李 芳,王 玨,晏睿陽(yáng),李凱楊,沈 慧,王 麗,張 靜,張?jiān)魄?/p>

(延安大學(xué) 1. 醫(yī)學(xué)院, 2. 附屬醫(yī)院 病理科,陜西 延安 716000)

作為全世界發(fā)病率和死亡率最高的腫瘤之一,結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)造成了嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響。泛素化可通過改變底物蛋白的活性或使之發(fā)生泛素—蛋白酶體降解,進(jìn)而參與調(diào)控細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡、DNA損傷修復(fù)等多個(gè)過程,而這些正是CRC致病機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1-2]。研究表明,E3泛素連接酶在CRC的發(fā)生、進(jìn)展及轉(zhuǎn)移等過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。本文就RING型和HECT型E3泛素連接酶在CRC發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制及這兩類E3泛素連接酶的靶向抑制劑相關(guān)研究進(jìn)展作一綜述,為CRC致病機(jī)制研究及其靶向治療提供新的視角。

1 E3泛素連接酶簡(jiǎn)介

泛素化修飾是由E1泛素激活酶、E2泛素結(jié)合酶及E3泛素連接酶這3種酶催化的級(jí)聯(lián)反應(yīng)[2]。E1泛素激活酶活化泛素(ubiquitin,Ub)并將其轉(zhuǎn)移到E2泛素結(jié)合酶上,形成E2-Ub偶聯(lián)物。接著,在E3泛素連接酶的作用下,Ub被催化轉(zhuǎn)移至底物蛋白的賴氨酸殘基上,形成單泛素鏈或多聚泛素鏈修飾[2]。該級(jí)聯(lián)反應(yīng)的效率和底物特異性主要取決于E3泛素連接酶,因此其被認(rèn)為是泛素化修飾過程中的關(guān)鍵酶。E3泛素連接酶最先被分為RING(really interesting new gene)型和HECT(homologous to E6AP C-terminus)型,后來有研究者將其分為3類,分別為:RING型、HECT型及RBR(RING-between-RING)型[3];也有研究者將其分為4類,即RING型、HECT型、RBR型及U-Box型[4];此外,有研究者將其細(xì)分為5類,分別為:U-Box型、F-Box型、Ring-Box型、HECT型及鋅指型[5]。但不管何種分類方式,大多數(shù)E3泛素連接酶均可歸類為RING型或HECT型,且這兩類E3泛素連接酶受到研究者廣泛關(guān)注。

由于結(jié)構(gòu)和生化特性的不同,RING型和HECT型E3泛素連接酶的Ub轉(zhuǎn)移機(jī)制有所不同[3]。見Fig 1。RING型E3泛素連接酶本身不與Ub發(fā)生作用,而是作為橋梁將活化的Ub從E2泛素結(jié)合酶直接轉(zhuǎn)移至底物蛋白上[3]。其主要分為3類:①單體RING結(jié)構(gòu)域E3,含RNF家族、TRIM家族等;②二聚體RING結(jié)構(gòu)域E3,含MDM2/MDMX、XIAP等;③多亞基RING結(jié)構(gòu)域E3,含SCF型、APC/C型等[2]。在CRC中研究最多的為RNF家族成員和TRIM家族成員。而HECT型E3泛素連接酶先從E2泛素結(jié)合酶上接受Ub,再將Ub轉(zhuǎn)移至底物蛋白上[2-3,6]。按照N末端蛋白互作結(jié)構(gòu)域的不同,可將HECT型E3泛素連接酶分為3類:具有WW結(jié)構(gòu)域的NEDD4家族、具有RLD樣結(jié)構(gòu)域的HERC家族及不包括WW或RLD結(jié)構(gòu)域的其他HECT型E3泛素連接酶[6]。NEDD4家族成員是目前CRC中研究最多的HECT型E3泛素連接酶。

