泛素特异肽酶9与肿瘤的研究进展

周晓华， 张蓬波， 张秀忠， 钱旭， 任泽强

综述与讲座

泛素特异肽酶9与肿瘤的研究进展

周晓华， 张蓬波， 张秀忠， 钱旭， 任泽强

已证实泛素-蛋白酶体途径是一个具有多种功能的蛋白翻译后修饰的途径，参与人体内许多细胞生命活动。近年来，随着对泛素-蛋白酶体途径的研究加深，逐渐发现蛋白的泛素化调节是一个可逆过程，细胞内同时还存在一些特异的去泛素化蛋白酶进行负向调节。泛素特异性蛋白酶(USPs)是去泛素化酶家族的亚家族， 作为亚家族成员之一的X染色体连锁的泛素特异肽酶9(USP9X)在多种类型的恶性肿瘤中表达异常，且与肿瘤的分期及预后相关，因此，针对USP9X的靶向治疗，将会为肿瘤开辟出一条新的路径。

泛素； 泛素特异性蛋白酶； 泛素-蛋白酶体； 肿瘤； 靶向

X染色体连锁的泛素特异肽酶9(ubiquitin-specific peptidase 9 X-linked，USP9X)于1996年在Turner综合征检测卵细胞的增殖及性腺退化的候选基因中首次分离出来。其在哺乳动物的性腺发育过程中是一个性别和阶段依赖的去泛素化体系中的组件之一。随后，使用基因捕获的方法从小鼠的胚胎干细胞中分离出一种小鼠基因，发现它与果蝇的 fat facets(faf)基因序列有着广泛的相似性而称为FAM(fat facets in mouse)。作为一种泛素特异性蛋白酶，USP9X参与调控蛋白酶体活性、器官的生成、肿瘤的产生以及转录调节等生物学进程，且通过影响泛素化过程，参与调控肿瘤细胞的凋亡，增殖和黏附等生物学过程[1]。目前对于USP9X的研究越来越多，尤其对于其在肿瘤中发挥的生物学效应及作用机制引起人们的关注。

1 USP9X的结构与功能

USP9X定位于人类基因组X染色体p11.4位点，全长150 945 bp，由2 554个氨基酸残基组成，是去泛素化酶家族中泛素特异性蛋白酶亚家族的成员之一[2]。USP9X是一个长型单体蛋白质，相对分子质量约为290 kDa，结构上共有泛素特异性蛋白酶亚家族酶分子的USP结构域，由300～800氨基酸残基组成，并具催化活性，其中有两个短而高度保守的半胱氨酸盒和组氨酸盒，另一些非保守的序列则确保不同的酶对底物的高度专一性。除了共有的结构域，USP9X在其N端的外延还有另一个可辨识的区域，即由886～970个氨基酸组成的泛素样组件。

USP9X的主要生理功能是为特定蛋白质提供去泛素化，它能将泛素从其特异性底物中分离而避免底物因泛素化而降解，进而维持底物水平的稳定，USP9X通过其去泛素化酶作用进行细胞蛋白质可逆转译后的修饰从而控制蛋白质的功能[3]。

2 USP9X在肿瘤发生发展中的作用

作为去泛素化酶家族的亚家族泛素特异性蛋白酶的成员之一，USP9X与一些肿瘤的生物学行为密切相关[4-5]。到目前为止，人类已有9种恶性肿瘤组织中被检测出USP包括USP9X的异常表达[6]。国内外研究在大多数肿瘤中把USP9X定义为原癌基因，因为在肿瘤组织中USP9X表达量明显增加，且人工抑制USP9X后相应的肿瘤细胞增殖、分化及迁移能力下降，伴随着凋亡增加。如在非小细胞肺癌中USP9X的表达水平远高于肺良性病变，临床分期较高、组织分化程度较低及伴有淋巴结转移的患者USP9X的水平较高。此外，USP9X表达较高的肿瘤患者生存率也明显低于表达低的患者[7]。有报道，USP9X在ERG阳性前列腺癌[8]和多发性骨髓瘤[9]中的表达明显升高，并与患者预后呈正相关，其中USP9X可以去泛素化及稳定前列腺癌细胞中ERG蛋白水平。Peng等[10]通过免疫组化发现，在食管中从正常上皮、低级别上皮内瘤、高级别上皮内瘤，到浸润性食管鳞状细胞癌，USP9X表达水平逐步增加。从宫颈正常上皮到宫颈鳞状细胞癌的逐级病变中USP9X表达水平逐步升高[11]。有研究发现，人肝癌细胞中的USP9X水平明显高于正常肝细胞，且运用siRNA抑制人肝癌细胞USP9X表达后，肝癌细胞的生长受到显著抑制[12]。在5-氟尿嘧啶处理的结直肠癌细胞系中，USP9X基因破坏导致细胞凋亡明显增加，生存率显著下降。表明抑制USP9X能增加结直肠癌患者对5-氟尿嘧啶的敏感性， USP9X较低表达的癌症可能会对一些常规药物特别敏感[13]。

