PTBP1：高级别胶质瘤中的关键调控枢纽与潜在治疗靶点

《International Journal of Molecular Sciences》：PTBP1: A Key Hub and a Potential Therapeutic Target in High-Grade Glioma

　　

摘要专业翻译 高级别胶质瘤（High-grade gliomas, HGGs）是致死性的原发性脑肿瘤，尽管采用多模式治疗，患者预后仍然极差。多嘧啶序列结合蛋白1（Polypyrimidine tract-binding protein 1, PTBP1）是一种RNA结合蛋白，调控可变剪接、mRNA稳定性及翻译过程。在高级别胶质瘤中，PTBP1呈过表达状态，且其表达水平与肿瘤分级、IDH突变状态及患者生存期相关，支持其作为候选预后生物标志物和治疗靶点的价值。结构上，PTBP1包含四个RNA识别基序（RNA recognition motifs, RRMs），由柔性连接区相连，赋予其构象可塑性以实现多样化的RNA相互作用。在胶质瘤细胞中，上游调控因子——包括非编码RNA及翻译后修饰——使PTBP1发生失调，将其从生理性调控因子转变为以促癌驱动为主的角色。多项证据表明，PTBP1通过三种相互关联的机制驱动恶性肿瘤：促癌性剪接转换、促癌性mRNA的稳定性增强，以及IRES依赖性翻译。尽管目前尚无选择性、直接靶向PTBP1的小分子抑制剂获得临床验证，但药物再利用化合物（如维奈克拉venetoclax）及间接调节剂已在临床前模型中显示出初步抗肿瘤活性。然而，直接靶点结合、体内疗效及血脑屏障穿透性仍未得到充分证实。本综述总结了PTBP1的结构、上游调控网络、下游作用机制及治疗潜力，强调在临床转化之前需进一步验证以PTBP1为核心的治疗策略。

论文主体内容专业总结

1. 引言

根据2021年WHO分类，成人型弥漫性胶质瘤通过整合的组织学和分子标准进行定义，主要包括三种实体：星形细胞瘤IDH突变型（CNS WHO 2–4级）；少突胶质细胞瘤IDH突变伴1p/19q共缺失型（CNS WHO 2–3级）；以及胶质母细胞瘤IDH野生型（CNS WHO 4级）。高级别胶质瘤（HGGs）定义为CNS WHO 3级和4级的成人型弥漫性胶质瘤，包括IDH野生型胶质母细胞瘤（GBM）——最常见且最具侵袭性的原发性恶性中枢神经系统肿瘤——以及IDH突变型高级别星形细胞瘤和少突胶质细胞瘤。这些肿瘤表现出明显的瘤内异质性、治疗抵抗、弥漫性侵袭及复杂的免疫抑制特征。尽管采用最大安全切除联合放疗和替莫唑胺化疗，患者预后仍不佳，IDH野生型GBM患者5年生存率低于5%。因此亟需新的治疗策略。

调控转录后网络的RNA结合蛋白正成为胶质瘤中有前景的治疗靶点。多嘧啶序列结合蛋白1（PTBP1）结合靶标前体mRNA上的多嘧啶序列，从而调控可变剪接、mRNA稳定性和翻译。PTBP1在多种癌症中过表达，其上调与患者生存期差相关。在正常脑组织中，成熟神经元中PTBP1几乎检测不到，而在52.7%的恶性胶质瘤中过表达。此外，PTBP1表达水平与胶质瘤分级、增殖指数及IDH野生型状态相关。在回顾性队列中，PTBP1表达在校正临床病理因素后被报道可独立预测总生存期，支持其作为候选预后生物标志物的评估价值。

2. 文献检索与筛选标准

本综述基于对PubMed、Web of Science和Scopus的非系统性文献检索，涵盖2004年5月至2026年5月的出版物。检索词将"PTBP1"及其同义词与胶质瘤相关术语、RNA调控相关术语以及PTBP1修饰或靶向相关术语进行组合。优先纳入报告了PTBP1在胶质瘤中调控、功能或靶向的原始实验证据的研究。其他癌种的研究发现仅在提供机制背景时纳入，并在正文和表格中明确标注。

