劉乃華，曾思恩

(桂林醫(yī)學(xué)院廣西腫瘤免疫與微環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541199)

去泛素化酶(deubiquitinases，DUBs)通過水解底物蛋白的泛素，調(diào)節(jié)蛋白降解過程，從而影響細(xì)胞代謝、增殖等生物學(xué)過程。泛素特異性蛋白酶(USPs)是DUBs五個(gè)亞類中的一個(gè)最大亞類，研究發(fā)現(xiàn)，USPs與消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，可以選擇性穩(wěn)定或降解下游基因以及與細(xì)胞增殖、凋亡等生物學(xué)過程相關(guān)蛋白。深入探討USPs在消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，將為消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究提供新的理論依據(jù)，有助于開發(fā)應(yīng)用針對(duì)USPs的分子靶向藥物。

1 泛素特異性蛋白酶及其在腫瘤中的功能

蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)維持穩(wěn)態(tài)是發(fā)揮功能的前提條件，其中泛素化和去泛素化是兩種重要的翻譯后修飾方式，靶蛋白經(jīng)去泛素化酶(deubiquitinating enzymes，DUBs)作用后，蛋白的穩(wěn)定性、活性下降[1]。目前，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中DUBs分為5個(gè)亞科：泛素特異性蛋白酶(USPs)、泛素C端水解酶、卵巢腫瘤蛋白酶、Machado-Joseph疾病蛋白域蛋白酶和JAB1/MPN/MOV34金屬酶[2]。

USPs是DUBs五個(gè)亞類中的一個(gè)最大亞類，在人類有近70個(gè)成員，USPs的主要功能是從單泛素化或多泛素化的底物中切割泛素前體，穩(wěn)定下游蛋白以及防止其降解[3]。USPs可去除靶蛋白或多泛素鏈中泛素化修飾，如原底物蛋白起抑制腫瘤作用，去泛素化后可發(fā)揮促進(jìn)腫瘤作用，同理，若原蛋白促進(jìn)腫瘤進(jìn)展，去泛素化后發(fā)揮抑制作用。當(dāng)USPs發(fā)生突變，或表達(dá)水平發(fā)生改變時(shí)，體內(nèi)細(xì)胞代謝發(fā)生異常，易導(dǎo)致癌癥發(fā)生，故可作為開發(fā)抗癌藥物的重要靶點(diǎn)[4]。USPs參與影響腫瘤進(jìn)展的多個(gè)方面，如上皮-上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和癌癥的干性、轉(zhuǎn)移、腫瘤相關(guān)微環(huán)境和DNA損傷修復(fù)活性等[5]。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)告，迄今已開發(fā)多種針對(duì)USPs的抑制劑，如廣譜抑制劑WP1130和PR619[6]。本文總結(jié)了近年來USPs在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究成果，主要包括食管癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌等，列出了在消化系統(tǒng)各器官中明確起作用的USPs家族各成員(見圖1)。本文將詳細(xì)論述其對(duì)細(xì)胞內(nèi)下游效應(yīng)因子、信號(hào)通路等調(diào)控作用，從而闡明USPs的作用機(jī)制。

圖1 USPs在消化系統(tǒng)腫瘤中的作用

2 USPs在消化系統(tǒng)腫瘤中的作用

2.1 USPs在食管癌中的作用

食管癌(esophageal cancer，EC)患者多數(shù)在晚期才能夠確診，且預(yù)后較差，放射抵抗和耐藥是食管癌治療的主要臨床障礙，開發(fā)新的靶點(diǎn)藥物變得十分重要。食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)是一種亞洲常見的食管癌發(fā)病類型。2019年，Hu等[7]發(fā)現(xiàn)USP7在ESCC組織中高表達(dá)，USP7修飾促凋亡蛋白NOXA，下調(diào)USP7表達(dá)會(huì)抑制ESCC細(xì)胞的生長(zhǎng)、觸發(fā)凋亡；二甲雙胍除了用于控制血糖，其治療ESCC效果顯著。2013年，Xu等[8]發(fā)現(xiàn)二甲雙胍誘導(dǎo)Eca-109和TE-1細(xì)胞中USP7的mRNA和蛋白水平。當(dāng)人為降低USP7表達(dá)水平，二甲雙胍抑制癌細(xì)胞增殖的作用喪失，證明USP7參與二甲雙胍調(diào)節(jié)食管癌細(xì)胞周期阻滯過程；2018年，Zhang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，USP28和c-Myc的表達(dá)水平在EC組織和細(xì)胞中均呈高表達(dá)，下調(diào)USP28表達(dá)，會(huì)激活c-Myc/HIF-1α通路，增強(qiáng)EC細(xì)胞對(duì)輻射的敏感性。因此，USP28是治療EC的潛在新靶點(diǎn)。

