董旭 ,王超 ,周逢海
1 甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院,蘭州730000;2 甘肅省人民醫(yī)院泌尿外科
自噬是一種進化上保守的細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)機制,是自噬體與溶酶體或液泡融合來降解細胞內(nèi)的組分,以達到維持細胞內(nèi)正常生理活動及穩(wěn)態(tài)的一種細胞代謝過程,其關鍵作用是在代謝和細胞生存環(huán)境的壓力下保護細胞[1]。然而,自噬也可以導致細胞死亡。因此,自噬被稱為調(diào)控細胞生存與死亡的關鍵因素[2]。近年來研究顯示,自噬與腫瘤的發(fā)展密切相關,關于自噬是否促進或抑制癌細胞的生長仍存在爭議。自噬體形成是自噬過程中一個非常重要的步驟,由各種自噬相關基因(ATG)進行微調(diào)[3]。目前,已經(jīng)在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)了 30 多種 ATG[4]。人抗原R(HuR)是胚胎致死異常視覺(ELAV)家族的一員,屬于RNA 結(jié)合蛋白(RBP),在自噬體的形成過程中發(fā)揮重要作用[3]。本文對HuR的生物學作用及其調(diào)控自噬的相關機制作一綜述,希望能為針對自噬的臨床靶向治療提供理論依據(jù)。
HuR 是最初在果蠅中發(fā)現(xiàn)的ELAV 家族中的一種RBP,含有3 個RNA 識別基序(RRM)。HuR 通過轉(zhuǎn)錄后機制與靶mRNA 未翻譯區(qū)(UTR)中富含AU的元素(ARE)結(jié)合,參與調(diào)控基因表達,影響靶區(qū)mRNA 的穩(wěn)定性或翻譯[5]。HuR 廣泛表達,可通過調(diào)節(jié)細胞增殖、遷移、存活、死亡和自噬,在免疫反應、血管生成、轉(zhuǎn)移和癌癥進展等過程中發(fā)揮作用[6]。
在生理狀態(tài)下,HuR 主要存在于細胞核內(nèi),受到細胞外刺激(如應激等)后,從細胞核穿梭到細胞質(zhì),維持所結(jié)合 mRNA 穩(wěn)定,并促進 mRNA 翻譯[7]。對于HuR 的核穿梭機制,目前發(fā)現(xiàn)至少有3 種信號通路與其有關,第一種是p38 絲裂原活化蛋白激酶(p38/MAPK)通路,第二種是蛋白激酶C(PKC)通路,第三種是AMP 激活激酶(AMPK)通路[8-10]。HuR可通過磷酸化、甲基化、乙酰化、泛素化等途徑活化,從細胞核穿梭到細胞質(zhì)后,通過與靶向mRNA結(jié)合,穩(wěn)定靶向mRNA結(jié)構,并促進相應蛋白翻譯,從而在疾病發(fā)展中發(fā)揮作用[11]。HuR 可以與某些促進腫瘤進展的細胞因子靶mRNA 穩(wěn)定結(jié)合,進而導致腫瘤細胞內(nèi)促癌因子在核質(zhì)中異常分布。因此,抑制HuR核穿梭可能是治療腫瘤的一種潛在手段。
2.1 調(diào)節(jié)聚泛素結(jié)合蛋白(p62)表達 p62 也被稱為多聚體1(SQSTM1),是一種多功能銜接蛋白,是自噬的選擇性底物。在完整的自噬過程中,p62/SQSTM1 具有一個短的LC3 相互作用區(qū)域(LIR),該區(qū)域促進了其與LC3 的直接相互作用,并導致p62被自噬特異性降解。由于缺陷性自噬是人類腫瘤中一種常見的p62 上調(diào)機制,因此,p62 已被視為抑制自噬或自噬降解缺陷的標志物[12]。
