劉乃華，曾思恩

(桂林醫(yī)學院廣西腫瘤免疫與微環(huán)境調(diào)控重點實驗室，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，從而影響細胞代謝、增殖等生物學過程。泛素特異性蛋白酶(USPs)是DUBs五個亞類中的一個最大亞類，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，可以選擇性穩(wěn)定或降解下游基因以及與細胞增殖、凋亡等生物學過程相關蛋白。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)應用針對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，在哺乳動物細胞中DUBs分為5個亞科：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五個亞類中的一個最大亞類，在人類有近70個成員，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)揮促進腫瘤作用，同理，若原蛋白促進腫瘤進展，去泛素化后發(fā)揮抑制作用。當USPs發(fā)生突變，或表達水平發(fā)生改變時，體內(nèi)細胞代謝發(fā)生異常，易導致癌癥發(fā)生，故可作為開發(fā)抗癌藥物的重要靶點[4]。USPs參與影響腫瘤進展的多個方面，如上皮-上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和癌癥的干性、轉(zhuǎn)移、腫瘤相關微環(huán)境和DNA損傷修復活性等[5]。據(jù)文獻報告，迄今已開發(fā)多種針對USPs的抑制劑，如廣譜抑制劑WP1130和PR619[6]。本文總結了近年來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)。本文將詳細論述其對細胞內(nèi)下游效應因子、信號通路等調(diào)控作用，從而闡明USPs的作用機制。

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)新的靶點藥物變得十分重要。食管鱗狀細胞癌(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，USP7修飾促凋亡蛋白NOXA，下調(diào)USP7表達會抑制ESCC細胞的生長、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Eca-109和TE-1細胞中USP7的mRNA和蛋白水平。當人為降低USP7表達水平，二甲雙胍抑制癌細胞增殖的作用喪失，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的表達水平在EC組織和細胞中均呈高表達，下調(diào)USP28表達，會激活c-Myc/HIF-1α通路，增強EC細胞對輻射的敏感性。因此，USP28是治療EC的潛在新靶點。

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、術后易復發(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，對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，與預后不良呈相關性，且USP3表達與SUZ12蛋白表達呈正相關，USP3去泛素化SUZ12蛋白，使其穩(wěn)定，促進GC細胞的遷移和EMT。下調(diào)SUZ12抑制GC細胞遷移、侵襲及EMT。Dou等[11]發(fā)現(xiàn)胃癌組織中USP32呈高表達，且與胃癌患者分期、預后密切相關。在體外和體內(nèi)實驗中，下調(diào)USP32可以顯著抑制SMAD2表達，從而抑制GC細胞的增殖、遷移和對順鉑耐藥性。Wang等[12]研究報告，下調(diào)USP39抑制GC細胞的生長和集落形成能力，誘導G2/M期阻滯。Hou等[13]發(fā)現(xiàn)USP42在胃癌組織中的表達水平明顯高于癌旁組織，且USP42表達與腫瘤大小、TNM分期、淋巴結轉(zhuǎn)移及胃癌患者總生存期顯著相關。下調(diào)USP42顯著抑制癌細胞增殖，刺激G1期阻滯，使細胞周期蛋白(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)因子的表達來抑制細胞侵襲。USP42過表達可能是胃癌的潛在預后標記物，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。

