150000 哈爾濱醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院

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E3泛素連接酶FBXL5與惡性腫瘤關系的研究進展

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150000 哈爾濱醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院

泛素化修飾是蛋白質(zhì)降解的信號，調(diào)節(jié)體內(nèi)蛋白質(zhì)翻譯后修飾的重要途徑之一[1]，密切參與細胞周期、信號轉(zhuǎn)導、DNA修復、免疫反應、轉(zhuǎn)錄調(diào)控等。泛素化修飾中的泛素連接酶與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關[2]。泛素化修飾被3種關鍵酶共同介導，其中E3泛素連接酶介導活泛素分子從結(jié)合酶E2轉(zhuǎn)移到底物，不同的泛素連接酶靶向不同的底物蛋白，決定泛素化修飾的特異性，故E3連接酶于泛素化修飾中具有至關重要作用，已成為當前研究、探討的熱點問題之一。研究較為廣泛的E3泛素連酶是SCF(Skp-Cullin-F-box)復合物，該復合物由Cullin蛋白、RING蛋白、F-box蛋白和SKP蛋白組成基本結(jié)構(gòu)成員，其中F-box蛋白可以特異性地識別底物。FBXL5屬于F-BOX家族一員，在多種癌細胞系如乳腺癌、肺癌、胃癌等中異常表達，Western blot實驗方法檢測顯示肺癌及胃癌組織相對于癌旁組織FBXL5蛋白表達水平存在差異，且其可作為SCF(SKP1-CUL1-F盒)型E3泛素連接酶復合物的亞基識別多種癌蛋白如p150Glued、皮層蛋白、SNAIL、HSSB1、CITED2等，并對其進行泛素化修飾和隨后26S蛋白酶體降解，從而參與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲及轉(zhuǎn)移。

1FBXL5的概述

FBXL5是2000年由Ilyin等采用數(shù)據(jù)庫搜索方法發(fā)現(xiàn)，且由Vashisht等利用免疫共沉淀方法首先確定FBXL5是SCF型E3泛素連接酶的1個亞基，其屬于F-BOX家族成員，基因位于人4P15.33，可編碼691個氨基酸。FBXL5結(jié)構(gòu)組成主要包括C端擁有識別特異性底物的4個LRR結(jié)構(gòu)域，其決定泛素化修飾的特異性；中間含有典型的F-盒結(jié)構(gòu)域；同時是哺乳動物所鑒定出的蛋白中僅FBXL5蛋白的N端含有1個由4個α-螺旋片層構(gòu)成的獨特蚯蚓血紅蛋白樣結(jié)構(gòu)域，其可感知細胞內(nèi)鐵和氧的水平，可能充當哺乳動物代謝傳感器的角色，缺乏FBXL5表達不能感知鐵代謝狀態(tài),導致鐵代謝異常，損害細胞[3]。研究發(fā)現(xiàn)FBXL5主要存在于細胞核，當其過度表達或充足鐵中穩(wěn)定培養(yǎng)的細胞也在細胞質(zhì)中檢測到，且應用細胞核出口抑制劑LMB發(fā)現(xiàn)FBXL5在細胞核積累顯著增加，更進一步支持其主要位于細胞核[4]，然其可能不僅在細胞核也在細胞質(zhì)介導泛素化降解蛋白。

