泛素结合酶UBCH10在泌尿系肿瘤中的研究进展

王朝，李学东

(哈尔滨医科大学附属第二医院泌尿外科，哈尔滨150001)

泌尿系肿瘤中较为常见的有肾癌、膀胱癌和前列腺癌。近年来，随着医疗技术的提高以及医疗分子领域的研究，免疫治疗和免疫标志物出现在临床治疗中，但在泌尿系肿瘤的临床诊治中仍存在许多问题。如在肾癌诊治方面仍缺乏早期临床生物学标志物，虽然影像学检查已普及，但仍有一部分患者初次诊断时已失去了手术机会，晚期肾癌对放化疗不敏感且预后差，5年生存率仍较低[1]。前列腺癌的治疗进展中出现了激素抵抗耐药状态，据统计，2019年前列腺癌患者较以往新增174 650例，且有31 620例死于前列腺癌[2]。在膀胱癌中缺少肿瘤标志物且术后复发率较高，无论是术前检查还是术后复查，膀胱镜检查仍是膀胱肿瘤诊断的金标准，但膀胱镜检查给患者带来了极大的不舒适性和心理负担[3]。蛋白质降解是泛素-酶体通路的作用之一，其中还涉及DNA修复、转录、细胞膜受体再循环、细胞内转运、内吞、血管生成以及炎症信号等多种功能的关键因子。泛素结合酶UBCH10(ubiquitin-conjugating enzyme 10)被认为是肿瘤微环境中调控异常的关键因子，参与了DNA修复、细胞凋亡、细胞周期进程中有丝分裂和染色体分离过程以及致癌信号通路等多种促肿瘤过程[4]。因此，UBCH10是可靠的预后和诊断指标，可以作为泌尿系肿瘤治疗策略的一部分。现就UBCH10在泌尿系肿瘤中的研究进展予以综述。

1 泛素蛋白酶体途径

泛素化是一种在翻译后水平上利用小分子多肽泛素(ub)修饰蛋白质的能量依赖性酶促过程，它的名称源自拉丁语“ubique”，意为“无处不在”，描述了其在各种类型的真核细胞中的普遍表达方式[5]。泛素蛋白酶体途径由泛素、泛素活化酶、泛素结合酶、泛素-蛋白连接酶等组成，是真核细胞内蛋白降解、合成的重要途径[6-8]。泛素分子主要通过泛素活化酶、泛素结合酶和泛素-蛋白连接酶与靶蛋白结合形成一条多泛素链，将底物蛋白泛素化，使靶蛋白被26S蛋白酶体识别和降解[9-10]。在泛素化过程中，蛋白质中ub残基甘氨酸-76的C端和赖氨酸-K端残基的ε-氨基之间形成异肽键[11]。泛素化的过程需要3种酶，即泛素活化酶(E1)、泛素结合酶(E2)和泛素连接酶(E3)，这些酶的催化活性在级联反应中按顺序排列进行[12]。首先，E1以腺苷三磷酸水解依赖的途径激活ub残基甘氨酸-76，生成ub-腺苷酸中间体，腺苷一磷酸释放，ub和E1通过硫酯键连接[13]；随后，E1-ub共轭化合物与E2发生转硫醇反应，将活化ub传递给E2，形成E2-ub共轭化合物；最后E3与E2-ub共轭化合物和底物同时结合，介导ub与底物形成异肽键结合[14]。在泛素化中各种赖氨酸残基-K(K6、K11、K27、K29、K33和K48)造成了泛素化功能的多样性，泛素化的失调与神经退行性疾病、自身免疫性疾病、肌肉萎缩、糖尿病和癌症等疾病有关[15]。泛素蛋白酶体途径参与细胞信号转导、细胞凋亡、细胞周期性调控等多个生理过程，在维持细胞稳态过程中起着至关重要的作用[16]。

