雙鏈RNA結(jié)合蛋白ILF3在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

賈晉婧，孫 靜,2，薛 群,3

（1.蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部，江蘇 蘇州 215123；2.蘇州大學(xué)免疫學(xué)教研室，江蘇 蘇州 215006；3.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 蘇州 215006）

白介素增強(qiáng)結(jié)合因子3（ILF3，也稱為NF110）和核因子90（NF90，也稱為DRBP76和NFAR1）是雙鏈RNA結(jié)合蛋白（DRBPs）的家族成員。DRBP包含雙鏈RNA結(jié)合基序（dsRBMs），使其具有調(diào)節(jié)RNA代謝的功能。ILF3由ILF3基因選擇性剪接產(chǎn)生并在脊椎動(dòng)物的組織中大量表達(dá)，參與轉(zhuǎn)錄、降解和翻譯等RNA代謝過程[1]。ILF3在神經(jīng)領(lǐng)域的研究表明，其對(duì)RNA的調(diào)控可以影響神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生以及多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)展。本文就近年來ILF3在神經(jīng)領(lǐng)域研究的進(jìn)展進(jìn)行文獻(xiàn)綜述。

1 ILF3蛋白的結(jié)構(gòu)

ILF3的基因定位于人類19號(hào)染色體上[2]。該基因全長38 kb，由21 個(gè)外顯子組成，并且可以通過選擇性剪切和多聚腺苷酸化產(chǎn)生至少五種不同的轉(zhuǎn)錄本[3]。在小鼠的基因組中也發(fā)現(xiàn)了其同源基因，但與人類ILF3基因的結(jié)構(gòu)略有差異[4]。

早期研究中往往將ILF3與NF90混為一談。ILF3與NF90的cDNA序列相似（圖1）。二者的共同區(qū)域包括一段與鋅指相關(guān)的結(jié)構(gòu)域（DZF），一DZF段核定位信號(hào)（NLS）、一段可以與單鏈RNA（ssRNA）結(jié)合的RGG基序、兩段雙鏈RNA結(jié)合基序（dsRBM）及它們之間插入的四個(gè)氨基酸（NVKQ）[5]，其中dsRBM在DRBPs與RNA結(jié)合并啟動(dòng)下游作用的過程中必不可少，并且在細(xì)胞分裂間期，ILF3通過dsRBM與RNA的結(jié)合以及其羧基端與RBP的結(jié)合控制核定位，使ILF3完全定位于核中；有絲分裂開始后，ILF3則發(fā)生磷酸化并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中[6]。但由于第二個(gè)dsRBM后插入了兩個(gè)核苷酸導(dǎo)致NF90提前終止，造成了ILF3與NF90的羧基端區(qū)域存在結(jié)構(gòu)差異[5]。ILF3的羧基端可以與核酸相互作用，并且包括一個(gè)富含精氨酸、甘氨酸和絲氨酸的結(jié)構(gòu)域。ILF3可作為蛋白-精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶Ⅰ（PRMT1）強(qiáng)大的甲基化底物[7]。精氨酸甲基化是許多蛋白質(zhì)翻譯后常見的修飾，PRMT1可以修飾轉(zhuǎn)錄因子的活性，進(jìn)而調(diào)節(jié)核酸結(jié)合蛋白對(duì)核酸的親和力等。甲基化后不僅ILF3下游發(fā)生變化，PRMT1酶的活性也會(huì)被調(diào)節(jié)。

圖1 ILF3與NF90的結(jié)構(gòu)域示意圖

2 ILF3的功能

ILF3作為DRBP家族的成員，最顯著的特征即通過dsRBM與dsRNA結(jié)合，使其被編輯或沉默，進(jìn)而參與其轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。近年來與ILF3相關(guān)疾病的研究涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括多種癌癥、病毒性心肌炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。ILF3可以與絲氨酸-甘氨酸代謝過程中相關(guān)的SGOC mRNA結(jié)合并調(diào)控其穩(wěn)定性，提高SGOC基因的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)直腸癌的生長[8]。在柯薩奇病毒B3型誘導(dǎo)的病毒性心肌炎的過程中，lncRNA AK085865對(duì)ILF3-NF45異二聚體介導(dǎo)的pri-miR139和pre-miR139加工進(jìn)行負(fù)性調(diào)節(jié)，抑制了成熟miR139的生成，促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞的極化進(jìn)而增加病毒性心肌炎的易感性[9]。在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的滑膜成纖維細(xì)胞中，ILF3可與GABPα相互作用促進(jìn)滑膜蛋白的表達(dá)，觸發(fā)滑膜細(xì)胞過度生長[10]。ILF3通過結(jié)合持續(xù)性尿激酶型纖溶酶原激活物（uPA）啟動(dòng)子以及抑制uPA mRNA靶向的primiR193a/193b/181a的加工，作為轉(zhuǎn)錄激活劑和primiRNA加工阻斷劑促進(jìn)乳腺腫瘤的發(fā)展[11]。IRF1-AS在食管鱗狀細(xì)胞癌中表達(dá)下調(diào)。IRF1-AS通過與ILF3-DHX9異二聚體作用激活干擾素調(diào)節(jié)因子（IRF1）的轉(zhuǎn)錄，可以促進(jìn)干擾素反應(yīng)進(jìn)而抑制腫瘤的進(jìn)展[12]。

