1[poly(rC)-bindingprotein1,PCBP1]与肿瘤的发生发展密切相关。它是一种相对分子量为38kDa的蛋白,最初在人淋巴细胞cDNA文库中被克隆到[1]。之后发现它在人的骨髓、肝、肺、肾、结肠等组织中也广泛表达。随着研究的深入,PCBP1具有调控多种生物学过程的功能逐渐被揭示:比如从不同水平调控基因的表达,作为铁伴侣转运铁离子,或通过调控microRNA进而影响骨骼肌的分化等[2,3,4,5,6]。此外,大量研究报道PCBP1在多种肿瘤中为低表达,它作为一种可能的肿瘤抑制因子,在肿瘤发生发展或转移中具有重要的作用[7]。但目前关于PCBP1如何精细调控不同生物学过程的具体机制尚未阐明,还需进一步研究。

本文通过重点介绍PCBP1在肿瘤发生、侵袭或转移中的作用机制,以及其与肿瘤干细胞的关系,并总结了它在化疗中的研究现状,旨在为人类肿瘤疾病的治疗及疗效监测等提供可靠的依据。

1、PCBP1的结构与功能

PCBP1属于PCBPs家族的一员,它与该家族其它成员在一级结构上十分相似,即含有三个保守的KH结构域,该结构域可通过与RNA的多聚胞嘧啶区域结合,从而在多种水平上调控基因表达[8]。除了KH结构域,还存在一种核定位信号,能够介导蛋白质从胞浆转运至胞核。此外,PCBP1蛋白不仅表达在细胞核中,也表达在细胞质中,说明它在胞核及胞质中均发挥着一定的作用[9,10]。

PCBP1蛋白通过发挥不同的生物学功能从而调控多种生物学过程。例如,它能够与多个基因的启动子结合来调控基因转录[2],还可作为一种剪切因子进行前体mRNA选择性剪切的调控,进而影响多种蛋白质的编码及其分子构象[11,12,13]。PCBP1在蛋白质翻译的调控中也起关键作用,它可与多种靶标mRNA的内部核糖体进入位点区、5'或3'非翻译区结合来增强或沉默翻译[14,15]。研究报道磷酸化的PCBP1失去了对某些蛋白翻译的调控作用,但仍然可行使它在转录和选择性剪切方面的功能[16,17]。PCBP1还可通过不同方式维持RNA的稳定性[18];或参与铁离子的转运[5],并影响缺氧诱导因子的表达[19];还可参与病毒的复制[20],维持染色体的完整性[21]等。此外,有研究发现PCBP1也参与一些常见疾病的进展,如神经退行性疾病的发生[22],或作为血管内皮细胞自噬和凋亡的调控因子,此发现可为血管性疾病的治疗开辟新的途径[23]。由此可见,PCBP1可参与不同的生物学过程并发挥多种功能,但目前仍存在一些问题,如基因表达等过程具体的调控机制,上下游各存在哪些分子等还需进一步探讨。

2、PCBP1和常见肿瘤的关系

随着环境因素和遗传因素等的改变,肿瘤的发生发展以及治疗等越来越受到人们的关注。大量研究报道PCBP1在人类肿瘤疾病中发挥着关键的作用,它作为一种可能的肿瘤抑制因子,参与多种肿瘤的发生和发展。且在不同的肿瘤中,PCBP1的结合靶标、作用机制等各不相同。例如,甲状腺癌是一种在男性中发病率较高的肿瘤,约占所有内分泌肿瘤的90%～95%[24,25],因此寻找一种可靠有效的治疗靶点非常关键。ZhangMP等[26]报道PCBP1可作为甲状腺癌的负性调控因子,它的表达水平受到甲状腺癌组织中高表达的miR-490-3p的抑制。随后研究者们根据PCBP1mRNA和miR-490-3p的表达水平将甲状腺癌患者分为两组:第一组为PCBP1mRNA高表达,而miR-490-3p低表达;第二组为PCBP1mRNA低表达,而miR-490-3p高表达。结果发现第二组中PCBP1mRNA的翻译被高表达的miR-490-3p所抑制,但第一组中PCBP1蛋白在其mRNA高表达的情况下仍然被下调。接着分析发现第一组甲状腺癌患者组织中高表达的PCBP1mRNA实际经历了翻译过程,但翻译所得的蛋白质又经过一系列未知的蛋白酶体途径被降解[27]。进一步的研究阐明了大概机制:UBE4A作为一种E3连接酶将翻译得到的PCBP1蛋白进行降解,使得甲状腺癌细胞中PCBP1蛋白的表达水平下调[28]。然而目前尚不清楚究竟是什么调控了UBE4A和miR-490-3p,使它们的表达水平与PCBP1的表达呈负相关,但这也为研究PCBP1在甲状腺癌中的低表达提供了一种新的调控机制。

