周濤， 方晉仁， 王凱兵， 何詠奧， 楊南揚

(南華大學衡陽醫(yī)學院細胞與遺傳研究所 生態(tài)健康與人類重要疾病防控湖南省高校重點實驗室細胞應激生物學衡陽市重點實驗室,湖南省衡陽市 421001)

小泛素樣修飾蛋白(small ubiquitin-related modifier,SUMO)化修飾將SUMO共價連接到靶蛋白(包括諸多信號通路蛋白)上，廣泛影響了細胞內(nèi)的諸多生命活動過程。SUMO特異性蛋白酶(SUMO-specific proteases,SENP)則可通過其異肽酶活性來催化SUMO從靶蛋白上切除的逆過程，即去SUMO化。

SENP3是SENP家族成員之一，主體分布于核仁并優(yōu)先介導靶蛋白的去SUMO2/3修飾。人SENP3第532位Cysine(鼠SENP3第526位Cysine)是其催化去SUMO化的酶活性位點。SENP3還是一種氧化應激反應分子。在生理條件下，胞內(nèi)核仁SENP3的基礎(chǔ)表達水平較低；而輕度氧化應激引起胞內(nèi)SENP3的穩(wěn)定性增加以及表達上調(diào)[1]；重度氧化應激并不使SENP3的表達繼續(xù)增強，而是使其酶活性喪失[2]。SENP3的異常表達會改變多種靶蛋白的去SUMO化水平，在癌癥、心血管系統(tǒng)疾病、運動系統(tǒng)疾病和生殖系統(tǒng)疾病以及其他疾病中發(fā)揮重要作用。

1 SENP3與癌癥

1.1 SENP3的促癌作用

SENP3在結(jié)腸腺癌、喉癌、胃癌、頭頸部鱗狀細胞癌、骨肉瘤、卵巢癌[2-4]和乳腺癌[5]等多種惡性腫瘤中，通過降低不同靶蛋白的SUMO化水平，影響該靶蛋白的下游基因轉(zhuǎn)錄活性，發(fā)揮促癌作用。如在結(jié)腸腺癌中，氧化應激誘導的SENP3可降低早幼粒細胞白血病(promyelocytic leukemia protein,PML)蛋白的SUMO化，促進細胞增殖[2]。在頭頸部鱗狀細胞癌中，SENP3對信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子3(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)的去SUMO化能激活STAT3信號通路，進而促進腫瘤的增殖與遷移[6-7]。在喉癌和胃癌中，SENP3則分別去SUMO化核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)和叉頭框C2(forkhead box c2,FOXC2)，并激活其下游基因的表達，抑制細胞凋亡或誘導細胞的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)[8-9]。在調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cells,Treg)中，SENP3介導BTB與CNC同源物2(BACH2)的去SUMO化，維持Treg細胞的穩(wěn)定和功能，繼而介導腫瘤免疫抑制的促癌作用[10]。BACH2的去SUMO化調(diào)控其核定位并穩(wěn)定了Treg細胞特異性基因的轉(zhuǎn)錄和表達。

1.2 SENP3的抑癌作用

SENP3在肝癌或乳腺癌中具有抑癌作用。過表達SENP3能抑制異氟醚誘導的肝癌細胞Hep3B中整體SUMO2/3修飾水平上調(diào)，并一定程度降低Hep3B的增殖和浸潤[11]。SENP3在乳腺癌中可能通過多方面機制抑制其發(fā)生發(fā)展。①SENP3可介導人端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)去SUMO化并正調(diào)控其下游E鈣粘蛋白(E-cadherin)的表達，抑制乳腺癌細胞的遷移和浸潤[12]。②SENP3對巨噬細胞中絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine/threonine kinase,Akt1)的去SUMO化，則抑制了Akt1的過度磷酸化和激活，進而抑制巨噬細胞的M2亞型極化和該亞型對乳腺癌進展的促進效應[5]。但以上結(jié)果與Graves等[13]發(fā)現(xiàn)的乳腺癌中上調(diào)的SENP3可降低轉(zhuǎn)錄因子E2啟動子結(jié)合因子1(E2 promoter binding factor 1,E2F1)的SUMO化，并解除SUMO化E2F1對細胞周期阻滯的作用相矛盾。由此可見，SENP3在某些癌癥種類中的作用及機制復雜，仍需深入探討。

