RNA结合蛋白Zfp36L1的研究进展

胡杨兮，马超群，荆清

RNA结合蛋白是一类靶向结合特定RNA，调控其成熟、修饰、转运、翻译等一系列过程的蛋白质，对细胞代谢过程有重要的调控作用。RNA结合蛋白的靶向功能基于存在于mRNA3'端的非编码区（3'-UTR）的富含腺苷酸和尿苷酸元件（AREs）。人体内约有8%的转录产物含有ARE[1]，数量之多使得RNA结合蛋白的调控作用愈发重要。锌指蛋白36（Zfp36）家族是一组具有CCCH型RNA结合结构域的高度保守的RNA结合蛋白，包括Zfp36、Zfp36环指蛋白样蛋白1（Zfp36L1）、Zfp36环指蛋白样蛋白2（Zfp36L2），以及在啮齿动物胎盘组织中发现的Zfp36环指蛋白样蛋白3（Zfp36L3）[2]四种蛋白。其中Zfp36L1亦称BRF1、ERF1、cMG1、ERF-1、Berg36、TIS11B或RNF162B，是一种广泛存在于真核生物的转录因子，参与RNA的剪切、修饰、运输、定位、降解和翻译等[3]。Zfp36L1（BRF1）发现于1989年[4]，最初被认为是直接参与多种炎症和肿瘤因子表达调控的RNA结合蛋白。随着对RNA结合蛋白研究的深入，Zfp36L1蛋白在其他生物学过程中扮演的角色被逐渐揭露。本文就Zfp36L1的研究进展做一综述。

1 Zfp36L1的结构和功能

Zfp36L1蛋白的编码基因Zfp36L1位于人类染色体14q24.1，含有4个外显子，在进化过程中相对保守[5]，大量表达于子宫内膜、卵巢、胎盘、膀胱和脂肪组织，而在骨髓、心脏、胰腺和睾丸中表达较低。已经报道的Zfp36L1基因的转录本有3种（登录号分别为NM_001244698.1、NM_001244701.1和NM_004926.3）。其中NM_001244701.1和NM_001244698.1编码同一个含有338个氨基酸的同种型蛋白（登录号为NP_001231627.1或NP_004917.2）, 但前者3'-UTR更短；NM_004926.3在5'端多一个外显子，编码N端序列更长的第二个同种型蛋白（登录号为NP_001231630.1），含有407个氨基酸。

已经报道的Zfp36L1蛋白的两种同种型蛋白都含有两个串联的锌指结构，各以Zn离子与3个半胱氨酸残基（Cys）、1个组氨酸残基（His）构成中心结构，其他氨基酸残基呈手指形连接其上。每一个锌指结构中都包含一个α-螺旋和两个反向平行的β-折叠。锌指结构中的Zn离子可提高α-螺旋的稳定性使得含有锌指结构的蛋白质得以嵌合在DNA分子上发挥其对DNA或mRNA的调控功能。在Zfp36L1蛋白的两个锌指结构间有一个长度为18个氨基酸残基的定义间距，与识别目标结合区域序列的特异性有关。

Zfp36L1蛋白最重要的生物学功能是转录后调节，通过串联的锌指结构和靶mRNA的3'-UTR的ARE结合，促进靶mRNA的脱腺苷、脱帽作用使其脱掉多聚腺苷酸尾巴结构，从而降解靶mRNA[6]，对多种炎症因子和转录因子的表达进行调控。通过这种调控方式，Zfp36L1蛋白参与了众多的生理过程如细胞周期的转换、细胞分化和衰老等。

细胞周期分为分裂间期和分裂期，是指细胞从分裂完毕到下一次分裂完毕的过程。分裂间期分为G1期、S期及G2期（DNA合成前期、合成期以及合成后期）。G1期主要合成核糖体和RNA，对S期DNA复制提供充足的能量和原料物质。Zfp36L1对细胞周期有调控作用表现在，当Zfp36L1在细胞中过表达时，细胞增殖在G1期停滞。Zfp36L1抑制某些由mRNA组成的转录因子，而这些mRNA翻译的蛋白质可协同促进细胞向S期转变[7]。Kondo等证明了在分裂期，Zfp36L1的C端区域影响有丝分裂过程中纺锤体的产生，对蛋白质的细胞周期依赖性磷酸化至关重要[8]。由此可知，Zfp36L1对细胞增殖起着负性调控作用。进入分裂期后，细胞周期相关蛋白cyclin D的水平下降而p53增加[9]，说明Zfp36L1抑制细胞增殖可能依赖于cyclin D而不依赖于p53。

