作者：李贺鑫   李英   肖飞  

单位：北京医院、国家老年医学中心、临床生物样本管理中心  

【摘要】无义介导的RNA降解（NMD）是真核细胞中mRNA转录产物质量保证的重要途径。它主要通过外显子连接复合物（EJC）和过长的3’UTR识别含有提前终止密码子（PTC）的mRNA并进行降解。NMD也能调控正常的转录产物，参与到诸多正常的生理活动和疾病的发生发展中。在本综述中，我们讨论了NMD的主要成分，作用机制，在正常生理过程中的功能，与人类疾病的关系，目前治疗PTC相关疾病或靶向NMD治疗疾病的一些方法。

【关键字】提前终止密码子( PTC)；无义介导的RNA降解；PTC相关疾病; 治疗

真核细胞具有复杂的基因表达过程，此过程涉及到DNA的转录、加帽、多腺苷酸化和mRNA的选择性剪接、mRNA的翻译和降解等诸多步骤。单个碱基突变，框移突变以及选择性剪接等，常产生异常的具有提前终止密码子（PTC）的mRNA，从而可能翻译成具有潜在毒性的截短蛋白[1-2]。无义介导的RNA降解（NMD）是机体重要的转录后监控机制，可识别这种异常的终止密码子，并降解相应的mRNA，避免有害蛋白在细胞内的积累[3-5]。从低等的单细胞酵母到线虫、植物以及动物，都广泛存在高度保守的NMD，说明NMD对维持基因组的稳定性和正常表达发挥着不可或缺的作用[6-8]。除了降解含有突变等产生的具有提前终止密码子的mRNA，NMD对其他一些类型的转录产物也有调控作用，如含有上游开放阅读框的mRNA（u-ORF）和超长3’非翻译区的mRNA，甚至是非编码RNA[9-10]。研究表明，NMD调节体内约25%的mRNA的表达水平，参与了细胞的分化、应激反应、部分遗传性疾病和肿瘤的发生发展等生理病理过程[11-15]。据估计，约30％的已知疾病相关突变是由于含有PTC的mRNA所致[16]，NMD系统功能的缺失将导致严重的临床表型，如基因敲除NMD中的重要因子SMG1，SMG6，UPF1或UPF2将直接导致实验小鼠胚胎死亡。 

本综述概述了NMD的主要成分，NMD的作用的主要机制，NMD在正常生理过程中的功能，NMD与人类疾病的关系以及NMD作为潜在的靶点在疾病治疗中的一些探索性应用。  

一

NMD的主要成分

1. UPF家族：   UPF1是人类最重要的NMD因子之一。UPF1是一个123kDa左右的磷酸蛋白复合物，具有RNA依赖性ATP酶活性和ATP依赖的RNA解旋酶活性，能利用水解ATP产生的能量以5’-3’方向水解mRNA[17-18]。UPF1的N端具有脯氨酸/甘氨酸丰富的区域，该区域可与SMG1结合，后者使UPF1磷酸化。UPF1的C端富含丝氨酸和谷氨酰胺（SQ）的结构域，具有14-18个潜在的磷酸化位点，磷酸化/去磷酸化是调节UPF1功能最最要的方式[19-20]。研究表明，RNA螺旋酶DHX34的核心区域与UPF1结合，其CTD区（protruding carboxy-terminal domain）与SMG1结合形成复合物，促进SMG1对UPF1的磷酸化[21]。UPF1能够有效的重构核糖核蛋白复合物，一旦被募集到mRNA上并激活，便能扫描整个转录产物并对核糖核蛋白进行不可逆的重塑，促使mRNA被NMD机制降解[22]。  

UPF1对NMD的功能起着至关重要的作用，敲除或沉默编码UPF1基因将导致含PTC的mRNA稳定性增加。纯合的UPF1基因敲除小鼠胚胎由于大量诱导细胞凋亡，在植入后不久即死亡[13]。UPF1不仅参与了是NMD的核心组分之一，同时也参与了其他的一些生理过程，如参与维持端粒的稳定[23]，促进RNA诱导的沉默复合体与靶标的结合,诱导的mRNA下调等[24]。  