2FBXL5和腫瘤

2.1FBXL5與腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是指具有上皮表型的癌細胞失去上皮分化向間葉表型轉(zhuǎn)變的過程，與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移及耐藥密切相關。EMT的基本特征之一是上皮細胞表面標志物E-cadherin表達下調(diào)或缺失。有學者研究發(fā)現(xiàn)敲除FBXL5的乳腺癌MDA-MB231細胞及人宮頸癌HeLa229細胞出現(xiàn)E-cadherin在細胞質(zhì)膜中堆積，并推測FBXL5可以調(diào)節(jié)E-cadherin在細胞質(zhì)膜中降解和增加[5]。這說明FBXL5的高表達可能導致E-cadherin降解，促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT),增強腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移。而其他研究結(jié)果表明FBXL5高表達抑制EMT，抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。Snail1的過表達抑制E-cadherin，導致EMT發(fā)生，使細胞具有更強的的運動能力，增加侵襲和抗細胞凋亡，是調(diào)節(jié)EMT的關鍵因素之一。FBXL5是一種新型的核泛素連接，與Snail1在細胞核中相互作用，以促進Snail1泛素化和隨后降解，且不與調(diào)節(jié)EMT的關鍵因素Twist1、Zeb1相互作用[4]。FBXL5在多種癌細胞系如乳腺癌MCF7細胞、結(jié)腸癌SW620細胞等表達，且FBXL5與Snail1在胃癌細胞及組織中表達具有負相關性[4,6]。這說明FBXL5可以抑制EMT,胃癌中FBXL5泛素化降解Snail1，負調(diào)控EMT增強因素，從而抑制胃癌細胞侵襲和轉(zhuǎn)移[6]。FBXL5對EMT展現(xiàn)不同作用，可能是由于FBXL5作用下游底物蛋白不同，從而導致其表現(xiàn)出的功能和發(fā)揮的生物學效應也截然不同，即FBXL5泛素化降解Snail1時也可能直接降解E-cadherin，EMT引起腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移的機制十分復雜，F(xiàn)BXL5在其中的作用仍需進一步研究。皮層蛋白的下調(diào)降低癌細胞的遷移和侵襲，提示皮層蛋白在癌細胞轉(zhuǎn)移中起關鍵的調(diào)節(jié)作用。研究顯示，F(xiàn)BXL5可在ERK的協(xié)助下，介導皮層蛋白泛素化和隨后的降解，從而抑制胃癌細胞的侵襲轉(zhuǎn)移[7]。最近對20例胃癌及相應的癌旁組織采用Western blot實驗，發(fā)現(xiàn)FBXL5表達水平顯著降低，特別是在轉(zhuǎn)移的胃癌中[6]。但是檢驗FBXL5表達狀況不同的胃癌細胞生長情況，未發(fā)現(xiàn)FBXL5可以顯著改變腫瘤細胞生長[6]。綜上說明FBXL5在胃癌中低表達，展現(xiàn)出抑癌基因特點。對肺癌及相應癌旁組織采取Western blot實驗，肺癌組織FBXL5蛋白的表達水平均高于癌旁組織，高表達FBXL5的肺腺癌A549細胞被注入裸小鼠形成異種移植腫瘤，顯示其可促進體內(nèi)腫瘤生長[8]。這意味著FBXL5在肺癌中表現(xiàn)癌基因作用，其高表達有助于肺癌的發(fā)生、發(fā)展。因此，F(xiàn)BXL5在不同腫瘤中的表達情況及功能作用不同、對EMT影響不同。這種現(xiàn)象可能由FBXL5作用下游底物蛋白不同，從而導致其表現(xiàn)出的功能和發(fā)揮的生物學效應也截然不同或由不同腫瘤組織的異質(zhì)性所致。

2.2FBXL5與DNA損傷修復

DNA損傷修復失調(diào)易患癌癥，并影響DNA損傷類抗癌藥物的治療效果[9]。研究表明SSB類蛋白HSSB1可促進同源重組在細胞核DNA損傷修復中起關鍵作用，且在癌細胞中HSSB1通過調(diào)節(jié)p53和p21的穩(wěn)定性，繼而調(diào)控細胞周期進程和DNA損傷檢測點的運行[10]。最近研究顯示HSSB1對維持及修復DNA復制叉和染色體穩(wěn)定性具有關鍵作用[11]，同時可保護新復制的端粒[12]，而端粒異常引起染色體不穩(wěn)定性，導致細胞衰老及腫瘤發(fā)生。故缺失HSSB1的細胞表現(xiàn)為細胞檢測點的激活缺陷，放射敏感性增加以及基因組的不穩(wěn)定性，與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關。多個F-BOX家族成員已被報道參與DNA損傷反應,并在維護基因組穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用。研究顯示肺癌細胞系和臨床肺癌標本中，HSSB1和 FBXL5的蛋白質(zhì)水平具有負相關性，同時FBXL5可以靶向HSSB1介導其泛素化和隨后的降解，從而調(diào)節(jié)DNA損傷修復[8]。高表達FBXL5肺腺癌A549細胞對電理輻射(IR)特別敏感，同時過表達FBXL5肺腺癌A549細胞增強依托泊苷所致細胞凋亡，且沉默F(xiàn)BXL5表達的肺鱗癌NCI-H23細胞顯示抑制化療藥依托泊苷誘導的凋亡[8]。這均說明FBXL5過量表達可能通過降解HSSB1增加，從而抑制細胞DNA雙鏈斷裂修復反應、增加輻射及化學敏感性和細胞檢測點的激活缺陷，可導致腫瘤在體內(nèi)形成[8]。FBXL5對細胞內(nèi)的壓力高度敏感，可顯著被鐵下調(diào)及γ射線照射抑制[4]，另一研究者也發(fā)現(xiàn)IR照射RWP-1及MCF7細胞均出現(xiàn)細胞內(nèi)FBXL5蛋白下調(diào)[8]，這說明放療增強EMT可能通過抑制FBXL5，減少Snail1泛素化降解[4]。高表達FBXL5細胞對IR及依托泊苷敏感性明顯增強和FBXL5參與腫瘤耐藥密切相關的DNA損傷修復、EMT，都提示著FBXL5可能成為臨床肺癌放療及化學治療新的靶基因。