细胞分化是指同源细胞中产生形态、结构和功能迥异的细胞的过程，即基因在时间、空间的特异性表达，从而产生各种各样的标志性蛋白质。Zfp36L1通过调节不同基因的转录水平来调控细胞分化过程。比如，Zfp36L1调节B淋巴细胞特异性识别抗原的受体，即膜表面免疫球蛋白（SmIg）的表达。SmIg是B细胞的特征性标志，不成熟B细胞表达SmIgM，成熟B细胞同时表达SmIgM和SmIgD。在B细胞分化过程中，前B细胞的胞浆中存在SIgM的重链（μ链）而无SmIgM表达；当发育为不成熟B细胞时，胞浆中μ链消失，SmIgM开始表达。Zfp36L1促进在前B细胞受体检查点表达μ链的细胞的有效选择[7]，正向调控B淋巴细胞的成熟和分化。而对于T淋巴细胞，过表达Zfp36L1使T淋巴细胞的选择检查冗余执行，负向调节T淋巴细胞的分化。Zfp36L1还可通过转录后调控机制调节DNA损伤应答过程，并由此提高转录后染色体稳定性、降低复制应激反应[10]。另外，还有研究显示Zfp36L1可结合周期蛋白依赖性激酶6（CDK6）mRNA的3'-UTR并降低CDK6的表达，而CDK6被证明能阻碍CD34+造血干/祖细胞（HSPC）在体外向单核-巨噬细胞分化[11]。在人体表皮组织中，Zfp36L1主要在基底层细胞中表达，影响角质形成细胞的分化和凋亡。Zfp36L1是角质形成细胞血管内皮生长因子（VEGF）的有效调节剂，且很可能是通过旁分泌机制调节血管生成[12]。

衰老是细胞对某些刺激因素（如DNA受损、致癌信号强化和端粒丢失）的反应，衰老细胞的生长停滞于某一阶段。衰老细胞分泌的炎症因子、趋化因子及各种生长因子和蛋白酶称为衰老相关分泌表型（SASP）。SASP加速衰老进程并激活免疫监视反应，同时也表现出促肿瘤发生的特性并可导致年龄相关疾病。Zfp36L1是重要的SASP调节剂，在衰老细胞中过表达Zfp36L1可使SASP mRNA的表达减低超过60%，对细胞衰老过程的调节起到重要作用[13]。Zfp36L1降解SASP组分转录因子的能力可通过被丝裂原活化蛋白激酶相关蛋白激酶2（MAPKAPK2或MK2）磷酸化而抑制[14]。体外实验中，随着细胞衰老，Zfp36L1在大鼠股骨和骨髓间充质干细胞中减少。敲低Zfp36L1后成骨细胞分化减弱，过表达则相反[15]。因此Zfp36L1表达的减少可能是老化相关的骨丢失的原因之一。

2 Zfp36L1与疾病

2.1 Zfp36L1与代谢性疾病Zfp36L1调节机体多种代谢过程，其主要也是通过转录后调控机制参与。实际上，最初Zfp36蛋白家族被认为是细胞经生长因子和胰岛素处理后反应性基因表达的产物[16]。有报道称胚胎干细胞成纤维细胞生长因子/细胞外信号调节激酶（FGF/Erk）信号通路中基因表达的快速转录后调控是由Zfp36L1对靶mRNA的快速降解实现[17]，如调节Erk下游的低密度脂蛋白受体蛋白水平[18]等。此外，Zfp36L1靶向结合人或小鼠胆固醇7-羟化酶（CYP7A1）mRNA并参与体内胆汁酸代谢[19]、通过转录后调控盐皮质激素受体蛋白mRNA表达对体内水电平衡产生影响[20]。敲低Zfp36L1后脂肪细胞分化增加，过表达后脂肪细胞分化减少[15]，意味着Zfp36L1抑制脂肪形成，可能机制是通过转录后调控下调过氧化物酶体增殖物激活受体γ2（PPARγ2）基因的表达[15]。还有报道称，细胞中Zfp36L1敲低抑制脂肪形成[21]。不同文献报道的Zfp36L1在脂肪代谢中的作用有矛盾，可能是Zfp36L1表达的空间或时间特异性所致，有待进一步探究。

2.2 Zfp36L1与肿瘤研究人员在多种肿瘤的发生过程中检测到Zfp36L1的表达异常；同时，通过过表达或敲低等方法人为地改变Zfp36L1的表达量也可以影响肿瘤的发生。例如，Zfp36L1下调胃泌素瞬时诱导核受体4A2（nuclear receptor subfamily 4，group a，member 2，NR4A2）的表达，参与胃腺癌的发生过程[22]。淋巴瘤生成过程中Zfp36L1被发现和Kruppel样因子2（KLF2）存在功能性连接[23]。通过在白血病模型细胞系中的染色体14q24的缺失区域中进行基因组定位证明Zfp36L1基因也是白血病染色体畸变的靶标之一[24]。另外Zfp36L1还与粘液性卵巢癌[25]、转移性前列腺癌[26]等的发生有关。Zfp36L1也可起保护性作用，如在B细胞恶性肿瘤中Zfp36L1可以下调B淋巴细胞瘤-2基因（BCL2）的表达促进恶性B细胞的凋亡[27]；抑制NOTCH蛋白表达进而减少T细胞急性淋巴细胞性白血病的发生[28]等。

