RNA可变剪接在肿瘤耐药中的作用与机制_苏文媚.pdf

第 41 卷第 3 期2023 年 6 月广东医科大学学报JOURNAL OF GUANGDONG MEDICAL UNIVERSITYVol.41 No.3Jun.2023247RNA 可变剪接在肿瘤耐药中的作用与机制苏文媚（广东医科大学附属医院，广东湛江 524001）专家简介：苏文媚，博士，美国密歇根大学博士后，主任医师/研究员，博士后合作导师/博导/硕导，广东省自然科学杰出青年人才，现任广东医科大学附属医院科研部部长，研究方向主要为细胞自噬介导肺癌耐药的机制。主持国家自然科学基金项目 2项、广东省杰出青年基金项目 1 项、广东省科研项目 3 项、广东医科大学附属医院博士启动基金 1 项、广东医科大学附属医院登峰计划项目 1 项及学校青年基金项目 1 项等重要课题，以第一作者或通信作者身份在 Cancer Research Aging-us Autophagy等知名期刊发表论文 20 多篇，总影响因子达 200 多分。2014 年获亚太地区 IASLC Asia Pacific Lung Cancer Conference(APLCC)“青年科学家”奖；2015 年获百人计划“雏鹰”项目；2015 及 2018 年获广东医科大学附属医院“优秀员工”称号；2016 及2018 年获GASTO“优秀论文”奖；2018 年被推荐为“省级学科学术带头人”及“广东医科大学高层次人才培养对象”；2020 年获广东医学科大学附属医院“十佳青年”称号；2020 年获广东医学科大学附属医院“德技拔萃”医师奖；2021 年获广东医学科大学附属医院“科研之星”奖与“十佳员工”奖；2021 年获“湛江市好医生”称号；2022 年获“广东省自然科学基金杰出青年人才项目”。E-mail：摘要：肿瘤的耐药性是当前癌症治疗的主要挑战之一。RNA 可变剪接在肿瘤耐药性的形成中起到重要作用。该文对这一领域的研究成果进行概述，旨在为探索更多创新的肿瘤治疗策略提供参考依据。关键词：可变剪接；肿瘤耐药性；自噬；分子机制；治疗策略中图分类号：R 730 文献标志码：A 文章编号：2096-3610（2023）03-0247-08The role and mechanism of RNA alternative splicing in tumor drug resistanceSU Wen-mei(Affiliated Hospital of Guangdong Medical University,Zhanjiang 524001,Guangdong)Abstract:Drug resistance in tumors represents one of the primary challenges in current cancer treatment.RNA alternative splicing plays a crucial role in the formation of tumor drug resistance.This paper provides a detailed overview of the research findings in this field,aiming to provide a reference basis for the exploration of more innovative tumor treatment strategies.Key words:alternative splicing;tumor drug resistance;autophagy;molecular mechanism;treatment strategies在肿瘤治疗中，耐药性是最主要的挑战之一。这种耐药性会导致肿瘤细胞对药物产生抵抗能力，从而削弱治疗效果，甚至导致治疗失败。这个复杂的过程涉及基因突变、表观遗传学改变、信号通路异常以及肿瘤微环境等多种因素1。