在許多神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生、發(fā)展中,均存在RNA 結(jié)合蛋白失調(diào)和自噬/蛋白酶體途徑中蛋白表達改變,如年齡相關性黃斑變性(AMD)等。p62/SQSTM1 是一種參與自噬和蛋白酶體介導的蛋白質(zhì)水解的應激反應基因,在AMD 的發(fā)生中發(fā)揮重要作用[13]。HuR 是轉(zhuǎn)錄后因子,可在轉(zhuǎn)錄后水平上影響p62 表達[14]。VIIRI 等[13]研究發(fā)現(xiàn),在蛋白酶體抑制劑 MG-132 的作用下,HuR 在 mRNA 和蛋白質(zhì)水平上表達均上調(diào),并且該蛋白質(zhì)結(jié)合并轉(zhuǎn)錄后可調(diào)節(jié)人視網(wǎng)膜色素上皮細胞系(ARPE-19)中的SQSTM1/p62 mRNA 表達;此外,蛋白酶體抑制作用可導致SQSTM1/p62 不可逆地與核周蛋白聚集體結(jié)合。由此可見,p62 mRNA 可作為HuR 的一種靶標,并對蛋白酶體抑制的細胞應答進行正向調(diào)節(jié)。另外,PASCALE 等[15]發(fā)現(xiàn),HuR 作為一種上游的調(diào)節(jié)器,可調(diào)節(jié)p62 在ARPE-19 中的表達,并且調(diào)節(jié)自噬相關基因,可作為AMD 的潛在治療靶點。因此,HuR 的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制可作為一種調(diào)節(jié)蛋白酶體抑制細胞效應的靶標,同時也可通過調(diào)節(jié)p62 表達而調(diào)控自噬相關基因表達,在許多神經(jīng)退行性病變中發(fā)揮重要作用。
2.2 調(diào)控自噬相關蛋白Beclin1表達 Beclin1是參與自噬體早期成核的關鍵基因,可參與誘導植物、黏菌、線蟲、果蠅、小鼠以及人類細胞中的自噬過程,同時,Beclin1 表達和相互作用是自噬過程所必需的,其在內(nèi)吞運輸、吞噬、控制細胞質(zhì)分裂等方面均發(fā)揮重要作用[16]。因此,自噬相關基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控網(wǎng)絡在不同的生理條件下,以及與疾病相關的應激條件下,對自噬均有顯著影響,尤其是RBP 介導的自噬調(diào)節(jié)機制。
DE 等[16]探討了乳腺癌細胞系 MCF-7 在血清饑餓狀態(tài)下的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制,該研究通過RNA 親和層析和共沉淀實驗證實HuR 可與Beclin1 mRNA 的3'-UTR 結(jié)合,在細胞質(zhì)轉(zhuǎn)位后HuR 可通過增強Beclin1 mRNA 與多聚體的結(jié)合來促進Beclin1 蛋白合成,以應對血清饑餓;同時該研究也發(fā)現(xiàn),HuR 部分沉默可導致Beclin1 在mRNA 和蛋白質(zhì)水平上的表達降低,進而降低饑餓誘導的自噬通量。由此可見,HuR 與Beclin1的相互作用參與調(diào)節(jié)乳腺癌細胞系MCF-7 血清饑餓誘導的自噬。該結(jié)論在三陰性乳腺癌細胞系MDA-MB-231、前列腺癌細胞系PC-3中也得到了驗證。ZHANG等[17]研究顯示,ELAVL1/HuR 通 過 與 BECN1/Beclin1 mRNA 3′-UTR 內(nèi) 富 含AU 的元素結(jié)合,從而促進自噬激活,在調(diào)節(jié)肝纖維化的鐵死亡過程中具有至關重要的作用。由此可見,HuR 在轉(zhuǎn)錄后水平上微調(diào)Beclin1基因表達是一些細胞自噬的關鍵調(diào)節(jié)機制之一,通過針對相關分子機制和信號通路的深入研究,有望為自噬相關疾病的治療提供新靶點。
2.3 調(diào)節(jié)自噬相關蛋白表達 自噬體的形成是自噬過程中的重要步驟,ATG 是其主要的調(diào)節(jié)因子,在自噬體的起始、延伸和接合過程中起著至關重要的作用[18];同時,ATG 的翻譯后修飾,包括磷酸化、泛素化、蘇木?;?、乙?;蚈-GlcNAc 糖基化修飾等,均參與了自噬的動態(tài)調(diào)節(jié)[3]。HuR 作為一種多功能的基因調(diào)控因子,具有顯著的轉(zhuǎn)錄后和翻譯調(diào)控功能,在自噬體的形成中同樣具有重要作用[11]。
