朱玲媛，吳照球

（中國藥科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床藥學(xué)學(xué)院，江蘇南京 211198）

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（Ubiquitin-Proteasome System，UPS）是一種特異性降解細胞內(nèi)蛋白的重要途徑，參與人體內(nèi)多種細胞生命活動，如細胞生長、DNA 損傷修復(fù)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等。簡而言之，泛素在泛素化酶E1、E2、E3 的級聯(lián)催化作用下，與靶蛋白的賴氨酸殘基發(fā)生共價結(jié)合，使該靶蛋白上帶有一個或多個泛素標(biāo)記，從而被26S 蛋白酶體識別并降解[1]。

E3 泛素連接酶介導(dǎo)泛素從E2 泛素結(jié)合酶上轉(zhuǎn)移到特異底物蛋白，能嚴格控制泛素化反應(yīng)，是UPS的核心參與者。目前，已知的人類基因組編碼的E3泛素連接酶有600 多種，表現(xiàn)出E3 泛素連接酶的多樣性，使泛素化反應(yīng)中的底物選擇更精確[2]。此外，E3泛素連接酶在心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、癌癥等的治療中發(fā)揮重要作用，如TRIM16 泛素化降解Src 蛋白，抑制過氧化物氧化還原酶蛋白1（Peroxiredoxin 1，PRDX1）磷酸化，能增強下游核因子E2 相關(guān)因子2（Nuclear factor erythroid 2-related factor，Nrf2）通路，從而阻斷心臟肥大[3]；帕金森蛋白2（Parkinson Protein 2，PARK2）是負責(zé)常染色體隱性幼年帕金森綜合征（Autosomal Recessive Juvenile Parkinsonism，AR-JP）的基因產(chǎn)物，其功能性喪失會使多巴胺能神經(jīng)元死亡，最終引起AR-JP[4]；TRIM52 上調(diào)則能激活Wnt/β-連環(huán)蛋白通路促進增殖和侵襲[5]。

E3 泛素連接酶在癌細胞中具有廣泛的特異性底物，能為選擇性藥物的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)提供巨大的可能性，也為腫瘤的治療提供新策略和新方法。因此，本文對E3 泛素連接酶的分類、功能及在腫瘤中的作用進行綜述。

1 E3 泛素連接酶的分類和結(jié)構(gòu)功能

基于催化核心結(jié)構(gòu)域的不同，E3 分為3 個家族：與E6AP C末端同源（Homologous to the E6AP Carboxyl Terminus，HECT）E3 連接酶家族、環(huán)結(jié)構(gòu)域（Really Interesting New Gene，RING）E3 連接酶家族和U-盒（U-box）E3 連接酶家族，3 個家族在結(jié)構(gòu)域類型和泛素轉(zhuǎn)移到靶蛋白的方式等方面均有所不同。

1.1 HECT E3 連接酶

根據(jù)N 端蛋白質(zhì)相互作用域的結(jié)構(gòu)特性，HECT型E3 泛素連接酶可進一步分為NEDD4 樣E3 連接酶、HERC E3 連接酶和另外一組HECT E3 連接酶。其中，NEDD4 樣E3 連接酶又稱C2-WW-HECT E3 連接酶，由1 個N 端蛋白激酶C 相關(guān)的Ca2+依賴性C2 結(jié)構(gòu)域、2 ～4 個中央色氨酸-色氨酸（WW）結(jié)構(gòu)域和1 個C 端HECT 結(jié)構(gòu)域組成。NEDD4 樣E3 連接酶位于細胞核中，通過C2 結(jié)構(gòu)域移動至質(zhì)膜、溶酶體、高爾基體等膜區(qū)室，而WW 結(jié)構(gòu)域通過識別富含脯氨酸（Pro）的基序和磷酸化的絲氨酸/蘇氨酸-脯氨酸（Ser/Thr-Pro）位點來介導(dǎo)蛋白質(zhì)間相互作用。NEDD4 樣E3 連接酶在腫瘤中研究較多且作用多樣，如在卵巢癌細胞中，SMAD 特異性E3 泛素蛋白連接酶1（SMAD Specific E3 Ubiquitin Protein Ligase 1，SMURF1）上調(diào)促進Rho GTP 酶激活蛋白26（Rho GTPase Activating Protein 26，ARHGAP26）泛素化并誘導(dǎo)卵巢癌細胞遷移和侵襲[6]；而在乳腺癌細胞中，SMURF1 可以顯著降低雌激素受體α（Estrogen Receptor alpha，ERα）蛋白上的K48 依賴性多泛素化，促進雌激素依賴性基因表達和癌細胞增殖[7]。