2.UPF2：   UPF2通常被认为是连接UPF1和UPF3以引发NMD的支架蛋白[25]，鉴于此功能，UPF2具有单独的结构域分别与UPF1和UPF3结合[26-28]。UPF2的结构分析显示其具有三个保守的eIF4G(MIF4G)结构域，前两个结构域主要是用于支撑整个结构，第三个结构域则介导与UPF3b的结合[29-30]。UPF2 C端的UBD（UPF1 binding domain）与UPF1结合[31]。UPF2可调节UPF1的活性，UPF1富含半胱氨酸和组氨酸（CH）结构域和SQ结构域均可抑制UPF1的解旋酶活性，当UPF2与UPF1的CH结构域结合时，UPF1构象发生改变，这也是UPF1被SMG1磷酸化的前提[32-33]，同时也促进了UPF1的解螺旋酶活性[25,34]。UPF2对UPF1的磷酸化不可或缺，在Hela细胞中，下调UPF2的表达将导致UPF1的磷酸化程度降低[33]。UPF2在发育和细胞的分化中也起重要作用，在小鼠胚胎中UPF2的缺失将导致肝脏的终末分化失败，而成年鼠肝脏中UPF2的缺失导致肝脏脂肪变性和肝脏内稳态的破坏[35-36]。敲除UPF2的小鼠胚胎在子宫内9.5天即死亡，敲除造血系统中的UPF2将导致造血干细胞的完全消失，并很快导致小鼠的死亡[37]。  

3. UPF3：   UPF3是UPF家族中保守性最低的一个[31]。哺乳动物有两个UPF3基因，分别是位于13号染色体上的UPF3a（也叫UPF3）和位于X染色体上的UPF3b（也叫UPF3X）。而线虫，黑腹果蝇和酿酒酵母都有只有一个UPF3基因[38-40]。  

UPF3a和UPF3b都能通过N端的NBD结合域和UPF2结合[41]。UPF3a和UPF3b主要存在于细胞核中，在核RNA剪接时被募集到RNA上，并随成熟的mRNA通过核孔转运到胞质中[26,28]。虽然UPF3a和UPF3b具有诸多相似的地方，但是对NMD活性影响的强度是不一样的。UPF3b结合在终止密码子下游时可引发强烈的NMD活性，而UPF3a在该测定系统中仅能诱发轻微的NMD活性。导致这种功能差异的原因是，UPF3b的C末端结构域中存在一段高度保守的序列，但是该序列在UPF3a中则保守性低[37]。UPF3b通过C末端与EJC复合物的核心成分Y14结合，在NMD激活过程中起着重要作用[42]。  

研究表明，UPF3b在自我更新增加和细胞分化改变中起着重要的作用[43]。UPF3b敲低导致原代NPC增殖能力增强但分化能力降低。在原代海马神经元中，UPF3b下调导致神经突生长改变，表明UPF3b在有丝分裂后神经元中也UPF3b也是必需的[44]。另外一项研究表明，UPF3b错义突变所导致的神经发育表型是由NMD受损，从而引起的神经元分化改变引起的[45]，因此UPF3b对维持大脑发育过程中正常的NMD活性是不可缺少的。但是也有研究也表明，UPF3b对NMD不是必须的，可能存在不依赖UPF3b的NMD途径。单独敲除UPF3b或联合敲除UPF3a，对NMD的影响甚小[46]。UPF3b突变而导致其失活的患者中，NMD的活性似乎也影响不大[47]。与UPF1敲除或抑制对NMD活性起决定性影响不同，小鼠对UPF3b敲除具有较好的耐受性，能明显的增加含PTC的NMD底物的稳定性，而且对正常的基因组影响也很小[48]。虽然存在不依赖UPF3b的NMD的冗余途径，但是在机体发育的某些阶段，UPF3b对NMD的正常发挥作用是必不可少的。  

4.SMG蛋白：   SMG蛋白介导了UPF蛋白的磷酸化与去磷酸化，包括四个核心成员，SMG1，SMG5，SMG6，SMG7。SMG1是一个410kDa的巨大蛋白，属于PIKK（phosphatidylinositol 3-kinase-related kinase）家族，介导了UPF1的磷酸化[49]。SMG1的C末端包含侧翼结构为FRB结构域（FKBP12-雷帕霉素结合域）的PIKK催化区和两个FAT结构域，形成球状“头部”区域，而N末端HEAT重复域包含在“臂”区域中[50-51]，SMG1磷酸化UPF1的SQ结构域中的丝氨酸残基，调节NMD的活性[49,52]。SMG激酶缺陷点突变体的过表达导致PTC依赖性β-珠蛋白mRNA降解的显著受到抑制，而过表达野生型SMG-1则增强NMD对其的降解[49]。  