表1 USPs在食管癌中的作用

2.2 USPs在胃癌中的作用

胃癌(gastric cancer，GC)是最常見的惡性腫瘤之一，由于診斷較晚且治療方法有限，GC死亡率較高、術(shù)后易復(fù)發(fā)，中晚期患者5年生存率為20%左右。因此開發(fā)新的治療靶點(diǎn)，對(duì)于克服化療耐藥具有十分重要意義。

2019年，Wu等[10]發(fā)現(xiàn)胃癌組織中USP3呈過表達(dá)，與預(yù)后不良呈相關(guān)性，且USP3表達(dá)與SUZ12蛋白表達(dá)呈正相關(guān)，USP3去泛素化SUZ12蛋白，使其穩(wěn)定，促進(jìn)GC細(xì)胞的遷移和EMT。下調(diào)SUZ12抑制GC細(xì)胞遷移、侵襲及EMT。Dou等[11]發(fā)現(xiàn)胃癌組織中USP32呈高表達(dá)，且與胃癌患者分期、預(yù)后密切相關(guān)。在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，下調(diào)USP32可以顯著抑制SMAD2表達(dá)，從而抑制GC細(xì)胞的增殖、遷移和對(duì)順鉑耐藥性。Wang等[12]研究報(bào)告，下調(diào)USP39抑制GC細(xì)胞的生長(zhǎng)和集落形成能力，誘導(dǎo)G2/M期阻滯。Hou等[13]發(fā)現(xiàn)USP42在胃癌組織中的表達(dá)水平明顯高于癌旁組織，且USP42表達(dá)與腫瘤大小、TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及胃癌患者總生存期顯著相關(guān)。下調(diào)USP42顯著抑制癌細(xì)胞增殖，刺激G1期阻滯，使細(xì)胞周期蛋白(Cyclin D1、Cyclin E1)下調(diào)，還可通過影響基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)調(diào)節(jié)因子的表達(dá)來抑制細(xì)胞侵襲。USP42過表達(dá)可能是胃癌的潛在預(yù)后標(biāo)記物，能夠調(diào)節(jié)胃癌的生存和侵襲性，可能是一種新的治療胃癌的分子靶點(diǎn)。

表2 USPs在胃癌中的作用

2.3 USPs在肝癌中的作用

肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是中國第二大腫瘤死亡病因，患者通常在晚期或轉(zhuǎn)移期被診斷，切除和移植是目前唯一可行的治療方法，但其復(fù)發(fā)率較高。索拉非尼已被批準(zhǔn)用于治療晚期HCC，但患者仍有不同程度耐藥性，仍需開發(fā)新藥物，提高生存率[14]。

2020年，Li等[15]研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導(dǎo)素β1X連鎖受體蛋白1(TBLR1)在調(diào)控Wnt信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用；USP1通過去泛素化并穩(wěn)定TBLR1，促進(jìn)了血流中肝臟循環(huán)腫瘤細(xì)胞的存活。Zhao等[16]研究發(fā)現(xiàn)USP1在HCC中呈高表達(dá)，與患者預(yù)后不良相關(guān)，USP1去泛素化和穩(wěn)定下游底物，參與調(diào)節(jié)HCC進(jìn)展，底物主要富集于細(xì)胞周期、醛固酮合成和分泌以及雌激素信號(hào)通路中，下調(diào)USP1表達(dá)會(huì)降低增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)、細(xì)胞周期蛋白D1和E1的表達(dá)，抑制肝癌細(xì)胞的增殖。Xiong等[17]發(fā)現(xiàn)，USP2a在HCC組織中高表達(dá)，與預(yù)后不良呈正相關(guān)，在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中下調(diào)USP2a抑制肝癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。在機(jī)制上，USP2a去泛素化并穩(wěn)定Ras癌基因家族成員RAB1A，抑制其降解，從而促進(jìn)HCC的進(jìn)展。因此，USP2a可能成為肝癌治療的新靶點(diǎn)。Yuan等[18]研究發(fā)現(xiàn)USP10通過泛素化作用Smad4使其穩(wěn)定，激活TGF-β信號(hào)，促進(jìn)肝癌轉(zhuǎn)移。在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中下調(diào)USP10或用小分子抑制劑Spautin-1去除其催化活性，可以顯著抑制肝癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，過表達(dá)Smad4能有效逆轉(zhuǎn)以上趨勢(shì)。Gao等[19]的研究結(jié)果顯示，USP13在HCC組織中呈高表達(dá)，且USP13表達(dá)水平與腫瘤大小以及肝癌患者的生存期密切相關(guān)。下調(diào)USP13能夠顯著抑制HCC細(xì)胞的增殖、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、遷移和侵襲，而過表達(dá)USP13則增強(qiáng)HCC細(xì)胞的進(jìn)展。同時(shí)，USP13與TLR4存在相互作用，抑制泛素介導(dǎo)的TLR4降解，下調(diào)USP13顯著抑制了HCC細(xì)胞中的TLR4/MyD88/NF-kB通路激活，在敲除USP13基因的HCC細(xì)胞中，當(dāng)過表達(dá)TLR4會(huì)逆轉(zhuǎn)缺失USP13造成的影響。

