E3泛素连接酶FBXL5与恶性肿瘤关系的研究进展

150000 哈尔滨医科大学附属第三医院



E3泛素连接酶FBXL5与恶性肿瘤关系的研究进展

贺景超综述李晓莉审校

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泛素化修饰是蛋白质降解的信号，调节体内蛋白质翻译后修饰的重要途径之一[1]，密切参与细胞周期、信号转导、DNA修复、免疫反应、转录调控等。泛素化修饰中的泛素连接酶与肿瘤的发生、发展密切相关[2]。泛素化修饰被3种关键酶共同介导，其中E3泛素连接酶介导活泛素分子从结合酶E2转移到底物，不同的泛素连接酶靶向不同的底物蛋白，决定泛素化修饰的特异性，故E3连接酶于泛素化修饰中具有至关重要作用，已成为当前研究、探讨的热点问题之一。研究较为广泛的E3泛素连酶是SCF(Skp-Cullin-F-box)复合物，该复合物由Cullin蛋白、RING蛋白、F-box蛋白和SKP蛋白组成基本结构成员，其中F-box蛋白可以特异性地识别底物。FBXL5属于F-BOX家族一员，在多种癌细胞系如乳腺癌、肺癌、胃癌等中异常表达，Western blot实验方法检测显示肺癌及胃癌组织相对于癌旁组织FBXL5蛋白表达水平存在差异，且其可作为SCF(SKP1-CUL1-F盒)型E3泛素连接酶复合物的亚基识别多种癌蛋白如p150Glued、皮层蛋白、SNAIL、HSSB1、CITED2等，并对其进行泛素化修饰和随后26S蛋白酶体降解，从而参与肿瘤的发生、发展、侵袭及转移。

1FBXL5的概述

FBXL5是2000年由Ilyin等采用数据库搜索方法发现，且由Vashisht等利用免疫共沉淀方法首先确定FBXL5是SCF型E3泛素连接酶的1个亚基，其属于F-BOX家族成员，基因位于人4P15.33，可编码691个氨基酸。FBXL5结构组成主要包括C端拥有识别特异性底物的4个LRR结构域，其决定泛素化修饰的特异性；中间含有典型的F-盒结构域；同时是哺乳动物所鉴定出的蛋白中仅FBXL5蛋白的N端含有1个由4个α-螺旋片层构成的独特蚯蚓血红蛋白样结构域，其可感知细胞内铁和氧的水平，可能充当哺乳动物代谢传感器的角色，缺乏FBXL5表达不能感知铁代谢状态,导致铁代谢异常，损害细胞[3]。研究发现FBXL5主要存在于细胞核，当其过度表达或充足铁中稳定培养的细胞也在细胞质中检测到，且应用细胞核出口抑制剂LMB发现FBXL5在细胞核积累显著增加，更进一步支持其主要位于细胞核[4]，然其可能不仅在细胞核也在细胞质介导泛素化降解蛋白。