SMG7含有9个反向平行的α螺旋，折叠方式类似14-3-3蛋白，该14-3-3样结构域包含几个TPR重复序列，该重复序列介导了蛋白与蛋白之间的相互作用，具有磷酸丝氨酸残基的保守结合位点。高水平的保守性表明SMG5和SMG6也含有14-3-3样结构域。14-3-3样结构域对SMG7的功能很重要，突变SMG7中14-3-3样结合位点能减弱SMG7与UPF1的结合[53]。SMG5，SMG6，SMG7都参与了UPF1的去磷酸化，并且三者的功能是非冗余的。除了自身具有磷酸酶的作用，它们还能通过募集其他必须的磷酸酶如PP2A（蛋白磷酸酶2A）促进UPF1的去磷酸化[54-56]。SMG5和SMG7的14-3-3样结构域在垂直方向相互作用，形成异二聚体与磷酸化UPF1的S1096和C末端的其他磷酸化残基相互作用[20,57,58]。与SMG5和SMG7不同，SMG6以单体的形式发挥功能。SMG5和SMG6的C末端都含有PIN样区域，其折叠类似RNase H家族核糖核酸酶，是具有核酸酶活性的磷酸二酯酶[59]，SMG6的PIN结构域比SMG5更加类似RNase H核酸酶。NMD可由PTC附近的核酸内切酶的剪切诱发，而SMG6就是负责该过程的内切酶，突变SMG6的PIN结构域中的保守位点，PTC附近的剪切消失[60-61]。  

除了这些已经研究比较透彻的NMD因子，还有一些其他的因子也参与NMD的过程，并在其中发挥着重要的作用。如DHX34，促进UPF1和UPF2与EJC的接触，并促进UPF1的磷酸化[21,62]。其他的因子还有NBAS[6,62]，GNL2，SEL3[63]，以及调节NMD过程中mRNA监控复合物的SMG8，SMG9[64]等。  

二

NMD模型

NMD是体内mRNA质量监控最重要的一个途径之一，其核心问题是如何区分含PTC的mRNA和正常的mRNA，并且这种差异如何导致不同的mRNA稳定性。目前较广为接受的是EJC模型[65-68]和3’UTR模型[69-70]。  

1.EJC模型：   高等生物中，前体mRNA的剪接在PTC的识别过程中发挥了重要的作用[70]。剪切募集了一系列的蛋白，即外显子连接复合体(exon-junction complex，EJC)，位于外显子-外显子连接处上游的20-24个核苷酸处[52]。在哺乳动物中，EJC是以eIF4A3、Y14、MAGOH、MLN51（RNA-binding protein metastatic lymph node 51 (MLN51)）为核心的蛋白复合体，核心蛋白按照严格的序列排列[71-73]；其外周还具备一系列的其他处于不断变化的蛋白。在正常的翻译过程中，由于核糖体的滑动，结合在mRNA上的EJC会被逐个清除[67,74]。EJC-mRNA相互作用严格依赖于剪接，并且具有位置特异性而非序列特异性。Y14是一种20kDa核穿梭蛋白，其中心具有RNA结合结构域（RBD），Y14的RBD和MAGOH在EJC之外彼此紧密相关，并作为复合物进入细胞核，抑制eIF4A3的解旋酶活性[75-79]。eIF4A3是eIF4A DEAD-box RNA解旋酶家族的一员，可能作为“RNA夹子”结合在mRNA上[80]，而MLN51可通过SELOR 结构域与eIF4A3和RNA结合并促进eIF4A3的解旋酶活性[77,81]。  

