸替换形成的剪接沉默子结合外，还可与SMN1/2 内含子内的区域结合，发挥负性调节作用。

表1 hnRNPs 与肿瘤的关系

3.2.3 hnRNPs 与阿尔茨海默病(AD) 阿尔茨海默病[42]（Alzheimer’s disease，AD）是一种以进行性痴呆为主的中枢神经系统退行性疾病。 研究表明，hnRNPC 与阿尔茨海默病有关[43]，其特征是淀粉样β 蛋白形成的淀粉样蛋白-b 斑块， 这是APP 的切割产物。对APP mRNA 的翻译调控是至关重要的，其序列是脆性X 智力低下蛋白(FMRP)和hnRNPC的靶点。 RBP 具有竞争性， 并逆向影响APP 的翻译。 此外，研究发现[44]，hn RNPA1 也影响AD 的发生， 其主要是其通过对APP 基因的选择性剪接模式来影响，从而这影响了有毒Aβ 肽的产生（Aβ 在AD 脑的淀粉样斑块中积累）。 在细胞培养中，hn RNPA1 的表达降低了全长APP 亚型的水平。 相反地，siRNA 敲除hnRNPA1 导致外显子包涵体增加，Aβ 分泌增加， 因为全长APP 亚型产生更多的Aβ分泌。 这表明hnRNPA1 在保护神经元免受Aβ的神经毒性作用中起着重要作用[45]。此外，AD 患者外显子包涵体升高，脑hn RNPA1 减少；小鼠模型的hnRNPA1 减少，学习和记忆受损。 总之，降低脑hn RNPA/B 水平可能对神经元功能产生有害影响。

3.3 与自身免疫性疾病 早在20 世纪80 年代末，在类风湿关节炎(RA)、系统性红斑狼疮(SLE)和混合结缔组织病(MCTD) 中检测到hnRNP 复合物A和B 蛋白的自身抗体。 在临床实践中，这些自身抗体除了具有诊断价值， 已经开始被认为是更深入了解自身免疫性风湿性疾病（SARD）发病机制的重要工具。 hnRNPA1、A2、B、C、H、I、k 和R 被证明是SARD 中的自身靶抗原[46]。

Katrijn[47]利用Westernblotting 检测106 例对照者和298 例结缔组织病患者血清显示， 在检测的10 种hnRNP 抗 原 的 抗 体（A1、B1、C1、E1、F、H1、Gi、I、K 和P2）中，除hn RNPGi 外，所有被检测的hnRNP 抗原的抗体均高于对照组， 尤其是干燥综合征患者（SS）。 因此，可通过检测血清中的血清中hnRNP 抗原的抗体可以早期对疾病的诊断。 此外，此研究也发现，几种hnRNPs 的抗体与结缔组织病有很强的相关性, 因此, 可通过联合检测多个hnRNP 抗原的抗体提高疾病诊断的准确性和特异性。

3.4 hnRNPs 与其他 hnRNPs 是一组功能强大的家族，除与上述研究较多的肿瘤，自身免疫性疾病以及神经系统疾病密切相关外， 其还与心脏发育相关， 有研究表明hnRNPU 是出生后心脏发育和心脏功能所必需的[48]。在非酒精性脂肪肝炎(NASH)发病机制中， 肝特异性灭活hnRNPU 加重饮食诱导的NASH 的发生，hnRNPU 缺乏可通过刺激T RKB-T1 的表达，促进肝细胞炎症信号传导和应激诱导的细胞死亡[49]。此外，hnRNPs 还影响哺乳动物的活动模式和代谢节律[50]，hnRNPs 重塑染色体结构[51]，hnRNPU 是维持染色质3D 结构所必须的[52]。

最近研究发现，hnRNPs 蛋白是维持干细胞自我更新和多能性及细胞分化的关键因素。hnRNPI 与胚胎干细胞增殖，与神经祖细胞的寿命有关；hnRNPA1 使生殖细胞保持未分化状态；hnRNP A2/B1 维持胚胎干细胞增殖、 多能性；hnRNPU 具有保持胚胎干细胞多能性[53]。

综上所述， 核不均一核糖核蛋白家族功能强大，不仅参与核酸代谢的多种生理功能，其功能失调参与多种疾病的发生发展， 尤其在癌症的研究中是目前的一大热点，值得我们深入探讨。