1.2 RING E3 連接酶

RING E3s 可分為5 個不同的家族，包括三重基序（Tripartite Motif，TRIM）、蛋白酶相關(guān)結(jié)構(gòu)域-跨膜結(jié)構(gòu)域-環(huán)指結(jié)構(gòu)域（Protease-Associated Domain-Transmembrane Domain-RING，PA-TM-RING）、RING之間的環(huán)（RING-IBR-RING，RBR）、膜 相關(guān)RING-CH（Membrane-Associated RING-CH，MARCH）和RING-Ub相互作用基序（RING-Ub Interacting Motif，UIM）家族。這5 個家族都有一個共同且保守的RING 結(jié)構(gòu)域，另各自含各種獨特的結(jié)構(gòu)域，從而在人體細胞內(nèi)發(fā)揮著各式各樣的作用[8]。

1.2.1 TRIM E3 連接酶

人類TRIM 家族由約60 個成員組成，幾乎所有TRIM 蛋白的N 端都包括1 個RING 結(jié)構(gòu)域、1 ～2個B-box 鋅指結(jié)構(gòu)域和1 個卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域。而所有TRIM 蛋白的C 端本質(zhì)上是不同的，允許它們招募不同的蛋白質(zhì)。因此，TRIM 涉及廣泛的生物過程，如信號傳導(dǎo)、發(fā)育、細胞凋亡、自噬等[9-10]。TRIM25通過泛素化和降解直接靶向Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap1），導(dǎo)致Nrf2 激活，從而增強抗氧化防御及促進肝癌細胞的存活和生長[11]；TRIM31 通過K63 連接的多泛素化促進線粒體抗病毒信號蛋白（Mitochondrial Antiviral Signaling Protein，MAVS）的富集和活化，同時能激活先天的抗病毒免疫反應(yīng)[12]。

1.2.2 MARCH E3 連接酶

MARCH 家族最突出的特性是RING-CH 結(jié)構(gòu)域和TM 結(jié)構(gòu)域。該家族有11 個成員，除MARCH7 和MARCH10 沒有TM 結(jié)構(gòu)域外，其他蛋白均為TM 蛋白[13]。在功能上，已在病毒中鑒定出多種MARCH蛋白，它們通過下調(diào)病毒感染細胞表面的主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ類（Major Histocompatibility Complex Class Ⅰ，MHC-Ⅰ）抗原呈遞以逃避宿主免疫反應(yīng)[14]。據(jù)報道，MARCH 蛋白可下調(diào)多種蛋白質(zhì)，如MARCH8 與白細胞介素1 受體輔助蛋白相互作用并靶向其Lys512 進行K48 連接的多泛素化和降解，抑制白細胞介素1β 誘導(dǎo)的核因子-κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）活化[15]；MARCH6 能促進DExH-box 解旋酶9 的泛素化降解來激活蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路，促進甲狀腺癌細胞增殖、遷移和細胞周期進程[16]。

