高涵颖练雅婷颜弘毅李文杰吕鹏卢钟磊
(福州大学 生物科学与工程学院,福建 福州 350108)
DOI:10.13345/j.cjb.250886
摘 要 近年来,恶性肿瘤在治疗与预后方面带来的社会负担和医疗压力日益加重,揭示其深层分子机制显得尤为迫切。恶性肿瘤的进展常与细胞周期失常及关键周期蛋白核质分布异常密切相关,染色体凝聚因子1 (regulator of chromosome condension 1, RCC1)作为连接细胞周期调控与蛋白质核质转运调控过程的关键分子,已成为研究焦点。RCC1是Ras相关核蛋白(Ras-related nuclear protein, Ran)唯一已知的鸟嘌呤核苷酸交换因子,通过催化RanGDP转化为RanGTP,在染色体表面建立并维持RanGTP浓度梯度,从而驱动蛋白质的核质转运,调控细胞周期进程。RCC1的异常表达会破坏p27Kip1、S期激酶相关蛋白2 (S-phase kinase-associated protein 2, Skp2)等关键蛋白的核质分布平衡,导致细胞周期失控,促进肿瘤发生。本文综述了RCC1介导的核质转运异常与肿瘤发生发展之间的关系,以及与RCC1相关的小分子药物、核酸药物和多肽抑制剂的研究进展,为肿瘤的精准诊疗与药物研发提供了新的方向和思路。
关键词 染色体凝聚因子1 (RCC1);核质转运;肿瘤发生与发展;细胞周期调控;S期激酶相关蛋白2 (Skp2)
恶性肿瘤因具有失控的增殖、侵袭与转移的特性,已成为全球医学界面临的最严峻挑战之一,严重威胁人类生命健康。我国2022年恶性肿瘤新增病例约480万(占全球总数的24%),死亡病例约260万(占全球总数的26.7%)[1],是严重危害国民身体健康的重大疾病。随着对肿瘤发生机制研究的深入,核质转运失调被证实是直接驱动肿瘤恶性演进的关键环节。例如,抑癌蛋白p53因核输出异常而丧失抑癌功能,转录因子NFYA因核输入增强而加剧肿瘤细胞的恶性转移,均揭示了核质转运失控与肿瘤细胞的增殖、分化及转移等关键生物学行为密切相关[2-6]。
染色质凝聚因子1 (regulator of chromosome condensiaton 1, RCC1)是核质转运过程中的重要蛋白之一,其作为Ras相关核蛋白(Ras-related nuclear protein, Ran)的鸟嘌呤核苷酸交换因子,在细胞中催化失活状态的RanGDP转换为活化状态的RanGTP[7]。目前研究表明,RCC1通过介导RanGDP/RanGTP的转换,维持细胞分裂所需的RanGTP浓度梯度,进而调控核质转运、核被膜形成、细胞周期以及肿瘤的发生等过程[7-8]。
本文简要描述了RCC1蛋白的结构与功能,重点介绍了RCC1介导的核质穿梭过程异常在肿瘤起始与发展过程中的作用,深入分析了RCC1作为肿瘤标志物的潜在临床价值,以期为靶向RCC1的疾病干预策略及新型抗癌药物的研发提供参考。
1 RCC1蛋白的结构与功能
1.1 RCC1蛋白的结构
RCC1蛋白由430个氨基酸组成,其分子量为45 kDa,在30多年前被确定为细胞有丝分裂调控因子,在细胞中起到催化失活状态RanGDP转变为活化状态RanGTP的作用[7]。
RCC1的蛋白结构与其生物学功能紧密关联。RCC1的N端包含1个富含赖氨酸的区域,其中包括位于N末端的由20个残基构成的二聚核定位信号序列(nuclear localization sequence, NLS)。研究发现,RCC1通过NLS区域与核运输蛋白Importin α/β结合并依赖该通路完成细胞核输入,而该区域的磷酸化会降低其与Importin α/β的结合效率,进而影响RCC1的核定位,抑制其发挥生理功能[9-11]。此外,Renault等[12]发现RCC1蛋白C端的七叶β-螺旋桨结构域构成RCC1样结构域(RCC1-like domain, RLD),β-螺旋桨结构中的每个叶片由51–68个氨基酸残基重复序列组成,形成4条反平行链并通过环连接使得RCC1蛋白能够与其他蛋白之间相互作用,是RCC1与其底物蛋白结合的关键位点。例如,RCC1通过RLD结构域与RanGDP相互作用,促进Ran与GDP分离,再与GTP结合形成RanGTP[13]。在染色体周围产生的RanGTP浓度梯度在核质转运、调控核被膜形成、调控纺锤体组装以及肿瘤的发生等过程中起关键性作用[7-8]。