mRNA在成熟过程中可与多个EJC结合，翻译过程中这些EJC将会被核糖体移除。核糖体扫描整个mRNA后，释放因子eRF1和eRF3识别终止密码子，核糖体停留在终止子处。如果核糖体识别并停留在PTC处，位于终止密码子下游50-55碱基处的EJC将会被保留。SMG1及其底物UPF1很快被募集并与eRF1和eRF3形成SURF的终止后复合体。SURF可与UPF2，UPF3b以及下游的EJC复合体的的其他蛋白相互作用[82]。SMG1将UPF1磷酸化，后者以磷酸化特异性的方式募集SMG5，SMG6和SMG7[20,82]。SMG5-SMG7异二聚体则进一步募集CCR4-NOT脱腺苷酸复合物以及脱帽复合物（DCP complex）等，促进mRNA的脱帽和脱腺苷酸反应[83-87]，从而使mRNA失去保护，暴露末端，3’RNA片端很快被XRN1降解，5’RNA被外切体复合物降解[88-89]。另一方面，SMG6具有内切酶的功能，可以剪切PTC附近的mRNA，形成没有保护的末端促进内切酶对mRNA的剪切[60,90,91]，脱帽反应可以作为正反馈进一步促进SMG6的切割[92]。同时，UPF1也可与脱帽复合物的DCP1A，DCP2以及PNRC2作用促进RNA的降解，此过程不依赖于脱腺苷酸化[84,86,93]。  

2. 异常3’UTR模型：   NMD的第二种模型是异常的3’UTR。该模型认为PTC下游的异常增长的3’UTR是促进PTC识别的第二种信号。终止核糖体和一组包括PABPC1（polyA结合蛋白）之间的相互作用是正常情况下翻译终止和mRNA降解所必须的。因此该模型的关键在于PTC和3’UTR之间的距离[94]。当正常距离延长时，  正常’终止密码子可引发NMD；反之亦然，poly（A）尾部折叠到PTC附近或通过将PABPC1聚集在PTC附近可以抑制NMD的激活，并且，研究表明，敲除了PABPC1的哺乳动物细胞其终止密码子处核糖体的通读能力增加[95]，这些都表明PABPC1在促进正确的翻译终止和拮抗NMD活化方面具有进化上保守的功能[94,96]。  

正常情况下，核糖体遇到终止密码子，eRF1识别A位点中的终止密码子，其C末端与eRF3形成复合物，后者N末端与PABPC1的C末端结构域相互作用，促使核糖体从mRNA上释放，翻译从而终止[97-99]。然而，当PTC出现时，由于终止的位置提前，翻译终止的下游通常也不具备正常长度的3’-UTR，因此PABP1不能正确与eRF3作用，从而核糖体释放过慢[96]，没有PABP1与eRF3作用，UPF1、SMG1等NMD因子能够更直接的与eRF3、eRF3形成SURF复合物，从而NMD激活，mRNA降解。  

正常情况下人类的mRNA的3’-UTR长度在700–800核苷酸，但是研究却表明，拥有200-300个核苷酸的3’-UTR长度的mRNA就已经能被NMD影响并部分降解，而拥有更长3’-UTR的mRNA也并不是都能被NMD识别或降解，因此虽然过长的3’-UTR是NMD底物的一个特点，但是3’-UTR的长度并不能很好的预测特定的mRNA是否是NMD的底物[94,100-102]。那么NMD如何确定不同长度的3’-UTR的mRNA是否被降解呢？在最近的研究中, Kishor等证明RNA结合蛋白hnRNP L起着至关重要的作用。UPF1仅与大多数mRNA瞬时相互作用，但仍然与NMD靶mRNA结合，因此，UPF1占据提供了mRNA被NMD降解的可能性。具有高hnRNP L占据率的mRNA倾向于具有低UPF1占据率，也具有更低的NMD激活可能。hnRNP L占据率能比3’-UTR的长度更好的反应mRNA是否是NMD的底物并被降解[103]。  

NMD除了能降解含有PTC的mRNA，也能识别并降解其他的一些mRNA。例如含硒蛋白，上游开放阅读框（uORF），含有内含子的3’UTR，超长3’UTR，以及许多非编码RNA[7,104]。UGA在翻译过程中通常被识别为终止密码子，但是当细胞内硒浓度高时，UGA能够被翻译为硒代半胱氨酸。如果硒代半胱氨酸掺入最后转录本最后一个外显子时，能够逃脱NMD的降解，反之，如果细胞内硒含量低，该UGA又位于外显子连接处的上游，则会成为NMD的底物被降解[105-107]。  