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，但其復發(fā)率較高。索拉非尼已被批準用于治療晚期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)導素β1X連鎖受體蛋白1(TBLR1)在調(diào)控Wnt信號通路中發(fā)揮重要作用；USP1通過去泛素化并穩(wěn)定TBLR1，促進了血流中肝臟循環(huán)腫瘤細胞的存活。Zhao等[16]研究發(fā)現(xiàn)USP1在HCC中呈高表達，與患者預后不良相關，USP1去泛素化和穩(wěn)定下游底物，參與調(diào)節(jié)HCC進展，底物主要富集于細胞周期、醛固酮合成和分泌以及雌激素信號通路中，下調(diào)USP1表達會降低增殖細胞核抗原(PCNA)、細胞周期蛋白D1和E1的表達，抑制肝癌細胞的增殖。Xiong等[17]發(fā)現(xiàn)，USP2a在HCC組織中高表達，與預后不良呈正相關，在體內(nèi)外實驗中下調(diào)USP2a抑制肝癌細胞的增殖、遷移和侵襲。在機制上，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HCC的進展。因此，USP2a可能成為肝癌治療的新靶點。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，促進肝癌轉(zhuǎn)移。在體內(nèi)外實驗中下調(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胞的轉(zhuǎn)移，過表達Smad4能有效逆轉(zhuǎn)以上趨勢。Gao等[19]的研究結果顯示，USP13在HCC組織中呈高表達，且USP13表達水平與腫瘤大小以及肝癌患者的生存期密切相關。下調(diào)USP13能夠顯著抑制HCC細胞的增殖、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、遷移和侵襲，而過表達USP13則增強HCC細胞的進展。同時，USP13與TLR4存在相互作用，抑制泛素介導的TLR4降解，下調(diào)USP13顯著抑制了HCC細胞中的TLR4/MyD88/NF-kB通路激活，在敲除USP13基因的HCC細胞中，當過表達TLR4會逆轉(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和預后生物標志物，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，其通過穩(wěn)定TRAF6蛋白，激活NF-κB信號通路，增強胰腺癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力，發(fā)揮促癌作用，可作為患者的預后指標和治療靶點。Hou等[22]研究發(fā)現(xiàn)，USP21參與胰腺癌進展，USP21能夠去泛素化并穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄因子TCF7，從而激活Wnt通路，增強胰腺癌細胞的干性。Bai等[23]研究發(fā)現(xiàn)，USP22在人胰腺導管腺癌組織和細胞系中呈高表達，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，增強癌細胞的生長和集落形成能力。

表4 USPs在胰腺癌中的作用

2.5 USPs在結直腸癌中的作用

結直腸癌(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，缺乏有效的生物標志物，臨床患者容易對化療藥物產(chǎn)生耐藥，50%的CRC患者術后出現(xiàn)復發(fā)或轉(zhuǎn)移[24]。因此探索新的靶點，發(fā)掘新的發(fā)病機制十分重要。

Xu等[25]的研究結果顯示，USP1在CRC中高表達，其表達常伴隨患者總體生存率降低，下調(diào)USP1導致CRC細胞生長停滯、促進凋亡，當同時給予藥物治療時，可使CRC細胞對藥物敏感性提高。已知，Wnt信號通路與結直腸癌的發(fā)生發(fā)展相關，USP4能夠穩(wěn)定Wnt信號通路的β-catenin因子，中性紅(NR)作為USP4的非競爭性抑制劑，用NR處理CRC細胞后發(fā)現(xiàn)β-catenin的穩(wěn)定性下降、癌細胞集落形成和細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]的研究結果顯示，USP5能夠促進CRC細胞的生長及耐藥，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]的研究結果顯示，USP11在CRC組織中高表達，通過PPP1CA介導激活ERK/MAPK通路，在體內(nèi)外促進CRC細胞增殖和遷移。研究結果顯示,USP11在CRC患者中呈現(xiàn)高表達，是一種潛在的預后標志物。Huang等[29]在CRC細胞中報告，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細胞增殖、促進凋亡。

表5 USPs在結直腸癌中的作用

3 結語

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，通過作用于相應底物蛋白，在腫瘤的進展中發(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損傷修復活性等。本文總結了USPs家族各成員在消化系統(tǒng)腫瘤中發(fā)揮的作用和功能，包括促進細胞增殖、遷移、侵襲、細胞周期阻滯、提高干細胞特性等。另外，USPs在調(diào)控相關信號通路中發(fā)揮重要作用，如介導c-Myc/HIF-1α通路、NF-kB信號通路、ERK/MAPK通路、Wnt/β-catenin通路等。但仍有幾個問題需要解答：為什么同一底物蛋白常常需要不止一個USP蛋白酶修飾？USP參與耐藥的機制是什么？USPs的高表達和調(diào)控常促進腫瘤發(fā)生，因此,將USPs作為治療靶點，深入探索USPs識別底物的特異性以及調(diào)控機制，從而開發(fā)新的抗腫瘤藥物。