2 RING型E3泛素連接酶在CRC發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用及分子機(jī)制

2.1 RING型E3泛素連接酶參與調(diào)控CRC細(xì)胞增殖和凋亡研究發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶TRIM6能夠促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖,其機(jī)制為過表達(dá)TRIM6可使CRC細(xì)胞中TIS21的泛素化水平升高,進(jìn)而降低后者的蛋白穩(wěn)定性[7]。反之,體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)RNF128可顯著抑制CRC細(xì)胞增殖,其分子機(jī)制為RNF128介導(dǎo)β-catenin的泛素—蛋白酶體降解進(jìn)而抑制Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[8]。此外,RING型E3泛素連接酶在CRC細(xì)胞凋亡調(diào)控中也扮演了重要角色。如TRIM67可直接與P53的C末端互作來抑制MDM2介導(dǎo)的P53降解,反過來P53又能結(jié)合到TRIM67的啟動(dòng)子區(qū)域上調(diào)TRIM67的表達(dá),形成一個(gè)TRIM67/P53正反饋環(huán)路,并最終增強(qiáng)p53誘導(dǎo)的CRC細(xì)胞生長(zhǎng)抑制和凋亡[9]。RNF146可通過誘導(dǎo)Axin1發(fā)生泛素—蛋白酶體降解來激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路進(jìn)而發(fā)揮抑制CRC細(xì)胞凋亡的作用,提示RNF146可能是CRC患者預(yù)后不良的獨(dú)立因素[10],見Fig 2。

Fig 1 Different mechanisms of ubiquitin transfer in RING type and HECT type E3 ligases

Fig 2 Classification of RING E3 ligases and their roles in CRC

2.2 RING型E3泛素連接酶參與調(diào)控CRC細(xì)胞遷移和侵襲E3泛素連接酶TRIM39在CRC組織中顯著高表達(dá),且TRIM39表達(dá)水平越高,CRC侵襲程度越高,淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移越多,病理分期越晚[11]。研究發(fā)現(xiàn)TRIM39可與Rab7相互作用并抑制Rab7的K191泛素化而提高后者活性,從而促進(jìn)CRC進(jìn)展;而敲低TRIM39可顯著降低CRC細(xì)胞的遷移和侵襲能力[11]。RBBP6也能夠促進(jìn)CRC細(xì)胞的遷移、侵襲并誘導(dǎo)荷瘤小鼠發(fā)生肺轉(zhuǎn)移和肝轉(zhuǎn)移[12]。其可能的分子機(jī)制為:RBBP6介導(dǎo)的IκBα泛素—蛋白酶體降解可顯著增強(qiáng)NF-κB p65的核轉(zhuǎn)位進(jìn)而激活NF-κB信號(hào)通路,從而誘導(dǎo)CRC細(xì)胞發(fā)生EMT并促進(jìn)其遷移、侵襲[12]。提示RBBP6可能是CRC潛在預(yù)后生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。而Wu等[13]研究發(fā)現(xiàn)TRAF6可通過K63鏈泛素化修飾LC3B來增強(qiáng)LC3B與β-catenin間的相互作用,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)CTNNB1/β-catenin的選擇性自噬降解,并最終發(fā)揮抑制CRC轉(zhuǎn)移的作用。見Fig 2。

2.3 RING型E3泛素連接酶參與調(diào)控CRC細(xì)胞化療敏感性除增殖、凋亡、遷移、侵襲外,RING型E3泛素連接酶還參與調(diào)控CRC細(xì)胞化療敏感性[5]。TRIM67能夠與P53互作形成TRIM67/P53正反饋環(huán)路,進(jìn)而在體內(nèi)、外條件下增強(qiáng)CRC細(xì)胞的化療敏感性[9]。FBXW7突變可引起P53 Ser15位異常磷酸化,從而降低CRC細(xì)胞對(duì)奧沙利鉑的敏感性,提示過表達(dá)FBXW7可能成為改善CRC細(xì)胞化療耐藥的良好策略之一[14]。反之,部分RING型E3泛素連接酶可降低CRC細(xì)胞的化療敏感性,誘導(dǎo)CRC患者發(fā)生化療耐藥。如TRIM47可誘導(dǎo)SMAD4發(fā)生泛素—蛋白酶體降解,降低CRC細(xì)胞的5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)化療敏感性[15]。TRIM25可通過抑制TRAF6介導(dǎo)的EZH2泛素—蛋白酶體降解來上調(diào)EZH2水平,從而降低CRC細(xì)胞對(duì)奧沙利鉑的敏感性[16]。此外,敲低TRIM6能夠通過誘導(dǎo)TIS21的泛素—蛋白酶體降解來提高CRC細(xì)胞對(duì)5-FU和奧沙利鉑的敏感性[7],見Fig 2。