2 UBCH10的生物学功能

E2s是泛素-蛋白酶体通路中的关键因子，E2s共分为4种不同类型的泛素结合酶，1型E2s在结构上较为简单只具有单纯ub，2型E2s包含较多的N端，3型E2s具有较多的C端，4型E2s则同时包括N端及C端，其中UBCH10为2型泛素结合酶，与细胞周期息息相关[4]。UBCH10是位于人染色体20q13.12上的UBCH10基因编码的蛋白质，在正常组织中无论是RNA水平或蛋白水平几乎检测不到UBCH10，但越来越多的证据表明UBCH10的表达在几种人类癌症中均上调，如食管鳞状细胞癌、胃癌和非小细胞肺癌等[17-21]。UBCH10属于E2家族，参与了真核细胞有丝分裂的G1期过程。UBCH10通过降解后期促进复合物(anaphase promoting complex,APC)的底物，导致细胞周期蛋白A的积累，使有丝分裂过程顺利地从G1期过渡到S期[22]。UBCH10高度保守的N端可以介导后期促进因子APC的活性，且UBCH10的N端结构域可调节APC活性，对底物泛素化的效率以及控制底物的选择均至关重要[17]。另外，UBCH10还可以与其他信号分子起作用。研究表明，一氧化氮可能通过引起UBCH10分解，抑制血管平滑肌细胞的增殖，而不依赖于蛋白酶体；同时UBCH10也可以作为治疗靶点，抑制新生内膜增生，且不会引起因蛋白酶体抑制导致的相关不良反应[23]。另有研究表明，UBCH10过表达还会导致染色体错误分离和肿瘤的形成，作为一种参与泛素化的蛋白质，UBCH10可能影响许多肿瘤相关蛋白，并以不同的方式影响肿瘤[18-20]。

3 UBCH10与泌尿系肿瘤的关系

3.1UBCH10与肾透明细胞癌 近年来国内外关于UBCH10在肾透明细胞癌方面的基础研究较少，但UBCH10对肾透明细胞癌的发生、发展及预后十分重要。苗裔等[24]基于医学癌症数据库中9 736个肿瘤样本和8 587个正常组织样本，使用gepia数据库检测正常组织与肾透明细胞癌组织中UBCH10 RNA基因表达及临床病理特征表达的相关性，结果显示，在肾透明细胞癌中UBCH10信使RNA高表达且与病理分级呈正相关(P<0.01)；应用gepia数据库分析UBCH10高表达对患者总生存率和无病生存率的影响，结果显示，UBCH10高表达的患者无论是无病生存率还是总生存率均较UBCH10低表达的患者低；基于HPA(Human Protein Atlas)数据库，对正常肾组织及肾透明细胞癌组织进行免疫组织化学检测，进一步证实了UBCH10蛋白在肾透明细胞癌中较正常组织高表达；应用String-DB数据库分析UBCH10蛋白与其他蛋白的相互作用发现，UBCH10在肾透明细胞癌中主要为促癌基因，其作用机制可能与UBCH10参与的蛋白泛素化、细胞周期调节以及细胞内蛋白修饰相关。Dastsooz等[25]利用TCGA(The Cancer Genome Atlas)数据库对肾透明细胞癌中不同病理分级及肾透明细胞癌两种亚型的UBCH10表达水平进行分析，结果显示，在所有肾透明细胞癌亚型和所有病理分级状态下UBCH10的表达水平均高于正常人，且在病理2级中表达最为显著，其次为3级和4级，而在总生存率和无病生存率方面UBCH10高表达的患者表现较差。

由于基因芯片和高通量测序技术的进步，可以根据大数据集成和生物学筛选肿瘤核心基因。Luo等[26]通过加权基因共表达网络分析肾透明细胞癌核心基因，根据3个表达谱数据集中1 387个差异表达基因，从中分析出9个核心基因与肿瘤的发展及预后相关，其中UBCH10为核心基因之一；多因素Cox回归分析结果表明，UBCH10可作为独立的预后候选标志物。Wei等[27]利用TCGA数据库在472个不同表达的基因中对比并寻找转移性肾透明细胞癌的核心基因，并利用检索相互作用基因和细胞图谱的搜索工具，构建和分析了蛋白质-蛋白质相互作用网络，以进一步分析已识别的核心基因，结果显示，UBCH10是26个核心基因之一，且与转移性肾透明细胞癌总生存期和无复发生存期相关(P<0.05)，UBCH10为转移性肾透明细胞癌提供了有价值的生物标志物和治疗靶点。Yuan等[28]通过高通量基因表达数据库提取肾透明细胞癌基因数据，构建加权基因共表达网络分析图，经蛋白质-蛋白质相互作用网络分析得知UBCH10为核心基因之一，且通过基因富集分析以及基因本体高通量测序数据处理得出，在肾透明细胞癌中发现的核心基因在细胞周期和细胞周期调控方面有显著的富集；利用KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库分析发现细胞周期是最重要的途径，且UBCH10与p53信号通路有关。