在所有的肿瘤组织中，并非USP9X都发挥原癌基因的作用。根据Oosterkamp等[14]研究，乳腺癌中USP9X可能是起到抑癌基因的作用，但具体机制尚不明确。Pérez-Mancera等[15]研究发现，术后患者胰腺癌组织中USP9X表达量相对于正常胰腺组织明显降低，进一步行基因小鼠实验发现，下调USP9X后可明显加快肿瘤生长，继而得到USP9X抑制胰腺导管腺癌的结论。因此，USP9X作为一种原癌基因或者抑癌基因是依据不同肿瘤类型而定，且在同一种肿瘤的不同阶段也起着不同的作用。临床上，可以通过不同的肿瘤类型检测USP9X蛋白表达水平来评估肿瘤患者的预后或指导进一步治疗。

3 USP9X在肿瘤发生发展中的机制

癌基因的激活和抑癌基因的失活、凋亡失衡、信号转导通路的异常等都是肿瘤发生中的重要机制之一。去泛素化酶在调控与肿瘤相关的许多途径中有重要作用[16]。而作为去泛素化酶家族中的一个亚家族成员，USP9X与肿瘤发生有着不可替代的联系[17]。研究发现，USP9X通过各种途径影响肿瘤的发生、发展，如DNA损伤修复、细胞周期调控、信号通路调控等[18]。

Peddaboina等[19]检测出肺癌及结肠癌组织中，USP9X和MCL-1表达量明显升高，Peterson 等[20]应用USP9X抑制剂WP1130后骨髓瘤细胞凋亡增加，伴随着MCL-1表达量明显降低。Hu等[21]在肝癌细胞的实验研究中得到了相同的结论。我们前期[22]的研究发现，胰腺癌组织中SURVIVIN表达量相对于正常胰腺组织明显上升，MCL-1及SURVIVIN均属于抗凋亡蛋白，由此推测，USP9X可能通过稳定抗凋亡相关蛋白导致肿瘤发生发展。在皮肤恶性黑素瘤患者中，相比于正常的皮肤或者皮肤良性病USP9X与ETS-1转录因子含量明显增加，RNA干扰USP9X后ETS-1转录因子明显下降，伴随着NRAS含量下降，NRAS属于原癌基因，考虑USP9X可能通过激活ETS-1/NRAS通路导致肿瘤细胞无限增殖[23]。而在ERG阳性的前列腺癌患者中，USP9X可以去泛素化及稳定前列腺癌细胞中ERG蛋白水平而促进肿瘤发生发展[8]。在胰腺癌细胞中,USP9X可以通过抑制自噬促进肿瘤发生[24]。SMAD4作为一种在大多数胰腺癌中失活的肿瘤抑制蛋白可被USP9X激活[25]。Agrawal等[26]发现，USP9X能够抑制mTOR信号通路激活，而mTOR的激活和人类肿瘤密切相关[27]。在肿瘤的浸润和转移方面，USP9X能调控参与紧密连接的部分黏附相关蛋白的去泛素化维持其水平，其表达异常能影响紧密连接的形成，细胞间的黏附破坏，极性消失促进肿瘤的浸润及转移[28-29]。

可以看出，USP9X可通过不同的途径影响肿瘤的发生与发展，它的许多功能都是建立在特异性底物上而间接发挥作用。目前国内外已研究并证实多种潜在的机制，但在肿瘤的发生与发展中，USP9X并非作用于单一的底物发挥作用，更多的特异性底物及通路等待我们进一步探索。

4 USP9X与胰腺癌

胰腺癌是一种发展迅速、恶性度极高的消化系肿瘤，因其早期诊断困难且预后差，已成为威胁人类健康的重要疾病之一[30]。关于USP9X与胰腺癌的关系，既往报道少见，随着肿瘤生物学特点及相关分子机制的研究，USP9X与胰腺癌之间的关系越来越受到重视。