3 HECT型E3泛素連接酶在CRC發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用及分子機(jī)制

3.1 HECT型E3泛素連接酶參與調(diào)控CRC細(xì)胞增殖和凋亡研究表明WWP1在CRC組織中顯著高表達(dá),過表達(dá)WWP1可抑制PTEN/AKT信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)而提高CRC細(xì)胞的增殖能力[17]。有研究發(fā)現(xiàn),Linc02023可與PTEN特異性結(jié)合,阻止后者被WWP2泛素—蛋白酶體降解,進(jìn)而穩(wěn)定PTEN并抑制其下游基因表達(dá),從而抑制CRC細(xì)胞增殖[18]。提示W(wǎng)WP2可能通過介導(dǎo)PTEN的泛素—蛋白酶體降解來提高CRC細(xì)胞的增殖能力[18]?？紤]到WWP1和WWP2在結(jié)構(gòu)和功能上的高度相似性,且兩者均可通過下調(diào)PTEN信號(hào)通路來促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖,推測(cè)WWP1可能也是通過誘導(dǎo)PTEN發(fā)生泛素—蛋白酶體降解進(jìn)而促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖的。與之相反,SMURF2能夠通過介導(dǎo)SIRT1的泛素—蛋白酶體降解來抑制CRC細(xì)胞增殖[19]。另有研究發(fā)現(xiàn),HECTD2可誘導(dǎo)EHMT2發(fā)生泛素—蛋白酶體降解,進(jìn)而抑制CRC細(xì)胞增殖并促進(jìn)其凋亡[20]。綜上,HECT型E3泛素連接酶為CRC細(xì)胞增殖與凋亡的重要調(diào)控因子,見Fig 3。

3.2 HECT型E3泛素連接酶參與調(diào)控CRC細(xì)胞遷移和侵襲有報(bào)道稱WWP1高表達(dá)與腫瘤大小、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和TNM分期密切相關(guān),是影響CRC患者總生存期的獨(dú)立預(yù)后因素;過表達(dá)WWP1的CRC細(xì)胞侵襲能力更強(qiáng)[17]。Yue等[21]研究發(fā)現(xiàn),NEDD4可通過介導(dǎo)FOXA1的泛素—蛋白酶體降解進(jìn)而促進(jìn)CRC細(xì)胞的EMT進(jìn)程和侵襲,且在移植瘤小鼠模型中過表達(dá)NEDD4可顯著促進(jìn)CRC生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移。反之,HERC3在體內(nèi)外均可發(fā)揮抑制CRC細(xì)胞遷移、侵襲的作用,其分子機(jī)制可能為HERC3的HECT結(jié)構(gòu)域與EIF5A2結(jié)合繼而促進(jìn)EIF5A2的K27和K48鏈泛素化修飾及降解,并通過EIF5A2/TGF-β/SMAD2/3信號(hào)通路抑制CRC細(xì)胞的遷移、侵襲[22],見Fig 3。