SENP3可增強樹突狀細胞的腫瘤免疫作用，繼而可能發(fā)揮抑制癌癥發(fā)生發(fā)展的作用。在樹突狀細胞中，活性氧(reactive oxygen species,ROS)誘發(fā)的SENP3通過去SUMO化干擾素誘導蛋白204(interferon induced protein 204,IFI204)，激活下游信號干擾素基因刺激基因(stimulator of interferon genes,STING)介導的I型干擾素信號，發(fā)揮腫瘤免疫作用[14]。

2 SENP3與心血管系統(tǒng)疾病

2.1 SENP3與急性心肌梗死

在組織局部缺血/缺氧再灌注時，SENP3通過促進細胞的凋亡過程引發(fā)組織損傷。線粒體動力相關(guān)蛋白1(dynamin-related protein 1,Drp1)是調(diào)控線粒體分裂的關(guān)鍵蛋白。SENP3則通過催化Drp1的去SUMO修飾，增加Drp1與線粒體分裂因子(mitochondrial fission factor,Mff)的結(jié)合能力，從而導致細胞凋亡[15]。在心肌缺血再灌注損傷中，由心肌缺血再灌注誘導ROS上調(diào)SENP3，以Drp1為底物促進心肌細胞凋亡和心肌損傷[16]。

SENP3在局部缺血/缺氧再灌注中具有抑制細胞死亡的作用。Zhang等[17]報道了在缺氧后復氧時，SENP3通過STAT3通路保護心肌細胞H9C2免受缺氧后復氧導致的細胞凋亡。另外，缺血再灌注后的大鼠心臟中SENP3的下調(diào)也導致了H9C2細胞的死亡增加[18]。上述研究一致明確了SENP3蛋白水平的變化在心肌缺血/缺氧損傷中起決定細胞命運的作用。因此，在急性心肌梗死等相關(guān)疾病中，調(diào)節(jié)SENP3的水平可能有助于心臟缺血再灌注后心肌細胞的存活。

2.2 SENP3與血管重塑

在高血壓、動脈粥樣硬化和低剪切應力引起的血管重塑小鼠模型中，SENP3在血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)中顯著上調(diào)，并伴有ROS水平升高。上調(diào)的SENP3去SUMO化β-連環(huán)蛋白(β-catenin)促進正常血管平滑肌細胞的增殖和遷移，進而促進高血壓、動脈粥樣硬化和再狹窄等心血管疾病中的血管重塑[19]。

3 SENP3與運動系統(tǒng)疾病

3.1 SENP3與骨質(zhì)疏松癥

骨組織中的破骨細胞和成骨細胞共同完成舊骨退化、新骨取代的骨組織更新過程。研究顯示，膠凝蛋白(FLII)通過調(diào)節(jié)遠端缺失同源盒3(distal-less homeobox 3,DLX3)基因的表達，調(diào)控人骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨分化[20]。相反，SENP3可抑制骨髓源性單核細胞向破骨細胞分化。SENP3介導的破骨細胞抑制因子干擾素調(diào)節(jié)因子8(interferon regulatory factor 8,IRF8)的去SUMO2/3修飾能抑制破骨細胞形成[21]。SENP3是預防骨質(zhì)疏松的關(guān)鍵因素；SENP3對破骨細胞形成的抑制，也使其有望成為治療骨質(zhì)疏松癥等疾病的分子靶點。

3.2 SENP3與肌病和惡病質(zhì)

肌病和惡病質(zhì)相關(guān)的肌肉萎縮是由于肌節(jié)結(jié)構(gòu)紊亂而導致其功能受損所引發(fā)的，肌細胞增強因子2(myocyte enhancer factor 2,MEF2)是調(diào)控肌肉分化的主要轉(zhuǎn)錄激活因子。SENP3能通過去SUMO化MEF2，增加其轉(zhuǎn)錄活性和肌管生成[22]；此外，在分化的肌管中，SENP3表達的瞬時上調(diào)能去SUMO化賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶7(SETD7)，并將其招募至II型肌球蛋白重鏈(MyHC-II)基因上啟動其轉(zhuǎn)錄表達，保障了肌節(jié)的正確組裝[22]。在惡病質(zhì)誘導的肌肉萎縮中，SENP3則發(fā)生降解，從而使上述SENP3調(diào)控SETD7介導的MyHC-II等基因轉(zhuǎn)錄無法完成，導致肌節(jié)結(jié)構(gòu)紊亂和肌肉功能喪失。結(jié)果表明SENP3在肌節(jié)組裝異常引發(fā)的肌肉萎縮中發(fā)揮重要作用。