2FBXL5和肿瘤

2.1FBXL5与肿瘤侵袭、转移

上皮间质转化(EMT)是指具有上皮表型的癌细胞失去上皮分化向间叶表型转变的过程，与肿瘤的侵袭、转移及耐药密切相关。EMT的基本特征之一是上皮细胞表面标志物E-cadherin表达下调或缺失。有学者研究发现敲除FBXL5的乳腺癌MDA-MB231细胞及人宫颈癌HeLa229细胞出现E-cadherin在细胞质膜中堆积，并推测FBXL5可以调节E-cadherin在细胞质膜中降解和增加[5]。这说明FBXL5的高表达可能导致E-cadherin降解，促进上皮间质转化(EMT),增强肿瘤的侵袭及转移。而其他研究结果表明FBXL5高表达抑制EMT，抑制肿瘤侵袭和转移。Snail1的过表达抑制E-cadherin，导致EMT发生，使细胞具有更强的的运动能力，增加侵袭和抗细胞凋亡，是调节EMT的关键因素之一。FBXL5是一种新型的核泛素连接，与Snail1在细胞核中相互作用，以促进Snail1泛素化和随后降解，且不与调节EMT的关键因素Twist1、Zeb1相互作用[4]。FBXL5在多种癌细胞系如乳腺癌MCF7细胞、结肠癌SW620细胞等表达，且FBXL5与Snail1在胃癌细胞及组织中表达具有负相关性[4,6]。这说明FBXL5可以抑制EMT,胃癌中FBXL5泛素化降解Snail1，负调控EMT增强因素，从而抑制胃癌细胞侵袭和转移[6]。FBXL5对EMT展现不同作用，可能是由于FBXL5作用下游底物蛋白不同，从而导致其表现出的功能和发挥的生物学效应也截然不同，即FBXL5泛素化降解Snail1时也可能直接降解E-cadherin，EMT引起肿瘤侵袭转移的机制十分复杂，FBXL5在其中的作用仍需进一步研究。皮层蛋白的下调降低癌细胞的迁移和侵袭，提示皮层蛋白在癌细胞转移中起关键的调节作用。研究显示，FBXL5可在ERK的协助下，介导皮层蛋白泛素化和随后的降解，从而抑制胃癌细胞的侵袭转移[7]。最近对20例胃癌及相应的癌旁组织采用Western blot实验，发现FBXL5表达水平显著降低，特别是在转移的胃癌中[6]。但是检验FBXL5表达状况不同的胃癌细胞生长情况，未发现FBXL5可以显著改变肿瘤细胞生长[6]。综上说明FBXL5在胃癌中低表达，展现出抑癌基因特点。对肺癌及相应癌旁组织采取Western blot实验，肺癌组织FBXL5蛋白的表达水平均高于癌旁组织，高表达FBXL5的肺腺癌A549细胞被注入裸小鼠形成异种移植肿瘤，显示其可促进体内肿瘤生长[8]。这意味着FBXL5在肺癌中表现癌基因作用，其高表达有助于肺癌的发生、发展。因此，FBXL5在不同肿瘤中的表达情况及功能作用不同、对EMT影响不同。这种现象可能由FBXL5作用下游底物蛋白不同，从而导致其表现出的功能和发挥的生物学效应也截然不同或由不同肿瘤组织的异质性所致。

2.2FBXL5与DNA损伤修复

DNA损伤修复失调易患癌症，并影响DNA损伤类抗癌药物的治疗效果[9]。研究表明SSB类蛋白HSSB1可促进同源重组在细胞核DNA损伤修复中起关键作用，且在癌细胞中HSSB1通过调节p53和p21的稳定性，继而调控细胞周期进程和DNA损伤检测点的运行[10]。最近研究显示HSSB1对维持及修复DNA复制叉和染色体稳定性具有关键作用[11]，同时可保护新复制的端粒[12]，而端粒异常引起染色体不稳定性，导致细胞衰老及肿瘤发生。故缺失HSSB1的细胞表现为细胞检测点的激活缺陷，放射敏感性增加以及基因组的不稳定性，与肿瘤发生、发展密切相关。多个F-BOX家族成员已被报道参与DNA损伤反应,并在维护基因组稳定中发挥重要作用。研究显示肺癌细胞系和临床肺癌标本中，HSSB1和 FBXL5的蛋白质水平具有负相关性，同时FBXL5可以靶向HSSB1介导其泛素化和随后的降解，从而调节DNA损伤修复[8]。高表达FBXL5肺腺癌A549细胞对电理辐射(IR)特别敏感，同时过表达FBXL5肺腺癌A549细胞增强依托泊苷所致细胞凋亡，且沉默FBXL5表达的肺鳞癌NCI-H23细胞显示抑制化疗药依托泊苷诱导的凋亡[8]。这均说明FBXL5过量表达可能通过降解HSSB1增加，从而抑制细胞DNA双链断裂修复反应、增加辐射及化学敏感性和细胞检测点的激活缺陷，可导致肿瘤在体内形成[8]。FBXL5对细胞内的压力高度敏感，可显著被铁下调及γ射线照射抑制[4]，另一研究者也发现IR照射RWP-1及MCF7细胞均出现细胞内FBXL5蛋白下调[8]，这说明放疗增强EMT可能通过抑制FBXL5，减少Snail1泛素化降解[4]。高表达FBXL5细胞对IR及依托泊苷敏感性明显增强和FBXL5参与肿瘤耐药密切相关的DNA损伤修复、EMT，都提示着FBXL5可能成为临床肺癌放疗及化学治疗新的靶基因。