虽然肿瘤耐药的具体分子机制尚未被完全阐明，但已有研究显示肿瘤细胞可利用多种策略逃避药物的杀伤，其中一种重要的机制是RNA的可变剪接。在过去十年中，大量的RNA 测序研究揭示了人类转录组的复杂性，据统计，目前已经发现了超过 20收稿日期：2023-06-02基金项目：国家自然科学基金面上项目（82073388），国家自然科学基金青年项目（81702270）万种不同的mRNA 剪接变体2-6。RNA 剪接是指前体mRNA 经历转录后，在核内发生的一种后转录修饰过程。它涉及基因的非编码区段（内含子）被移除，而编码区段（外显子）则被连接起来。这个过程生成了成熟的mRNA，这些mRNA 在随后将被运输到胞质中进行蛋白质翻译7。RNA 剪接可以发生在同一个基因上的不同外显子之间，从而产生不同组合方式的mRNA分子。这种选择性地包含或排除特定外显子的现象称为可变剪接。可变剪接是一种重要的基因表达调控机制，它极大地增加了转录组和蛋白质组的复杂性和多广东医科大学学报2482023年 第41卷样性8。在这个过程中，通过在成熟的mRNA 中包含或排除特定的外显子，实现了单个基因的多种转录变体的表达。据估计，超过 95%的人类基因会受到AS的影响，这可能会导致产生具有不同结构、功能或相互作用模式的蛋白质9。近期研究发现，在化疗药物耐药的肿瘤中存在广泛而特异的RNA 剪接异常。这些异常可能导致肿瘤细胞对药物的反应发生改变。同时，利用剪接调节剂干预可变剪接过程，与常规抗肿瘤药物联合使用，可以提高肿瘤对药物的敏感性10-11。这表明，RNA 剪接失调可能是导致肿瘤药物耐药性形成和维持的重要因素之一，也是一个潜在的治疗靶点12-13。RNA 的可变剪接可以通过多种途径或机制影响肿瘤的耐药性，如在乳腺癌中，可变剪接可以导致ERBB2 受体蛋白质产生具有不同长度和功能的变体，从而影响曲妥珠单抗等靶向药物对其的结合和抑制14-15。其中一个重要的途径是通过调节自噬过程影响肿瘤对化疗药物的耐受。自噬是指细胞将自身的组分或有害物质降解回收利用的过程，是维持细胞内环境稳定和适应外界压力的一种机制。在肿瘤中，自噬可以在不同情况下发挥促进或抑制肿瘤生长和耐药性的作用16。可变剪接可以通过影响自噬相关基因或信号通路的表达或功能来调控自噬水平和状态，从而影响肿瘤对药物的反应17-19。本文将首先回顾RNA 剪接在肿瘤耐药性中发挥作用的机制和途径，然后重点讨论自噬如何介导RNA 剪接对肿瘤耐药性的影响，最后探讨针对这些机制的潜在治疗策略，以及其在未来临床应用的可能性和挑战。1RNA 剪接的调控RNA 剪接是一个高度调控的过程，由剪接体和其他调节剪接因子蛋白共同完成。剪接体是一个由RNA 和蛋白质组成的大型复合物，能够识别并剪切前体mRNA 中的核心调节序列，如 5 和 3 剪接位点、分支点位点和多嘧啶链。有两种类型的剪接体，即U2 型和U12 型，它们在识别的剪接位点序列和使用的RNA成分上有所区别20。U2 型剪接体是主要的剪接体，负责去除约 99%的内含子，而U12 型剪接体是次要的剪接体，负责去除少于 1%的内含子，并调节一些特殊的剪接事件。两种类型的剪接体都包含多个小核糖核酸（snRNA）分子和小核糖核蛋白（snRNP）颗粒，以及其他蛋白质成分20。在人类肿瘤中，一些剪接体成分发生了突变，影响了它们在剪接过程中的功能。除了位于 5 和 3 剪接位点附近的核苷酸配对区域外，人类前体mRNA 中的其他核心调控序列具有很高的变异性，使得剪接体对它们的识别可以受到其他因素的影响21。这些因素包括顺式作用的调节元件和反式作用的剪接因子蛋白，它们可以结合到前体mRNA上，增强或减弱相应外显子被包含到成熟mRNA 中的可能性。这些顺式调控因素和反式作用的剪接因子共同调节可变剪接进程，使得单个基因可以产生多种不同的RNA 表达产物，进而翻译成不同的、通常具有不同生物学功能的蛋白质异构体。可变剪接异构体在编码能力、稳定性、定位、翻译效率等方面有所差异。