Fig 3 Classification of HECT E3 ligases and their roles in CRC

3.3 HECT型E3泛素連接酶參與調(diào)控CRC細(xì)胞化療敏感性有研究證據(jù)表明[23],STK35能夠顯著降低CRC細(xì)胞的5-FU化療敏感性,而STK35又能被E3連接酶NEDD4L泛素—蛋白酶體降解,提示NEDD4L可能在CRC細(xì)胞的5-FU化療敏感性調(diào)控中發(fā)揮積極作用。敲低SMURF1可明顯增強(qiáng)化療藥物吉西他濱和順鉑對(duì)CRC細(xì)胞HCT116凋亡的誘導(dǎo)作用;且在HCT116細(xì)胞來源和CRC患者腫瘤組織來源的異種移植瘤模型中,低表達(dá)的SMURF1均可顯著增強(qiáng)吉西他濱和順鉑的抗腫瘤效果[24]。類似地,有研究發(fā)現(xiàn)敲低WWP1可增加CRC細(xì)胞中TAp63a的蛋白表達(dá)水平,進(jìn)而增強(qiáng)CRC細(xì)胞對(duì)阿霉素和順鉑的敏感性[25],見Fig 3。

4 E3泛素連接酶靶向抑制劑—富有前景的腫瘤治療方案

多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展與E3泛素連接酶表達(dá)異常和功能失調(diào)密切相關(guān),且相比于通用的泛素蛋白酶體抑制劑,E3泛素連接酶靶向抑制劑特異性更強(qiáng)、毒副作用更小[4]。因此,E3泛素連接酶靶向抑制劑被視為一種很有前景的腫瘤治療方案。這些靶向抑制劑通常都是針對(duì)腫瘤中廣泛異常表達(dá)且發(fā)揮關(guān)鍵致癌作用的E3泛素連接酶,如:MDM2、SKP2等[4]。Nutlin是首個(gè)發(fā)現(xiàn)的MDM2靶向抑制劑,其主要通過與MDM2結(jié)合來破壞MDM2與P53之間的相互作用,從而發(fā)揮腫瘤抑制作用;相比于Nutlin,二代MDM2抑制劑RG7388的靶向抑制效果更好且毒性更小[4,26]。研究表明經(jīng)SMIP004(SKP2抑制劑)處理的乳腺癌細(xì)胞在放射處理后表現(xiàn)出更低的細(xì)胞增殖能力和集落形成能力;研究者在移植瘤模型中也同樣觀察到明顯的SMIP004聯(lián)合放射治療的腫瘤抑制作用[27]。Watt等[28]分離出了WWP2靶向抑制劑NSC288387,但其對(duì)WWP2同家族成員WWP1和NEDD4也有一定的抑制作用。Peter等通過高通量篩選方法找到兩種能夠抑制HUWE1活性的小分子化合物(BI8622和BI8626),但對(duì)其他HECT型E3泛素連接酶活性無(wú)明顯抑制作用,提示其可能是HUWE1的特異性抑制劑[29-30]。此外,研究者發(fā)現(xiàn)這兩種HUWE1靶向抑制劑能夠抑制CRC細(xì)胞中MYC依賴的轉(zhuǎn)錄激活,提示其具有良好的抗腫瘤效果[30]。盡管目前E3泛素連接酶靶向抑制劑的相關(guān)報(bào)道較少,且研究尚不夠深入。但鑒于E3泛素連接酶在CRC調(diào)控中的關(guān)鍵作用及其靶向抑制劑自身特異性強(qiáng)、毒副作用小等優(yōu)勢(shì),E3泛素連接酶靶向抑制劑很可能成為未來CRC臨床治療方案的重要組成部分。

5 結(jié)論與展望

綜上所述,RING型和HECT型E3泛素連接酶在CRC細(xì)胞增殖、凋亡、遷移、侵襲及化療敏感性等方面均發(fā)揮重要調(diào)控作用。盡管其分子調(diào)控機(jī)制尚未完全闡明,但這些E3泛素連接酶很可能成為CRC預(yù)后標(biāo)志物和潛在治療靶點(diǎn)。另一方面,隨著對(duì)E3泛素連接酶靶向抑制劑的進(jìn)一步深入研究和開發(fā),我們相信其將在不遠(yuǎn)的未來為CRC患者的個(gè)性化治療帶來福音。