三

NMD参与正常的生理过程

1.NMD参与哺乳动物的发育：   NMD对哺乳动物正常发育很重要，敲除某些NMD的成分可对小鼠产生致死作用。敲除鼠类UPF1同源基因Rent1的实验中，无法得到纯合子小鼠，说明Rent1对胚胎的存活是必不可少的。纯合子的Rent1敲除胚胎在植入子宫后很快死亡，纯合的Rent1敲除囊泡细胞也在简单的细胞增大后很快凋亡[108]。这些实验结果证明了NMD中最重要的因子UPF1在胚胎的发育过程中是必须的[109]。UPF1可在一定程度上使TGFβ的抑制剂SMAD7不稳定，从而促进TGFβ信号通路。同时UPF1也可以促进编码其他一些抑制增值和细胞未分化状态的蛋白的降解。当NMD被神经表达的微小RNA（miRNA）下调时，神经分化被开启。这些实验结果证明了NMD中最重要的因子UPF1在胚胎的发育和细胞的分化过程中是必须的。  

敲除小鼠的UPF2基因导致NMD功能丧失肝脏终末分化失败，出生后很快死亡，而在成年的小鼠中UPF2的缺失导致肝脏脂肪变性和肝脏内稳态失衡，同时对于肝脏的再生[35]。在造血系统中UPF2的缺失导致造血干细胞和祖细胞群快速、完全、持续性的消失。相反，UPF2缺失小鼠中已经分化的细胞仅轻度受影响，表明NMD对增殖的细胞更加重要[110]。  

UPF3b是另一个与细胞的自我更新和分化密切相关的NMD因子，尤其是脑和神经系统的发育。UPF3b在神经干细胞和神经元的细胞质和细胞核中都有表达。错义突变的UPF3b虽然不影响其细胞定位，但是扰乱了神经元分化并降低了神经突分支的复杂性。在NMD抑制剂Amlexanox的存在下，神经元分化同样受到影响[45]。UPF3b依赖性NMD（UPF3b-NMD）在发育过程中受到多个水平的调节，包括调节UPF3b的表达和亚细胞定位。神经祖细胞（NPC）中UPF3b-NMD的丧失导致神经细胞的细胞数量，但是分化受到影响。在原代海马神经元中，UPF3b-NMD的丧失导致轻微的神经突生长效应。因此，UPF3b对于神经细胞的分化起着重要的作用，UPF3b功能的缺失将导致神经细胞的分化降低[43]。UPF3b中的功能丧失突变导致可变的临床表现，包括智力残疾（综合征和非综合征），孤独症，儿童期精神分裂症和注意力缺陷多动障碍[47,111-113]。  

SMG蛋白同样也影响胚胎的正常发育。敲除UPF1，UPF2， UPF3b，或SMG5，SMG7都会对斑马鱼胚胎的发育，早起分化以及胚胎的存活产生严重的影响[114]。SMG6的完全敲除导致胚胎在囊胚期就死亡，虽然SMG6敲除的胚胎纤维母细胞可以存活，但是失去了分化为多能干细胞的功能[115]。综上，虽然NMD的不同因子发挥着不同的作用，但是在胚胎的发育过程中都起着重要的作用，尤其是干细胞的分化。敲除这些因子常导致胚胎的死亡或分化失败。值得注意的是，这些影响可能不仅是影响了NMD的正常功能，也可能同时影响了这些因子在NMD之外的其他生理功能。  

2.调节细胞的应激反应：当细胞内外的环境改变，如氧化应激，缺乏能量或氨基酸以及内质网应激，细胞内的许多基因的表达水平发生变化以适应环境的改变，初始因子eIF2α被磷酸化，蛋白质的合成被抑制[116]。而研究表明，eIF2α的磷酸化会抑制NMD[117]，而参与氧化应激稳态维持的一些蛋白如ATF-4，ATF-3，CHOP等和维持氨基酸稳态的蛋白如氨基酸合成酶，增加氨基酸通透性的酶则由于NMD受到抑制而明显增高[7,118,119]。  

3. 影响病毒的复制：   细胞在病毒入侵时，除了经典的免疫屏障，NMD可能也参与其中，以细胞内作用的形式限制病毒感染并形成病毒进化，发挥抗病毒的作用。全基因组siRNA筛选影响Semliki Forest病毒（SFV）复制的宿主因子（一种正链RNA（+RNA）病毒），结果显示NMD成分UPF1，SMG5，和SMG7的敲除导致病毒蛋白和RNA水平升高，释放的病毒滴度更高。NMD组分的消耗导致这些减毒病毒的产生增加超过20倍。可能的机制是NMD识别并降解某些含有PTC或者长3’UTR的病毒RNA，这种保护机制在动物和植物中都存在[120-121]。  