3. PTBP1的结构与功能

PTBP1定位于染色体19p13.3位点，编码一个具有N端结构域和四个RNA识别基序（RRMs）的蛋白质。N端结构域主要介导蛋白质-蛋白质相互作用，而四个RRM通过柔性连接区（连接区1和连接区2）相连。RRM1和RRM2对RNA结合特异性和亲和力贡献显著，而RRM3和RRM4主要负责与多嘧啶序列的高亲和力结合。每个RRM采用保守的β-折叠支架，构成直接RNA碱基识别和结合的核心界面。

在细胞生理性还原条件下，PTBP1以单体形式存在。单个单体PTBP1分子识别并结合UC富集基序，从而桥接前体mRNA上的远端位点形成RNA环。RRM之间的柔性连接区赋予构象可塑性，使单体PTBP1能够根据前体mRNA上UC基序的分布采用不同的结合模式。这种结构灵活性调节剪接体活性并产生位置依赖性剪接结果。此外，这些连接区与PTBP1的翻译后修饰密切相关，包括乳酸化和泛素化。

在高级别胶质瘤中，PTBP1的异常过表达被报道可桥接前体mRNA上的远端RNA结合位点，导致异常稳定的结合以及对正常细胞中不被识别的剪接位点进行调控，如USP5外显子15。此外，包括乳酸化、泛素化和SUMO化在内的多种翻译后修饰与PTBP1过表达协同作用，驱动从选择性生理调控向持续性异常激活的病理性转变。这种转变通过可变剪接促进关键基因促癌异构体的产生，包括BAF45d、USP5和ITSN1。同时，PTBP1直接结合并稳定靶标mRNA如PFKFB4和PLOD3，显著延长其半衰期。这些机制协同驱动肿瘤增殖、侵袭和代谢重编程。

4. PTBP1的上游调控网络

4.1 非编码RNA介导的PTBP1调控

胶质瘤中PTBP1的表达受多种非编码RNA调控，包括microRNA（miRNAs）、长链非编码RNA（lncRNAs）和环状RNA（circRNAs）。

miRNAs： miRNAs直接结合PTBP1 mRNA的3′非翻译区（3′UTR），诱导翻译抑制和转录本降解。在该网络中，神经元特异性miR-124是PTBP1的关键抑制因子。在正常神经元分化过程中，miR-124直接抑制PTBP1表达，而PTBP1反过来阻断miR-124前体加工。这种相互抑制形成双负反馈环路，作为双稳态开关运行。在高级别胶质瘤中，该双稳态开关丧失，转向以PTBP1过表达和miR-124耗竭为特征的病理状态。这种锁定状态可直接促进增殖、导致治疗抵抗并强化未分化肿瘤表型。其他miRNA也在PTBP1调控中发挥作用。miR-760的耗竭导致PTBP1积累，而其恢复则抑制增殖、集落形成和糖酵解代谢，同时诱导凋亡。同样，miR-128-1-5p在高级别胶质瘤中显著下调，恢复其表达可沉默PTBP1，从而抑制胶质瘤细胞增殖、迁移和侵袭，同时触发DNA损伤和细胞周期阻滞，最终在体内损害异种移植瘤生长。

lncRNAs： lncRNAs通过不同机制控制胶质瘤中PTBP1的表达。肿瘤抑制因子ST7-AS1直接结合PTBP1使其进入转录后降解途径，从而抑制Wnt/β-catenin信号通路。此外，ST7-AS1可与p53形成正反馈环路，协同抑制U251胶质瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，并诱导凋亡。反义lncRNA PTB-AS与PTBP1 mRNA的3′UTR反向互补，直接结合转录本以招募葡萄球菌核酸酶结构域包含蛋白1（SND1）复合物，同时遮蔽miR-9结合位点。这种相互作用导致mRNA稳定性增加和PTBP1表达升高，促进U87颅内异种移植瘤的生长和迁移。相比之下，浆细胞瘤变异易位1（PVT1）通过海绵吸附miR-128-1-5p发挥竞争性内源RNA（ceRNA）功能，解除对PTBP1的抑制，升高其表达并驱动U87和U251胶质瘤细胞的增殖和迁移，同时赋予凋亡抵抗。