1.2.3 PA-TM-RING E3 連接酶

PA-TM-RING 蛋白是一個多樣化的內(nèi)體膜蛋白家族，幾乎在所有哺乳動物組織和物種中都以低水平表達。PA-TM-RING 蛋白具有由一個瞬態(tài)信號肽和一個蛋白酶相關(guān)（PA）域組成的N端管腔或胞外域[17]，以及由跨膜結(jié)構(gòu)域（Transmembrane Domain，TM）隔開的C 端RING 指和脯氨酸-谷氨酰胺-絲氨酸-蘇氦酸（PEST）結(jié)構(gòu)域[18]。目前，PA-TM-RING 蛋白中與淋巴細胞失能相關(guān)的基因（Gene Related to Anergy in Lymphocytes，GRAIL）和環(huán)指蛋白13（RING Finger Protein 13，RNF13）研究較多。GRAIL 可充當(dāng)多種T 細胞狀態(tài)的“看門人”，如激活、存活和分化[19]；RNF13 是一種位于內(nèi)體/溶酶體系統(tǒng)中的Ⅰ型整合膜蛋白，在胰腺導(dǎo)管腺癌和癌前病變中高表達，可能通過促進金屬蛋白酶功能增強胰腺癌細胞體外侵襲[20]。

1.2.4 RBR E3 連接酶

RBR E3s 由RING1、IBR、RING2 三個結(jié)構(gòu)域組成，并且每個結(jié)構(gòu)域都配位2 個Zn2+離子。其中，2個RING 結(jié)構(gòu)域執(zhí)行不同的功能，N 端的RING1 結(jié)構(gòu)域識別E2-Ub，然后將Ub 轉(zhuǎn)移到C 端的RING2 結(jié)構(gòu)域中的催化半胱氨酸上，成為硫酯中間體，然后轉(zhuǎn)移到底物上[21-22]。RBR E3 連接酶的功能異常與神經(jīng)退行性疾病、感染、癌癥等疾病密切相關(guān)。在不同的癌癥中，RBR E3 連接酶通過調(diào)控腫瘤細胞啟動子或抑制子的泛素化降解而在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，如PARK2 作為一種帕金森病相關(guān)基因，不僅能泛素化線粒體外膜蛋白以觸發(fā)選擇性自噬，還能促進食管鱗狀細胞癌（European Space Components Coordination，ESCC）中Yes 相關(guān)蛋白（Yes-Associated Protein，YAP）K48 連接的多泛素化和蛋白酶體依賴性降解，可能是ESCC 癌癥診斷和治療的有希望的標(biāo)志物[23-24]。

1.2.5 RING-UIM E3 連接酶

RING-UIM E3s 除具有RING 結(jié)構(gòu)域外，還含有1 個C2HC 型鋅指、2 個C2H2 型鋅指和1 個UIM 型結(jié)構(gòu)域，其中UIM 結(jié)構(gòu)域是自動泛素化所必需的[25]。據(jù)報道，該家族成員與干擾素（Interferon，IFN）信號通路和T 細胞活化有關(guān)，如RNF114 與T 細胞中的TNF-α 誘導(dǎo)蛋白3（Tumor Necrosis Factor α-Induced protein 3，TNFAIP3）相互作用并調(diào)節(jié)TNFAIP3泛素化，參與調(diào)節(jié)NF-κB 活性，有助于控制調(diào)節(jié)T 細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)的信號通路[26-28]。目前，對RING-UIM E3s 的研究相對較少，因此，未來探索這些RING-UIM蛋白的銜接蛋白和調(diào)控機制具有很大的潛力。