2.3FBXL5、鐵代謝和FBXL5調(diào)節(jié)因素

鐵代謝異常參與與腫瘤的發(fā)生、腫瘤生長、腫瘤微環(huán)境及轉(zhuǎn)移。FBXL5通過鐵依賴的方式泛素化鐵調(diào)節(jié)蛋白IRP1及IRP2并介導其隨后降解，在維持細胞內(nèi)鐵穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用[13]。IRP1及IRP2與多種腫瘤密切相關，最近體內(nèi)及體外實驗均顯示敲除IRP2可導致乳腺癌細胞生長明顯受抑制，IRP2下調(diào)ferritin H和增TfR1表達調(diào)節(jié)乳腺癌細胞鐵代謝，與多種乳腺癌類型的預后差有關[14]。IRP2調(diào)控TfR and Fn蛋白表達水平，影響肺癌細胞鐵代謝，影響腫瘤生長[15]。IRP1可以抑制小鼠移植瘤生長[16]。這說明FBXL5通過IRP1及IRP2調(diào)控腫瘤細胞內(nèi)鐵代謝，影響腫瘤細胞生長。FBXL5是哺乳動物中唯一含有蚯蚓血紅蛋白樣結(jié)構(gòu)域蛋白，可能是調(diào)節(jié)哺乳動物鐵和氧的傳感器且積極監(jiān)控細胞內(nèi)鐵和氧水平，繼而保護細胞免受鐵過載及氧化應激損傷[3]。鐵過載及細胞內(nèi)活性氧增加，損害DNA，破壞蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，導致基因突變和細胞損害，繼而腫瘤發(fā)生。說明FBXL5利用鐵及氧傳感器作用，調(diào)節(jié)鐵氧代謝，影響腫瘤發(fā)生。缺鐵飲食抑制癌細胞增殖，同時其微血管密度增加，這表明貧鐵條件誘導的血管生成，可能因鐵耗盡降低組織血清血紅蛋白和氧供給誘導血管生成，再對鐵消耗狀態(tài)腫瘤行貝伐單抗給藥，發(fā)現(xiàn)其可協(xié)同抑制癌細胞增殖和血管生成[17]。說明靶向鐵代謝治療可能為腫瘤治療帶來新曙光。鐵調(diào)節(jié)蛋白1(IRP1)顯著低表達于人類骨髓白血病HL60細胞，敲除IRP1降低細胞內(nèi)芬頓化學反應，可能通過降低自由基介導的細胞死亡抵抗低LETγ輻射，說明IRP1抵抗輻射密切相關[18]。這說明鐵代謝與放療及靶向治療密切相關，F(xiàn)BXL5在維持細胞內(nèi)及系統(tǒng)鐵穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著至關重要作用[3]，通過調(diào)節(jié)鐵及氧代謝有可能成為放療及靶向治療新靶點。研究表明HECT型E3泛素連接酶HERC2可不需鐵依賴途徑而泛素化和降解FBXL5[19]，且低鐵和低氧可負反饋導致FBXL5本身的泛素化修飾而被降解，從而維持細胞內(nèi)鐵、氧穩(wěn)態(tài)。目前調(diào)節(jié)FBXL5機制研究尚少，相信深入研究可深化對腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中分子機制的認識。

