泛素化/去泛素化过程调节雄激素受体影响前列腺癌进展的研究进展

张维宇，周建华，王焕瑞，穆 青，王 起，许克新，徐 涛，胡 浩

北京大学人民医院 1泌尿外科 2中心实验室暨临床分子实验室，北京 100045

前列腺癌的流行病学及主要机制

在中国，前列腺癌是男性泌尿系统发病率第二的恶性肿瘤，2018年，全球预计将有16万例新发病例，近3万人死于前列腺癌[1]。全球死于前列腺癌的患者中，5%生活在中国[2]。欧洲泌尿外科协会推荐转移性前列腺癌进行雄激素剥夺治疗(androgen deprivation therapy，ADT)。超过 80%的转移性前列腺癌患者治疗初期对ADT反应较好，但逐渐会进展为去势抵抗前列腺癌 (castration-resistant prostate cancer，CRPC)，此后平均生存时间仅10～20个月[3]。目前CRPC的治疗仍然是临床难题。

前列腺癌组织生长和分化都依赖于雄激素，雄激素受体(androgen receptor，AR)途径与前列腺癌进展密切相关。AR的表达水平、活性和稳定性变化影响AR途径的活性，成为前列腺癌进展的主要机制[4]。AR扩增是CRPC肿瘤组织中最常见的基因改变类型[5]，未进行内分泌治疗的原发性前列腺癌中很少观察到AR扩增[6]，所以AR扩增也被认为是前列腺癌组织对ADT治疗的适应性反应。AR点突变约1/3发生在末端反式激活结构域，通常影响配体结构域的 C端，导致配体特异性下降，使AR能被微量的肾上腺素和其他固醇类激活[7]。AR剪切变异体也被证实参与CRPC的发生和进展[8]。

泛素化/去泛素化过程及其在肿瘤中的研究应用

泛素化/去泛素化过程泛素化过程是依赖ATP的可逆反应，通过多步骤反应后将泛素小分子结合到目的蛋白上，该过程涉及泛素激活酶E1、泛素结合酶E2和泛素连接酶E3[9]。ATP提供能量，E1被活化，泛素羧基末端的甘氨酸残基和E1活性位点半胱氨酸形成硫酯键。紧接着，E1将泛素转移到E2泛素载体蛋白的半胱氨酸残基上。E3具有特异性，能协调泛素共价连接到特定的目的蛋白上。泛素分子连接的方式在所修饰蛋白的功能中发挥重要作用[10]。泛素化可以产生单泛素化或多泛素化的蛋白质。当泛素的7个赖氨酸残基中的一个与另一个泛素的C端甘氨酸连接时，形成多泛素化。泛素化的逆过程称为去泛素化。泛素化最为人所知的功能是介导蛋白降解。此外，泛素化也参与细胞减数分裂、自噬、DNA修复、免疫应答、细胞凋亡等过程[11]。