4. 参与DNA损伤、细胞周期调节：   SMG1除了参与NMD之外，，影响DNA修复和未折叠蛋白反应。在植物中，敲除了SMG1植物对DNA损伤的易感性增加，但对未折叠的蛋白质诱导剂的耐受性增。哺乳动物细胞中也有类似的结果，hSMG-1的消耗导致自发DNA损伤和对电离辐射（IR）的敏感性增加，敲除SMG-1后单链DNA也增加。SMG-1激酶活性可能在DNA损伤时被激活，磷酸化特异性DNA修复蛋白，或者NMD失活可能导致异常mRNA代谢，从而使DNA修复蛋白合成故障[122-124]。UPF1同样也参与了基因组的稳定。UPF1结合在染色质上，并且随着细胞从G1期到S期逐渐增多。shRNA介导的UPF1缺失导致人类细胞在S期早期停滞，诱导ATR依赖性DNA损伤反应[125-126]。  

四

NMD与疾病及相关的治疗策略

NMD和其活性的高低可以影响疾病的发生和发展。NMD据估计，约有1/3的遗传疾病是由点突变或者移码突变导致的PTC所致[15,127]。NMD是一把双刃剑，一方面可以通过降解截短的有害蛋白的，防止期积累对细胞产生毒性；另一方面，有些疾病中截短的蛋白也具有部分的活性，可以发挥部分的生理功能，NMD对其的降解会加重疾病的症状。  

NMD缓解疾病的一个例子是β-地中海贫血。出生后人类的血红蛋白是由α-亚基和两个β-亚基组成的异四聚体。大多数隐性β-地中海贫血患者由β-珠蛋白基因的第一个或第二个外显子中的无义突变引起，含有PTC的mRNA被NMD降解。在杂合子中，未受影响的等位基因仍能够产生正常的β-珠蛋白，因此基本表现为正常。但是在一些罕见的NMD不敏感的患者中，截短的β-珠蛋白前体产生过多，对正常的β-珠蛋白产生显性负性效应，因此这些患者的症状比较严重[128-129]。NMD保护了绝大部分的杂合子的β-地中海贫血的患者免于临床症状的贫血。  

对于另外的一些疾病，NMD降解截短的蛋白则会加重病人的临床症状，如囊性纤维病，营养不良以及多囊肾等[15,130]。杜氏肌营养不良不良的患者由于基因突变导致了无义突变，该突变形成的PTC可被NMD识别并降解具有正常蛋白部分甚至全部功能的C端截短的抗肌营养不良蛋白。由于NMD的降解，导致了单倍剂量不足，因而患者具有严重的临床症状。而部分C端截短蛋白逃脱了NMD降解的患者则具有比较轻的临床症状[131-132]。  

1.NMD与肿瘤：   NMD与肿瘤之间也密切相关，可以通过调节原癌基因、抑癌基因的正常表达来影响癌症的发生发展。UPF1在肺鳞癌，肝细胞癌，胃癌等许多肿瘤中被报道由于启动子区的高度甲基化而表达下调，NMD活性降低，并且低UPF1表达的病人往往具有更差的预后[133-136]。在胃癌细胞中过表达UPF1可以抑制细胞的增殖、迁移、侵袭和细胞周期，促进细胞的凋亡，这种抑制作用可被过表达MALAT1逆转[135]。UPF1可以抑制肺腺癌（ADC）细胞和肝癌细胞的上皮间充质转化(EMT)[133,137]，肝癌细胞中UPF1可以通过抑制ABCC2的表达抑制EMT并促进对化疗的敏感性[137]。UPF1的降低导致了NMD的降低，Sma7表达上调，TGF-β信号通路活性增强，从而促进了肿瘤的发展，UPF1可望作为这些癌症的一个治疗靶点[133-134]。  

肿瘤中UPF1除了表达下调，还可以发生无功能的突变。胰腺腺鳞癌（ASC）是一种知之甚少但侵袭和转移能力强，预后极差的癌症，目前没有合适的分子诊断指标。研究发现，在ASC中，UPF1常发生突变导致错误剪接，NMD活性降低，NMD底物积累。UPF1突变是目前已经报道的唯一一种ASC分子指标[138]。炎性肌纤维母细胞瘤中也有报道UPF1的突变，NMD对底物的降解减少，从而NIK-依赖的NF-κB途径活性增高，促进免疫细胞的浸润[139]。  

