潛在癌癥預后評估標記物RRAGD介導mTORC1通路在癌癥中的研究進展

陳未希，白澤坤，白雯，吳景華

(華北理工大學附屬醫院，河北 唐山 063000 )

1 RRAGD

Ras 相關 GTP 結合蛋白 D（Ras-related GTP binding protein D，RRAGD）隸屬于RagGTP結合蛋白家族，其編碼基因位于6q15。RRAGD蛋白分子量為45588，主要分布于細胞漿、胞核和溶酶體中。2001年，Sekiguchi T等在意圖用酵母雙雜交實驗尋找與RRAGA或RRAGB相互作用的蛋白時，意外發現RRAGC和RRAGD[1]。迄今為止已發現的Rag結合蛋白共有4種：RRAGA、RRAGB、RRAGC和RRAGD，其中RRAGA和RRAGB互為同源類似物，基因序列重合度高達98%；RRAGC和RRAGD互為同源類似物，其基因序列重合度高達81%。并且RRAGA或RRAGB能夠與RRAGC或RRAGD通過它們C端結構域的相互作用形成穩定的蛋白復合物。此外，研究表明RRAGD蛋白在功能結構上的Loop環和異二聚化結構域能夠與GTP/GDP結合，且其具有形成二聚化物的能力[2]。2008年， Kim等定出RRAGD介導氨基酸激活mTOR信號通路[3]，他們認為氨基酸刺激可以激活Rag GTPases，激活后的Rag GTPases與mTORC1結合并激活mTORC1，而且Rag GTPases對于氨基酸激活mTORC1是必要的成分。同年Sancak等[4]采用不同的手段獲得相同的結果，而且其還認為在氨基酸充足時，活化的Rag GTPases可以將mTORC1募集至核周邊膜結構區域，從而激活mTORC1，其說明這種二聚物可能是在氨基酸刺激下介導mTORC1由胞漿轉移到溶酶體膜上并參與不同類型的生理活動進程[5]。目前，RRAGD及其通路，在臨床上的應用主要體現在：RRAGD介導其相關通路可作為調節劑，從而調控細胞代謝，進而影響疾病發生和發展，例如癌癥、細胞代謝等的研究。

2 RRAGD相關通路及作用

2.1 雷帕霉素（The mechanistic target of rapamycin，mTOR)

mTOR[6]主要功能是作為兩種類型蛋白激酶復合物的催化 亞 基：mTOR復 合 物1（mTOR Complex 1，mTORC1）和mTOR復合物2（mTOR Complex 2，mTORC2）[7]。mTOR作為細胞代謝參與重要功能的信號通路，包括調節細胞生長、增殖、凋亡、再生和自噬[8-9]，基于上述功能其對人體內多種系統如循環系統、消化系統細胞的功能起到十分關鍵而重要的作用[10]。多數研究表明，RRAGD發揮功能的方式主要與mTOR通路密切相關[6]。

2.2 雷帕霉素復合物1（mechanistic target of rapamycin complex 1 mTORC1)

mTORC1可通過影響細胞衰老進程、干細胞免疫、mRNA翻譯與表觀遺傳等從而起到調節個體的壽命的作用，且mTORC1的抑制作用是目前已知的唯一能延長所有動物模型生物壽命的藥物治療方法[11]。mTORC1主要是通過感知細胞內以及細胞外的刺激，如壓力刺激、營養狀態變化、能量改變和生長因子來調控蛋白翻譯和細胞代謝，并在響應細胞生長信號的蛋白質合成、核苷酸合成和脂質合成中起重要作用[12]。mTORC1通過磷酸化激活依賴于S6K1(S6 Kinase1，S6K1即核糖體S6蛋白激酶S6K1由p70和p85亞型組成)[ 13-15]，與通過磷酸化真核翻譯起始因子4E（Eukaryotic Translation Initiation Factor eIF4E的）結合蛋白4E-BP1和2（Eukaryotic Translation Initiation Factor Binding Pritein1 and2）影響細胞蛋白合成或是通過影響多種酶的轉錄作用與涌向四氫葉酸與一碳單位增強嘌呤從頭合成[16]。mTORC1是控制細胞生長的信號與構成生長基礎的代謝過程之間的關鍵分子鏈接。同樣mTORC1通路介導了細胞內氨基酸的感知，該通路控制著許多細胞進程，并牽涉到人類多種疾病，包括癌癥，肥胖癥，糖尿病和神經變性[11,18]。因此，了解上下游信號對于mTORC1的影響和控制與掌握相關病理生理學的原理顯的至關重要[6]。哺乳動物表達的GTPases- RagA，B，C和D，則是此途徑的重要媒介，這是由于RAS-GTP酶可形成介導氨基酸誘導的mTORC1激活RRAGA / C或RRAGB/ D的異源二聚體[19]。研究表明，亮氨酰tRNA合成酶也可和RRAGD相互作用來干預，進而控制亮氨酸依賴性mTORC1途徑[17]。而TFEB驅動的內吞作用協調mTORC1信號傳導和自噬也被相關研究證實，TFEB促進內吞基因的表達并在饑餓條件下增加細胞內吞率，而這一作用的啟點需要依賴于RRAGD將mTORC1固定于膜區[20]。