circRNAs： circRNAs通过竞争性结合miRNAs或直接与RNA结合蛋白相互作用来调控PTBP1表达。circYIPF6在胶质瘤组织和细胞系中显著上调，通过海绵吸附miR-760解除miRNA介导的PTBP1抑制，驱动增殖、集落形成和糖酵解增强，同时减少凋亡。circSMARCA5在胶质母细胞瘤组织和U87MG细胞中显著下调，其过表达抑制U87MG细胞迁移。机制上，circSMARCA5结合剪接因子SRSF1并影响SRSF3前体mRNA的可变剪接。由于SRSF3与PTBP1相互作用，推测circSMARCA5的下调间接导致PTBP1上调或激活，潜在驱动胶质瘤细胞迁移。此外，在胶质瘤微环境中，缺氧以HIF1α依赖性方式驱动肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）向M2样表型极化。这些M2样TAMs通过细胞外囊泡（EVs）将circ_0003137递送至胶质母细胞瘤细胞。在U251和A172胶质瘤细胞中，circ_0003137直接结合PTBP1，增强PLOD3 mRNA稳定性并促进上皮-间质转化（EMT）、迁移和侵袭。

4.2 PTBP1的翻译后修饰

翻译后修饰（PTMs）动态调控PTBP1功能，通过整合代谢和信号线索精确控制PTBP1的稳定性和活性。

乳酸化： 乳酸化通过增强PTBP1的RNA结合能力并阻断其蛋白酶体降解来促进胶质瘤恶性进展。在胶质瘤干细胞（GSCs）中，异常糖酵解驱动乳酸产生，导致PTBP1赖氨酸436（K436）位点的高水平乳酸化。该修饰对PTBP1发挥双重效应：一方面，增加PTBP1对下游靶标PFKFB4 mRNA 3′UTR的结合亲和力，保护PFKFB4 mRNA免于无义介导的衰变并上调其表达，驱动糖酵解并促进GSC增殖、自我更新和侵袭；另一方面，K436乳酸化削弱PTBP1与E3泛素连接酶TRIM21的相互作用，抑制泛素-蛋白酶体降解，增强PTBP1稳定性。在GSCs中，去乳酸化酶Sirtuin 1（SIRT1）的显著下调损害PTBP1去乳酸化，有效将蛋白质锁定在其活性乳酸化状态。最终，糖酵解来源的乳酸反馈进一步促进PTBP1乳酸化，形成自我强化的循环，维持胶质瘤进展。

SUMO化： PTBP1和PTBP2均为SUMO化底物，但现有证据表明SUMO化优先调控PTBP2稳定性。在T98G胶质瘤细胞中，PTBP2的SUMO化水平显著低于正常脑组织。推测该失调可能损害胶质瘤中生理性PTBP1向PTBP2转换，导致PTBP1通路持续激活并促进肿瘤进展。然而，目前缺乏SUMO化控制胶质瘤中PTBP2稳定性和PTBP1拮抗作用的直接实验证据，该可能性应视为假设。

泛素化与去泛素化： 泛素化-去泛素化平衡决定PTBP1稳定性并重塑其下游信号网络。E3泛素连接酶TRIM21直接结合PTBP1的RRM2和RRM3结构域，促进其泛素-蛋白酶体降解。然而，在GSCs中，PTBP1乳酸化阻碍该相互作用，保护蛋白质免于泛素介导的降解，最终导致其积累以支持肿瘤细胞增殖。在GSCs和原位异种移植模型中抑制PTBP1乳酸化可恢复泛素化介导的降解，从而抑制干细胞自我更新、增殖和侵袭。反过来，PTBP1也控制去泛素化酶USP5的可变剪接。在U251和LN229胶质瘤细胞中，PTBP1高表达驱动USP5转录本外显子15跳跃，产生缺乏69个核苷酸且去泛素化酶活性降低的截短异构体2。这些结果揭示了双向调控回路：泛素化机制通过TRIM21控制PTBP1稳定性，而PTBP1反过来决定USP5剪接。