表3 USPs在肝癌中的作用

2.4 USPs在胰腺癌中的作用

胰腺癌(pancreatic cancer，PC)早期不易被診斷，缺乏有效的治療靶點(diǎn)和預(yù)后生物標(biāo)志物，5年生存率只有約6%[20]。2020年，Wang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，USP4在胰腺癌患者組織中呈高表達(dá)，其通過穩(wěn)定TRAF6蛋白，激活NF-κB信號(hào)通路，增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，發(fā)揮促癌作用，可作為患者的預(yù)后指標(biāo)和治療靶點(diǎn)。Hou等[22]研究發(fā)現(xiàn)，USP21參與胰腺癌進(jìn)展，USP21能夠去泛素化并穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄因子TCF7，從而激活Wnt通路，增強(qiáng)胰腺癌細(xì)胞的干性。Bai等[23]研究發(fā)現(xiàn)，USP22在人胰腺導(dǎo)管腺癌組織和細(xì)胞系中呈高表達(dá)，其通過調(diào)控雙特異性酪氨酸磷酸化調(diào)節(jié)激酶1A(DRYK1A)的表達(dá)，增強(qiáng)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)和集落形成能力。

表4 USPs在胰腺癌中的作用

2.5 USPs在結(jié)直腸癌中的作用

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是第三大常見的癌癥死亡原因，目前在診斷和治療方面，缺乏有效的生物標(biāo)志物，臨床患者容易對(duì)化療藥物產(chǎn)生耐藥，50%的CRC患者術(shù)后出現(xiàn)復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移[24]。因此探索新的靶點(diǎn)，發(fā)掘新的發(fā)病機(jī)制十分重要。

Xu等[25]的研究結(jié)果顯示，USP1在CRC中高表達(dá)，其表達(dá)常伴隨患者總體生存率降低，下調(diào)USP1導(dǎo)致CRC細(xì)胞生長(zhǎng)停滯、促進(jìn)凋亡，當(dāng)同時(shí)給予藥物治療時(shí)，可使CRC細(xì)胞對(duì)藥物敏感性提高。已知，Wnt信號(hào)通路與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，USP4能夠穩(wěn)定Wnt信號(hào)通路的β-catenin因子，中性紅(NR)作為USP4的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，用NR處理CRC細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)β-catenin的穩(wěn)定性下降、癌細(xì)胞集落形成和細(xì)胞遷移能力明顯減少，將NR注射到小鼠異種移植模型后，腫瘤體積明顯減小[26]。Xu等[27]的研究結(jié)果顯示，USP5能夠促進(jìn)CRC細(xì)胞的生長(zhǎng)及耐藥，EBF1調(diào)控USP5轉(zhuǎn)，USP5去泛素化底物TUFM。因此，靶向EBF1-USP5-TUFM軸是CRC治療的一種潛在的新策略。Sun等[28]的研究結(jié)果顯示，USP11在CRC組織中高表達(dá)，通過PPP1CA介導(dǎo)激活ERK/MAPK通路，在體內(nèi)外促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖和遷移。研究結(jié)果顯示,USP11在CRC患者中呈現(xiàn)高表達(dá)，是一種潛在的預(yù)后標(biāo)志物。Huang等[29]在CRC細(xì)胞中報(bào)告，下調(diào)USP44可以使Axin1去泛素化，從而使Wnt/β-catenin通路失活，抑制CRC細(xì)胞增殖、促進(jìn)凋亡。

表5 USPs在結(jié)直腸癌中的作用

3 結(jié)語

綜上所述，USPs能夠切割被單泛素化或多泛素化的底物中泛素前體，穩(wěn)定下游靶蛋白，防止其降解，通過作用于相應(yīng)底物蛋白，在腫瘤的進(jìn)展中發(fā)揮多種作用，包括上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和癌癥的干性、轉(zhuǎn)移、腫瘤耐藥性和DNA損傷修復(fù)活性等。本文總結(jié)了USPs家族各成員在消化系統(tǒng)腫瘤中發(fā)揮的作用和功能，包括促進(jìn)細(xì)胞增殖、遷移、侵襲、細(xì)胞周期阻滯、提高干細(xì)胞特性等。另外，USPs在調(diào)控相關(guān)信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用，如介導(dǎo)c-Myc/HIF-1α通路、NF-kB信號(hào)通路、ERK/MAPK通路、Wnt/β-catenin通路等。但仍有幾個(gè)問題需要解答：為什么同一底物蛋白常常需要不止一個(gè)USP蛋白酶修飾？USP參與耐藥的機(jī)制是什么？USPs的高表達(dá)和調(diào)控常促進(jìn)腫瘤發(fā)生，因此,將USPs作為治療靶點(diǎn)，深入探索USPs識(shí)別底物的特異性以及調(diào)控機(jī)制，從而開發(fā)新的抗腫瘤藥物。