人体细胞中RCC1不同亚型在结构上的显著差异,决定了其独特的功能特性。相关研究表明,人体中至少存在RCC1α、RCC1β和RCC1γ这3种同种型[14]。β和γ亚型在其N端区域(N-terminal region, NTR)包含α亚型中不存在的短插入片段,这种结构差异导致了RCC1γ与细胞中染色质的相互作用比RCC1α更强[15]。其中,γ亚型在细胞有丝分裂期通过其NTR上的特异性位点(如Ser 11)的磷酸化被精准调控,该磷酸化会干扰其与核输入蛋白Importin α/β的结合,从而在调控细胞增殖过程中发挥独特作用[15-16]。
1.2 RCC1蛋白的功能
作为定位于染色质上的Ran特异性鸟嘌呤核苷酸交换因子,RCC1催化RanGDP转化为RanGTP,在染色体表面建立并维持RanGTP的浓度梯度。该梯度是驱动核质运输、调控核被膜形成以及调控纺锤体组装等核心细胞过程的主要能量来源和空间定位信号 [7-8]。
1.2.1 RCC1与核质转运调控
RCC1作为真核生物中核质转运的核心调控因子,通过调控Ran GTPase的核苷酸状态,维持核内外的RanGTP浓度梯度,确保核内高浓度的RanGTP环境,从而驱动蛋白质和RNA的核质转运[17]。核质转运过程中,分子量大于40 kDa的蛋白质的核质穿梭需要通过核定位序列(nuclear localization sequence, NLS)和核输出序列(nuclear export sequence, NES)与核转运受体相结合,在RCC1调控的Ran GTPase循环下通过主动运输完成其核质转运过程。
在核输入过程中,货物蛋白通过自身NLS信号与识别NLS序列的蛋白受体Importin α结合,并进一步与具备核穿梭功能的Importin β组装成三元复合物,在RCC1调控的RanGTP梯度推动下,通过核孔复合体(nuclear pore complex, NPC)转运入核。RCC1维持的高水平RanGTP通过与Importin β直接结合,促使货物蛋白从转运复合物中释放并在核内发挥作用[10,18]。
在核输出过程中,核内RanGTP与出核受体XPO 1及包含NES的货物蛋白结合,形成三聚体复合物。复合物穿过NPC,在细胞质中,RanBP1/BP2促进RanGTP与核转运受体复合物的解离。RanGAP1介导的RanGTP水解为RanGDP,再回到细胞核内,通过染色质结合的RCC1重新催化生成RanGTP[19]。
1.2.2 RCC1调控核被膜形成
有丝分裂结束时,新的核被膜(nuclear envelope, NE)在染色质周围形成,核孔复合物在被膜中组装,核屏障功能和核质运输得以重新建立。RCC1通过在核小体周围募集形成RanGTP浓度梯度参与NE和NPC形成,在核膜重组过程中起到了重要作用[20-22]。
染色质结合的RCC1是生成RanGTP梯度的上游信号源,该梯度精确调控核膜组件的释放与核孔复合物的组装。RCC1通过自身NTR募集到核小体上,可激活Ran并建立RanGTP梯度,从而促使被运输至染色质区域的关键核膜组件,例如,核孔蛋白NUP、核膜蛋白LBR等从其核输入蛋白上释放,最终参与核膜组装[19,23]。此外,RCC1可与核孔蛋白ELYS协同作用,二者通过核小体被招募至染色质区域,从而支持核孔复合体与核被膜组装,表明核膜及核孔复合物的组装受RCC1与染色质结合机制的调控[24]。