3 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

在神經(jīng)系統(tǒng)領(lǐng)域的研究表明，ILF3對(duì)下游的調(diào)控不僅參與了神經(jīng)系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)和生理功能的維持，也與神經(jīng)退行性變、缺血缺氧、感染或其他因素導(dǎo)致神經(jīng)疾病密切相關(guān)。ILF3與不同的相關(guān)蛋白結(jié)合后對(duì)不同的途徑進(jìn)行調(diào)控，憑借神經(jīng)免疫、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、RNA編輯等對(duì)疾病的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響（表1）。

表1 與ILF3結(jié)合或相互作用的蛋白和RNA及其功能

3.1 ILF3與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常 ILF3廣泛參與了神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程，無論是胚胎神經(jīng)干細(xì)胞的分化、遷移還是神經(jīng)元極性結(jié)構(gòu)的形成。

神經(jīng)嵴是脊椎動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中特有的結(jié)構(gòu)。它由神經(jīng)板邊緣區(qū)域的細(xì)胞發(fā)育而來，在胚胎背腹軸圖式的形成過程中進(jìn)一步分化和遷移，與周圍神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)生密切相關(guān)[30]。Fishwick等[25]發(fā)現(xiàn)ILF3的雞同源基因在發(fā)育早期即存在表達(dá)，且ILF3的減少會(huì)導(dǎo)致雞胚鋅指基因Zic-1部分結(jié)構(gòu)喪失。鋅指基因Zic-1在雞胚早期神經(jīng)板和神經(jīng)板邊緣區(qū)以及胎盤前區(qū)域均有表達(dá)，關(guān)系著胚胎的神經(jīng)發(fā)育。

在神經(jīng)元發(fā)生和遷移過程中，具有重要作用的細(xì)胞器之一是真核細(xì)胞表面突起的纖毛。纖毛缺陷導(dǎo)致的疾病具有發(fā)育遲緩、認(rèn)知和記憶缺陷等相同的表型。Karunakaran等[26]通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)ILF3等蛋白質(zhì)是纖毛相關(guān)基因的相互作用因子，可能與某些神經(jīng)系統(tǒng)缺陷或精神障礙疾病存在相關(guān)性。

微管網(wǎng)絡(luò)通過定向運(yùn)輸幫助神經(jīng)元維持其結(jié)構(gòu)或是功能上的極性。Tau是軸突中含量最豐富的微管相關(guān)蛋白。Tau mRNA的3'非翻譯區(qū)存在一段核苷酸序列，該序列作為軸突靶向元件介導(dǎo)mRNA被運(yùn)送到特定的位置并且完成后續(xù)的翻譯，最終使得Tau蛋白在神經(jīng)元的軸突上產(chǎn)生和積累[31]。Larcher等[21]檢測到ILF3和NF90上的dsRBM可以與Tau mRNA軸突靶向元件的莖環(huán)二級(jí)結(jié)構(gòu)相互作用，作為輔助其向軸突移位的蛋白質(zhì)復(fù)合體的一部分并參與Tau mRNA的翻譯停止或穩(wěn)定；并且由于ILF3和NF90具有核-胞質(zhì)轉(zhuǎn)移的特性，這種相互作用也為Tau mRNA或pre-mRNA在細(xì)胞核中的裝載和運(yùn)送提供條件。