2.3FBXL5、铁代谢和FBXL5调节因素

铁代谢异常参与与肿瘤的发生、肿瘤生长、肿瘤微环境及转移。FBXL5通过铁依赖的方式泛素化铁调节蛋白IRP1及IRP2并介导其随后降解，在维持细胞内铁稳态中起关键作用[13]。IRP1及IRP2与多种肿瘤密切相关，最近体内及体外实验均显示敲除IRP2可导致乳腺癌细胞生长明显受抑制，IRP2下调ferritin H和增TfR1表达调节乳腺癌细胞铁代谢，与多种乳腺癌类型的预后差有关[14]。IRP2调控TfR and Fn蛋白表达水平，影响肺癌细胞铁代谢，影响肿瘤生长[15]。IRP1可以抑制小鼠移植瘤生长[16]。这说明FBXL5通过IRP1及IRP2调控肿瘤细胞内铁代谢，影响肿瘤细胞生长。FBXL5是哺乳动物中唯一含有蚯蚓血红蛋白样结构域蛋白，可能是调节哺乳动物铁和氧的传感器且积极监控细胞内铁和氧水平，继而保护细胞免受铁过载及氧化应激损伤[3]。铁过载及细胞内活性氧增加，损害DNA，破坏蛋白质和脂质，导致基因突变和细胞损害，继而肿瘤发生。说明FBXL5利用铁及氧传感器作用，调节铁氧代谢，影响肿瘤发生。缺铁饮食抑制癌细胞增殖，同时其微血管密度增加，这表明贫铁条件诱导的血管生成，可能因铁耗尽降低组织血清血红蛋白和氧供给诱导血管生成，再对铁消耗状态肿瘤行贝伐单抗给药，发现其可协同抑制癌细胞增殖和血管生成[17]。说明靶向铁代谢治疗可能为肿瘤治疗带来新曙光。铁调节蛋白1(IRP1)显著低表达于人类骨髓白血病HL60细胞，敲除IRP1降低细胞内芬顿化学反应，可能通过降低自由基介导的细胞死亡抵抗低LETγ辐射，说明IRP1抵抗辐射密切相关[18]。这说明铁代谢与放疗及靶向治疗密切相关，FBXL5在维持细胞内及系统铁稳态中发挥着至关重要作用[3]，通过调节铁及氧代谢有可能成为放疗及靶向治疗新靶点。研究表明HECT型E3泛素连接酶HERC2可不需铁依赖途径而泛素化和降解FBXL5[19]，且低铁和低氧可负反馈导致FBXL5本身的泛素化修饰而被降解，从而维持细胞内铁、氧稳态。目前调节FBXL5机制研究尚少，相信深入研究可深化对肿瘤发生、发展过程中分子机制的认识。

