《Frontiers in Immunology》：Barrier-to-Autointegration Factor 1: a key regulator of nuclear envelope integrity, genome stability, and disease progression
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屏障-自身整合因子1（BANF1）是一种自关联蛋白，由11号染色体q13.1位点编码。研究人员发现它参与多种细胞过程，包括细胞周期调控、染色质组织、基因表达调节、核膜（NE）修复、DNA损伤修复（DDR）、先天免疫功能以及病毒感染控制。虽然先前的研究已经提供了
屏障-自身整合因子1（BANF1）是一种自关联蛋白，由11号染色体q13.1位点编码。研究人员发现它参与多种细胞过程，包括细胞周期调控、染色质组织、基因表达调节、核膜（NE）修复、DNA损伤修复（DDR）、先天免疫功能以及病毒感染控制。虽然先前的研究已经提供了BANF1在各种疾病状态下的初步表型和生物信息学特征，但详细描述其在不同病理环境中功能角色和机制基础的全面分析仍然缺乏。在癌症中，BANF1经常上调，癌细胞利用其功能来维持NE完整性，抑制环状GMP-AMP合酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）免疫通路的激活，并促进上皮-间质转化（EMT）。这些活动有助于增强基因组稳定性，促进肿瘤细胞增殖和迁移，从而赋予致癌特性。在神经退行性疾病中，BANF1与疾病发病机制相关，例如在阿尔茨海默病（AD）中观察到其介导谷氨酸诱导的氧化应激和神经元细胞凋亡。此外，BANF1的罕见突变与遗传性疾病相关：隐性Ala12Thr（A12T）变异导致Néstor-Guillermo早衰综合征（NGPS），而显性Gly16Arg（G16R）突变导致显性运动神经元病。本综述进一步综合了探索BANF1作为治疗靶点的最新进展，包括小分子抑制剂的开发、免疫调节方法及其在癌症治疗中的潜在应用。总体而言，本文全面概述了BANF1的结构特征、细胞功能及其在疾病发生和进展中的参与，特别强调了其在恶性肿瘤中的表达谱以及BANF1靶向干预的治疗前景。
1. 引言
屏障-自身整合因子1（BANF1）是一种由人类染色体11q13.1编码的89个氨基酸的蛋白质，可形成同源二聚体，最初被鉴定为抑制莫洛尼鼠白血病病毒（MMLV）自身整合的宿主因子。BANF1广泛参与多种关键细胞生物学过程，包括细胞周期进程、基因表达调控、染色质组织、核膜（NE）破裂修复、DNA损伤修复（DDR）、先天免疫应答以及抗病毒感染防御。近年研究发现，BANF1在多种疾病中异常表达和功能失调：在肿瘤中，BANF1在结直肠癌（CRC）、胃癌（GC）、食管鳞状细胞癌（ESCC）、三阴性乳腺癌（TNBC）、肝细胞癌（LIHC）和头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）等多种恶性肿瘤中显著过表达，其高表达与患者不良预后密切相关；在神经退行性疾病如阿尔茨海默病（AD）中，BANF1上调可能参与调控神经元凋亡；此外，BANF1基因N端区域点突变可导致不同临床表型，如隐性Ala12Thr（A12T）突变引起Néstor-Guillermo早衰综合征（NGPS），显性Gly16Arg（G16R）突变导致显性运动神经元病。本文旨在综合BANF1在核膜（NE）稳态中的多功能作用，系统阐述其结构特征、生化特性和细胞功能，重点分析BANF1在肿瘤中的表达谱和机制，并讨论靶向BANF1的治疗策略及其作为生物标志物的潜在价值。
2. 结构和生化特性