2.3 Zfp36L1与免疫反应最近有文献报道Zfp36L1的表达水平影响宿主巨噬细胞对麻风病原体的固有免疫应答，从而增加感染麻风的可能[29]。Zfp36L1是非特异性免疫应答的重要调节剂，其表达的增加和磷酸化可调节丝分裂原活化的蛋白激酶磷酸酶1（Mkp-1）的mRNA水平并调节p38/丝裂原活化蛋白激酶（p38/MAPK）通路的活性，影响炎症介质的产生[30]。Zfp36L1通过靶向B淋巴细胞诱导的成熟蛋白1（BLIMP1）的表达负向调节B细胞向浆细胞分化[31]，部分抑制非特异免疫过程。与健康受试者相比，基因表达分析显示多发性硬化患者血细胞中的Zfp36L1基因表达下调[32]，说明Zfp36L1的减少不利于免疫反应的调节，使多发性硬化等自身免疫性疾病更易于发生。有趣的是，也有研究发现在急性细菌感染的小鼠模型中Zfp36L1没有调节炎症和宿主防御的作用[33]，预示着Zfp36L1对免疫系统功能的调控可能有更复杂的机制。

2.4 Zfp36L1与血管发育Zfp36L1在多种伴有血管发育的疾病发病过程中发挥作用，主要是通过其与VEGF 3'-UTR内富含ARE的相互作用增加VEGF mRNA的衰变，降低VEGF的表达并抑制血管发育过程。VEGF是一种血管生成细胞因子，其mRNA表达受缺氧、生长因子和激素等因素控制。VEGF mRNA半衰期很短，其丰度受去稳定蛋白与其3'-UTR结合的调节。有报告称促肾上腺皮质激素（ACTH）可调节Zfp36L1与VEGF mRNA的3'-UTR相互作用并降低VEGF mRNA的稳定性（半衰期从130 min减少至60 min）[34]。已鉴定VEGF mRNA的3'-UTR有2201bp，其中含有两个ARE可结合Zfp36L1并介导其去稳定活性。该研究通过用小干扰RNA敲除原代肾上腺皮质细胞中的Zfp36L1表达，在活细胞上验证了Zfp36L1对VEGF表达的调控作用，并解释了ACTH诱导的VEGF mRNA表达水平调控过程有Zfp36L1蛋白参与[34]。Planel等人将Zfp36L1连接至多精氨酸肽R9（polyarginine peptides R9）以构建细胞穿透性Zfp36L1，注射至肿瘤组织后证实VEGF的表达降低、肿瘤组织的血管发育受到抑制，表明Zfp36L1对血管发育过程有重要调控作用[35]。事实上Zfp36L1是已鉴定的第一种VEGF mRNA的去稳定蛋白[34]，是抗血管生成疗法新的潜在靶标。一项研究中，Zfp36L1缺陷的小鼠在10.5天死亡，并表现出严重的心血管结构异常，伴随有大量出血以及血管网络的紊乱，同时卵黄区域的ter119阳性红细胞数大量减少[36]。Zfp36L1敲除的小鼠胚胎的动脉管腔异常增大、心内膜结构紊乱、ter119阳性红细胞数减少等表型表明Zfp36L1在胚胎内、外血管和心脏的分化及其正常发育过程、红细胞增殖和分化中有重要作用[36]。值得一提的是，Zfp36L1对血管发育的抑制在缺氧环境下依然存在[37]。另外，由于Zfp36L1在炎症反应过程中的关键性调控作用，Zfp36L1基因的缺陷可能会通过调节炎症反应间接地影响内皮细胞功能和血管新生过程。

2.5 Zfp36L1与其他疾病Zfp36L1与再生障碍性贫血有密切联系。再生障碍性贫血的发展过程中，骨髓造血细胞逐步消失，代之以增生的脂肪细胞。Liu等发现左旋咪唑可以明显抑制骨髓中间充质干细胞向脂肪细胞的分化，其原因主要是左旋咪唑增加了Zfp36L1的表达。Zfp36L1通过结合过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1β（PPARGC1B）mRNA的3'-UTR ARE增加其降解[38]。人为敲低PPARGC1B同样可以观察到间充质干细胞向脂肪细胞分化受到抑制。该研究揭示了Zfp36L1在再生障碍性贫血发展过程中扮演的角色，并同时证明了以Zfp36L1作为靶点治疗再生障碍性贫血的现实性。将小鼠的Zfp36蛋白家族编码基因敲除后，小鼠体重增加率明显降低，并出现恶病质、皮炎、斑片状脱毛、关节炎、结膜炎、骨髓增生、髓外造血、胸腺发育不全、脾脏和淋巴结增生、全身炎症反应综合征[39]，还可观察到心脏和肝脏脓肿[39]及恶化后导致的心脏瓣膜病，主要是二尖瓣和主动脉瓣狭窄[40]。这些病理过程可能是由Zfp36蛋白家族的缺陷导致的，但哪些是仅由Zfp36L1蛋白缺陷所致仍需进一步探索。

3 小结

通过转录后调节机制，Zfp36L1在多种细胞的生长、分化、衰老及多种疾病的发生发展中扮演着重要角色。通过对Zfp36L1的进一步研究，有望增进对包括炎症、肿瘤等病理过程的认识和寻找有针对性的新的治疗手段。而以Zfp36L1为代表的RNA结合蛋白同靶RNA特异结合的特性在生物技术领域也有一定的应用价值。