1.2.3 RCC1调控纺锤体的组装
RCC1在染色质周围创造了RanGTP梯度,这个梯度如同“空间指令”,指导纺锤体微管在正确的位置进行组装、稳定和定向生长。在哺乳动物细胞的有丝分裂过程中,结合GTP的Ran蛋白在有丝分裂染色质附近富集,而结合GDP的Ran蛋白则在染色体远端更为丰富,RCC1的局部富集可作为触发微管成核及随后纺锤体组装的因素[7,25]。纺锤体组装因子(如TPX2、NuMA)在细胞质中与Importin α/β结合而处于失活状态,当其复合物进入染色体附近高浓度RanGTP区域时,RanGTP与Importin β结合诱发构象改变,从而导致纺锤体组装因子的释放与激活。例如,研究表明RCC1催化产生的RanGTP通过释放结合于输入蛋白的TPX2使其活化,TPX2招募并活化Aurora A激酶、作用于γTuRC复合物,进而介导染色体周围微管的从头成核与生长,这就确保了纺锤体的组装活动被精确地限定在染色体周围[26]。
1.3 RCC1蛋白的翻译后修饰及其功能
研究表明,RCC1的亚细胞定位及功能调节不仅依赖于其氨基酸序列,更受到多种翻译后修饰(post-translational modifications, PTMs)的精细调控,包括甲基化、磷酸化等,它们通过改变RCC1的电荷状态、构象或蛋白质相互作用特性,深刻影响其亚细胞定位、稳定性及功能活性(图1)。深入了解这些修饰及其调控功能对于揭示RCC1在细胞周期调控、DNA损伤修复以及基因组稳定性维持中的作用具有重要意义。
图1 RCC1翻译后修饰功能效应图 Me:甲基化;P:磷酸化(Ser2/11);NLS:核定位序列(nuclear localization sequence, NLS)是蛋白质中一段主要由碱性氨基酸组成的短序列,作为入核信号,介导蛋白质经核孔复合体的核输入过程。RLD:RCC1样结构域(RCC1-like domain, RLD)是一类高度保守的、折叠成七叶β-螺旋桨构象的蛋白结构域,具有RanGTP酶鸟苷酸交换因子(GEF)活性,主要介导蛋白互作、染色质结合及膜脂结合。Figure 1 Diagram of post-translational modifications of RCC1 and the related functions. Me: Methylation; P: Phosphorylation (Ser2/11); NLS: The nuclear localization sequence (NLS) is a short sequence mainly composed of basic amino acids in proteins, serving as a nuclear entry signal and mediating the nuclear import process of proteins through the nuclear pore complex. RLD: The RCC1-like domain (RLD) is a highly conserved protein domain that folds into a seven-bladed β-propeller conformation and possesses RanGTPase guanine nucleotide exchange factor (GEF) activity, mainly mediating protein-protein interactions, chromatin binding, and membrane lipid binding.