4 SENP3與生殖系統(tǒng)疾病

4.1 SENP3與子癇前期

在人胎盤發(fā)育中，SENP3通過調(diào)控低氧誘導因子1A(hypoxia-inducible factor1A,HIF1A)的穩(wěn)定參與胎盤的發(fā)育。在胎盤發(fā)育早期，氧張力變化嚴格調(diào)控著HIF1A的穩(wěn)定性；在胎盤發(fā)育第10～12周時，氧張力變化引起SENP3上調(diào)，這精準地平衡了胎盤發(fā)育第9～10周時HIF1A的SUMO化，使HIF1A穩(wěn)態(tài)得以維持。但胎盤缺氧和氧化應激時會發(fā)生子癇前期；因缺氧/氧化應激將過度上調(diào)SENP3的表達及其核質(zhì)轉(zhuǎn)位，繼而過度促進HIF1A及低氧誘導因子抑制因子(factor inhibiting hypoxia inducible factor 1,FIH)的去SUMO化[23]；異常提高胎盤中HIF1A的活性，造成子癇前期。SENP3是胎盤缺氧和氧化應激誘導的子癇前期發(fā)生過程中的關(guān)鍵致病因子。

4.2 SENP3與精子發(fā)生

在精子發(fā)生中，睪丸支持細胞中的SENP3。一方面通過去SUMO化增強STAT3信號，保障血睪屏障中支持細胞間緊密連接組分的表達和正確定位，從而維持支持細胞的滲透功能；另一方面，SENP3還可通過調(diào)控支持細胞中F-肌動蛋白(F-actin)的表達來維持細胞骨架結(jié)構(gòu)[24]。這兩方面共同保障了正常的精子發(fā)生，一旦睪丸支持細胞中的SENP3表達發(fā)生異常，則將導致精子發(fā)生障礙。

5 SENP3與其他疾病

5.1 SENP3與炎癥反應

SENP3能促進脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導的巨噬細胞炎癥細胞因子產(chǎn)生。LPS處理細胞時，ROS被誘導并導致SENP3積累，從而使絲裂原活化蛋白激酶激酶7(mitogen-activated protein kinase kinase 7,MKK7)去SUMO化，進而活化JNK信號并增強其下游炎癥細胞因子的表達，啟動炎癥反應[25]。而在LPS誘導的膿毒癥急性肺損傷小鼠模型中，SENP3還能上調(diào)單核/巨噬細胞中病理性組織因子的生成，并同樣以JNK依賴的方式介導LPS誘導的凝血激活和肺損傷[26]。另外，在核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體參與的先天免疫中，SENP3則抑制了某些促炎癥細胞因子的產(chǎn)生，它通過負調(diào)控NLRP3的SUMO1修飾，抑制了NLRP3與炎癥小體成員凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC)的結(jié)合、炎癥小體的活化以及白細胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)的裂解和分泌[27]。綜上所述，SENP3通過多種信號通路調(diào)控炎癥反應。

5.2 SENP3與中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷

與局部缺血/缺氧再灌注損傷的情況類似，SENP3通過促進神經(jīng)細胞凋亡在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷發(fā)生過程中起正向作用。如在體外缺血模型中，神經(jīng)元中的SENP3發(fā)生降解，使線粒體分裂受阻，細胞存活下來[15]。在急性脊髓損傷、蛛網(wǎng)膜下腔出血和創(chuàng)傷性腦損傷等模型的小鼠或大鼠腦神經(jīng)元以及毒性重金屬鎘處理的神經(jīng)細胞PC12中，SENP3的上調(diào)會誘發(fā)Caspase-3激活并導致細胞凋亡[11,28]。

6 總結(jié)與展望

SENP3調(diào)控多種信號通路及相關(guān)蛋白SUMO化修飾的穩(wěn)態(tài)平衡，在多種生理及病理條件下都發(fā)揮重要作用。SENP3在不同細胞或疾病類型中具有不一致甚至相反的作用結(jié)果，反映了SENP3在相關(guān)疾病中的作用及分子機制仍待考證及深入探討。