RNA結合基序蛋白3及其神經元保護作用

仲浩段滿林

221004，徐州醫科大學江蘇省麻醉學重點實驗室，江蘇省麻醉與鎮痛應用技術重點實驗室（仲浩、段滿林）

國際麻醉學與復甦雜誌,2017,38(04):382-384.

DOI：10.3760/cma.j.issn.1673-4378.2017.04.020

基金項目

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【綜述】

低溫被廣泛應用在改善新生兒缺血/缺氧性腦損傷治療、成年人的腦外傷治療和心搏驟停後的腦復甦治療。在自然界中，很多動物可以通過冬眠來抵禦嚴寒。冬眠過程中，低體溫是其主要特點之一，並發揮著重要作用。當體溫降低時，生物體器官、組織和細胞代謝降低，蛋白質合成總量下降；但有一類蛋白合成明顯增加，此類蛋白被稱作「冷休克蛋白」（cold shock proteins, CSPs），它可能是低溫保護作用的機制之一。

CSPs在動物、植物和微生物細胞中表達且種類較多，但在哺乳動物中研究較多的是冷誘導RNA結合蛋白（cold inducible RNA-binding protein, CIRP）和RNA結合基序蛋白3（RNA binding motif protein 3, RBM3）。CIRP近來被認為是一種炎症相關性分子 ，敲除小鼠的CIRP基因可減輕其腦缺血損傷 。

RBM3是在哺乳動物細胞中發現的重要CSPs ，具有增加細胞蛋白質合成 、抗凋亡 和促進細胞增殖的功能 ，可改善神經退行性病變的神經元突觸結構重塑 ，還可能與低溫對缺血/缺氧損傷的保護作用有關 。本文主要介紹RBM3的結構特徵、在細胞中的功能和對神經元的保護作用。

RBM3的結構

RBM3基因定位於X染色體長臂11.2位點，是一種X染色體關聯RBM基因，另外還有RBMX和RBM10。RBM3蛋白結構與其他CSPs具有相似性，含有156個氨基酸，氨基末端是一個RNA結合域共同序列（consensus sequence RNA-binding domain, CS-RBD），此結構在不同物種之間高度保守，主要由核糖核蛋白1和核糖核蛋白2兩個序列組成，前者為八聚體，後者為六聚體，可以與核糖體和其他RNA結合。

RBM3蛋白可通過CS-RBD與RNA或DNA結合，調節蛋白質的轉錄和翻譯。羧基末端是一個富含甘氨酸區域，含有精氨酸、甘氨酸和酪氨酸重複子（RGG），具體功能尚不清楚，但在細菌和牛羊類的哺乳動物RBM3蛋白中沒有RGG序列表達 。RBM3的結構示意圖見圖1（3個條形圖的長度分別代表小鼠CIRP、人CIRP和RBM3蛋白序列的長度，條形圖中數字表示人CIRP和RBM3與小鼠CIRP結構相同序列所佔的百分比）。

註：CS-RBD：RNA結合域共同序列；Glycine-rich：富谷氨酸序列；CIRP：冷誘導RNA結合蛋白；RBM3：RNA結合基序蛋白3

圖1小鼠CIRP與人類CIRP、RBM3結構比

RBM3的表達

Danno等 首次在人類胎兒腦組織中分離出RBM3，之後又證實其可在HepG2、HeLa、K562、NC65和T24多種細胞系中表達，在32~39 ℃間其表達程度與溫度呈負相關。雖然在人工冬眠的深低溫（16~18 ℃）狀態下倉鼠腦中RBM3的表達量增加，但治療性低溫（32~34 ℃）下RBM3表達即可達到高峰 。不僅低溫可以誘導RBM3的表達，Wellmann 等 發現缺氧、缺血和紫外線照射的條件下RBM3在人白血病細胞系中的表達也會明顯增加。

與CIRP不同 ，RBM3並非在所有組織細胞中均有表達，在神經元、睾丸、胎盤、胰腺和腎上腺組織細胞中高效表達，在心肌和甲狀腺組織細胞中不表達。同一細胞系中，相同條件下RBM3與CIRP的表達量和比例有所不同，提示RBM3與CIRP的功能 有重疊但也並非完全相同。RBM3在新生大鼠腦中廣泛表達，出生後第2周達到高峰；成年大鼠的多個腦區也有表達，小腦和嗅球表達水平最高 。在神經元中，RBM3主要定位在細胞核和樹突的各種小顆粒中 。

RBM3的功能

體溫每下降1 ℃，基礎代謝率下降6%，生物體內總蛋白合成下降，而RBM3可促進低溫狀態下的蛋白合成。Dicer酶是細胞中調節microRNA（miRNA）剪切和生成的重要合成酶，RBM3可阻斷Dicer酶複合物形成的內源性抑制途徑，提高細胞中miRNA生成率 。另外，RBM3還參與核糖體翻譯複合物的形成，作為mRNA的分子伴侶，穩定mRNA結構。

在多種類型腫瘤細胞中RBM3表達增加，促進腫瘤細胞增殖 ，抑制腫瘤細胞線粒體損傷引起的凋亡。其他增殖的非惡性腫瘤細胞中，如成纖維細胞、人腎胚細胞（HEK293）和肌母細胞中，RBM3也可促進細胞存活。