1.3.1 RCC1蛋白的甲基化修饰
RCC1蛋白N末端的甲基化是其最重要且特征最为明确的PTMs之一,这种修饰主要由甲基转移酶METTL11A/NTM1催化完成,发生在RCC1蛋白N末端特定的氨基酸残基上,如丝氨酸或脯氨酸。相关研究表明,Ran在活细胞中稳定RCC1α与染色质的动态相互作用需要RCC1α的N端尾部结构域,α-N端甲基化尾部构象变化促进RCC1α与染色质的结合[27]。N端甲基化通过给RCC1的末端氨基赋予永久正电荷,促进其通过静电作用与带负电的DNA结合,这种结合与RCC1通过propeller结构域与组蛋白(H2A/H2B)的结合共同作用,形成“双模式附着”机制,使RCC1能稳定地结合在染色质上[16,28]。RCC1的N端甲基化通过单甲基、二甲基和三甲基等不同程度修饰实现功能分级调控,其中二甲基和三甲基化可形成正电中心,通过静电作用增强与DNA的结合能力[16]。此外,α- N-甲基化缺陷的RCC1突变体仍能以较低的亲和力结合染色质,这表明还有其他机制影响RCC1与染色质的结合以及有丝分裂[9,11,16]。例如,RCC1与染色质的结合强度还受到自身精氨酸甲基化修饰的影响。精氨酸甲基化位点位于RCC1中的柔性环区,该环区含有R213、R214和R217这3个已知的精氨酸残基[29]。精氨酸甲基转移酶(protein arginine methyltransferases, PRMTs)中,Ⅰ型(如PRMT6)和Ⅱ型分别催化非对称和对称二甲基化,其中PRMT6对RCC1蛋白R214位点的甲基化已被证实能促进其与染色质结合,增强有丝分裂活性,而R217位点的甲基化功能尚不明确,潜在调控功能仍在探索中[29-30]。
1.3.2 RCC1蛋白磷酸化修饰
除了甲基化修饰,磷酸化是调控RCC1功能的关键翻译后修饰方式。RCC1的N端区域含有核定位信号,其活性受磷酸化调控。目前研究发现,人类RCC1 NLS中第2位和第11位丝氨酸磷酸化会干扰其与Importin α/β的相互作用,从而抑制RCC1的核输入过程。这一机制在有丝分裂期尤为重要,核膜解体后,RCC1分散至胞质,此时磷酸化修饰可防止其在错误时间重新进入核区室[7,29]。尤其重要的是,磷酸化会动态调节RCC1与染色质的结合状态。研究表明,特定磷酸化修饰能够降低RCC1与染色质的静态结合,使其构象变得更加灵活。这种“松动”状态不仅促进RCC1在染色体表面的动态重定位,更关键的是,它显著增强了RCC1与Ran蛋白的接触效率,从而加速RanGTP的生成与局部梯度建立[9,11-12,15]。这一机制通过影响RCC1的染色质可及性,在细胞命运决定、细胞周期检查点调控和DNA损伤应答中发挥重要作用[9,31]。
2 RCC1介导的核质转运异常在肿瘤发生与进展中的作用
RCC1作为RanGTP唯一的鸟嘌呤核苷酸交换因子,一方面通过催化核内RanGTP的生成,维持核质间的RanGTP浓度梯度,为靶蛋白的核输入及在核内的释放提供动力[8,32]。另一方面,在蛋白质核输出过程中,核内RanGTP与出核受体XPO1及货物蛋白结合形成复合物,转运至胞质后,RanGTP被水解为RanGDP,后者返回核内并由RCC1重新催化生成RanGTP,从而完成循环[18-19]。因此,RCC1的功能异常会整体破坏核质转运稳态,影响关键核质穿梭蛋白的分布,改变正常细胞进程。
2.1 RCC1异常介导的靶蛋白细胞核积累在肿瘤发生与进展中的作用
RCC1以核内高浓度的RanGTP作为“释放信号”,能促使输入蛋白将其携带的货物蛋白卸载在核内[33-34]。在正常生理状态下,这一机制确保了包括转录因子在内的多种关键蛋白(如p65、Smad3、E2F1)能够适时进入细胞核并发挥功能。
若RCC1表达或功能异常,将破坏RanGTP梯度,导致依赖该过程的蛋白质核质分布失衡,引发其核内积累异常,进而影响细胞增殖、存活、凋亡调控以及转移相关信号传导等核心生命活动。例如,核内高浓度RanGTP水平的维持,是NF-κB p65 亚基(NF-kappa-B p65 subunit, p65)等转录因子得以在核内从输入蛋白复合物上释放,在核内发挥作用的前提[35]。因此RCC1的功能对于p65在核内的滞留与转录激活至关重要。Wong等[36]研究发现,在凋亡早期,半胱天冬酶(caspase)激活的Mst1激酶通过磷酸化组蛋白H2B,导致RCC1被异常固定于染色质上,核内RanGTP水平显著下降;这使得p65无法从入核复合体上释放,无法于核内正常积累,而丧失了其抗凋亡、促生存的活性。该研究提示,靶向抑制RCC1能够干预p65正常入核后的核内积累过程,削弱其介导的生存信号,从而达到抗肿瘤的目的。此外,Kurisaki等[37]发现,RCC1的失活会破坏Smad3正常的核质穿梭,导致Smad3及磷酸化的Smad3蛋白在核内异常滞留与积累,使Smad3不受TGF-β的调控,呈现持续激活的状态,从而促进癌细胞的增殖、侵袭、迁移并产生化疗抵抗[38]。