HuR 可以通過調(diào)節(jié)SQSTM1/p62 來影響細胞自噬活性。PALANISAMY 等[19]研究發(fā)現(xiàn),人腎小管上皮細胞HK-2 在缺氧條件下可過表達HuR 和自噬相關基因蛋白,如ATG7、ATG16L1 蛋白和微管結(jié)合蛋白1 輕鏈3Ⅱ(LC3Ⅱ)等;生物信息學預測結(jié)果顯示,HuR 基序可以分別與 ATG7、ATG16L1 mRNA 3′-UTR 中的富 AU 元素特異性結(jié)合;RNA 免疫沉淀結(jié)果顯示,缺氧條件下HuR 主要與ATG7 和ATG16L1 的 mRNA 結(jié)合;另外,HuR 可以通過調(diào)節(jié)LC3Ⅱ表達來促進自噬體形成。由此可見,HuR 可通過促進ATG7、ATG16L1 表達上調(diào)和自噬體形成來調(diào)節(jié)缺氧誘導的自噬。JI 等[3]研究顯示,HuR 可以促進ATG5、ATG12 mRNA 的翻譯,是自噬體形成過程中的中樞調(diào)節(jié)因子,HuR 和ATG 蛋白表達升高可能參與了肝癌細胞自噬的失活。因此,HuR 可通過促進ATG 蛋白表達而促進自噬體的形成,在自噬失調(diào)或平衡轉(zhuǎn)移至凋亡過程中發(fā)揮重要作用。
2.4 調(diào)節(jié)特化分泌細胞(Paneth 細胞)功能 Paneth細胞是一種特殊的腸上皮細胞,可以保護宿主免受腸道病原體的侵害,對維持腸上皮細胞的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)至關重要[20]。同時,Paneth 細胞可通過自噬機制分泌溶菌酶來限制腸道細菌感染,其分泌性自噬機制的破壞會損害黏膜防御,導致相關疾病的發(fā)生[21]。
HuR 是最突出的翻譯和轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)RBP 之一,已成為腸上皮代謝的主要轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子[22],但其對于Paneth 細胞的調(diào)節(jié)作用尚不完全明確。XIAO等[23]研 究 表 明 ,HuR 可 通 過 維 持 Toll 樣 受 體 2(TLR2)在腸上皮細胞的頂面分布而增強細胞自噬活性,且HuR 可通過改變內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白(PRAT4A)的表達來調(diào)節(jié)TLR2 的亞細胞運輸;該研究進一步觀察了HuR 通過控制TLR2 信號通路在調(diào)節(jié)Paneth 細胞功能中的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HuR 通過轉(zhuǎn)錄后控制伴侶蛋白CNPY3 的表達,來調(diào)節(jié)腸上皮細胞中TLR2 的細胞表面轉(zhuǎn)運;該研究同時發(fā)現(xiàn),HuR可通過編碼區(qū)域(CRs)直接與Cnpy3 mRNA 相互作用,從而提高其穩(wěn)定性和穩(wěn)定性翻譯。以上發(fā)現(xiàn)將RBP-HuR 與Paneth 細胞的分泌自噬聯(lián)系起來,并揭示了HuR/CNPY3/TLR2 軸在腸上皮穩(wěn)態(tài)中的關鍵作用,進而影響?zhàn)ひ貉装Y相關疾病的發(fā)生發(fā)展。XIAO 等[23]研究還發(fā)現(xiàn),CNPY3 mRNA 是 HuR 的一個新靶點,HuR 與CNPY3 mRNA 的結(jié)合增加了CNPY3 mRNA的穩(wěn)定性和翻譯。