2.4FBXL5与CITED2

转录调节器CITED2与CBP/p300的结构域CH1密切结合，随后阻止包括HIF-1许多转录调节因子和CH1结合而发挥作用，且CITED2降解可能直接影响p53和NF-KB的乙酰化过程。CITED2与多种肿瘤密切相关，最近研究显示CITED2调节ER的转录激活，促进非雌激素依赖的肿瘤细胞生长，抵抗抗雌激素治疗疗效，其mRNA高表达与乳腺癌预后差密切相关[20]。高表达CITED2与肺癌患者预后差密切相关，TGF-a/EGFR上调 CITED2，增强E2F3转录表达导致肿瘤细胞生长，TGF-β/TGFBR下调CITED2，增强p21CIP1表达导致肿瘤细胞静止[21]，说明CITED2在TGF-a及TGF-β发挥作用中起桥梁作用。FBXL5能够泛素化降解CITED2，过表达FBXL5抑制依赖CITED2发挥作用的TFAP2A和TFAP2C的转录激活，同时有助于HIF-1α过表达的转录激活[22]。HIF-1过表达促进血管新生，糖酵解增强，细胞增殖因子表达增强，导致肿瘤增殖、侵袭及转移等恶性生物学行为，其活性调节主要取决于2个亚基之一的HIF-α。TFAP2A及TFAP2C作为转录因子，参与细胞生长和组织分化，与神经母细胞瘤细胞、乳腺癌等多种肿瘤关系十分密切。最近研究显示TFAP2A可能通过HIF-1α介导的VEGF/PEDF信号通路调节鼻咽癌的生长和存活，且TFAP2A高度表达在各种鼻咽癌细胞系和肿瘤组织标本并与预后差相关[23]。TFAP2C调节GPX1的表达，可能导致乳腺癌的发生、发展。这意味着FBXL5通过泛素化降解转录调节器CITED2，间接影响多种肿瘤相关基因的转录，影响肿瘤的预后及恶性生物学行为。

2.5其他

p150Glued作为动力激活蛋白复合物亚基与微管及动力蛋白结合，继而参与有丝分裂过程中纺锤体组织和囊泡运输过程，体内及体外研究均显示其可被FBXL5介导泛素化降解。对恶性肿瘤生长起关键作用的IGF-1R通过p150Glued介导转入细胞核，从而影响其他基因表达，促进肿瘤恶性生物学行为。PLK1磷酸化p150Glued激活AR，诱导前列腺癌对紫杉醇耐药[24]，说明FBXL5介导p150Glued泛素化降解，调节细胞周期及囊泡运输，可能影响一部分癌蛋白对肿瘤的作用。研究发现FBXL5位于多发性骨髓瘤基因常见突变区段上，推测其异常可能与多发性骨髓瘤紧密相关[25]。有学者利用DiPIUS(差异蛋白质组学为基础的泛素化底物识别)，发现FBXL5可能候选的作用底物是SSBP1、PSMC1、CALM、EFTUD2、和SNRPD3[26]。说明FBXL5具有广泛的作用底物，但仍有待进一步挖掘、分析。

综上所述，E3泛素连接酶FBXL5在多种癌细胞系及临床癌组织中异常表达，可泛素化修饰多种癌蛋白并导致其降解，而参与细胞周期、基因转录、DNA损伤修复、EMT等过程，与肿瘤发生、耐药、抗辐射及侵袭转移密切相关。FBXL5是哺乳动物唯一含有血红蛋白样结构域的蛋白，利用铁及氧传感器作用维持机体铁氧稳态，可参与肿瘤的发生、生长及物质代谢。FBXL5肺癌中表现为癌基因的特点,FBXL5胃癌中发挥抑癌基因的作用，且不同的研究报道显示FBXL5在EMT中的作用不同。这一情况可能因FBXL5作用的下游底物蛋白不同从而表现出截然不同的功能和生物学效应或由不同肿瘤组织异质性所致,说明FBXL5研究的复杂性，同时也为其广泛深入研究提供契机。当前，针对泛素化修饰的相关分子而设计的靶向药物在肿瘤治疗方面展现出较好前景，相信对FBXL5的深入研究可为肿瘤的诊断和治疗提供一种新的有效靶点。

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(编辑：甘艳)

(收稿日期2015-08-21修回日期 2016-01-21)

文章编号：1001-5930(2016)03-0520-03

中图分类号：R730.2

文献标识码：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.03.053

通讯作者：李晓莉

关键词：FBXL5(F-box and leucine-rich repeat protein 5)；E3泛素连接酶；恶性肿瘤