核孔蛋白210與惡性腫瘤關系的研究進展

吳維全(綜述), 葉石才(審校)

核孔蛋白210(nucleoporin 210,NUP210)是一種跨膜核孔糖蛋白,與其他31種結構核孔蛋白和外圍元件核孔蛋白共同構成核孔復合物(nuclear pore complex,NPC)。NPC是一種巨大的核膜包埋蛋白復合物,是細胞核與細胞質的連接通道。由于其結構的重要性,成為近年來醫學研究熱點。研究發現NPC與核孔蛋白不僅負責核質轉移,還參與細胞增殖、細胞分化、基因表達、表觀遺傳調控等過程。其中NUP210在基因表達調控、組織的發育與分化、細胞信號轉導等生物學過程中起重要作用。NUP210的異常表達及功能失調與多種惡性腫瘤有關?，F對NUP210在惡性腫瘤中的研究進展綜述如下。

1 NUP210的結構和功能

NUP210是一種高度保守的蛋白質編碼基因,由42個外顯子構成,定位于3號染色體3p25.1,編碼一種跨膜核孔糖蛋白,相對分子量為210 kDa,故稱NUP210。NUP210由一個大的糖基化腔結構域、一個單一的疏水跨膜片段和一個短的細胞質尾部構成[1]。糖基化腔結構域具有5個鈣結合位點,可能在核膜中充當Ca2+傳感器并介導核膜通透性[2]。以往研究認為NUP210的功能主要為參與NPC和核膜的活動,但隨著近年來對NUP210的深入研究,發現NUP210在基因表達調控、組織的發育與分化、細胞信號轉導等生物學過程中起重要作用。因被發現在肌細胞和神經元分化過程中發揮關鍵作用,NUP210被稱為組織特異性NPC。NUP210對成肌細胞和神經元細胞的分化至關重要,可以調節關鍵分化基因的表達[3],主要由其腔結構域介導[4]。NUP210與肌細胞增強因子2C和甲狀腺激素受體相互作用,并誘導一系列生肌基因表達來調節肌肉生長、肌纖維成熟[5],并且在維持骨骼肌完整性和適當的肌肉功能起重要作用[6]。此外,NUP210可以調節細胞信號轉導。NUP210的缺失會導致小鼠幼稚CD4+T細胞顯著減少,原因是其缺失導致T細胞受體信號傳遞缺乏和細胞凋亡信號分子Fas表達增加,引發外周CD4+T細胞對細胞凋亡敏感[7-8]。也有研究表明,NUP210是細胞外基質剛度和成分傳感器的一部分,具有機械敏感性,可調節不依賴于核質轉運的機械信號轉導,影響腫瘤細胞遷移和侵襲[9]。

2 NUP210與腫瘤疾病的關系

2.1與生殖系統腫瘤的關系 宮頸癌是發展中國家女性最致命的婦科腫瘤之一。Fas在癌癥中扮演著重要的角色,其介導的凋亡受到抑制,導致增殖和凋亡平衡失調,是癌細胞異常增殖并發展的重要原因之一。Rajkumar等[10]利用微陣列技術和實時熒光定量聚合酶鏈反應(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)對宮頸癌、不同程度的宮頸癌前病變及正常宮頸樣本進行研究,結果發現NUP210在宮頸癌和宮頸重度上皮內瘤變/原位癌較正常宮頸樣本和宮頸輕度上皮內瘤變/中度上皮內瘤變呈過表達,表明NUP210可能在腫瘤發生早期發揮重要作用。Gu等[11]研究發現,宮頸癌組織中NUP210 mRNA及蛋白水平均表現過表達。在細胞水平上,通過用慢病毒轉染宮頸癌細胞株(HeLa細胞),敲除NUP210表達,結果顯示HeLa細胞周期停滯,細胞凋亡增加。進一步研究發現,miR-22可直接與NUP210蛋白質編碼區域結合并抑制其表達,并且Fas表達受miR-22-NUP210信號通路的調控。在宮頸癌發展過程中,miR-22表達下調,導致NUP210過表達并抑制Fas誘導的細胞凋亡,導致細胞增殖異常,促進癌癥發展。誘導腫瘤細胞凋亡是治療腫瘤的一條有效途徑,miR-22-NUP210可干預Fas介導的凋亡,有可能成為宮頸癌的治療靶點。NUP210也與子宮內膜癌有關。在對子宮內膜癌及前哨淋巴結的蛋白質組學分析研究中,發現前哨淋巴結蛋白質的變化與子宮內膜癌等級相關,NUP210只在Ⅱ期子宮內膜癌及前哨淋巴結中表達,結合其他的特異性標志物,可以用于改善子宮內膜癌患者的個體分層及診斷[12]。