2.1 相互作用蛋白和关键位点
BANF1以同源二聚体形式发挥功能，每个单体通过螺旋-发夹-螺旋（HhH）基序非特异性结合双链DNA（dsDNA），包括基因组DNA和外源DNA。二聚体界面形成独特凹槽，作为LAP-Emerin-MAN1（LEM）结构域蛋白（如LAP2家族、emerin、MAN1、LEM-2等）的主要结合位点。值得注意的是，位于NE上的BANF1具有高度移动性，而emerin相对固定，表明它们的相互作用可能呈现动态的“接触-离开”模式。此外，BANF1还可直接但弱地与A型核纤层蛋白（主要是lamin A/C）结合，通过结合其免疫球蛋白样折叠（Igfold）结构域。在核组装过程中，BANF1二聚体与DNA结合，同时桥接LEM结构域蛋白（emerin、LAP2α）和lamin A/C，从而间接促进它们之间的相互作用。BANF1遍布于细胞质和核质中，其定位随细胞状态、年龄和诱导条件而变化。在有丝分裂间期，BANF1在细胞质与核区之间的转运最小，可能有助于核结构稳态。早前期，随着NE解体，磷酸化BANF1（pBANF1）扩散到细胞质；有丝分裂退出时，BANF1去磷酸化并重新定位到细胞核，参与NE再组装。此外，由BANF2基因编码的BAF样蛋白（BAF-L）与BANF1有53%相似性，并与之形成异源二聚体，BAF-L在胰腺和睾丸中特异性高表达，DNA结合能力较弱。
2.2 BANF1的磷酸化和SUMO化
牛痘相关激酶（VRK1和VRK2）在早前期磷酸化BANF1的N端残基Ser-4（优先）、Thr-2和Thr-3，诱导其构象闭合并解离DNA桥，促进有丝分裂进程。这一磷酸化降低BANF1的DNA结合亲和力，并非由于磷酸基团直接干扰，而是由于磷酸化限制N端柔性和改变二级结构。敲低VRK1显著抑制BANF1磷酸化，导致其在早前期异常保留在染色质上，进而损害染色质压实和NE动力学。在有丝分裂后NE重塑过程中，蛋白磷酸酶4（PP4）和蛋白磷酸酶2A（PP2A）使BANF1去磷酸化，促进其在NE重建中的作用。LEM-4（Ankle2）发挥关键调控作用：它结合VRK1抑制其激酶活性，并作为PP2A的调节亚基，局部增强NE内的去磷酸化。除磷酸化外，BANF1在赖氨酸6（K6）残基上发生SUMO化，该修饰由泛素结合酶9（Ubc9）催化，由sentrin特异性蛋白酶（SENP1和SENP2）逆转，对于BANF1稳定结合lamin A/C和正确定位至NE至关重要。
3. 细胞功能
3.1 BANF1在有丝分裂中NE的解体和再组装
早前期，VRK1介导的BANF1磷酸化触发其从染色体和NE脱离，促进NE松弛和最终解体，BANF1被动分散到细胞质。随着有丝分裂接近完成，BANF1去磷酸化并重新与染色体结合，沿染色体长度相对均匀分布。BANF1与LAP2α在端粒区域共定位，表明它们在NE再组装中协调定位，并间接支持它们维持端粒NE稳定性。在晚后期和末期，BANF1与大多数LAP2α被招募到纺锤体极处重建核周缘的“核心”区域，BANF1是最早富集在该区域的蛋白之一，这一过程依赖纺锤体微管（MTs）。随后，核孔复合体（NPC）、核纤层（NL）和NE的组成成分被招募到染色体团的外周“非核心”区域。核心区域迅速积累大量BANF1、lamin A/C和emerin等蛋白，形成紧凑的跨膜染色体桥，促进NE闭合。BANF1作为NE重建的先驱因子，结合染色体后招募LEM结构域蛋白和lamin A/C组装功能性复合物，BANF1缺失会显著损害这一重建过程，导致异常膜结构。NE重塑还涉及膜重组的复杂机制：LEM-2通过其LEM结构域和低复杂度结构域（LCD）分别促进BANF1与MTs的相互作用，同时通过其翼状螺旋（WH）结构域招募带电多泡体蛋白7（CHMP7），触发内体分选复合体所需转运III（ESCRT-III）通路的激活，介导MTs解聚并完成膜重塑。有丝分裂中期，部分着丝粒相关BANF1（着丝粒BANF1，cenBANF1）通过PP4（由组成型着丝粒蛋白CENP-C招募）保护免受磷酸化，同时着丝粒BANF1抑制PP2A活性，防止pBANF1去磷酸化，从而避免BANF1过早积累在染色体周围，确保着丝粒正确组装和有丝分裂忠实进行。