1.3 U-box E3 連接酶

U-box E3s 是一個相對較小的家族，是控制真核細胞翻譯后蛋白質(zhì)量所必需的，存在于酵母、植物和動物中。U-box E3s 通過U-box 結(jié)構(gòu)域與E2 泛素結(jié)合酶相互作用，隨后Ub 直接從E2 轉(zhuǎn)移以識別底物的賴氨酸位點[29]。目前，對U-box E3s 的研究主要集中在小麥、水稻、香蕉等植物中，而對人體內(nèi)U-box E3s 的研究極少。據(jù)報道，STIP1 同源并含U-box 蛋白1（STIP1 Homology and U-Box Containing Protein 1，STUB1）的羧基末端作為U-box 型泛素連接酶，連接分子伴侶和蛋白酶體系統(tǒng)，在維持細胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用。STUB1 能誘導(dǎo)多種致癌底物蛋白的泛素化和降解，如酪氨酸激酶受體2、類固醇激素受體共活化因子3、缺氧誘導(dǎo)因子1α 等[30-31]，進而參與腫瘤發(fā)生的進程。

2 E3 泛素連接酶在腫瘤中的最新研究

泛素修飾在基因表達調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用，與癌癥發(fā)病機制密切相關(guān)。越來越多的報道表明，E3 泛素連接酶與各種疾病相關(guān)，如肝癌、乳腺癌、肺癌、胃癌等癌癥。

2.1 肝癌

肝癌是常見的致命惡性腫瘤之一，其中最主要的類型是肝細胞癌（Hepatocellular Carcinoma，HCC）。HCC 具有高轉(zhuǎn)移率和高復(fù)發(fā)率，并且預(yù)后效果差。HCC 還受代謝因素影響，給HCC 的靶向治療帶來挑戰(zhàn)性。因此，必須研究HCC 腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制，尋找HCC 治療有希望的靶點[32-33]。

FENG 等[34]發(fā)現(xiàn)SMURF1 作為一種HECT 型泛素連接酶，能通過2 個WW 結(jié)構(gòu)域直接與抗紫外線輻射相關(guān)蛋白（UV Irradiation Resistance Associated Gene Protein，UVRAG）的PPxY 基序相互作用，并在K517和K559 上催化UVRAG 的K29 和K33 連接的多泛素化。此外，SMURF1 還參與了Tribbles 假激酶2、黑色素瘤細胞黏附分子、轉(zhuǎn)錄因子4 和β-連環(huán)蛋白的泛素化和蛋白酶體降解，能抑制HCC 細胞的生長增殖[35-37]。相關(guān)研究表明，脂質(zhì)的生物合成和去飽和是HCC 發(fā)生發(fā)展的必要條件[38]。當(dāng)營養(yǎng)供給減少時，癌細胞的代謝需求增加，其存活離不開重新編程代謝途徑，而E3 連接酶鋅指蛋白91（Zinc Finger Protein 91，ZFP91）已經(jīng)被確定為肝癌發(fā)生和HCC 代謝重編程的腫瘤抑制因子，能促進異質(zhì)核糖核蛋白A1 的泛素化降解，抑制HCC 葡萄糖代謝重編程、細胞增殖和轉(zhuǎn)移[32]。SMURF1 和ZFP91 是腫瘤抑制因子，而RNF128 和TRIM25 則是腫瘤促進因子。RNF128在HCC 中高度表達，并通過絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（Extracellular Signal-Regulated Kinase，ERK）信號傳導(dǎo)促進HCC 的遷移、侵襲和增殖，預(yù)示著HCC 預(yù)后不良[39]。而TRIM25 通過靶向Keap1 的泛素化降解，激活Nrf2，從而增強抗氧化防御和細胞存活，與HCC 患者較差的存活率相關(guān)[11]。因此，SMURF1、RNF128、TRIM25、ZFP91 等E3 泛素連接酶可以作為HCC 治療的潛在靶點。

2.2 乳腺癌

乳腺癌是一種異質(zhì)性疾病，其分子特征包括激活人表皮生長因子受體2（Human Epidermal Growth Factor Receptor 2，HER2）、激活ER 和孕激素受體（Progestogen Receptor，PR）及乳腺癌易感基因（Breast Cancer Susceptibility Gene，BRCA）突變。乳腺癌分子亞型不同，對應(yīng)的治療策略也不相同[40]。