泛素化在肿瘤中的研究根据泛素连接方式的不同，E3可分为RING/U-box家族、HECT家族、RBR家族。泛素化蛋白酶体通路几乎参与所有细胞内分子生物过程，影响DNA损伤修复、细胞周期调控、基因表达和信号转导，参与衰老、细胞分化等过程，调节肿瘤恶性转化、肿瘤进展，介导治疗抵抗。一些泛素酶是由公认的家族性肿瘤易感基因编码的，如肾细胞癌的von Hippel-Lindau肿瘤抑制因子[12]、乳腺癌和卵巢癌中的BRCA1[13]，在各自类型肿瘤的发生和进展过程中发挥重要作用。泛素酶能诱导细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶的蛋白酶体降解，调节DNA损伤修复机制，肿瘤细胞中常能观察到因泛素酶失调造成的肿瘤细胞持续增殖和基因组不稳定。关于细胞周期调节研究最多的泛素酶是后期促进复合物[14]，其共激活因子细胞分裂周期20 (cell division cycle 20，CDC20)[15]、CDC20样蛋白1[16]、S期激酶相关蛋白1-Cullin 1-F-box蛋白复合物(S-phase kinase-associated protein 1-Cullin 1-F-box，SCF)[17]和β-转导蛋白重复含蛋白[18]。鼠双微体基因2(murine doubleminute 2，MDM2)在多种肿瘤中表达上调，通过促进p53降解，推动肿瘤恶性进展。其作用机制是在肿瘤进展过程中连接DNA损伤反应和细胞周期检查点[19]。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(phosphatidylinositol 3-kinase-protein kinase B-mammalian target of rapamycin，PI3K-AKT-mTOR)信号通路是经典的肿瘤促进通路，包含许多抗肿瘤治疗靶点，这两条信号通路也受泛素化蛋白酶体通路调节。泛素酶神经前体细胞表达的发育下调蛋白4(neural precursor cell expressed developmentally downregulated protein 4，NEDD4)能介导MAPK上游的肾素-血管紧张素系统(renin angiotensin system，RAS)信号途径的负反馈环路及RAS蛋白本身的降解[20]。另一种泛素酶卵巢肿瘤蛋白域所含泛素乙酰结合蛋白1(OTU domain containing ubiquitin aldehyde-binding protein 1，OTUB1)能通过非蛋白降解途径抑制RAS蛋白的泛素化，增加RAS信号通路的活性[21]。SCF-细胞周期蛋白2(SCF-S-phase kinase-associated protein 2，SCF-SKP2)介导AKT1和AKT2 K63氨基泛素化，能促进AKT被招募到信号受体及其共激活物上，激活AKT信号通路[22]。mTOR被多种泛素酶调节，SCF-F框/WD40域蛋白7(SCF-F-box and WD40 domain protein 7，SCF-FBXW7)是其中之一，它能直接与mTOR结合，介导其泛素化，促进mTOR降解[23]。泛素酶在肿瘤细胞中可以起适应性应激反应作用，SIAH2[24]和细胞质锚定蛋白1(Kelch-like ECH-associated pritein 1，KEAP1)[25]是研究较多的两个分子，它们证明了泛素依赖性相互作用下细胞通路之间的串扰，促进肿瘤细胞对应激的适应性反应，抑制细胞凋亡。

去泛素化在肿瘤中的研究与泛素化相同，去泛素化酶(deubiquitinating enzymes，DUBs)也影响肿瘤的发生和进展。去泛素化过程移除了目的分子上结合的泛素，参与泛素成熟、回收和编辑，抑制目标蛋白质的降解过程。目前为止发现了大约100种DUBs，多与肿瘤的发生和进展相关。DUBs可分为4类：泛素特异性蛋白酶(ubiquitin-specific proteases，USP)、泛素羧基末端水解酶(ubiquitin C-terminal hydrolase，UCH)、卵巢肿瘤蛋白酶、Jab1/MPN/MOV34金属酶。USP是主要的DUBs、USP在多种肿瘤中的作用被广泛研究。USP16、USP18、USP42和USP50在急性髓细胞性白血病小鼠模型和人体组织中上调[26-29]。USP7和USP2a能将E3连接酶MDM2去泛素化，介导p53降解，在特殊情况下能直接介导p53去泛素化，通过调节p53水平调节细胞凋亡和细胞周期[30-31]。USP4和USP5也能调节p53表达水平，但对MDM2无调节作用[32-33]。USP也能通过调节信号通路影响肿瘤的发生和进展，如USP4[34]、USP14[35]、USP31[36]调节核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)信号通路，USP9X[37]、USP11、USP15[38]调节转化生长因子-β信号通路。

泛素化过程调节AR影响前列腺癌进展

AR介导的信号通路在前列腺癌发生和进展过程中发挥巨大作用，AR功能受多种细胞内信号通路、转录因素、细胞周期调节蛋白及其他AR转录后修饰调节。AR及AR共激活物作为目的蛋白被泛素化后发生一系列下游信号改变，影响前列腺癌细胞的增殖、分裂、分化，调节前列腺癌进展[4]。