Pérez-Mancera等[15]研究发现，胰腺癌组织中USP9X表达量相对于正常胰腺组织明显降低，进一步行基因小鼠实验发现，下调USP9X后可明显加快肿瘤生长，因此得到USP9X抑制胰腺导管腺癌的结论。而Cox等[30]研究发现，行RNA干扰USP9X后5种胰腺癌细胞生长明显受到抑制，且迁移、侵犯能力下降。我们前期[22]的研究发现，胰腺癌组织中USP9X表达量相对于正常胰腺组织明显上升，且与患者肿瘤分化程度、有无淋巴结转移及TNM分期明显相关，以上结果均提示，USP9X为原癌基因，促进胰腺癌发生发展。但USP9X与胰腺癌的关系由于研究不同得到的结论亦不同，Cox等分析可能的原因有：①USP9X在胰腺癌不同阶段发挥的作用不一样。和TGF发挥的作用类似，在肿瘤的早期阶段TGF发挥抑癌作用，而进入进展期则作为一种原癌基因促进肿瘤增长和转移，而Pérez-Mancera等[15]的方案设计采用的是基因小鼠，USP9X干预在肿瘤起始阶段进行。②USP9X作用不同底物发挥的作用不一样。作为原癌基因USP9X可稳定MCL-1，抑制肿瘤细胞凋亡，促进肿瘤生长，而Pérez-Mancera PA设计的动物模型主要由于KRAS基因突变引起的胰腺癌，在他们的研究中干扰USP9X可激活原癌基因KRAS促进肿瘤生长。

USP9X在胰腺癌的发生与发展中涉及的机制复杂，目前尚不能明确定义USP9X为原癌基因或抑癌基因，尚有待进一步研究。

5 结语

USP9X作为一种泛素特异性蛋白酶，能通过各种分子机制调控底物蛋白的泛素化降解过程，参与调节多种细胞生物学过程，如细胞增殖，细胞凋亡和信号转导等。在肿瘤的发生发展中能通过调控癌蛋白或抑癌蛋白的泛素化降解过程，达到稳定癌蛋白或抑癌蛋白的目的。因此，研究USP9X参与肿瘤发生发展的作用机制，可为肿瘤的早期诊断提供新线索，对今后肿瘤的防治具有重要的意义。

[1] Kapuria V, Peterson LF, Fang D, et al. Deubiquitinase inhibition by small-molecule WP1130 triggers aggresome formation and tumor cell apoptosis[J]. Cancer Res, 2010,70(22):9265-9276.

[2] 程艳, 刘钧. 去泛素化酶X染色体连锁的泛素特异肽酶9的研究进展[J].川北医学院学报,2016,31(2):278-282.

[3] Murtaza M, Jolly LA, Gecz J, et al. La FAM fatale: USP9X in development and disease[J]. Cell Mol Life Sci, 2015,72(11):2075-2089.

[4] Reyes-Turcu FE, Wilkinson KD. Polyubiquitin binding and disassembly by deubiquitinating enzymes[J]. Chem Rev, 2009, 109(4):1495-1508.

[5] Fraile JM, Quesada V, Rodríguez D, et al. Deubiquitinases in cancer: new functions and therapeutic options[J]. Oncogene, 2012,31(19):2373-2388.

[6] Luise C, Capra M, Donzelli M, et al. An atlas of altered expression of deubiquitinating enzymes in human cancer[J]. PLoS One, 2011,6(1):e15891.

[7] 彭静, 胡倩, 刘卫平,等. USP9X在非小细胞肺癌中的表达及与临床病理特征的关系[J].四川大学学报(医学版),2015,46(3):413-416.

[8] Wang S, Kollipara RK, Srivastava N, et al. Ablation of the oncogenic transcription factor ERG by deubiquitinase inhibition in prostate cancer[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, 111(11): 4251-4256.

[9] Schwickart M, Huang X, Lill JR, et al. Deubiquitinase USP9X stabilizes MCL1 and promotes tumour cell survival[J]. Nature, 2010,463(7277):103-107.

[10] Peng J, Hu Q, Liu W, et al. USP9X expression correlates with tumor progression and poor prognosis in esophageal squamous cell carcinoma[J]. Diagn Pathol, 2013,8:177.

[11] 程艳, 刘钧. 去泛素化酶USP9X在宫颈鳞癌中的表达及临床意义[J].现代肿瘤医学,2016,24(18):2947-2950.