目前，對E3 連接酶在乳腺癌的研究主要在于腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制及對耐藥的調(diào)節(jié)作用。E3 連接酶RNF200 和RNF181 通過促進乳腺癌細胞中ERα的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，STUB1 通過抑制NF-κB 信號通路，含Ankyrin 序列重復(fù)和SOCS 盒13（Ankyrin Repeat and SOCS Box Containing 13，ASB13）通過Snail 家族轉(zhuǎn)錄抑制因子2 降解和抑制Hippo-YAP 途徑，從而抑制乳腺癌細胞的增殖、存活以及侵襲轉(zhuǎn)移[31,41-43]。除RNF200、RNF181、STUB1、ASB13 外，含F(xiàn)-box和含WD 重復(fù)序列的蛋白2（The F-Box and WD-Repeat-Containing Protein 2，F(xiàn)BXW2）、E6AP 亦是乳腺癌治療干預(yù)的潛在靶點。FBXW2 通過調(diào)節(jié)NF-κBp65 降解來抑制乳腺腫瘤生長以及消除乳腺癌細胞對紫杉醇耐藥性的影響[44]。而E6AP 促進上皮細胞轉(zhuǎn)化因子2（Epithelial Cell Transforming 2，ECT2）的泛素化和蛋白酶體降解，并通過控制ECT2 和Rho GTP 酶活性來調(diào)節(jié)肌動蛋白細胞骨架重塑來抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移[45]。

目前ER 陽性乳腺癌患者復(fù)發(fā)的原因之一是他莫昔芬的耐藥性。ZHU 等[46]指出BRCA1 和BRCA1相關(guān)環(huán)結(jié)構(gòu)域1（BRCA1 Associated RING Domain 1，BARD1）在對他莫昔芬耐藥的乳腺癌細胞中表達水平高，使得癌細胞增強了DNA 損傷修復(fù)能力及對DNA 損傷化療的抵抗力。而化療耐藥是三陰性乳腺癌（Triple-Negative Breast Cancer，TNBC）患者治療失敗和預(yù)后不良的主要原因。最近的研究表明，環(huán)狀RNA（Circular RNAs，circRNA）可以作為miRNA 海綿在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起到調(diào)控作用，這也為癌癥的診斷治療提供了新思路。

環(huán)狀RNA 核受體亞家族3C 組成員2（Nuclear Receptor Subfamily 3 Group C Member 2，NR3C2）過表達可通過海綿化相應(yīng)的miRNA 上調(diào)HMG-CoA 還原酶降解蛋白1（HMG-CoA Reductase Degradation Protein 1，HRD1），從而抑制TNBC 腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移[47]。因此，從circRNAs 角度研究TNBC 化療耐藥是一種新型手段，對TNBC 化療耐藥機制的研究、尋求新的治療方法有所幫助。

2.3 肺癌

肺癌可分為小細胞肺癌（Small Cell Lung Carcinoma，SCLC）和非小細胞肺癌（Non-Small Cell Lung Carcinoma，NSCLC）兩類，是全世界癌癥相關(guān)死亡的主要原因[48]。

在NSCLC 中，ZFP127 作為腫瘤抑制因子，通過泛素化多聚腺苷酸結(jié)合蛋白1（Poly(A) Binding Protein Cytoplasmic 1，PABPC1）來調(diào)節(jié)NSCLC 細胞增殖[49]。此外，TRIM15-Keap1-Nrf2 軸在NSCLC 的發(fā)生和發(fā)展中起關(guān)鍵作用，可能是NSCLC 中有價值的預(yù)后生物標(biāo)志物和潛在治療靶點[50]。

SCLC 是肺癌亞型中最具高度轉(zhuǎn)移性的，而轉(zhuǎn)移性也是SCLC 患者死亡的主要原因。E3 泛素連接酶CUL5（Cullin 5）-SOCS3 復(fù)合物能促進整合素β1 泛素化降解，減弱下游局部黏著斑激酶（Focal Adhesion Kinase，F(xiàn)AK）/SRC 信號，從而抑制SCLC細胞遷移和轉(zhuǎn)移[51]。