Siah2是一种RING家族E3连接酶，由N端的RING指结构域和C端的目的分子结合结构域组成。Siah2在CRPC组织中高表达，能通过调节泛素化过程调节雄激素不敏感前列腺癌细胞的增殖和生存能力，具有促进CRPC进展的作用。在前列腺癌模型TRAMP鼠中敲除Siah2等位基因，可增加小鼠的去势敏感性；AR有两个Siah2特异性结合位点，Siah2与AR结合，下调内源性AR的表达[39]。RNF6也是一种RING指结构的E3连接酶，在CRPC组织中高表达，介导AR的多泛素化，促进AR共激活物与AR结合；RNF6能调节AR的蛋白稳定性、转录活性，但并不调节蛋白表达水平[40]。Siah2和RNF6均能调节AR活性，是PSA、NKX3.1、PMEPA1、SLC45A3 等AR下游基因表达所必需。

斑点型POZ蛋白(speckle-type POZ protein，SPOP)介导AR共激活物核受体共激活因子-3的泛素化及降解，抑制前列腺癌进展；而前列腺癌中高表达突变型SPOP，介导肿瘤进展[41]。此外，多种E3连接酶(MDM2、CHIP、NEDD4、SKP2)均能介导AR泛素化及降解，在前列腺癌的发生和进展中起到重要作用，但是否存在AR相关的CRPC进展过程尚未可知。

泛素化途径能使AR失活，抑制前列腺癌细胞DNA复制，推迟进入细胞分裂S期，介导细胞凋亡。此外，泛素化途径也能及时降解细胞周期调节蛋白，催化细胞周期过程，激活NF-κB，诱导AR表达，并通过参与AR转录复合物的装配增强AR活性[42]。

去泛素化过程调节AR影响前列腺癌进展

去泛素化过程作为泛素化的逆反应过程，在AR介导的前列腺癌进展中发挥同样的作用。去泛素化过程不仅直接作用于AR，也可作用于转录因子，调节AR的表达水平及活性，与泛素化过程保持动态变化，影响前列腺癌进展。Canopy成纤维细胞生长因子信号调节因子2能抑制肌球蛋白调节轻链相互作用蛋白(myosin regulatory light chain interacting protein，MYLIP)调节的AR泛素化过程，介导AR去泛素化，同时通过蛋白相互作用抑制MYLIP相关泛素酶活性，从而抑制AR降解，升高AR的蛋白水平，促进前列腺癌细胞增殖[43]。USP26是一种能与AR共定位的核蛋白，能与AR相互作用，直接介导其去泛素化，提高AR蛋白水平，并稳定AR结构，促进下游转录信号[44]。USP10通过AR募集在转录过程中被诱导至内含子区域，去泛素化过程促进AR蛋白水平升高，形成USP10-AR正反馈环路，调节雄激素介导的信号转导和细胞增殖[45]。USP7能介导DNA结合的NF-κB去泛素化，同时，USP7能直接结合全长的AR及参与AR-染色体结合的蛋白，调节AR基因转录水平及蛋白表达水平，影响前列腺癌进展[46]。

总 结

前列腺癌发病率高、死亡率高，通过分子生物学机制寻找合适的治疗和监控对策是许多学者的研究目标。泛素化/去泛素化过程作为蛋白转录后翻译的重要类型之一，广泛发生于真核细胞内，参与细胞生物学过程，调节细胞内生物活动，其对前列腺癌发生和进展的影响被广泛研究。AR作为前列腺癌发生和进展的关键分子，被泛素化/去泛素化修饰动态调节，影响前列腺癌进展，甚至是CRPC进展。泛素化/去泛素化有望作为治疗靶点、预后评估指标转化至临床使用，针对泛素化/去泛素化在前列腺癌发生和进展中作用的研究尤为重要。