2.3 RRAGD-mTOR-4E-BP1軸

John等發現RRAGD-mTOR-4E-BP1這種信號通路在心肌細胞特異性晝夜節律突變體即兩種晝夜生物鐘紊亂的小鼠心臟模型（ cardiomyocyte-specific CLOCK mutant CCM）和心肌細胞特異性BMAL1基因敲除（cardiomyocytespecific BMAL1 knockout -CBK）小鼠中長期表達。并通過營養環境于能量多寡與生物素化的相互影響，參與心臟生物鐘帶來的新陳代謝改變，從而對于心臟的代謝與相關疾病的發生與發展[21]。

3 RRAGD及其通路于癌癥中的研究進展概述

在過去的半個世紀中，癌癥的發病率和死亡率不斷增加，癌癥已成為中國居民的主要死亡原因[22]且癌癥的異質性極大的決定了癌癥患者的預后，其主要影響因素包括（1）腫瘤生長和增殖的速度；（2）腫瘤分泌相關活性物質；（3）血管形成；（4）侵襲和轉移；（5）代謝改變；（6）微環境變化；（7）腫瘤帶來的免疫調節[22]。而發生于癌癥中的各種相關通路與藥物作用靶點則成為當前的熱點。研究發現，MiT / TFE轉錄因子能夠通過影響溶酶體與黑素體來調控細胞生長和自噬，其通過直接調節RagD的表達從而控制mTORC1對于溶酶體的募集和活性，從而影響細胞的代謝進而在腫瘤生長中起到關鍵的調控作用。Chiara等報道腎細胞癌，胰腺導管腺癌和黑色素瘤患者與小鼠模型的細胞和組織中MiT / TFE基因的上調觸發了RRAGD介導的mTORC1通路激活，從而證實RRAGD與mTORC1的表達情況存在著明顯的相關性，導致細胞過度增殖進而促進癌癥生長，此外，RRAGD與mTORC1的表達存在顯著的正相關性。上述提示，RRAGD 可通過調控mTORC1通路，對上述癌癥的發生和發展發揮著關鍵的作用[23]。這一觀點也在，再其他癌癥中也廣泛存在。mTORC1抑制劑可抑制腫瘤生長，但仍存在多種副作用。然而探究其上游相關調控靶點如RRAGD，其即可避免其副作用，也可延長患者的生存期。

3.1 RRAGD與結腸癌

目前，結腸癌的發病率與死亡率近年來呈持續上升趨勢[24]，RRAGD基因的表達情況與結腸癌的相關預后及總體生存率密切相關。已有研究表明，當RRAGD基因高表達時，結腸癌患者的5年生存低于RRAGD正常表達的患者[25]。Karen Triff等在大鼠氧化偶氮甲烷(AOM)結腸癌模型中，比較了差異表達的轉錄樣本（DE）和富集區域（DER），并在RNA（116個DE基因），K9ac（49個DER，包括24個基因）和K4me3（7678 DER，包括3792個基因）水平檢測到全基因組的致癌物的作用，并證明RRAGD與致癌物誘導的基因K4me3 DERs造成的結腸癌惡性轉歸有關[26]。XJ XIE等利用KEGG富集分析的方法分析了不同分期（Ⅰ-Ⅳ期）的55個結腸癌標本進行驗證進而篩選出20個最能影響結腸癌預后的基因，也得出了RRAGD的表達情況與結腸癌的預后相關這一結論[27]。