3.2 BANF1在染色质结构和基因调控中的作用
在有丝分裂后期NE再组装过程中，BANF1与染色质DNA结合，并通过与lamin A/C的Igfold结构域相互作用，促进染色质锚定到NE。结构分析表明，BANF1二聚体通过两种机制参与染色质组织：一是直接结合核小体连接DNA，同时lamin A/C与核小体二聚体轴区域的DNA相互作用，共同稳定核小体结构；二是BANF1-lamin A/C复合物对称结合核小体DNA上的超螺旋位置，桥接相邻核小体。连接组蛋白H1的存在竞争性置换BANF1-lamin A/C复合物在核小体二聚体轴和连接DNA上的结合位点。BANF1具有浓度依赖性效应：适量支持正常NE组装，过量则诱导染色质过度压实并阻碍NE重建。在果蝇神经系统中，BANF1与转录因子Teashirt在异染色质区域共定位，共同介导异染色质锚定到内核膜，调节转录程序并维持神经祖细胞谱系保真度。BANF1通过多种机制调控基因表达和表观遗传景观：可直接与特定转录因子结合，如抑制锥体-杆体同源盒（CRX）激活视网膜基因；也可与视网膜母细胞瘤结合蛋白4（RBBP4）等因子结合调控转录。间接地，BANF1异常定位或功能失调可激活炎症通路，如S100A9/c-Jun，或改变转录因子E2F-1的核质分布。在胚胎干细胞中，BANF1对维持自我更新和多能性至关重要，其下调导致关键转录因子Sox2、Oct4、Nanog表达降低及分化能力减弱。此外，BANF1与组蛋白H1.1、H3、H4相互作用，并与染色质调节因子如H3-K9甲基转移酶G9a和蛋白磷酸酶2A抑制剂SET/I2PP2A相关，从而调控组蛋白甲基化、乙酰化等翻译后修饰，调节染色质结构和基因表达。BANF1还可通过竞争性结合emerin或与LEM-2/Enhancer of zeste homolog 2复合物合作，参与靶基因的转录抑制和表观遗传沉默。
3.3 BANF1在NE破裂修复和DNA损伤修复中的作用
BANF1在NE破裂修复中不可或缺。有丝分裂间期，NE可因机械应力等因素破裂，细胞质BANF1迅速与破裂位点暴露的染色质结合，作为支架招募LEM结构域蛋白和lamin A/C，启动修复过程。BANF1二聚体对dsDNA的高亲和力促进这一招募，随后LEM-2招募CHMP7，激活ESCRT-III膜重塑机制完成膜重新密封。BANF1通过建立局部分子屏障促进“NE斑块”快速组装，限制核质泄漏并保护基因组完整性。在此过程中，lamin C在lamin A聚集之前结合破裂位点，而BANF1短暂聚集后分散到核质和NE中。BANF1还竞争性取代环状GMP-AMP合酶（cGAS）与染色质的结合，减轻修复过程中先天免疫信号的过度激活。BANF1缺失或下调降低细胞对机械应力的耐受性，增加NE破裂频率并延迟修复，但修复的整体程度基本不受影响。BANF1在DNA损伤修复（DDR）中也密切相关。氧化应激条件下，BANF1通过多种机制调控DDR：氧化应激诱导NE蛋白emerin磷酸化并同时降低其O-GlcNAc修饰，削弱emerin与BANF1的相互作用，促进BANF1核积累，协调细胞损伤反应和细胞周期调控。此外，BANF1直接结合并抑制核心修复酶聚[ADP-核糖]聚合酶1（PARP1），限制其ADP-核糖基化活性；BANF1还结合并抑制DNA依赖性蛋白激酶催化亚基（DNA-PKcs），负调控负责双链断裂修复的非同源末端连接通路。