2.2與泌尿系統腫瘤的關系 前列腺癌(prostate cancer,PCa)是男性泌尿系統最常見腫瘤之一,中晚期患者主要療法是雄激素剝奪法(androgen deprivation,ADT)。但長時間治療后,PCa對ADT產生抗性并進展為去勢抵抗性前列腺癌(castration resistant prostate cancer,CRPC)[13]。Marzec等[14]綜合分析不同平臺的公開可用基因表達數據集,發現在PCa中NUP210表達上調。另一項研究發現,與良性病變對比,NUP210在PCa表達上調,在CRPC中則明顯上調。雄激素受體剪接變異體7(androgen receptor variant 7,AR-V7)可以在無激素的情況下獨立于雄激素受體(androgen receptor,AR)進行轉錄并轉移到細胞核,敲低AR-V7后抑制腫瘤細胞生長,證明AR-V7是CRPC的驅動因素。研究還通過轉錄組測序技術分析了敲低AR-V7后人PCa細胞系LNCaP95中的基因表達變化,發現NUP210表達明顯下降,表明NUP210是AR-V7下游靶基因。siRNA敲低NUP210可顯著抑制PCa細胞的生長和遷移,并誘導PCa細胞凋亡,流式細胞儀檢測顯示NUP210下調后,細胞周期阻滯在G1期。提示NUP210可能和AR-V7參與PCa進展為CRPC[15]。細胞核中的雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)可以在無AR的情況下驅動代謝基因程序,促進CRPC細胞系PC3和DU145的增殖和遷移,Dufour等[16]通過免疫共沉淀實驗發現NUP210與mTOR相互作用。而在LNCaP細胞中敲低NUP210減弱了mTOR基礎核水平并消除了雄激素誘導的核mTOR積累。NUP210的敲低還降低了LNCaP和PC3細胞中mTOR抑制劑刺激的核mTOR水平,揭示了NUP210可能起著控制mTOR核運輸的作用,影響PCa的進展。在另一項利用公開基因表達數據集進行生物信息學分析的研究中,發現NUP210是潛在的PCa轉移診斷標志物,但尚未有研究進一步驗證[17]。以上研究證明,NUP210在PCa的發生發展中起著重要的作用,明確NUP210在PCa的分子機制,可能為探尋治療PCa新的藥物靶點提供參考。

2.3與消化道腫瘤的關系 一項研究表明,整合酶相互作用子1(chromatin subfamily B member 1,SMARCB1)在肝癌中起促癌作用,NUP210的增強子區域與高表達的染色質重塑劑SMARCB1結合,導致NUP210過表達。在肝癌細胞系中敲低NUP210和SMARCB1后進行基因集富集分析,結果顯示與膽固醇穩態和外源代謝密切相關,提示SMARCB1-NUP210可能通過激活膽固醇穩態和外源代謝來致癌。進一步的研究發現NUP210可作為SMARCB1和腺病毒E1A相關300 kDa蛋白(P300)的染色質支架,表達上調的NUP210促進SMARCB1和P300與染色質的結合,最終加劇了SMARCB1的致癌作用[18]。Kondo等[19]對結腸癌細胞系HCT116的研究發現,在敲低NUP210的HCT116細胞的短期和長期增殖試驗中,均觀察到癌細胞生長能力受損。通過核染色來識別細胞核,并測量核大小,發現NUP210的敲低導致癌細胞的細胞核減小。研究還發現NUP210過表達由溴結構域蛋白質4(bromodomain-containing protein 4,BRD4)驅動,氨基環丙烯酮1n(aminocyclopropenone 1n,ACP-1n)能夠抑制BRD4,進而減少癌細胞生長和減小癌細胞核大小。另外,有一項研究利用微陣列研究Ⅱ/Ⅲ期結腸癌的基因表達圖譜,發現NUP210在Ⅱ/Ⅲ期結腸癌復發患者中表達下調,聯合其他多個基因可用于預測Ⅱ/Ⅲ期結腸癌的預后[20]。以上結果表明,NUP210在肝癌及結腸癌中起促進作用,并與結腸癌預后有關。

2.4與肺癌的關系 肺癌是全球癌癥相關死亡的主要原因,表觀遺傳會導致肺癌的發病和進展[21]。表觀遺傳修飾通?？煞譃镈NA和RNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA。NUP210與表觀遺傳密切相關,有研究發現NUP210中的甲基化位點與哮喘有關[22]。而在肺腺癌中,Kikutake等[23]分析了包括26個肺腺癌細胞系和1個正常肺上皮細胞系在內的多組學數據,確定啟動子區域中組蛋白H3K27ac和H3K4me3雙重修飾與肺腺癌有關,發現NUP210在所有肺腺癌細胞系中均表達上調,并且NUP210基因在肺腺癌細胞的啟動子區域中呈現H3K27ac和H3K4me3組蛋白雙重修飾,在正常細胞系中則不存在。NUP210可能是肺腺癌的一種有前景的表觀遺傳生物標志物。表觀遺傳改變在正常細胞和癌細胞中都具有生理功能,因此,可能影響表觀遺傳診斷的準確性或產生表觀遺傳治療的潛在副作用,精確有效的表觀遺傳療法尤為重要[24]。NUP210在正常細胞系中無組蛋白修飾,卻在肺腺癌細胞的啟動子區域中呈現H3K27ac和H3K4me3組蛋白雙重修飾,這項研究為肺腺癌高度特異性的表觀遺傳生物標志物提供了基礎。