另一方面,RCC1还通过影响靶蛋白在细胞核内稳定性的方式导致其细胞核积累,引起肿瘤发生发展。例如,Qiao等[39]揭示了RCC1在宫颈癌及人乳头瘤病毒(human papillomavirus, HPV)感染细胞中的促瘤机制,该研究发现RCC1能够维持E2F1转录因子(E2F transcription factor 1, E2F1)在细胞核内的稳定性与细胞核积累,进而促进细胞周期G1/S期转换与肿瘤细胞增殖,该过程对于HPV表达的癌蛋白E7引起的pRB蛋白功能抑制而导致的肿瘤发生异常重要。在此基础上,该研究进一步提出,靶向抑制RCC1可使细胞核内的E2F1蛋白变得不稳定,并导致其核积累减少,阻断HPV E7介导的G1检查点失效,为治疗宫颈癌提供了新的思路。
2.2 RCC1异常介导的靶蛋白细胞质积累在肿瘤的发生与进展中的作用
RCC1的功能异常会整体破坏核内RanGTP、出核受体XPO1及货物蛋白的核质转运关系,但其最终导致靶蛋白在核内积累还是胞质积累,取决于靶蛋白自身的转运方向及对RanGTP梯度的具体依赖方式差别。本节将重点阐述其在多种肿瘤中如何通过过度增强特定蛋白(如p27Kip1、p53、Skp2)的核输出,导致其在细胞胞质中异常累积或降解,进而探讨该过程异常对肿瘤细胞增殖、凋亡、转移及基因组稳定性等多个方面的影响。
在非小细胞肺癌中,RCC1通过调控p27Kip1的核输出影响肿瘤增殖。有研究发现,RCC1促进p27激酶抑制蛋白1 (p27 kinase inhibitory protein 1, p27Kip1)出核,以便其在胞质中被降解;在非小细胞肺癌中,过表达的RCC1加剧了p27Kip1的细胞质积累与降解,解除了其对细胞周期蛋白依赖性激酶4 (cyclin-dependent kinase 4, CDK4)的抑制,从而驱动细胞周期进程,促进肿瘤增殖[40-42]。Zeng等[42]进一步提出,靶向抑制RCC1能够有效阻止p27Kip1的出核与细胞质积累,恢复其核内抑癌功能,并通过p27Kip1/CDK4轴降低视网膜母细胞瘤蛋白的磷酸化水平,间接影响程序性死亡配体1 (programmed death-ligand 1, PD-L1)的表达,为联合免疫治疗提供了新策略。
另一方面,异常表达的RCC1可通过调控抑癌蛋白p53的核输出影响基因组稳定性与细胞存活[8,43]。RCC1-XPO1轴负责将携带NES序列的蛋白(如关键抑癌蛋白p53、p27等)从细胞核转运到细胞质,使蛋白在细胞质中积累[44]。在某些肿瘤(如结直肠癌)细胞中,RCC1的异常高表达促进了p53细胞质转运过程,使其无法在核内行使DNA损伤修复与促凋亡功能[2-4]。此外,RCC1-XPO1轴的过度激活还会导致同样携带NES序列的同源重组修复关键蛋白BRCA2的异常细胞核输出,使其无法在核内执行修复功能,对基因组稳定性产生影响[45]。
本研究组Zhuang等[46]最近研究揭示了在细胞周期G1-S期转换中发挥关键作用的S期激酶相关蛋白2 (S-phase kinase associated protein, Skp2)的核质穿梭过程受到RCC1的调控,RCC1通过与Skp2蛋白的直接相互作用,促进Skp2蛋白的核输出。该研究表明,软组织肉瘤(soft tissue sarcoma, STS)中高表达的RCC1引起Skp2蛋白的细胞质滞留,通过亚细胞定位的改变下调STS细胞中Skp2的泛素化水平,保护其免受蛋白酶体降解。相关研究报道,Skp2蛋白作为泛素E3连接酶促进其底物p27Kip1的泛素化降解,加速细胞周期G1/S转换与细胞周期进程,促进肿瘤细胞增殖与转移[47-49]。在此基础上,Zhuang等[46]提出一种靶向RCC1抑制STS的潜在治疗新策略,该策略通过对RCC1蛋白的靶向抑制,逆转Skp2蛋白的核输出与细胞质积累过程,诱导Skp2蛋白在核内经由后期促进复合体(APC/C)的多聚泛素化而降解,降低Skp2在肿瘤细胞中的蛋白稳定性,阻滞细胞周期进程,最终对STS起到抑制作用(图2)[46]。
图2 RCC1调控的Skp2核-质转运模式图[46]Figure 2 Diagram of the nuclear-cytoplasmic transport regulation of Skp2 by RCC1[46].