2.靶向NMD的治疗手段：   （1）反义寡核苷酸：反义寡核苷酸(ASOs)通过Watson-Crick碱基配对特异性结合其RNA靶标以形成DNA-RNA杂合双链，其中的RNA链很快被核酸内切酶RNase H1降解，从而使相应的mRNA失活[136]。在小鼠模型中，针对UPF3b的ASO（UPF3b-ASO）治疗能够降低NMD的活性，明显的增加含PTC的抗肌萎缩蛋白mRNA和凝血因子IX mRNA，并且对正常的基因组影响很小。同时连用促进翻译通读的药物将进一步增强这种效果，甚至可以产生有功能的凝血因子IX[140]。体外实验中，针对外显子2Q39X无义突变(HBB-T39)的基因，ASO联合促进通读药物G418能够有效的恢复全长蛋白的表达[141]。ASO也可以靶向由于剪接或者突变产生PTC的异常mRNA，在β-地中海贫血和抗肌营养不良蛋白的mRNA中都有过试验，并且效果不错[142-143]。（2）氨基糖苷类药物：氨基糖苷类能够结合核糖体的解码中心并降低密码子-反密码子配对的准确性，抑制终止密码子的识别，增加终止密码子的通读性。动物模型和人体中都又进行用氨基糖苷类药物庆大霉素治疗囊性纤维病和杜氏肌营养不良，结果显示氨基糖苷类药物可以促进终止密码子的通读，增加蛋白的全长表达[144-146]。氨基糖苷类药物G418也常与其他的药物联用，具有更好的效果[141,147]。但是氨基糖苷类药物的肾毒性和耳毒性较大，一定程度上限制了它的应用。（3）NMD抑制剂：化疗药物多柔比星联合小分子的NMD抑制剂NMDI-1增强进化疗效果，促进细胞的死亡[148]。在含PTC的突变型p53细胞中，小分子NMD抑制剂NMDI-14联合促进翻译通读药物G418 能够破坏SMG7-UPF1的相互作用，抑制NMD，恢复全长p53的表达，上调p53下游转录物的水平，促进细胞的死亡，并且对于p53野生型细胞的活性影响不大[147]。Nickless等高通量筛选了一千多种小分子药物，发现强心苷类的Na-K-ATPase抑制剂能够提高细胞内钙离子浓度，有效的抑制NMD[149]。另外，非特异性的SMG1抑制剂，咖啡因、渥曼青霉素等也能抑制NMD的活性，但是同时也抑制了PI3K家族成员的活性，对细胞的其他代谢和生理功能影响较大[52,150]。（4）通过特异的siRNA抑制NMD：肿瘤不受免疫系统控制的主要原因是肿瘤细胞不表达有效的肿瘤排斥抗原（TRAs）。在皮下和转移性肿瘤模型中，与寡核苷酸适体配体结合的靶向NMD因子的特异性siRNA可诱导肿瘤细胞产生新的潜在的抗原决定簇和免疫介导的排斥反应，明显抑制肿瘤细胞的生长。并且适配体-siRNA的免疫原性风险也很低，可望作为临床治疗肿瘤的潜在方法之一[134]。  

五

结 论

NMD是转录后水平保证基因组稳定性的重要机制，它主要通过降解含PTC的mRNA从而减少C端截短的蛋白的积累来发挥作用。NMD的功能涉及到多个方面，包括发育和分化，应激反应，参与DNA的损伤修复，部分遗传病的发生，肿瘤的发生发展等多个方面。靶向NMD也是目前肿瘤和某些遗传病治疗的热点，然而目前还局限于体外实验或者和动物实验，不曾在临床应用于人类疾病的治疗。但是NMD是把双刃剑，抑制或激活都可能在治疗疾病的同时对正常的组织细胞产生副作用。因此，如何提高靶向NMD治疗的特异性，权衡NMD活性强弱，最终应用到临床疾病的治疗是未来研究需要解决的问题。  

参考文献略  

注：本文来源于《临床实验室》杂志2021年第5期“分子诊断”专题

-End-    

题图 | veer.com  

原文发布时间 | 2021年5月28日