3.2UBCH10与前列腺癌 前列腺癌是西方国家男性最常见的肿瘤之一，近年来其在亚洲人群中的发病率也显著增加。虽然对局部晚期前列腺癌患者的治疗以雄激素剥夺治疗为主，但随着疾病的进展，治疗抗性、去势药物的抗性仍不可避免，因此亟须寻找一种新的治疗方式。韦士勤[16]运用RNA干扰慢病毒重组颗粒(LV-shRNA-UBCH10)介导前列腺癌UBCH10基因沉默，观察其对LV-shRNA-UBCH10实验组、LV-shRNA-NC阴性对照组以及空白对照组细胞株UBCH10基因的表达、细胞增殖、细胞侵袭以及迁移、克隆形成的影响。结果显示，UBCH10与前列腺癌细胞增殖及侵袭能力呈正相关，表明UBCH10与前列腺癌细胞增殖及侵袭密切相关，为前列腺癌动物实验分子靶向药物提供了可靠的数据。另外，UBCH10受多种微RNA(microRNA，miRNA)的调控，前列腺癌中可以通过下调某些miRNA调控细胞周期基因，抑制前列腺癌的侵袭、发展。Hu等[29]通过敲低前列腺癌中的UBCH10基因发现，前列腺癌细胞系的侵袭及增殖能力均显著降低；随后直接转染UBCH10中的miR-381-3p结合位点使其突变发现，miR-381-3p过表达后前列腺癌中的UBCH10蛋白水平显著降低，表明UBCH10信使RNA 3′非翻译区中的miR-381-3p结合位点可以靶向抑制UBCH10前列腺癌的增殖和侵袭；同时还发现，中草药淫羊藿苷可通过上调miR-381-3p而下调UBCH10的表达。

雄激素和雄激素受体是前列腺癌细胞分化、代谢、增殖和存活的基础，雄激素剥夺疗法是局部晚期或转移性前列腺癌的一线治疗方案[30]，经过雄激素剥夺疗法后，仍有患者复发，且进展为激素抵抗性前列腺癌。Luna Velez等[31]证明，雄激素受体变体在去势抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer，CRPC)的生长和发育中起关键作用，其中雄激素受体剪接变异体7(androgen receptor-splice variant 7，AR-V7)是检测到的最常见变体之一，且在CRPC中AR-V7的高表达与肿瘤的复发进展和生存期缩短存在相关性；同时实验证明，在体外前列腺癌细胞中强制表达AR-V7导致UBCH10显著上调。Lee等[32]运用实时荧光定量反转录聚合酶链反应 (reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR)测定激素敏感型前列腺癌和CRPC中的AR-V7水平、全长雄激素受体及UBCH10信使RNA水平以及两者之间的联系，结果显示，在激素敏感型前列腺癌中UBCH10信使RNA水平与全长雄激素受体的信使RNA水平相关，在CRPC中UBCH10的信使RNA水平与AR-V7信使RNA水平无相关性。这些发现表明，UBCH10可能是前列腺癌雄激素信号通路的通用肿瘤标志物。Luna Velez等[31]也评估了UBCH10表达对雄激素受体全长剪接体介导的反式激活的依赖性，用雄激素诱导前列腺癌细胞中雄激素受体靶基因激肽释放酶相关肽酶3(kallikrein-related peptidase 3，KLK3)的表达，同时观察UBCH10的表达，结果发现，诱导表达的前列腺癌细胞经雄激素刺激后其UBCH10上调，用雄激素拮抗剂恩杂鲁胺处理后UBCH10下调，充分证明了UBCH10在前列腺癌雄激素受体调控中的重要性。c-Jun激活区结合蛋白1(c-Jun activation domain-binding protein 1，JAB1)在多种癌症中过表达，并已成为一种强有力的致癌基因[33]。Danielpour等[34]通过分析cBioPortal癌症基因数据库发现，JAB1是前列腺癌细胞生长和存活的驱动因素，将JAB1沉默后则抑制了UBCH10蛋白的表达，间接证明了UBCH10在前列腺癌中的重要作用。