综上,由RCC1介导的核质转运调控异常引发的关键蛋白质细胞核积累或细胞质积累,在不同肿瘤的发生发展的过程中发挥重要的作用,但其具体作用机制及影响的方面仍有待进一步探索与完善。
3 RCC1在临床诊疗中的潜在价值与应用
3.1 RCC1在肿瘤诊断中的潜在应用价值
鉴于RCC1的表达异常与多种肿瘤的发生发展密切相关,其表达水平可作为重要的肿瘤诊断指标[50]。例如,在STS中,过表达RCC1通过调控Skp2的核质转运促进肿瘤进展,提示其表达水平与STS的进展正相关,或可为STS的诊断提供潜在指引[46]。这一情况同时发生在直肠癌组织中,直肠癌中RCC1表达量显著高于癌旁组织并与患者的不良预后显著相关,表明动态检测RCC1表达变化或可为直肠癌的预后评估及风险分级提供参考[51]。类似地,在肺腺癌与套细胞淋巴瘤中,RCC1在肿瘤组织中的蛋白水平也明显高于正常组织,提示RCC1在这些类型肿瘤的辅助诊断方面是一种潜在的标志物[52-53]。另一方面,RCC1的表达缺失对于辅助病理诊断同样具有潜在意义。例如,在胃癌中,Lin等[54]通过免疫组织化学染色发现RCC1表达缺失与肿瘤分化程度低、浸润深度增加显著相关。该研究进一步指出,RCC1因启动子区甲基化而沉默,可能导致DNA损伤修复功能丧失,基因组不稳定性增加,从而促进肿瘤恶性进展,提示RCC1表达缺失在辅助胃癌分化与浸润程度的病理评估方面具有潜在价值。
此外,RCC1还在少数肿瘤中具有高度特异性的突变形式。例如Hoff等[55]在睾丸生殖细胞瘤(testicular germ cell tumor, TGCT)中鉴定出2个RCC1相关的高特异性融合基因,提示RCC1所发生的特异突变可能是TGCT发生的重要驱动因素,并可能作为该肿瘤分子分型或辅助诊断的参考指标之一[56]。
综上所述,RCC1表达水平异常(过表达或缺失)或特异性基因变异,在多种肿瘤中展现出作为诊断与预后标志物的潜力。未来研究中,可进一步探索将RCC1表达检测与液体活检、人工智能分析等技术结合,用于肿瘤早期筛查或微小残留病灶监测,为后续探索RCC1在肿瘤诊断、预后评估及治疗决策中的应用价值提供理论依据[57]。例如,在直肠癌和胃癌中,通过动态监测RCC1表达变化,或构建类似影像组学列线图的多维度模型,可能有助于判断肿瘤分期、预测浸润转移趋势[58]。
3.2 RCC1在肿瘤治疗中的潜在应用价值
RCC1的高表达通常与肿瘤的不良预后相关,其高表达能够引起多种调控细胞增殖的关键蛋白核质分布异常及功能失调,进而促进肿瘤的发生发展,使其成为一个值得关注的候选治疗靶点。目前针对RCC1的药物干预研究尚处于早期探索阶段,现有报道虽涉及小分子化合物、核酸及多肽等多种类型,但具体候选药物的发掘仍相对有限。
小分子药物作为药物开发的主流形式,具有优越的生物利用度。有研究表明,RCC1高表达与急性髓性白血病(acute myeloid leukemia, AML)不良预后相关,通过使用小分子药物西达本胺和克拉屈滨抑制转录因子c-Myc与RCC1启动子区域的结合,下调RCC1表达,可有效诱导AML原代细胞生长停滞和凋亡,揭示了其临床价值[59]。
