2022青橙奖得主研究的RNA剪接，对于疾病治疗有什么作用？

2022达摩院青橙奖已于10月31日揭晓。在15位获奖者中，有3位青橙学者来自生命科学领域；90后女青年科学家白蕊就是其中之一。白蕊以第一作者和共同第一作者的身份分别在国际权威学术期刊《科学》（Science）和《细胞》(Cell）发表论文6篇和3篇，曾获得中国科协2018年度“未来女科学家计划”、2020年“世界最具潜力女科学家奖”。本次，她因“参与并主导了全球唯一覆盖完整RNA循环的剪接体系列成果，首次揭示了剪接体重塑的分子机理，主导并开辟了U12型剪接体研究方向；为相关遗传病和癌症机理研究带来新思路” 而获得2022年青橙奖。

今天，让我们一起来了解一下RNA剪接究竟是什么，以及它在癌症等疾病治疗领域的作用。

RNA 剪接是什么

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RNA剪接（RNA splicing）是指：在真核细胞核中从RNA初始转录物切除内含子，并连接外显子形成一个成熟、连续的信使RNA（mRNA）的过程。

分子生物学的中心法则认为，遗传信息被编码在DNA中，然后被转录成RNA，进而被翻译成蛋白质。RNA剪接是真核基因表达中的一个过程；在此过程中，遗传信息以RNA的形式被改变——在RNA剪接中，RNA转录本的特定区域被切掉，然后侧翼序列被粘贴在一起；RNA剪接过程从根本上改变了RNA转录本所携带的信息内容，进而直接影响了遗传信息从DNA向蛋白质的流动。因此，RNA剪接调控是基因表达的关键步骤。

RNA剪接过程包括两步反应：涉及保守RNA序列、分支点序列，以及5’和3’剪接位点。这些都存在于两个外显子之间的内含子中。两个外显子将组成成体信使RNA（mRNA）的一部分。通常，剪切发生在含有多个外显子的基因上，形成不同的蛋白质结构。例如，果蝇的唐氏综合征细胞粘附分子具有3.8万种可能的蛋白质异构体。剪切不仅是基本的功能——有200多种人类疾病是由于在剪接位点发生变异而引起的。可变剪接与疾病密切相关。最近的研究显示， RNA 剪接在肿瘤细胞中发生频率远超过正常细胞，RNA剪接过程及其调控可以促进癌症的发生和发展。

RNA 剪接对疾病治疗的启示

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回顾相关研究，RNA剪接已被证明可以对癌症等疾病的治疗发挥作用。一项发表于2018年的研究[1]发现，肿瘤细胞内大量的RNA剪接可能产生肿瘤新抗原; 该研究表明，在肿瘤细胞系中，由不完全RNA剪接产生的内含子保留翻译的多肽，可由人主要组织相容性复合物 I (MHC I) 呈现；然而，剪接衍生的多肽是否会引起内源性免疫应答仍未知。幸运的是，一项2021年发表于《细胞》（Cell）的研究[2] 解答了上述问题——该研究证实了在RNA剪接调节药物的干扰下，肿瘤细胞产生了新抗原；且这些抗原通过 MHC I 作为新抗原表位呈现，进而激发抗肿瘤免疫。这也为肿瘤抗原研究带来了重要启示：当前，关于肿瘤抗原的研究大多聚焦于基因突变；而RNA 剪接调节药物被证实能够诱导肿瘤细胞产生潜在抗原，这些抗原会引起内源性抗肿瘤免疫应答，增强了免疫检查点抑制疗效。

另一项2021年的发表于《细胞》（Cell）的研究[3]表明，靶向RNA剪接的治疗方法能够激活三阴性乳腺癌的抗病毒免疫途径，进而引发肿瘤细胞死亡、发出人体免疫反应的信号；这种机制可能为三阴性乳腺癌等侵袭性癌症的免疫系统启动开辟新途径。此外，该内源性错误剪接的RNA可以作为生物标志物来判断癌症对免疫治疗的敏感性。

近期，一项发表于《自然衰老》（Nature Aging）的研究[4]揭示了RNA剪接机制对阿尔茨海默病神经元兴奋性毒性的潜在贡献：RNA剪接中必不可少的成分U1小核核糖核蛋白（U1 snRNP）会在阿尔茨海默病患者的大脑中聚集；U1 snRNP的功能障碍会导致RNA剪接障碍，有助于神经退行性变。

施一公团队的重大研究成果

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2021年1月29日，西湖大学施一公教授研究组在《科学》（Science）发表题为“Structure of the Activated Human Minor Spliceosome”的研究论文，为剪接体结构与机理研究的又一重大突破。在该论文中，研究团队首次报道了迄今知之甚少的次要剪接体的高分辨率三维结构，并展示了在剪接反应中的一个关键构象——激活态次要剪接体（activated minorspliceosome，定义为“次要Bact复合物”），整体分辨率高达2.9埃。该结构第一次展示了人源次要剪接体的组成、以及对稀有内含子（U12依赖型内含子）的识别机理，首次揭示了次要剪接体的催化中心以及活性位点，并且通过结构解析鉴定了次要剪接体的全新蛋白组分、揭示了它们对次要剪接体及罕见内含子剪接的重要作用等一系列重要科学问题。

此次重大突破，使施一公研究组在继2015年首次解析世界上第一个剪接体结构、2017年解析第一个人源剪接体结构之后，再次成为世界上首个解析了次要剪接体高分辨率三维结构的团队。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg0879

2020年11月27日，西湖大学生命科学学院施一公教授研究组就剪接体的机理与结构研究，于《科学》（Science）杂志以长文形式发表重大研究成果。这篇题为“Mechanism of Spliceosome Remodeling by the ATPase/helicase Prp2 and its Coactivator Spp2”的论文报道了酿酒酵母处于激活状态的剪接体（activated spliceosome，定义为“Bact复合物”）2.5埃的高分辨率电镜结构，并还解析了ATP水解酶/解旋酶Prp2处于游离状态以及Prp2与其激活因子Spp2复合物的电镜结构。

该结构是目前报道的最高分辨率的剪接体结构，首次展示了剪接体状态转变过程中的“动力驱动”蛋白——ATP水解酶/解旋酶Prp2及其激活因子Spp2催化其重塑的结构基础，并结合大量生化实验，阐明了Prp2在前体信使RNA上单向移动的分子机理，回答了Spp2如何通过将Prp2锚定在剪接体上辅助其发挥重塑剪接体的功能等一系列重要科学问题。（转化医学网360zhyx.com）

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abe8863

参考资料：

[1]Smart AC, Margolis CA, Pimentel H, He MX, Miao D, Adeegbe D, Fugmann T, Wong KK, Van Allen EM. Intron retention is a source of neoepitopes in cancer. Nat Biotechnol. 2018 Dec;36(11):1056-1058.

[2] 8. Lu SX, De Neef E, Thomas JD, Sabio E,. Pharmacologic modulation of RNA splicing enhances anti-tumor immunity. Cell. 2021 Jul 22;184(15):4032-4047.e31.

[3] Bowling EA, Wang JH, Gong F, Wu W, Neill NJ, et al. Spliceosome-targeted therapies trigger an antiviral immune response in triple-negative breast cancer. Cell. 2021 Jan 21;184(2):384-403.e21.

[4] Chen, PC., Han, X., Shaw, T.I. et al. Alzheimer’s disease-associated U1 snRNP splicing dysfunction causes neuronal hyperexcitability and cognitive impairment. Nat Aging 2, 923–940 (2022).

https://www.westlake.edu.cn/academics/School_of_Life_Science/NEWS/202105/t20210514_9980.shtml

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。