DNA 損傷療法是癌癥治療手段之一，但是會出現(xiàn)癌細胞對電離輻射敏感性不強的現(xiàn)象。而E3 連接酶FBXO22 可降低NSCLC 細胞中程序性死亡-配體1（Programmed Cell Death 1 Ligand 1，PD-L1）的水平并增加其對DNA 損傷療法的敏感性[52]；環(huán)指和WD 重復(fù)域3（Ring Finger and WD Repeat Domain 3，RFWD3），在修復(fù)DNA 鏈間交聯(lián)以響應(yīng)DNA 損傷中是必不可少的，能抑制NSCLC 細胞增殖[53]。故E3 連接酶FBXO22、RFWD3 在增強癌細胞對電離輻射的敏感性中起重要作用。

此外，HE 等[54]利用蛋白水解嵌合體（Proteolysis-Targeting Chimeras，PROTAC）技術(shù)設(shè)計了能連接兩個MDM2（Murine Double Minute2）配體的化合物PROTAC 11a，它能有效結(jié)合具有高度競爭結(jié)合活性的MDM2，并在A549 非小細胞肺癌細胞中誘導(dǎo)蛋白酶體依賴性MDM2 的自我降解。XIAO 等[55]用PROTAC 技術(shù)構(gòu)建了靶向巨噬細胞遷移抑制因子的MD13-PROTAC，MD13 能阻斷細胞周期的G2/M 階段和抑制ERK 磷酸化，從而抑制A549 細胞的增殖。因此，PROTAC 技術(shù)在肺癌治療中具有重要作用，可作為一種靶向E3 連接酶的新型治療方法。

2.4 胃癌

胃癌（Gastric Cancer，GC）是一種常見的惡性腫瘤，早期無明顯癥狀，大多數(shù)患者在確診時已發(fā)展到晚期。目前，GC 的發(fā)病機制尚未完善，故尋找治療GC 的潛在靶點尤為重要。

FBXW5、TRIM11等在GC患者中高表達。YAO等[56]發(fā)現(xiàn)FBXW5 不僅能通過增強制激酶1（Large Tumor Suppressor Kinase 1，LATS1）泛素化和降解使Hippo信號通路喪失部分功能，還能促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而促進GC 細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移。ZHOU 等[57]表明TRIM11 可以與Axin1 結(jié)合并降低Axin1 蛋白的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致GC 細胞中Wnt/β-連環(huán)蛋白途徑的激活，促進細胞生長和侵襲。因此，GC 細胞的生長、侵襲和侵襲都離不開FBXW5、TRIM11 等發(fā)揮的促癌作用。故FBXW5-LATS1、TRIM11-Axin1-β-連環(huán)蛋白軸在GC 發(fā)展中起到重要作用，并為GC 治療提供了新的思路。

3 結(jié)語

本文主要介紹了UPS 的原理，E3 連接酶的分類和結(jié)構(gòu)功能及其在各種癌癥進展中的重要作用。在UPS 中，E3 泛素連接酶不僅數(shù)量多，而且具有底物特異性，在細胞增殖、細胞凋亡、DNA 損傷修復(fù)、免疫等生物發(fā)育過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。值得注意的是，在癌癥中，E3 泛素連接酶既可以作為促癌劑，也可以作為抑癌劑。靶向特異性E3 泛素連接酶可誘導(dǎo)癌細胞凋亡或使癌細胞對化療等抗癌療法敏感，這對未來的癌癥治療提供了新的思考。未來，發(fā)現(xiàn)并開發(fā)更有效治療癌癥的E3 泛素連接酶靶向抑制劑，還將面臨巨大的挑戰(zhàn)。