另一方面,可通过小干扰RNA (small interfering RNA, siRNA)诱导细胞中RCC1的mRNA降解,从而下调细胞中RCC1蛋白水平。研究发现,在胰腺癌中,可利用靶向RCC1的siRNA有效沉默RCC1的编码基因表达,破坏RCC1介导的货物蛋白核质分布稳态,从而有效抑制胰腺癌细胞的增殖与迁移;值得注意的是,该研究指出,靶向RCC1的siRNA显著增强了胰腺癌细胞对化疗药物吉西他滨的敏感性,并诱导更强的凋亡效应,提示靶向RCC1的RNA干扰策略在胰腺癌治疗中具有进一步探索的价值[60]。
肽类药物是指由2-50个氨基酸通过肽键连接而成的生物活性分子,具有高特异性、低毒性等优势。Haggag等[61]设计了一种新型Ran-RCC1抑制肽,能够通过纳米颗粒递送靶向抑制Ran的活性,从而间接降低RCC1在染色体上的结合水平与功能活性。这是因为RCC1作为Ran的鸟苷酸交换因子,其与染色体的结合及其催化活性依赖于其与Ran的相互作用,该抑制肽通过阻断Ran-GDP与RCC1的结合,干扰了RCC1对Ran的激活功能,从而降低了RCC1在染色质上的稳定性和功能水平,进一步抑制了Ran-GTP的形成,并在动物模型中显示出抑制肿瘤生长与转移的初步疗效。研究结果提示靶向Ran的抑制肽可通过间接抑制RCC1功能在抗肿瘤中发挥潜在价值(表1)。
表1 以RCC1为靶点的肿瘤诊断与潜在疗法进展Table 1 Progress in the diagnosis and potential treatment of cancers with RCC1 as a target
尽管现有研究为RCC1的临床转化提供了初步依据,但相关证据仍主要来源于体外实验、动物模型及回顾性样本分析,其向临床实践转化仍面临药物递送效率、靶向特异性及潜在耐药等挑战。未来仍需开展临床研究进一步验证其在肿瘤精准诊疗中的应用价值。
4 总结与展望
近年来,关于RCC1在肿瘤发生与发展中的作用机制研究日益深入,其作为潜在治疗靶点的价值备受关注。本文阐明了RCC1蛋白的结构与功能,并重点论述了RCC1通过影响关键蛋白(如p65、Skp2、p27Kip1等)的核质分布,进而调控细胞周期进程,最终促进肿瘤发生的分子机制。除此之外,RCC1还可以通过对肿瘤细胞的有丝分裂过程与凋亡抵抗能力的影响,在肿瘤发生、发展过程中发挥作用[63-65]。例如,RCC1在HPV E7阳性细胞中通过稳定E2F1、激活细胞周期蛋白依赖性激酶 1 (cyclin-dependent kinase 1, CDK1),最终废除G1检查点、驱动异常G1/S转换,提示过表达RCC1可能导致细胞提前进入S期与有丝分裂期,从而引起细胞的异常增殖与宫颈癌的发生[39]。另一方面,过表达的RCC1还可通过上调抗凋亡蛋白(如Bcl2)来增强生存信号,进而抑制线粒体膜通透性并阻止凋亡通路的激活[42,66]。综上所述,RCC1在多种癌症(如非小细胞肺癌、软组织肉瘤、结直肠癌等)中呈现高表达,且与患者的不良预后密切相关,进一步奠定了其作为肿瘤干预靶点的生物学基础。