此外,表1对PCBP1在其它常见肿瘤疾病中的作用关系进行了简要总结[4,13,14,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38],旨在为揭示PCBP1参与肿瘤发生发展的机制提供重要的思路。

表1PCBP1在多种肿瘤中的作用关系

3、PCBP1在肿瘤中的作用机制

3.1PCBP1调控肿瘤生成

肿瘤的发生与发展涉及一系列复杂的生物学过程,而目前大量研究表明PCBP1可通过多种不同的调控机制参与肿瘤的发生发展。例如,PCBP1可作为一种乳腺癌易感基因BRCA1的转录调控因子,通过与该基因启动子的阳性调控区域结合来激活转录。当PCBP1调控的转录发生异常时,可影响BRCA1的表达,进而影响乳腺癌的发生发展[30]。在鳞状细胞癌细胞系中,高表达的miR-490-3p可在翻译水平上抑制PCBP1蛋白的表达,进一步增强鳞状细胞癌的发生[38]。癌症晚期,TGF-β可通过诱导免疫逃逸、促进血管形成、诱导上皮间质转化,进一步促进肿瘤进展。据报道,TGF-β可使SMADs介导的与PCBP1蛋白相互作用的T179位发生磷酸化,而后两种蛋白在CD44前体mRNA的可变外显子区域相互作用,抑制剪接小体的组装,并表达更多的间充质亚型CD44s而非上皮亚型CD44E,从而参与肿瘤的发生发展[39]。此外,研究也发现PCBP1可增强细胞周期抑制因子p27mRNA的稳定性,并上调其表达,从而抑制癌细胞增殖、周期进程和肿瘤生成[15]。因此,进一步研究并阐明PCBP1在肿瘤发生过程中的作用及相关机制具有深远的意义。

3.2PCBP1调控肿瘤侵袭或转移

恶性肿瘤最显著的特征是肿瘤细胞具有一定的侵袭或转移的能力,而这也是造成肿瘤治疗失败的主要原因之一。大量研究报道PCBP1在调控肿瘤的侵袭或转移中发挥着关键的作用。例如,PCBP1可在翻译水平上负调控与癌症转移相关的肝细胞再生磷酸酶的表达,并使Akt激酶失活,从而抑制多种肿瘤的转移[3]。还有学者报道在肺癌组织中miR-490-3p表达上调,它也可以增强A549细胞的增殖、侵袭和转移,并且它的表达水平与PCBP1呈负相关,因此这提示我们PCBP1可能具有抑制肺癌侵袭或转移的作用[40]。此外,通过抑制Fyn的活性或过表达PCBP1来调控整合素β1的选择性剪切,可进一步减少胰腺癌细胞的侵袭和转移。具体作用机制如下:通过抑制Fyn的活性可增加Pak1的表达,使得PCBP1发生磷酸化并促进其定位在细胞核中,进而导致剪接复合体的构建,且复合体中hnRNPA1和SF2/ASF可直接结合到整合素β1的前体mRNA上从而调控其选择性剪接,并影响胰腺癌细胞的转移[13]。

除此之外,上皮-间质转化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT)是上皮来源的恶性肿瘤细胞获得侵袭转移能力的重要生物学过程,因此深入研究PCBP1与EMT关键分子的作用关系有助于阐明肿瘤细胞侵袭或转移的机制[41]。LiuYF等[42]报道PCBP1可能是非小细胞肺癌发生EMT的负调控因子,并且在发生转移的肺癌组织中PCBP1的表达明显下调,其表达水平可能与肿瘤的TNM分期、淋巴结转移及EMT相关蛋白如E-钙黏蛋白和波形蛋白等有关。此外,研究发现PCBP1可与PNUTS前体RNA中的一个可变剪接位点结合,以控制PNUTS可变剪接亚型的生成,该亚型即为参与EMT相关肿瘤进展的lncRNA。lncRNA-PNUTS在PCBP1缺失的肿瘤进展中表达上调,并且可通过与miR-205相互作用来调控EMT的侵袭和转移,而PCBP1可通过结合位于可变剪接位点上的BAT元件进而抑制lncRNA-PNUTS亚型的选择性剪接,从而抑制EMT的发生[43]。另有实验证明PCBP1是TGF-β诱导的EMT中的关键调控因子,可通过多种不同机制调控EMT和肿瘤的转移进展[44]。例如,TGF-β可通过依赖PCBP1的方式调控inhibinβA的翻译,而经TGF-β治疗或沉默PCBP1的表达后,inhibinβA蛋白翻译水平上调,它在乳腺癌中的高表达可进一步促进癌细胞侵袭和转移,且与癌症不良预后相关。进一步的工作需要阐明PCBP1与inhibinβA上的哪个作用元件结合从而发挥相应的功能[45]。