3.2 ILF3與阿爾茲海默癥 Alves等[32]發(fā)現(xiàn)阿爾茲海默癥患者的海馬組織中IL-2水平下降。低劑量的IL-2促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Tregs）擴(kuò)增以及海馬中淀粉樣斑塊周圍星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活和招募，改善突觸可塑性，有助于恢復(fù)記憶，IL2的表達(dá)在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平都受到精確的調(diào)控[15]。長期以來，ILF3/NF90對(duì)IL2的轉(zhuǎn)錄調(diào)控一直是該領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)，并且推動(dòng)了神經(jīng)免疫機(jī)制在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展。Guan等[5]發(fā)現(xiàn)，NF90/ILF3與NF45（也被稱為ILF2）可通過DZF結(jié)構(gòu)域的介導(dǎo)形成異二聚體核心復(fù)合物。ILF3/NF90-NF45二聚體結(jié)構(gòu)作為活化的T細(xì)胞核內(nèi)因子（NFAT）的組成成分之一，對(duì)于IL-2的轉(zhuǎn)錄起到調(diào)節(jié)作用[13]。NFAT與IL2啟動(dòng)子的抗原受體反應(yīng)元件2（ARRE-2）結(jié)合并促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄。若NF45或ILF3/NF90缺失，則IL2的轉(zhuǎn)錄會(huì)受到負(fù)面影響。NF90/ILF3在IL2的轉(zhuǎn)錄后水平也起到了調(diào)節(jié)作用。當(dāng)T細(xì)胞被激活后，被激活的蛋白激酶B（Akt）使NF90發(fā)生磷酸化，之后NF90由細(xì)胞核重新定位至細(xì)胞質(zhì)。細(xì)胞質(zhì)中的NF90與IL2 mRNA 3'非翻譯區(qū)中富含AU元件（ARE）結(jié)合，從而穩(wěn)定mRNA，減緩其降解[15-16]。雖然NF90與ILF3的序列存在高度的相似性，但卻在功能上存在差異。ILF3敲除對(duì)NF45水平只會(huì)造成輕微的影響；ILF3與細(xì)胞核的聯(lián)系比NF90更緊密，ILF3比NF90在刺激增殖細(xì)胞核抗原啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄方面更活躍[5]。IL-2可以通過血腦屏障接觸中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)腦細(xì)胞產(chǎn)生直接作用。

ILF3不僅可通過調(diào)節(jié)IL2的表達(dá)水平改變阿爾茲海默癥進(jìn)程中的炎癥水平，還可能與Tau蛋白的積累存在聯(lián)系。Thompson等[33]利用蛋白組學(xué)對(duì)于Tau相關(guān)的蛋白質(zhì)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)ILF3等蛋白可通過干預(yù)Tau的運(yùn)轉(zhuǎn)而影響其毒性，可能的機(jī)制為ILF3過表達(dá)后可以促進(jìn)Tau與微管的結(jié)合，減少其聚集或增強(qiáng)其清除。

3.3 ILF3與腦卒中 ILF3在大腦的缺血缺氧性損傷中可能通過抑制炎癥、減少凋亡等途徑發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

包含ILF3/NF90-NF45二聚體結(jié)構(gòu)的NFAT可以調(diào)節(jié)IL-2的轉(zhuǎn)錄[13]，低劑量的IL-2促進(jìn)Tregs的擴(kuò)增[32]。卒中損傷慢性期后腦內(nèi)Treg細(xì)胞的大量積累可能與ILF3相關(guān)的IL2水平改變有關(guān)。Treg的擴(kuò)增則會(huì)抑制神經(jīng)毒性星形膠質(zhì)病變，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[34]。

冷誘導(dǎo)RNA結(jié)合基序蛋白3（RBM3）通過抑制PERK-eIF2a-CHOP內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通路參與缺氧缺血性和神經(jīng)退行性疾病神經(jīng)元的保護(hù)。Zhu等[17]發(fā)現(xiàn)RBM3通過與NF90結(jié)合抑制PERK磷酸化，保護(hù)細(xì)胞免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，減少凋亡。該實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了ILF3的存在，但是可能由于RBM3-NF45/90-PERK相互作用體主要定位于細(xì)胞質(zhì)而ILF3在細(xì)胞內(nèi)定位于核中，所以ILF3在該過程中的作用可能不及NF90。

作用于RNA的腺苷脫氨酶蛋白（ADAR）催化哺乳動(dòng)物中最普遍的RNA編輯類型——腺苷-肌苷（A-I）RNA編輯。人類的ADAR2對(duì)大腦中非重復(fù)區(qū)域腺苷的調(diào)控與神經(jīng)元的RNA編輯事件相關(guān)，包括GluR2編碼谷氨酸受體過程中的RNA編輯[18]。ILF3和ADAR2具有結(jié)構(gòu)相似的dsRBD，能夠與其競爭底物并影響RNA的編輯。ADAR2的失調(diào)可能與短暫性前腦缺血等有關(guān)[35]。

3.4 ILF3與癲癇 癲癇患者海馬和血清中的ILF3反義RNA（ILF3-AS1）水平高于對(duì)照組[23]。實(shí)驗(yàn)證明ILF3-AS1過表達(dá)后可促進(jìn)基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）的表達(dá)或活性增加，促進(jìn)癲癇發(fā)生。造成這一結(jié)果的機(jī)制可能是由于ILF3-AS1靶向miR-212后誘導(dǎo)MMP3和MMP9的表達(dá)，同時(shí)增加炎癥細(xì)胞因子表達(dá)，進(jìn)而與癲癇后炎癥對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和海馬神經(jīng)元的損傷相關(guān)。