[12] 胡惠雯, 汤成泳, 蒋清虎, 等. USP9X低表达通过下调Mcl-1促进肝癌细胞凋亡[J]. 中国细胞生物学学报, 2014, 36(7):913-919.

[13] Harris DR, Mims A, Bunz F. Genetic disruption of USP9X sensitizes colorectal cancer cells to 5-fluorouracil[J]. Cancer Biol Ther, 2012,13(13):1319-1324.

[14] Oosterkamp HM, Hijmans EM, Brummelkamp TR, et al. USP9X downregulation renders breast cancer cells resistant to tamoxifen[J]. Cancer Res, 2014,74(14):3810-3820.

[15] Pérez-Mancera PA, Rust AG, van der Weyden L, et al. The deubiquitinase USP9X suppresses pancreatic ductal adenocarcinoma[J]. Nature, 2012,486(7402):266-270.

[16] 王素霞, 刘媛, 吴慧娟, 等. 去泛素化酶的研究及其进展[J].临床与实验病理学杂志,2008,24(6):734-737.

[17] Fraile JM, Quesada V, Rodríguez D, et al. Deubiquitinases in cancer: new functions and therapeutic options[J]. Oncogene, 2012,31(19):2373-2388.

[18] Burger AM, Seth AK. The ubiquitin-mediated protein degradation pathway in cancer: therapeutic implications[J]. Eur J Cancer, 2004, 40(15): 2217-2229.

[19] Peddaboina C, Jupiter D, Fletcher S, et al. The downregulation of Mcl-1 via USP9X inhibition sensitizes solid tumors to Bcl-xl inhibition[J]. BMC Cancer, 2012,12:541.

[20] Peterson LF, Sun H, Liu Y, et al. Targeting deubiquitinase activity with a novel small-molecule inhibitor as therapy for B-cell malignancies[J]. Blood, 2015,125(23):3588-3597.

[21] Hu H, Tang C, Jiang Q, et al. Reduced ubiquitin-specific protease 9X expression induced by RNA interference inhibits the bioactivity of hepatocellular carcinoma cells[J]. Oncol Lett, 2015,10(1):268-272.

[22] 张蓬波, 丁伟超, 张秀忠, 等. 泛素特异性蛋白酶9X在胰腺癌组织中的表达分析[J].中国普外基础与临床杂志,2015,22(5):601-604.

[23] Potu H, Peterson LF, Kandarpa M, et al. Usp9x regulates Ets-1 ubiquitination and stability to control NRAS expression and tumorigenicity in melanoma[J]. Nat Commun, 2017,8:14449.

[24] Grasso D, Ropolo A, Lo RÉA, et al. Zymophagy, a novel selective autophagy pathway mediated by VMP1-USP9x-p62, prevents pancreatic cell death[J]. J Biol Chem, 2011,286(10):8308-8324.

[25] Dupont S, Mamidi A, Cordenonsi M, et al. FAM/USP9x, a deubiquitinating enzyme essential for TGFbeta signaling, controls Smad4 monoubiquitination[J]. Cell, 2009,136(1):123-135.

[26] Agrawal P, Chen YT, Schilling B, et al. Ubiquitin-specific peptidase 9, X-linked (USP9X) modulates activity of mammalian target of rapamycin (mTOR)[J]. J Biol Chem, 2012,287(25):21164-21175.

[27] Pópulo H, Lopes JM, Soares P. The mTOR signalling pathway in human cancer[J]. Int J Mol Sci, 2012,13(2):1886-1918.

[28] Théard D, Labarrade F, Partisani M, et al. USP9x-mediated deubiquitination of EFA6 regulates de novo tight junction assembly[J]. EMBO J, 2010,29(9):1499-1509.

[29] Grasso D, Ropolo A, Lo RéA, et al. Zymophagy, a novel selective autophagy pathway mediated by VMP1-USP9x-p62, prevents pancreatic cell death[J].J Biol Chem, 2011,286(10):8308-8324.

[30] Cox JL, Wilder PJ, Wuebben EL, et al. Context-dependent function of the deubiquitinating enzyme USP9X in pancreatic ductal adenocarcinoma[J]. Cancer Biol Ther, 2014,15(8):1042-1052.

221000 江苏 徐州，徐州医科大学附属医院 胰腺外科

任泽强，Email:rzq0805@163.com

10.3969/j.issn.1674-4136.2017.04.016

1674-4136(2017)04-0261-03

2017-04-05][本文编辑：李庆]