基于上述机制,靶向RCC1的治疗策略涵盖了小分子药物、核酸药物及多肽类抑制剂(如Ran-RCC1抑制肽)等多种形式。然而,RCC1靶向治疗迈向临床转化仍面临严峻挑战。首先,RCC1作为一种染色质结合蛋白,属于稳定核定位蛋白家族,所以其相关药物的高效递送与肿瘤靶向性是一大瓶颈,例如,游离的抗Ran多肽因膜穿透性差、易降解、生物利用度低等问题而活性有限,亟需开发新型递送系统(如细胞膜仿生纳米颗粒、病毒样颗粒等)以改善其药代动力学性质,提升药物的稳定性、靶向性与细胞内递送效率[61]。此外近期研究表明,源自微蛋白的多肽抑制剂及大环肽等新型药物模式,由于其构象刚性强、靶点结合特异性高、代谢稳定性好的特性,可减少药物分子在胞内递送过程中的构象散逸,有利于穿越核膜孔复合物并在核内准确识别靶点并延长药物在循环及胞内环境中的存留时间,抵抗核内外蛋白酶的降解,保障足量药物有效递送至核内靶点,有望为难以递送的核蛋白靶点(如RCC1)的干预提供创新工具[67-68]。
其次,现有抗肿瘤疗法的潜在耐药机制也亟待阐明,研究表明,RCC1/Ran通路参与DNA损伤修复并与多药耐药相关,其表达上调可能导致抗肿瘤药物失效,而靶向RCC1的联合策略在耐药模型中展现出初步协调效应,其与XPO1抑制剂或免疫检查点抑制剂的联用需要进一步验证[69]。例如,将RCC1与核输出蛋白XPO1抑制剂Selinexor联用,有望在破坏肿瘤细胞的核质运输稳态、产生更强的抗肿瘤效果的同时,克服后者单用时的耐药性问题[70-71]。更重要的是,靶向RCC1可能逆转肿瘤的治疗抵抗,恢复其对化疗、免疫治疗及靶向药物的敏感性[8,42]。具体而言,RCC1-Skp2-p27Kip1信号轴的异常激活会削弱EGFR抑制剂[72]、mTOR抑制剂[73]及AR抑制剂[74]等一线药物的疗效,提示RCC1抑制剂与这些药物的联合应用具有广阔前景。
当前,肿瘤免疫治疗虽然在某些特定肿瘤类型中展现出一定疗效,但并非普遍适用,因而揭示不同癌种在抗肿瘤免疫治疗中呈现疗效差别的分子机制显得尤为重要。研究发现,RCC1可通过促进p27Kip1蛋白出核降解,从而激活CDK4并释放转录因子E2F1,从而抑制PD-L1的转录,这导致肿瘤微环境呈现PD-L1低表达的“冷肿瘤”状态,削弱免疫检查点抑制剂的疗效[42]。因此,靶向抑制RCC1或可为改善免疫治疗敏感性提供新的干预切入点[43]。展望未来,进一步探究RCC1对肿瘤免疫微环境的不同调控机制,或为开发逆转免疫抑制、增敏免疫检查点抑制剂的新型联合疗法提供关键靶点。本文为RCC1相关肿瘤的精准治疗与药物研发提供了理论参考和新思路。
引用本文: 高涵颖, 练雅婷, 颜弘毅, 李文杰, 吕鹏, 卢钟磊.RCC1介导的核质转运过程在肿瘤起始与发展中的作用及其潜在临床价值[J].生物工程学报, 2026, 42(5): 2037-2050. (GAO Hanying, LIAN Yating, YAN Hongyi, LI Wenjie, LYU Peng, LU Zhonglei. Role of RCC1-mediated nuclear-cytoplasmic transport process in tumor initiation and progression and its potential clinical value[J]. Chinese Journal of Biotechnology, 2026, 42(5): 2037-2050.)
基金信息: 福建省科技厅创新资金(2024C0012);福建省自然科学基金(2025J01483);福建省财政厅科研基金(202310)
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