例如，可变外显子的选择性包含或排除通常会导致蛋白质相互作用能力的变化22。目前估计，每个人类编码蛋白质的基因平均产生 7.4 个RNA 异构体23。反式作用的剪接因子是一类能够调节可变剪接的RNA 结合蛋白（RBP），这些反式作用的剪接因子能够识别并特异性结合至前体mRNA 序列上包含的顺式作用调控元件，如外显子或内含子的剪接增强子或沉默子。丝氨酸/精氨酸富含（SR）蛋白和异质核糖核蛋白（hnRNP）是两个最常见的剪接因子家族，它们通过结合前体mRNA 中的调节元件以浓度依赖的方式影响可变剪接24-25。SR 蛋白具有一个与RNA 结合的RNA 识别基序（RRM）结构域和一个介导蛋白质-蛋白质和蛋白质-RNA 相互作用的精氨酸/丝氨酸富含（RS）结构域。hnRNP 通常具有一个或多个RRM，以及一个富含甘氨酸和/或富含精氨酸/甘氨酸的区域，和/或一个K 同源（KH）结构域 18。hnRNP 家族成员蛋白在调控可变剪接、前体mRNA 的运输以及成熟mRNA 的翻译过程中发挥重要而又广泛的作用，并且通常与SR 蛋白调节的可变剪接事件相对立25。SR 蛋白和hnRNP 的不同RNA 结合基序表明这些剪接因子可以协同或拮抗工作，而这些调节剪接因子之间的复杂相互作用才刚刚开始被揭示。2RNA 剪接在肿瘤耐药中的作用RNA 剪接失调在肿瘤耐药性中的重要作用已受到广泛的关注。抗癌疗法，包括化学疗法、放射疗法、激素疗法和免疫疗法等，都旨在抑制肿瘤的增长或根除癌细胞。然而，所有这些治疗方法都可能导致肿瘤对药物产生耐药性。RNA 测序研究揭示了癌症中与药物或治疗耐药性相关的异常剪接事件26-27，表明RNA 剪接失调和肿瘤的药物耐药性之间存在着密切的联系。RNA 剪接调控异常可以通过多种机制促进肿瘤细胞对各种治疗手段产生耐药性，其主要机制包第3 期苏文媚.RNA 可变剪接在肿瘤耐药中的作用与机制249括以下几个方面。2.1药物代谢的改变无论是传统化疗药物还是靶向药物,肿瘤细胞产生耐药常通过改变药物的代谢过程,如吸收、分布和转化等实现28-36。RNA 剪接在这些过程中发挥了核心作用。许多耐药机制实际上是通过相关基因的剪接来实现的。如在黑色素瘤和前列腺癌中，我们发现直接药物靶点的异常剪接；在黑色素瘤中，超过一半的患者携带有BRAF 丝氨酸/苏氨酸激酶的V600E 突变37-38；一种缺失 4-8 号外显子的BRAF V600E 突变剪接变体在约30%维莫非尼耐药的黑色素瘤患者中被发现37。这种剪接的改变导致了RAS 结合域的缺失，该结合域参与BRAF 的二聚化和激活，使得细胞对RAF 抑制剂产生了耐药性39。类似地，前列腺癌细胞也利用异常剪接来逃避常用的抗雄激素策略，即阻断雄激素受体（AR）的活性40-41。恩沙鲁胺（拮抗雄激素与AR 的相互作用）和阿比特龙（一种雄激素生物合成的抑制剂）是两种最常用的抗雄激素药物。然而，一种名为ARv7 的AR 剪接变体缺少了配体结合域（LBD）这是所有抗雄激素的结合位点，使得细胞对抗雄激素产生了耐药性42-43。另外，HNRNPA1 被证明能促进ARv7 变体的剪接。2.2细胞死亡调节的改变细胞死亡途径的调整，包括细胞凋亡、坏死性凋亡、自噬、铁死亡、细胞焦亡和坏死等，已被许多研究证明是肿瘤细胞增强耐药性的关键方式之一44。通过剪接过程，MCL1 和BCL-X 能够产生具有不同功能的变体：一些变体具有抗凋亡的功能，例如MCL1L 和BCL-XL；另一些变体则具有促凋亡的功能，如MCL1S 和BCL-XS 45-46。这两个剪接过程都受到SF3B1 和SRSF1剪接因子的部分调控47。BCL-XL 和其他抗凋亡因子在许多癌症组织中高度表达，并常导致对各种化疗药物的抵抗48-51。此外，也有研究发现Bcl-xL 能与PIK3C3结合，降低Beclin1-PIK3C3 复合体的形成，从而抑制自噬启动，增加肺腺癌细胞对EGFR-TKI 的耐药性52。2.3细胞间通讯在诱导药物耐