炎癥性腸病(IBD)患者的腸道炎癥和損傷/糜爛表現(xiàn)為HuR 表達下降和Paneth 細胞缺陷。據(jù)報道,黏液炎癥相關疾病患者中普遍存在Paneth 細胞缺陷和自噬基因(如ATG16L1、ATG5 和ATG7)表達失活[24-26],另外,有研究在腸易激綜合征患者的腸上皮中觀察到的腸上皮細胞異常與IBD 患者相似[26],提示HuR 可以用于干預、保護患有嚴重黏膜炎癥或嚴重外科疾病患者的腸上皮完整性,是一個很有希望的治療靶點。
2.5 與長鏈非編碼RNA(lncRNA)相互作用 lncRNA 是真核細胞RNA 調(diào)節(jié)因子,參與調(diào)控基因表達[27]。研究表明,lncRNA 可通過轉(zhuǎn)錄和翻譯調(diào)節(jié)細胞過程,是疾病發(fā)病機制的調(diào)節(jié)器[28-29]。lncRNA 是自噬的調(diào)節(jié)因子,其在鄰近基因表達、蛋白質(zhì)激活和定位等過程中均具有重要的調(diào)節(jié)作用[30-31]。此外,lncRNA 在腫瘤相關的細胞凋亡、自噬和腫瘤轉(zhuǎn)移中也具有重要的調(diào)節(jié)作用[32-33]。肺腺癌轉(zhuǎn)移相關轉(zhuǎn)錄本1(MALAT1)是與肺腺癌轉(zhuǎn)移相關的lncRNA,其在胰腺癌、肝細胞癌、前列腺癌和其他惡性腫瘤中均呈高表達[34]。然而,MALAT1 發(fā)揮促癌作用的分子機制仍不明確。LI 等[31]研究發(fā)現(xiàn),MALAT1 在一些疾病中高表達,并且其過度表達與患者預后較差有關。另外,MALAT1 與LC3b mRNA 表達呈正相關關系,在MALAT1 下調(diào)后一些參與細胞自噬通量的分子表達也發(fā)生變化,包括LC3、p62和LAMP-2。
LI等[31]研究發(fā)現(xiàn),MALAT1可與HuR相互作用,而沉默MALAT1 可顯著增強T 細胞內(nèi)抗原1(TIA-1)的轉(zhuǎn)錄后翻譯,并可進一步抑制自噬作用;該研究推測,MALAT1 可能通過HuR/TIA-1 介導的自噬激活來調(diào)節(jié)腫瘤的發(fā)生,也可能HuR 是細胞質(zhì)中MALAT1 和 TIA-1 之間的內(nèi)源性信使。WANG 等[35]研究發(fā)現(xiàn),lncRNA EGOT 和HuR 在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程中存在功能交互作用。lncRNA 嗜酸性粒細胞個體發(fā)育轉(zhuǎn)錄本(EGOT)被認為是缺氧條件下與自噬相關的lncRNA之一。WANG等[35]研究還發(fā)現(xiàn),在常氧條件下培養(yǎng)的腎細胞HK-2細胞中,HuR可通過增加lncRNA 的穩(wěn)定性而促進EGOT 表達,而在缺氧條件下的腎細胞HK-2 細胞中,HuR 通過結(jié)合并穩(wěn)定ATG7/16L1 mRNA 而抑制EGOT 表達。因此,HuR介導的ATG7/16L1 穩(wěn)定化在缺氧條件時可導致細胞EGOT 表達降低,進而通過自噬體的形成而促進自噬,提示HuR-EGOT-ATG7/16L1 軸對于缺氧誘導的腎小管細胞自噬至關重要。上述研究顯示,MALAT1可能通過自噬的刺激促進癌細胞增殖和轉(zhuǎn)移,在胰腺癌的發(fā)生過程中發(fā)揮原癌基因的作用,同時HuR和EGOT介導的轉(zhuǎn)錄后功能參與了腎小管細胞的自噬調(diào)節(jié),可能為急性腎損傷的靶向治療提供更深入的依據(jù)。由此可見,HuR可以和lncRNA相互作用調(diào)節(jié)細胞自噬,再次證明了其可作為一種潛在的治療靶點。
綜上所述,自噬參與了癌癥、神經(jīng)退行性疾病、自身免疫性疾病、衰老、細胞死亡等生理病理過程,大多情況下自噬是由細胞信號傳導途徑的轉(zhuǎn)導誘導的,同時又許多重要的自噬相關蛋白及其復合物參與,但自噬是一把“雙刃劍”,尤其是在腫瘤中具有雙重作用,能否作為腫瘤的治療靶點仍需繼續(xù)深入研究。HuR 通過轉(zhuǎn)錄后機制調(diào)控自噬相關蛋白表達,從而參與細胞自噬,但是其具體的相關分子機制及信號通路目前仍需深入研究。