3.4 BANF1与先天免疫
BANF1在调节先天免疫反应中发挥关键作用。机制上，它通过竞争性结合细胞质中暴露的dsDNA，抑制环状GMP-AMP合酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）免疫通路，限制炎症细胞因子产生。NE破裂后，基因组DNA泄漏到细胞质并被DNA传感器cGAS识别，细胞质BANF1取代cGAS与DNA结合，减少第二信使环状GMP-AMP（cGAMP）合成，从而抑制STING下游激活及I型干扰素（IFNs）和干扰素刺激基因的表达。该调控机制在NE破裂期间尤为关键，可保护细胞免受自身DNA引发的异常免疫激活。此外，BANF1通过其与跨膜和免疫球蛋白结构域包含蛋白1（TMIGD1）的相互作用参与NF-κB通路：TMIGD1直接结合细胞质BANF1，稳定蛋白并同时抑制NF-κB亚基p65的核转位，从而抑制炎症。在克罗恩病（CD）患者中，TMIGD1下调导致BANF1水平降低，NF-κB抑制减弱，肠道上皮炎症和屏障功能障碍加重。异常高表达的BANF1在多种癌症中抑制抗肿瘤免疫应答并促进肿瘤免疫逃逸表型，包括HNSCC、GC、PDAC、TCD-TNBC、THCA、CRC和黑色素瘤。
3.5 BANF1在抗病毒防御和病毒抵抗中的作用
BANF1在病毒感染中发挥双重功能，既可作为前病毒宿主因子，也可作为限制性抗病毒成分。在抗病毒防御方面，一方面，它作为逆转录病毒（如HIV和MMLV）前整合复合体（PIC）的组分，压实病毒DNA以防止自身整合，促进有效前病毒整合。另一方面，多种病毒利用BANF1逃逸先天免疫监视，如γ疱疹病毒利用BANF1抑制cGAS介导的病毒DNA识别，减弱cGAS-STING通路；非洲猪瘟病毒（ASFV）也通过BANF1抑制该通路促进病毒复制。BANF1及其磷酸化形式还促进白斑综合征病毒的早期基因转录和复制。此外，BANF1通过其DNA桥接活性发挥直接抗病毒作用：对在细胞质中复制的牛痘病毒，BANF1可结合病毒DNA并抑制其复制，但病毒B1激酶通过磷酸化BANF1抵消这种抑制，而宿主PP2A可使pBANF1去磷酸化恢复其活性。LEM-4也通过与PP2A相互作用参与去磷酸化过程。BANF1在单纯疱疹病毒1型（HSV-1）感染中的作用具有物种特异性，在小鼠中，BANF1去磷酸化后易位进入细胞核，结合病毒DNA抑制基因表达；在人类细胞系中，BANF1则通过招募SETD1A甲基转移酶至病毒启动子区域促进早期病毒基因表达和复制。此外，BANF1过表达抑制乙型肝炎病毒（HBV）复制，该效应被病毒辅助蛋白HBx通过上调miR-203下调BANF1表达所拮抗。
4. BANF1在不同肿瘤中的表达分析
近期研究发现BANF1在多种癌症中异常表达。利用GEPIA、TIMER和TNMplot数据库分析31种肿瘤类型，结果显示BANF1 mRNA在26种肿瘤中显著高于相应正常组织。在蛋白水平，免疫组化证实CRC、GC、TNBC、ESCC和LIHC中BANF1表达高于正常组织。临床方面，BANF1高表达与GC、TNBC和HNSCC的淋巴结转移相关；预后分析显示，BANF1高表达与CRC、GC和HNSCC患者较短的总生存期和无病生存期相关。在治疗反应中，HNSCC中高BANF1表达肿瘤对免疫检查点抑制剂更敏感，而TNBC中敲低BANF1可增强对多柔比星的化疗敏感性。这些观察表明BANF1不仅可作为潜在预后生物标志物，还可能影响不同癌症类型的治疗结果。
4.1 BANF1在肿瘤发生和进展中的机制
4.1.1 细胞周期和有丝分裂调控