5. PTBP1介导的下游调控机制

可变剪接： 可变剪接通过选择性外显子包含产生多种mRNA异构体，其失调在高级别胶质瘤中常见并驱动恶性进展。在高级别胶质瘤中，PTBP1直接结合前体mRNA上的嘧啶富集序列以调控下游靶标可变剪接。PTBP1介导BAF45d外显子6A跳跃，产生BAF45d/6A^?异构体，沉默该异构体或过表达保留外显子的BAF45d/6A⁺异构体可抑制患者来源GSC23和GSC11的自我更新和增殖，并在原位异种移植模型中延长生存期。在IDH野生型GBM中，PTBP1结合CDC42前体mRNA外显子6侧翼的剪接沉默元件，通过抑制神经元特异性外显子包含阻断肿瘤抑制性CDC42-N异构体的产生。恢复CDC42-N可破坏肌动蛋白细胞骨架动力学，触发ROS积累和凋亡。PTBP1还直接结合ITSN1外显子30内的嘧啶富集序列，促进外显子包含，增加促癌异构体ITSN1-S与肿瘤抑制性异构体ITSN1-L的比例，从而促进胶质瘤增殖和侵袭。

mRNA稳定性： mRNA稳定性是真核细胞转录后基因调控的关键步骤。通过直接结合并稳定下游靶标mRNA，PTBP1强化干性并驱动胶质瘤增殖和EMT。在患者来源胶质瘤干细胞中，PTBP1乳酸化增强其与PFKFB4 mRNA 3′UTR的结合，导致PFKFB4 mRNA与RNA解旋酶UPF1的相互作用减弱，保护PFKFB4 mRNA免于降解并上调PFKFB4蛋白表达。作为糖酵解通路中的关键调控酶，PFKFB4通过合成果糖-2,6-二磷酸控制糖酵解通量，驱动有氧糖酵解并促进GSC自我更新和增殖。PTBP1直接结合DUSP5 mRNA，而PTBP1敲低增强DUSP5 mRNA稳定性并上调其蛋白水平，抑制ERK1/2磷酸化，导致神经元样分化、减弱细胞增殖、减少肿瘤体积并在原位异种移植模型中延长生存期。此外，PTBP1直接结合PLOD3 mRNA，增强其稳定性并上调PLOD3表达以促进EMT、细胞迁移和侵袭。PTBP1通过稳定PFKFB4和PLOD3同时抑制DUSP5，差异调控这些靶标，凸显其环境依赖性功能。

mRNA翻译： 高级别胶质瘤的恶性进展由IRES介导的帽非依赖性翻译的选择性激活所维持。通过结合靶标mRNA 5′UTR内的IRES元件，PTBP1驱动帽非依赖性翻译并促进恶性表型。在T98G、U87MG和A172胶质瘤细胞中，ADAR1 p110蛋白显著积累，而其mRNA水平低于正常星形胶质细胞，提示翻译失调。机制上，PTBP1直接结合ADAR1 5′UTR内的IRES样元件，驱动p110异构体的帽非依赖性翻译。PTBP1敲低可降低ADAR1 p110蛋白水平和IRES活性，从而抑制胶质瘤细胞增殖。IRES样元件的缺失消除ADAR1 p110表达，且无法挽救PTBP1敲低引起的增殖抑制，表明ADAR1 p110是PTBP1促增殖功能的关键效应分子。

6. 靶向PTBP1的小分子药物：当前临床前证据

PTBP1在IDH野生型胶质母细胞瘤中异常过表达且预示总生存期差，支持其作为候选预后生物标志物和治疗靶点的评估价值。目前已有多种靶向PTBP1的小分子化合物被鉴定。治疗性靶向PTBP1可通过三种不同途径实现：直接结合、间接调节上游调控因子或机制未明的下调。本综述重点介绍三个代表性候选药物：venetoclax、PPM和PT109，分别代表直接结合、上游调节和机制未明的下调。

直接靶向PTBP1的小分子药物： Venetoclax通过基于结构的虚拟筛选被鉴定为与PTBP1相互作用的化合物。表面等离子体共振（SPR）分析确认venetoclax直接结合PTBP1，平衡解离常数（Kd）为7.61 μM。尽管分子对接提示其可能与RNA结合存在竞争，但尚未报道直接RNA竞争实验。Venetoclax是已确立的BCL-2抑制剂，临床用于慢性淋巴细胞白血病和急性髓系白血病等血液系统恶性肿瘤。其在胶质瘤干细胞中的抗增殖效力（IC50 = 4.91 μM）在PTBP1敲低后显著减弱，表明其最大抗肿瘤效应依赖于PTBP1。然而，该浓度远高于其对BCL-2的亚纳摩尔级效力，且venetoclax约99.9%与血浆蛋白结合并是P-糖蛋白底物。因此，venetoclax目前被视为具有基于结构的合理性和未明确机制的药物再利用候选物，而非经过验证的选择性PTBP1抑制剂。在胶质瘤细胞中，venetoclax的IC50显著低于一线化疗药物替莫唑胺（IC50 = 401.1 μM），表明其体外抑制作用更强。然而，游离venetoclax的全身给药未能抑制体内胶质瘤生长，可能由于血脑屏障（BBB）穿透有限。为克服此限制，开发了Angiopep-2修饰的PLGA纳米颗粒（A2-PLGA/venetoclax），静脉给药改善了脑内暴露，显著减少肿瘤负荷并在原位异种移植模型中延长生存期。此外，基于核酸的纳米治疗策略也在兴起，负载靶向circ_0003137 shRNA的脂质体纳米平台已成功穿越BBB并在颅内胶质母细胞瘤模型中发挥强效肿瘤抑制和预后改善作用。