3.2 RRAGD與乳腺癌

乳腺癌是全世界女性中最常見的腫瘤，也是導致女性癌癥死亡的主要原因。有數據表明全世界百分之11的乳腺癌發生于中國[28],基于其不良預后其機制研究也是近年來的熱點， Barbara Schr rs等通過觀測小鼠乳腺癌模型，發現RRAGD基因發生了突變[29]，從而引發RRAGD基因表達的差異，進而導致了乳腺癌患者的轉移與預后的差異。

研究表明，mTOR相關通路的驅動途徑的失控在乳腺癌的發生和發展中起重要作用[29]而mTORC1作為雌激素乳腺癌轉移的關鍵介質，通過激活mTORC1 / p70S6K / rpS6信號軸來促進配體依賴性和非依賴性乳腺癌轉移[30]。

3.3 RRAGD與宮頸癌

每年超過五十萬婦女被診斷出患有宮頸癌，并導致全世界約30萬人死亡。調查顯示，90%宮頸癌的發生，主要是由于缺乏有組織的篩查和HPV疫苗接種計劃的低收入和中等收入國家。雖然在高收入國家，自實施正式篩查計劃以來，在過去30年中，宮頸癌的發病率和死亡率下降超過一半。但依然是女性死亡的主要原因之一[31]。

馮楊等[32]研究發現，小眼崎形相關轉錄因（Microphthalmia Transcription Factor，MITF）在COL0829黑色素瘤細胞中占據RRAGD的近端啟動子，且證實MITF與RRAGD轉錄活性正相關且在轉錄水平調控RRAGD的表達。而MITF的過表達可以導致RRAGD的轉錄水平上調和mTORC1信號通路的激活。而mTORC1信號通路激活可導致宮頸癌細胞的過度生長，在氨基酸缺乏的情況下更為明顯。這些提示， RRAGD可能是引發宮頸癌過度生長的關鍵因素之一[32]。

4 結論與展望

近年來，RRAGD與mTORC1信號通路的研究已被廣泛關注。RRAGD可作為諸如能量、自噬和代謝等通路如mTOR通路的樞紐，并且在多種腫瘤的過度生長與預后評估中起重要作用。另一方面，RRAGD作為廣泛存在于細胞漿、胞核與溶酶體中的固有蛋白。雖然特異性與已有的相關腫瘤標志物對比來說在診斷方面略有欠缺，但其在多種腫瘤普適性的預后評估中似乎具有更大的優勢，并且其相關通路的mTORC1抑制劑已在多種腫瘤小鼠模型中進行驗證，證明其可抑制腫瘤進展延長小鼠存活時間，其上游蛋白RRAGD也成為近年來研究的熱點。目前，RRAGD作為一種新型蛋白卻已被廣泛應用于調控腫瘤生長的機制研究與作為預后評估進行臨床前研究。但臨床轉化依舊需要更多有關于RRAGD通路機制的相關研究，以及RRAGD生理、生物方面的功能。盡管RRAGD作為被臨床認可的預后評估標志物仍然存在不少挑戰，但RRAGD作為一個腫瘤過度生長的關鍵因素，在未來的研究中，仍進一步闡明其相關功能作用。

雖然RRAGD在各類疾病診斷、預后判斷和預測價值中的作用尚缺乏足夠的證據。有必要進行獨立的綜合研究及具有良好特征患者群體的整體評價，并充分證明RRAGD在臨床應用中的適用性。有關疾病中RRAGD與其參與的通路等相關研究不應該僅局限于關于疾病預后推斷，關于疾病的診斷與治療等方面的研究也有待發展和提升。若要應用于常規診斷那么關于RRAGD在不同標本如血清等的提取、鑒定和處理分析方面的挑戰仍然存在，充分利用現有的不同提取技術，并對這些技術進行改良是未來關于RRAGD研究的重要基礎。而RRAGD用于不同疾病種的診斷或預后評估也是未來關于RRAGD的研究方向和熱點。

利益沖突，所有作者均聲明不存在利益沖突。