BANF1通过调控细胞周期进程促进肿瘤细胞增殖。在LIHC中，BANF1、前胶原-赖氨酸-2-酮戊二酸5-双加氧酶3（PLOD3）和剪接因子B亚基4（SF3B4）的协同失活通过选择性调节EMT和细胞周期蛋白抑制肿瘤发生。在CRC中，BANF1上调胶质瘤相关癌基因同源物1（GLI1），驱动细胞周期促进因子Cyclin D1和抗凋亡因子B细胞淋巴瘤/白血病-2（BCL2）表达，增强肿瘤细胞增殖和存活能力。VRK1通过磷酸化BANF1调控有丝分裂进程，其缺失使BANF1滞留于染色质并导致NE破裂缺陷。在CRC中，VRK1与BANF1正相关，VRK1敲低降低BANF1和GLI1水平，抑制肿瘤发展。在ESCC中，VRK1缺失也下调BANF1并将细胞阻滞于S期。在携带VRK2启动子甲基化的胶质母细胞瘤（GBM）中，VRK1缺失同样抑制BANF1活性，导致核形态缺陷、G2-M期阻滞和生长抑制。在TNBC中，BANF1缺失导致有丝分裂停滞和细胞死亡。
4.1.2 NE不稳定性和DNA损伤修复
BANF1通过其在NE完整性和DDR中的双重角色维护基因组稳定性。在氧化应激下，BANF1直接结合并抑制关键修复蛋白如PARP1和DNA-PKcs，调控DNA损伤反应。在肿瘤中，活跃增殖常伴随NE破裂和DNA损伤。在CRC中，BANF1缺失下调DNA-PKcs、KU70、KU80和RAD51，增强放射敏感性。在TNBC和GBM中，BANF1活性丧失或减弱损害NE完整性，导致核异常和有丝分裂停滞，最终抑制肿瘤生长。
4.1.3 上皮-间质转化和细胞粘附相关调控
BANF1通过调控EMT过程促进肿瘤细胞迁移、侵袭和转移。在CRC中，BANF1过表达与E-钙黏蛋白下调、N-钙黏蛋白和波形蛋白上调相关，VRK1/BANF1/GLI1轴通过增强增殖、抑制凋亡和调控EMT促进CRC转移。在LIHC中，靶向敲除BANF1后观察到E-钙黏蛋白上调和N-钙黏蛋白下调。在肺腺癌（LUAD）中，BANF1敲低导致E-钙黏蛋白上调和N-钙黏蛋白下调，促进EMT。在HNSCC中，BANF1相关差异基因多富集于细胞粘附通路，提示其促进HNSCC侵袭的具体机制可能与EMT相关。
4.1.4 肿瘤微环境和免疫调节
BANF1通过影响免疫信号转导重塑肿瘤微环境（TME）。细胞质BANF1与cGAS竞争结合dsDNA，限制cGAS-STING通路激活，减少I型IFNs等免疫因子产生。在癌症中，这一机制可能使肿瘤细胞在NE破裂后逃避免疫监视。BANF1缺失可重新激活cGAS-STING信号并增强抗肿瘤免疫。在CD中，TMIGD1下调降低BANF1水平，解除对NF-κB的抑制，促进肠道炎症，增加CRC风险。BANF1表达与HNSCC、GC、PDAC和TCD-TNBC中的免疫反应负相关。在CRC和黑色素瘤中，BANF1敲低增强程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）阻断的免疫疗效。在THCA中，BANF1通过磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（PI3K/AKT/mTOR）通路作用于CD8
+ T细胞，敲低BANF1可促进CD8
+ T细胞增殖并增强免疫浸润。
4.1.5 其他机制
在PDAC中，BANF1既是双酚A（BPA）暴露干扰胰腺功能的调控基因，也是HOXA10驱动的预后相关5基因特征成员，其高表达与患者短生存期相关，可能通过介导肿瘤免疫抑制促进疾病进展。在宫颈癌（CC）中，IRF1驱动miR-203转录，靶向结合BANF1 3'UTR下调其表达，BANF1减少可抑制CC细胞克隆形成、迁移和侵袭能力。此外，BANF1可与细胞质p16相互作用，将其滞留于细胞质，阻碍其核内抗肿瘤功能，导致CC中p16过表达仍无法抑制肿瘤生长，并与不良预后相关。
4.2 靶向BANF1的治疗策略