然而,目前有报道称PCBP1在卵巢癌的转移中可能起正调控作用,在该肿瘤中TRIM56蛋白和间质标志物波形蛋白分别低表达和高表达,且TRIM56蛋白可作为一种E3连接酶在正常卵巢细胞中降解波形蛋白,但在卵巢癌细胞中不发挥降解作用[46]。ZhaoL等[36]进一步报道PCBP1通过与TRIM56mRNA的3'-UTR结合抑制其翻译,进而使得波形蛋白未被降解而表达上调,同时增强了卵巢癌的体外迁移和侵袭能力。因此,PCBP1在卵巢癌中可能起着肿瘤启动子的作用,这与其参与抑制TRIM56的翻译并导致间质标志物波形蛋白的高表达有关。

3.3PCBP1与肿瘤干细胞

肿瘤干细胞(cancerstemcells,CSCs)是一类具有自我更新和无限增殖能力的细胞,它在维持肿瘤细胞群的存活中发挥重要作用。由于其运动和迁徙能力使得肿瘤细胞的转移成为可能,并且CSCs可高表达多种耐药分子从而导致肿瘤易复发且治疗效果不佳[47]。目前已有少数研究报道PCBP1在肿瘤干细胞的产生和维持中发挥着一定的作用,这可能为临床解决肿瘤生成、复发和转移等问题提供了新思路。

研究表明经TGF-β治疗后的前列腺癌细胞中CD44+CD24-干细胞群会发生富集,此时检测发现PCBP1的表达明显降低,且PCBP1表达的下调是潜在致瘤活性的必要条件;而在TGF-β治疗后的前列腺癌细胞中过表达PCBP1可减少此干细胞群的富集[48]。此外,在人皮肤鳞状细胞癌CSCs干性维持的过程中,PCBP1蛋白表达水平下降,而其mRNA的表达水平无明显变化,因此猜测可能通过转录后水平调控其蛋白表达。接着探讨过表达PCBP1对CSCs的影响,即通过在CSCs中稳转PCBP1表达质粒后,发现PCBP1过表达可抑制体外克隆形成能力和裸鼠体内成瘤能力。进一步探讨潜在的调控机制,发现PCBP1蛋白的表达受到上游miR-490-3p的负向调控,二者在皮肤鳞状细胞癌组织中表达呈负相关[49]。综上所述,PCBP1可能是维持肿瘤干细胞干性的负调控因子,但目前关于此类的报道仍较少,还需进一步探讨。