2.4FBXL5與CITED2

轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)器CITED2與CBP/p300的結(jié)構(gòu)域CH1密切結(jié)合，隨后阻止包括HIF-1許多轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子和CH1結(jié)合而發(fā)揮作用，且CITED2降解可能直接影響p53和NF-KB的乙酰化過程。CITED2與多種腫瘤密切相關，最近研究顯示CITED2調(diào)節(jié)ER的轉(zhuǎn)錄激活，促進非雌激素依賴的腫瘤細胞生長，抵抗抗雌激素治療療效，其mRNA高表達與乳腺癌預后差密切相關[20]。高表達CITED2與肺癌患者預后差密切相關，TGF-a/EGFR上調(diào) CITED2，增強E2F3轉(zhuǎn)錄表達導致腫瘤細胞生長，TGF-β/TGFBR下調(diào)CITED2，增強p21CIP1表達導致腫瘤細胞靜止[21]，說明CITED2在TGF-a及TGF-β發(fā)揮作用中起橋梁作用。FBXL5能夠泛素化降解CITED2，過表達FBXL5抑制依賴CITED2發(fā)揮作用的TFAP2A和TFAP2C的轉(zhuǎn)錄激活，同時有助于HIF-1α過表達的轉(zhuǎn)錄激活[22]。HIF-1過表達促進血管新生，糖酵解增強，細胞增殖因子表達增強，導致腫瘤增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移等惡性生物學行為，其活性調(diào)節(jié)主要取決于2個亞基之一的HIF-α。TFAP2A及TFAP2C作為轉(zhuǎn)錄因子，參與細胞生長和組織分化，與神經(jīng)母細胞瘤細胞、乳腺癌等多種腫瘤關系十分密切。最近研究顯示TFAP2A可能通過HIF-1α介導的VEGF/PEDF信號通路調(diào)節(jié)鼻咽癌的生長和存活，且TFAP2A高度表達在各種鼻咽癌細胞系和腫瘤組織標本并與預后差相關[23]。TFAP2C調(diào)節(jié)GPX1的表達，可能導致乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展。這意味著FBXL5通過泛素化降解轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)器CITED2，間接影響多種腫瘤相關基因的轉(zhuǎn)錄，影響腫瘤的預后及惡性生物學行為。

2.5其他

p150Glued作為動力激活蛋白復合物亞基與微管及動力蛋白結(jié)合，繼而參與有絲分裂過程中紡錘體組織和囊泡運輸過程，體內(nèi)及體外研究均顯示其可被FBXL5介導泛素化降解。對惡性腫瘤生長起關鍵作用的IGF-1R通過p150Glued介導轉(zhuǎn)入細胞核，從而影響其他基因表達，促進腫瘤惡性生物學行為。PLK1磷酸化p150Glued激活AR，誘導前列腺癌對紫杉醇耐藥[24]，說明FBXL5介導p150Glued泛素化降解，調(diào)節(jié)細胞周期及囊泡運輸，可能影響一部分癌蛋白對腫瘤的作用。研究發(fā)現(xiàn)FBXL5位于多發(fā)性骨髓瘤基因常見突變區(qū)段上，推測其異常可能與多發(fā)性骨髓瘤緊密相關[25]。有學者利用DiPIUS(差異蛋白質(zhì)組學為基礎的泛素化底物識別)，發(fā)現(xiàn)FBXL5可能候選的作用底物是SSBP1、PSMC1、CALM、EFTUD2、和SNRPD3[26]。說明FBXL5具有廣泛的作用底物，但仍有待進一步挖掘、分析。

綜上所述，E3泛素連接酶FBXL5在多種癌細胞系及臨床癌組織中異常表達，可泛素化修飾多種癌蛋白并導致其降解，而參與細胞周期、基因轉(zhuǎn)錄、DNA損傷修復、EMT等過程，與腫瘤發(fā)生、耐藥、抗輻射及侵襲轉(zhuǎn)移密切相關。FBXL5是哺乳動物唯一含有血紅蛋白樣結(jié)構(gòu)域的蛋白，利用鐵及氧傳感器作用維持機體鐵氧穩(wěn)態(tài)，可參與腫瘤的發(fā)生、生長及物質(zhì)代謝。FBXL5肺癌中表現(xiàn)為癌基因的特點,FBXL5胃癌中發(fā)揮抑癌基因的作用，且不同的研究報道顯示FBXL5在EMT中的作用不同。這一情況可能因FBXL5作用的下游底物蛋白不同從而表現(xiàn)出截然不同的功能和生物學效應或由不同腫瘤組織異質(zhì)性所致,說明FBXL5研究的復雜性，同時也為其廣泛深入研究提供契機。當前，針對泛素化修飾的相關分子而設計的靶向藥物在腫瘤治療方面展現(xiàn)出較好前景，相信對FBXL5的深入研究可為腫瘤的診斷和治療提供一種新的有效靶點。

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(編輯：甘艷)

(收稿日期2015-08-21修回日期 2016-01-21)

文章編號：1001-5930(2016)03-0520-03

中圖分類號：R730.2

文獻標識碼：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.03.053

通訊作者：李曉莉

關鍵詞：FBXL5(F-box and leucine-rich repeat protein 5)；E3泛素連接酶；惡性腫瘤