靶向BANF1的治疗策略呈现多靶点、多途径协同干预的特点。目前主要基于其磷酸化修饰对核膜稳态的调节作用。一方面，obtusilactone B和brazilin可直接结合BANF1，干扰VRK1介导的磷酸化修饰，导致其异常维持核膜与DNA的连接，诱导有丝分裂停滞并抑制肿瘤生长。计算机模拟显示brazilin的氧化产物brazilein与BANF1结合时稳定性更高。Rabeprazole可在氧化条件下结合BANF1，破坏其与LEM结构域蛋白的相互作用，促进外源DNA核递送，但其抑制效率体内尚未验证。另一方面，靶向上游激酶VRK1可间接调控BANF1功能，如Luteolin抑制VRK1激酶活性，降低BANF1磷酸化水平，诱导细胞周期停滞，削弱肿瘤细胞增殖和存活能力。此外，BANF1参与靶向信号通路和免疫治疗的协同增强，如强心苷药物strophanthidin（SPTD）上调BANF1表达，同时通过肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体受体2（TRAIL-R2，DR5）受体招募Fas相关死亡结构域蛋白（FADD）激活caspase级联反应，促进prelamin-A/C表达并与BANF1相互作用诱导核内染色质凝聚和LUAD细胞凋亡。更重要的是，直接抑制肿瘤细胞内源性BANF1可激活cGAS-STING通路，触发机体抗肿瘤免疫应答，显著增强PD-1阻断疗效。在MC38结肠癌和B16F10黑色素瘤模型中，BANF1敲除在免疫正常小鼠中显著抑制肿瘤生长，但在免疫缺陷裸鼠中几乎无效，表明BANF1靶向治疗的免疫依赖性抗肿瘤机制。BANF1敲除与抗PD-1联合治疗不仅优于单一疗法，还能诱导持久抗肿瘤免疫记忆，治愈小鼠可排斥再次接种的野生型肿瘤细胞。
5. BANF1在医学疾病中的相关作用
5.1 BANF1与Néstor-Guillermo早衰综合征的关联
Néstor-Guillermo早衰综合征（NGPS）是一种由BANF1基因纯合错义突变（A12T）引起的罕见常染色体隐性遗传病。临床特征包括脱发和骨质疏松等典型早衰表现，但与Hutchinson-Gilford早衰综合征相比，患者通常认知功能正常、生存期更长、心血管和代谢并发症较轻。分子机制上，A12T突变特异性降低与lamin A/C的亲和力，但不影响二聚化、蛋白结构以及其与DNA和LEM结构域蛋白的结合能力。该突变降低了NE破裂修复过程中BANF1对lamin A/C的招募效率，影响NE修复速度和修复后结构稳定性。为补偿这一功能缺陷，NGPS细胞中BANF1总蛋白水平代偿性升高。在果蝇早衰突变模型研究中，该突变干扰生殖干细胞和体细胞的有丝分裂过程，表现为纺锤体和着丝粒功能异常，可激活DDR通路中的Checkpoint激酶2，选择性诱导分化缺陷或携带突变的细胞凋亡。此外，A12T突变还减弱BANF1与prelamin-A/C的相互作用，可能影响异染色质组织；并增强与PARP1的结合，进一步抑制其活性。
5.2 BANF1与显性运动神经元病的关联
2023年，Agathe Marcelot等首次报道由BANF1基因新生突变G16R引起的显性运动神经病。主要临床表现为进行性肌无力，对患者运动功能产生渐进性影响，且患者父母均不携带该突变。与A12T突变不同，G16R突变未引起核纤层明显结构异常。致病机制在于该突变通过引入盐桥改变蛋白构象平衡，异常增强BANF1对dsDNA的亲和力，使其在染色质上滞留。这种“功能获得”性异常结合可能导致局部染色质状态和基因表达程序紊乱，特异性影响运动神经元的稳态和功能，但具体下游通路仍需阐明。
5.3 BANF1与阿尔茨海默病的关联
阿尔茨海默病（AD）是一种常见的老年神经退行性疾病，其机制与遗传因素、淀粉样蛋白-β聚集、Tau过度磷酸化和谷氨酸毒性