2.5與乳腺癌的關系 在乳腺癌中,NUP210基因被鑒定為人類雌激素受體(estrogen receptor,ER)陽性[ER(+)]乳腺癌的轉移易感基因和細胞機械傳感器。研究人員基于2個獨立的人類乳腺癌基因表達數據集,發現在ER(+)乳腺癌患者中,NUP210 mRNA表達升高,并與總生存期相關。而ER(+)乳腺癌患者的淋巴結轉移灶中NUP210表達水平顯著高于ER(-)患者,內臟轉移灶(肺、肝)的NUP210表達水平亦顯著高于非內臟轉移灶(淋巴結),表明其在乳腺癌轉移中的潛在作用。通過構建3種不同細胞系乳腺癌小鼠模型發現,敲除NUP210均引起3種不同類型的乳腺癌小鼠的肺轉移減少。進一步研究發現,其機制主要是NUP210通過與SUN1、SUN2、短亞型BRD4、組蛋白H3.1/3.2相互作用,調節機械敏感性基因表達程序,進而激活黏著斑、細胞遷移和轉移所必需的下游信號通路。NUP210敲除后,這些機械敏感基因由于異染色質化而被抑制,從而減少了轉移[9]。此外,NUP210可根據乳腺癌對化療藥物反應來區分腫瘤樣本,并表現出較高的準確性[25]。這些研究結果提示,NUP210是乳腺癌潛在的治療靶點,阻斷NUP210與相關分子相互作用也許可以用于預防腫瘤轉移。

2.6與腦膜瘤的關系 競爭性內源性RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)包括非編碼RNA(長鏈非編碼RNA、環狀RNA和轉錄的假基因)和蛋白質編碼RNA。含有微小核糖核酸(microRNA)反應元件的ceRNA可以通過反應元件與microRNA競爭性相互作用。ceRNA調控網絡中的功能相互作用在許多生物過程中發揮著重要作用,受到干擾時會導致癌癥的發展[26]。有研究發現NUP210在腦膜瘤中升高,但在腦膜瘤中腫瘤生物學中的作用尚不清楚[27]。而近年來ceRNA假說得到越來越多研究的支持,Song等[28]通過生物信息學分析推斷NUP210可能在惡性腦膜瘤中作為一種ceRNA,增強脂肪酸合酶(fatty acid synthase,FASN)的促癌作用。在惡性腦膜瘤中,FASN增強了細胞增殖、遷移和侵襲,miR-195可直接靶向結合FASN并降低人腦膜瘤細胞中FASN的表達。NUP210可作為一種ceRNA來吸附miR-195,上調FASN的表達,增強其促癌作用,提示NUP210對腫瘤的影響是多樣的,也可通過ceRNA網絡影響腫瘤的進展。

2.7與白血病的關系 NUP210不僅參與實體瘤的發展,也與血液系統惡性腫瘤有關。Fu等[29]通過單細胞RNA測序發現在造血和白血病發生過程中單等位基因表達是普遍存在的,并且是重要的基因調控機制。在急性淋巴細胞白血病的T細胞中,NUP210顯示出單等位基因表達,并且與免疫相關。Li等[30]研究發現,與健康對照組對比,急性髓系白血病(acute myeloid leukocyte,AML)患者骨髓中NUP210的表達顯著增加。NUP210低表達患者的總生存率高于高表達患者,并通過多變量分析證實了NUP210表達的預后價值,但僅在女性患者中表現出預后價值。該研究結果提示NUP210可作為AML患者預后的一種生物標志物。

3 結語

NUP210不僅參與NPC和核膜的活動,還在基因表達調控、組織的發育與分化、細胞信號轉導起重要作用,在不同組織中的異常表達和突變等變異引起多種疾病的發生、發展。NUP210在許多腫瘤中均表達上調,可能通過調控基因表達、抑制細胞凋亡、調控核轉運、結合染色質、促進腫瘤細胞遷移和侵襲等作用機制參與腫瘤的發生、發展,也許可成為評估腫瘤轉移潛能、預后判斷時的一個新的指標。未來研究應深入了解NUP210具體分子機制,為疾病的診斷和治療提供新的手段。