RBM3與神經元保護

冷刺激、缺血/缺氧和蛋白合成受抑制條件下可誘導神經元RBM3合成 。因此，RBM3可能在細胞蛋白合成受抑制時增加mRNA的翻譯和蛋白質的合成 ；在細胞受到有害刺激時，減少細胞凋亡事件的發生 。

維持細胞蛋白合成

蛋白質生物合成亦稱為翻譯，即把mRNA分子中鹼基排列順序轉變為蛋白質或多肽鏈中的氨基酸排列順序的過程。蛋白質生物合成可分為5個階段：氨基酸的活化、多肽鏈合成的起始、肽鏈的延長、肽鏈的終止和釋放、蛋白質合成後的加工修飾。

RBM3與核糖體60S亞基緊密結合，促進起始複合物形成，增加蛋白合成起始速率。RBM3過表達減少了細胞中miRNA和與miRNA結合的mRNA數量，還減少了核糖體與miRNA複合體的數量，增加了蛋白合成速率 。除了減少miRNA數量來增加核糖體的激活，提高蛋白合成以外，RBM3還可能通過其他途徑增加細胞中蛋白質翻譯。RBM3參與構成了含有HuR蛋白的複合體，此複合體上HuR蛋白可與mRNA上富AU元件結合，進而增加mRNA穩定性和翻譯速率。與RBM3具有較高同源性的CSPs CIRP，在非洲蟾蜍細胞中抑制富AU元件的mRNA去腺苷化，增加細胞蛋白的翻譯，RBM3可能通過類似的途徑增加細胞中蛋白合成。

Smart等 證實了在神經元中過表達RBM3可以增加神經元的整體翻譯水平。神經元的翻譯過程受到多種mRNA結合蛋白（mRNA-binding proteins, mRNABPs）調控，mRNABPs可以通過影響mRNA的運輸、穩定性、肽鏈合成起始和延長，調節神經元中的蛋白翻譯過程 。RBM3屬於mRNABPs中的一種，在神經細胞中根據是否含有精氨酸殘基，RBM3蛋白可以分為2種亞型。不含精氨酸殘基的RBM3，神經元樹突表達較多，可能與mRNA從細胞核向樹突的運輸和樹突局部的蛋白質翻譯有關。兩種亞型的RBM3都明顯增加神經元中的蛋白質合成 。

突觸結構可塑性是指健康成年人或動物腦中突觸不斷清除和形成的重塑過程。16 ℃低溫可以延緩阿爾茨海默病小鼠（5XFAD）和朊病毒感染小鼠病情發展，降低突觸數量減少的速度；常溫下，通過病毒轉染在5XFAD小鼠和朊病毒感染小鼠神經元中過表達RBM3可以得到相同結果。16 ℃低溫下，抑制RBM3的表達後RBM3的突觸保護作用消失 。因此，低溫對於神經退行性病變的治療作用可能與低溫誘導RBM3的表達密切相關。RBM3可能對神經退行性病變起到保護性治療作用。RBM3提高突觸結構可塑性可能與其增加神經元樹突部位蛋白合成有關。RBM3在神經元樹突高表達，與核糖體和mRNA結合，可受磷酸化調節，以此影響突觸部位蛋白質合成，這可能也是其保護突觸結構可塑性的機制之一。

抑制神經元凋亡

Chip等 發現32 ℃淺低溫增加小鼠初級神經元、PC12細胞和皮質細胞中的RBM3的表達，並且抑制caspase-3的活性進而抑制神經元的凋亡；當抑制RBM3的表達後，低溫的神經保護作用大大減弱。非低溫條件下，過表達RBM3後，可以抑制小鼠初級神經元、PC12細胞和皮質細胞中多聚谷氨醯胺介導的凋亡，減少了神經元核蛋白的裂解、DNA碎片和乳酸脫氫酶的釋放。另外，RBM3可能抑制脊髓外傷（spinal cord injury, SCI）後的神經元凋亡和促進膠質細胞增生 。在SCI模型中，神經元中RBM3的表達量與受損神經元中caspase-3的表達，於SCI後24 h同時達到高峰 。細胞中抗凋亡和促凋亡因素失衡，導致神經元的凋亡，RBM3可能作為SCI後神經元中的抗凋亡因素，抑制細胞凋亡。

除此之外，RBM3還參與調節神經元中內質網應激凋亡通路 。神經元凋亡是神經元損傷後死亡的主要方式之一，根據引起凋亡的通路不同，常見的凋亡方式有線粒體途徑凋亡、內質網應激凋亡和死亡受體凋亡。敲除RBM3基因的小鼠在受到各種損傷刺激時相對於野生型小鼠，神經元更容易發生內質網應激凋亡。Zhu等 在成纖維細胞和人腎胚細胞（HEK293）中證實了RBM3與核因子NF90結合，抑制細胞內質網應激perk-eif2α-chop通路，減少了細胞的凋亡。

結 語

RBM3基因作為潛在的原癌基因，在癌症治療領域被廣泛研究。但RBM3蛋白作為哺乳動物細胞中發現的重要CSPs，其促進細胞增殖、增加蛋白合成和抗凋亡等功能，在神經元保護領域也發揮著重要作用，在各種神經元損傷的疾病中可能存在重要的臨床應用前景和研究價值；此外，RBM3增加神經元的結構可塑性，這可為臨床治療神經退行性病變提供新的靶點。

因此，深入研究RBM3在多種神經系統疾病中作用的確切機制，對臨床神經系統疾病的治療具有重要的臨床意義。

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