包含ILF3的多聚體復(fù)合體——剪接調(diào)節(jié)蛋白（LASR）與核RBFox蛋白結(jié)合，對(duì)RBFox控制的剪接和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控進(jìn)行調(diào)節(jié)也可能與癲癇存在關(guān)聯(lián)[19]。RBFox蛋白控制哺乳動(dòng)物大腦中的選擇性剪接和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。小鼠大腦中RBFox1的缺失會(huì)導(dǎo)致癲癇，RBFox2缺失則表現(xiàn)出小腦缺陷和共濟(jì)失調(diào)；人類癲癇患者中也發(fā)現(xiàn)了RBFox1和RBFox3的突變[36-38]。

3.5 ILF3與神經(jīng)系統(tǒng)感染性疾病 一些ILF3的相關(guān)性實(shí)驗(yàn)也證明其與神經(jīng)系統(tǒng)的損傷存在聯(lián)系。Wang等[39]識(shí)別坐骨神經(jīng)損傷的幼年大鼠術(shù)后基因表達(dá)變化后發(fā)現(xiàn)，包括ILF3在內(nèi)的9 個(gè)特異性基因發(fā)生下調(diào)。水痘帶狀皰疹病毒感染后，ILF3的磷酸化抑制胞內(nèi)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶的活性，抑制病毒的擴(kuò)散，并介導(dǎo)神經(jīng)元和衛(wèi)星細(xì)胞的融合，可能與帶狀皰疹后神經(jīng)痛相關(guān)[20]。而委內(nèi)瑞拉馬腦炎病毒感染后ILF3等基因被下調(diào)，與細(xì)胞凋亡和對(duì)抗病毒感染相關(guān)，減輕中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛的炎癥和神經(jīng)元死亡[27]。

3.6 ILF3與膠質(zhì)瘤 膠質(zhì)瘤是最常見的原發(fā)性顱腦腫瘤。ILF3被招募后和一些與腫瘤相關(guān)的基因結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)腫瘤的增殖分化進(jìn)行調(diào)節(jié)。在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞向膠質(zhì)瘤細(xì)胞分化的過程中，ILF3參與了FTO/AGO1/ILF3/miR-145復(fù)合物的形成，這一復(fù)合物與CLIP3 mRNA結(jié)合后導(dǎo)致N6-甲基腺苷（m6A）修飾減少，進(jìn)而上調(diào)了轉(zhuǎn)錄本的翻譯，提高了轉(zhuǎn)錄效率[22]。Bi等[24]發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼基因同源盒B簇反義RNA1（HoxB-AS1）及其鄰近基因HoxB2和HoxB3在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（GBM）中的表達(dá)升高，其沉默則會(huì)抑制GBM的增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。該研究的進(jìn)一步機(jī)制實(shí)驗(yàn)表明，這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可能與ILF3被HoxB-AS1招募后在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)HoxB2和HoxB3進(jìn)行調(diào)節(jié)存在聯(lián)系。

3.7 ILF3與精神疾病 ILF3與一些精神障礙疾病也具有相關(guān)性，但其影響機(jī)制尚未探明。Park等[28]利用全基因組分析RBP靶點(diǎn)失調(diào)在精神疾病中的作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)ILF3的順式表達(dá)與雙相情感障礙的易感風(fēng)險(xiǎn)存顯著相關(guān)。Leirer等[29]對(duì)首發(fā)精神病患者外周血進(jìn)行分析，試圖通過基因表達(dá)來將環(huán)境與遺傳因素相聯(lián)系。ILF3則作為病例組中發(fā)生顯著下調(diào)的基因之一。

4 結(jié)語和展望

ILF3是DRBP家族成員之一，其dsRBM結(jié)構(gòu)與作為RNA結(jié)合的靶點(diǎn)在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后對(duì)下游通路進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)神經(jīng)正常結(jié)構(gòu)的發(fā)育或疾病的發(fā)展進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前對(duì)于NF90的相關(guān)研究較ILF3更多。雖然二者的結(jié)構(gòu)具有高度的相似性，但其羧基端結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞定位的不同仍會(huì)造成功能的差異，因此不可直接將NF90相關(guān)研究得出的結(jié)論推及ILF3，但正是由于其相似性的存在，也為這樣的推論提供了可能性，但仍需要進(jìn)一步的證實(shí)。ILF3通過與RNA相互作用，可能廣泛參與了不同神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展，若對(duì)于這些通路進(jìn)行更深入的研究可能為疾病的早期診斷或干預(yù)提供潛在的靶點(diǎn)。