3.3UBCH10与膀胱癌 临床上膀胱镜检查对于膀胱癌患者仍是诊断和复查的金标准。Okamoto等[35]早在2003年就发现了E2家族与肿瘤存在相关性，他们应用RT-PCR技术检测膀胱癌中人类细胞系中不同泛素结合酶的表达水平发现，UBCH10在肿瘤组织中呈高表达状态，而在癌症旁组织中呈极低表达，证明了UBCH10的表达与膀胱癌呈正相关。

Wagner等[36]发现，膀胱癌中UBCH10的表达随着病理分级的上升而升高，且与膀胱癌病理分级呈正相关；运用免疫组织化学技术发现，膀胱癌中UBCH10蛋白异常表达与有丝分裂有关。石嵘等[37]采用蛋白相互作用网络分析表达谱基因芯片数据，在蛋白质-蛋白质相互作用网络中心节点蛋白中验证了UBCH10在浸润性膀胱癌中起主导致癌作用，且膀胱癌UBCH10基因与细胞分裂周期相关蛋白激酶7、核仁纺锤体相关蛋白1等细胞周期调节通路相关，共同对浸润性膀胱癌起促进作用。这些均为膀胱癌的早期诊断和分子靶向治疗提供了方向。Gao等[38]使用Cytoscape软件进行蛋白质-蛋白质相互作用网络和模块分析，最终得出10个关键基因，其中就包括UBCH10，同样为膀胱癌的治疗及诊断提供了新靶标。Morikawa等[39]为了研究UBCH10在膀胱癌中的表达，使用组织微阵列进行免疫组织化学分析，结果发现，在经根治性膀胱切除术治疗的82例(62%)膀胱尿路上皮癌患者中，51例患者膀胱癌组织中UBCH10高表达且与病理分级呈正相关，与膀胱癌术后患者远期生存率呈负相关，而使用小干扰RNA抑制UBCH10合成可抑制膀胱癌细胞的生长。因此，UBCH10可能成为新的膀胱癌预后生物标志物、肿瘤进展的新指标以及膀胱癌的潜在治疗靶点。

Kim等[40]的研究纳入了212例膀胱癌患者和106例血尿患者(42例良性病造成血尿，62例正常患者)，利用硅胶膜Rneasy离心柱从患者尿液中提取无细胞RNA，并进行RT-PCR和数据分析，结果发现，膀胱癌患者尿液样品中UBCH10无细胞RNA的水平显著高于正常患者和血尿对照样品。膀胱癌尿液样品中较高水平的UBCH10无细胞RNA可能反映膀胱癌组织中的高表达。因此，尿UBCH10无细胞RNA可能是膀胱癌有价值的诊断标志物。

4 小 结

UBCH10与肾癌、前列腺癌及膀胱癌的预后、发生、发展均存在密切联系。膀胱镜检查以及膀胱癌的高复发率给患者造成了极大的痛苦，虽然在膀胱癌尿液中UBCH10无细胞RNA高表达，为膀胱癌的诊断提供了新可能，但膀胱、输尿管、肾盂为同一尿路上皮，因此膀胱癌与UBCH10还有待进一步研究。目前对于肾癌仍缺乏系统和广泛的实验研究，但UBCH10与肾癌具有高度相关性，因此需进一步深入研究。细胞的调控机制十分复杂，正如前列腺癌的激素通路与UBCH10具有相关性一样，这为激素抵抗性前列腺癌患者提高药物敏感性提供了可能。同时，泌尿系肿瘤的复发机制、新的诊断方式以及药物治疗也有待进一步探索。