3.4PCBP1与肿瘤化疗

化疗是晚期肿瘤患者进行治疗的重要方法,即通过使用化学治疗药物杀灭癌细胞达到治疗目的,但目前出现的一大难题是患者肿瘤组织对药物形成的耐药性,它是导致化疗失败、限制治愈率和降低肿瘤患者生存率的主要原因之一。目前有报道称PCBP1在肿瘤化疗中可能发挥着重要的作用。例如,在发生腹膜转移的胃癌组织中,PCBP1和miR-3978的表达水平均被抑制,且如果提高转移的胃癌细胞中PCBP1和miR-3978的表达量,可增强胃癌腹膜转移的细胞对多西紫杉醇治疗的化学敏感性[50]。冬凌草素作为一种肝癌的化疗药物,可抑制癌细胞的增殖并促进凋亡。然而研究发现经冬凌草素处理的HepG2细胞中PCBP1的表达下调,同时PCBP1表达的抑制可以增强HepG2细胞的抗增殖能力并促进它的凋亡[51]。这其中所包含的调节机制可能与细胞周期相关基因c-myc、抗凋亡因子BAG-1等有关,之前已证明PCBP1能够增强c-myc、BAG-1基因的翻译活性并促进其表达[52,53]。因此,下调的PCBP1可能通过减少c-myc、BAG-1基因的表达来抑制经冬凌草素处理的HepG2细胞周期进展并促进其凋亡。此外,报道称PCBP1可能是一种结直肠癌耐药的标志物[32]。临床上,奥沙利铂被认为是治疗结直肠癌的标准药物[54]。研究人员分析对比了20例奥沙利铂耐药的结直肠癌HT-29细胞和20例奥沙利铂敏感的HT-29细胞中PCBP1的表达水平,结果发现在奥沙利铂耐药的HT-29细胞中PCBP1的表达水平高于奥沙利铂敏感的HT-29细胞,并且它还可以增强HT-29细胞对奥沙利铂的耐药性。为了进一步阐明PCBP1对奥沙利铂耐药的调控机制,研究者们对细胞生存信号通路进行了探究,发现PCBP1与Akt信号通路的激活之间有着重要的关系,猜测PCBP1可能通过激活Akt信号通路来保护HT-29细胞免受奥沙利铂的作用[32]。值得注意的是,前面已提到PCBP1在结直肠癌中低表达,这与其能够增强结直肠癌的耐药之间存在矛盾,有学者提出了可能的解释:癌细胞中PCBP1和PCBP2的共敲除增加了p21WAF的表达,并触发了一个不依赖p53通路的G1期细胞周期阻滞,进而抑制了细胞周期和细胞增殖;反过来讲,PCBP1能够降低p21WAF的表达,从而加快细胞周期并促进细胞增殖[55]。因此,阐明PCBP1在结直肠癌化疗耐药中的具体作用机制对治疗该肿瘤疾病有深远意义。目前关于PCBP1在化疗耐药中的作用鲜有报道,但为后续的研究提供了明确的方向。

3.5PCBP1与其它

目前还有报道称PCBP1可能通过抑制癌细胞自噬或诱导癌细胞凋亡等途径间接调控肿瘤的发生发展。肿瘤细胞可通过细胞自噬获取所需的营养成分,因此阻止癌细胞自噬的发生可能是一种抑制肿瘤进展的有效措施。ZhangWL等[56]发现过表达PCBP1可抑制癌细胞在营养匮乏条件下的细胞增殖能力,并通过降低自噬相关基因LC3BmRNA的稳定性进而下调LC3B蛋白的表达,导致自噬被抑制。同时下调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达,触发caspase3和caspase8介导的癌细胞凋亡,这为PCBP1低表达的结肠和卵巢肿瘤提供了新的治疗思路。此外,研究者们利用CRISPR-Cas9系统构建了PCBP1缺失的HeLa细胞系,发现PCBP1缺失的HeLa细胞中caspase3的激活和PARP-1的裂解明显低于普通HeLa细胞[57]。因此提示PCBP1也可能通过抑制肿瘤细胞自噬并促进肿瘤细胞凋亡的机制进而调控肿瘤进展,但目前关于其具体的调控机制还需进一步的探讨。

4、总结与展望

目前PCBP1已经被证实在多种恶性肿瘤中低表达,并且可能是一种很有前景的肿瘤抑制因子,因此进一步阐明它在调控肿瘤发生发展中的作用机理非常关键。根据已有报道PCBP1在多种生物学过程中发挥重要的作用,比如从多个水平参与不同靶基因的调控,包括转录、选择性剪接、mRNA的稳定性、翻译等,进而影响细胞增殖、凋亡、物质代谢、造血调控、病毒复制等生理或病理过程。此外,PCBP1可通过结合不同的靶基因或不同的作用方式调控肿瘤的发生发展,并参与侵袭或转移等过程,还可作为维持肿瘤干细胞特性的负调控因子间接参与肿瘤的生成,但由于目前已有研究中关于PCBP1在某些肿瘤中的作用存在矛盾,比如它在卵巢癌转移中为什么起正调控的作用,而在其它某些肿瘤转移中却起到抑制的作用?以及它在某些肿瘤化疗中的具体作用和机理也需后续进一步深入探讨。

参考文献:

[49]夏珊.PCBP1在皮肤鳞状细胞癌干细胞维持中的作用研究[D].北京:中国人民解放军医学院,2016:1-66.

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张雪甜,狄翠霞,陈玉红,黄国敏,张莎莎,杨红英,张红.PCBP1在肿瘤中的作用及研究进展[J].现代肿瘤医学,2020,28(21):3811-3816.

基金:科技部国家重点研发计划项目(编号:2018YFE0205100);国家自然科学基金重点项目(编号:11675234);国家自然科学基金联合基金项目(编号:U1632270);甘肃省自然科学基金项目(编号:17JR5RA310).