通过调节PTBP1上游调控因子间接作用的药物： 1,4,5,6,7,8-六氢吡啶并[4,3-d]嘧啶（PPM）上调miR-873-3p以间接下调PTBP1。通过该轴，PPM抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路，在临床前模型中驱动凋亡并抑制胶质瘤细胞增殖、迁移和侵袭。

通过未明机制下调PTBP1的化合物： 多激酶抑制剂PT109已被证明可下调PTBP1，驱动丙酮酸激酶M1（PKM1）与丙酮酸激酶M2（PKM2）比例升高，将胶质母细胞瘤细胞重编程为少突胶质细胞样表型，最终在临床前模型中减弱肿瘤生长。然而，PT109是否直接结合PTBP1尚未确立，其确切机制仍不清楚。

7. 结论与展望

PTBP1在高级别胶质瘤中的致病作用揭示了RNA结合蛋白结构可塑性与转录后调控之间的联系。PTBP1包含四个RRM，由柔性连接区相连，以多种组合模式识别富含嘧啶的前体mRNA基序并形成可变的蛋白质-蛋白质相互作用界面。这种结构可塑性使PTBP1能够参与可变剪接、mRNA稳定性和翻译控制。在胶质瘤中，该结构框架被失调的上游信号破坏，如miR-124缺失、乳酸化和非编码RNA介导的抑制。因此，在某些情况下，PTBP1从提供生理性神经元分化的功能转变为以促癌为主的状态，以维持干性和治疗抵抗。PTBP1通过三个相互关联的转录后层面促进胶质瘤恶性进展：剪接调控（BAF45d、USP5、ITSN1）、mRNA稳定性调节（稳定PFKFB4和PLOD3，不稳定DUSP5）以及IRES依赖性翻译（ADAR1 p110）。

尽管PTBP1是有前景的治疗靶点，但仍存在若干障碍。首先，PTBP1参与正常神经细胞发育和造血干细胞稳态，完全抑制可能导致不可耐受的毒性。应致力于开发功能选择性抑制剂，在不破坏生理功能的情况下干扰促癌相互作用。其次，化合物特异性药代动力学挑战限制了临床转化。尽管venetoclax能够穿透BBB，但由于其高分子量和作为外排转运体底物，暴露量极为有限，血浆与脑脊液比高达385:1。相比之下，PT109在临床前模型中实现了良好的BBB通透性（脑-血浆比0.38），但其在胶质瘤特异性模型中的有效性和靶点结合需更深入探索。最后，尽管前述机制主要是细胞内在的，新兴证据表明PTBP1功能受肿瘤微环境影响。例如，肿瘤相关巨噬细胞来源的细胞外囊泡递送circ_0003137以激活PTBP1/PLOD3轴。然而，关于PTBP1在其他微环境区室中的功能和角色知之甚少，阻碍了联合靶向策略的合理设计。

未来研究方向包括：利用PTBP1 RRM-RNA复合物的结构见解设计靶向特定相互作用界面的变构抑制剂；利用PTBP1表面暴露的赖氨酸残基和E3连接酶结合特性开发蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）；通过前瞻性多中心研究验证PTBP1蛋白水平和剪接产物作为候选预后或化疗反应生物标志物；恢复miR-124与PTBP1之间的双负反馈环路或激活SIRT1以对抗PTBP1乳酸化的间接干预策略；以及利用单细胞和空间转录组分析绘制PTBP1在肿瘤相关巨噬细胞、小胶质细胞和T细胞中的功能图谱，为联合免疫检查点阻断策略的合理设计提供基础。