USP4在疾病发展中的作用

梁静，齐广莹

（桂林医学院，广西 桂林）

0 引言

泛素是一种小分子蛋白质，其进化过程中保守程度高，由7个赖氨酸残基和76个氨基酸组成，并通过共价结合的方式与其他泛素分子组合。其结合底物的走向由泛素连接所形成的多泛素链决定。泛素化过程是一个多步骤的级联反应，至少包括三部分即活化、偶联和连接。活化部分由E1激活酶催化，E1激活酶通过与泛素形成硫酯键连接并激活泛素。偶联部分主要通过E2结合酶完成，E2结合酶与激活后的泛素通过硫酯键结合。连接的过程是由E3泛素连接酶决定。E3泛素连接酶负责确认目标蛋白的泛素化状态并对其过程进行催化，并完成底物与26S蛋白酶体的连接[1,2]。（一开始的第一段和第二段合成了一段）

泛素的翻译后修饰在细胞周期的调控、信号传导、转录调控和细胞凋亡等生物学过程中均起到重要作用。去泛素化酶（deubiquiting enzymes，DUBs）介导的逆转过程作为控制蛋白质周转的重要调节机制而受到关注。据我们所知，在人类染色体中已鉴定出大约100个DUBs，其中只有少部分具有功能特征。DUBs有多种亚类，其中USP是其最大的亚类。USP家族成员众多,其中USP1在胃癌、宫颈癌、黑色素瘤和肉瘤以及骨肉瘤中异常高表达[3]。USP2a是USP2的一个亚型，通过对其底物蛋白（包括MDM2、MDMX、FASN以及Aurora a）的调控，已被证明在多种癌症中具有致癌特性，如前列腺癌、膀胱癌等[4]。USP2也参与肿瘤进展，并与口腔鳞状细胞癌预后不良相关[5,6]。USP7，又称HAUSP，在癌症的发展过程中起着致癌作用。据报道，USP7水平的升高与多发性癌症（如前列腺癌、多发性骨髓瘤、卵巢癌等）的发展直接相关[7]。结直肠癌患者死亡率与USP22的表达密切相关[8]。

USP家族的生理功能逐渐被发掘。USP家族的其他成员如USP3、USP11、USP16、USP28、USP47、USP48参与 DNA 损伤修复途径；USP4、USP15、USP34在Wnt信号传导的过程中起着一定作用；USP8、USP15、USP30、USP32在一定程度上影响线粒体自噬（线粒体吞噬）[9-13]。

泛素特异性蛋白酶4（ubiquitin-specific protease 4，USP4）定位在染色体3（3p21.3）上，该区域所编码的基因与多种癌症密切相关[14]。USP4调节多种正常和异常的生理功能，包括先天性免疫激活，同源重组，病理性心肌肥大，神经元凋亡，外显子跳跃，成骨细胞分化和肿瘤发生[15-21]。USP4在不同肿瘤中其功能亦不相同[21-25]。

因此，为了更全面的了解USP4，本文将从其基本生物学特性以及在疾病中的作用等方面进行讲述。

1 USP4的生物学特性

USP4最初被认为是核蛋白，之后又有研究提示其定位于细胞质。最终发现，在不同的细胞类型中USP4所表达的位置也不相同。因此，USP4是第一个报道具有核质穿梭的去泛素化酶[14]。根据已有的研究显示，USP4在肿瘤、免疫和RNA剪接等方面均产生不同程度的影响[20]。USP4也是DNA双链断端切除的关键调控因子[26]。

USP4、USP11、USP15三者是同源的去泛素化酶，其结构和序列相似，并且三者在细胞增殖、发育和固有免疫的关键途径中都具有重要作用，在各种人类恶性肿瘤中，这三者的表达也均有所升高[27]。

2 USP4在肿瘤中的作用

USP4最开始被认为是癌基因，能够促进结直肠癌的发生发展[25,28,29]，USP4及其底物β-catenin 和PRL-3在结肠癌组织中高表达[21,23]。除此之外，USP4可以通过调节ARF-BP1来降低P53的稳定性，从而导致大肠癌细胞的凋亡、衰老和癌变增加[30]。在肝细胞癌的体内实验和体外实验中，USP4均能增强肝细胞癌的增殖及侵袭转移能力，并且USP4在肝细胞癌中的表达程度与患者的整体生存率呈负相关[31]。

当然，USP4的活性也与其他类型的癌症相关，例如，USP4可以通过稳定β-catenin来控制肺腺癌脑转移的能力[24]，同样还能通过促进其上皮-间质转化进一步增强黑色素瘤细胞的侵袭和迁移能力[32]。在肺癌细胞的迁移试验中，USP4可以通过与TRAF2和TRAF6相互作用来抑制NF-κβ的信号传递进而影响肺癌细胞的迁移[33]。USP4作为一种潜在的癌基因，通过调节TGF-β激活ERK途径促进多形性胶质母细胞瘤的发生发展[35]。

但是也有一些研究与上述观点不同，如USP4可以通过调节头颈部鳞状细胞癌中TAK1和RIP1的多泛素化从而影响TNF-α诱导的NF-κβ的活化[22,34]。Li[25]等人发现在乳腺癌中，USP4抑制肿瘤的增殖。Yao[36]等人的研究结果显示USP4在食管癌中高表达可以增加患者的生存率。

由此，我们可以知道，USP4在肿瘤中的具体作用尚不明确，一些研究结果提示USP4是癌基因，可以促进肿瘤的发生发展，也有研究认为USP4是抑癌基因，其存在可以提高患者的生存率。

3 USP4在其他疾病中的作用

使用肝细胞特异性的USP4敲除和过度表达技术，观察到USP4通过直接结合和去泛素化TAK1，随后抑制NF-κβ和JNK信号的激活来减轻非酒精性脂肪肝病的进展和相关的代谢紊乱。这些发现均提示非酒精性脂肪肝发病机制中，USP4是不可或缺的一员[37]。

USP4还具有防止心脏重塑的功能，而这一功能是其通过负调节JNK的活性来实现的，也因此，USP4被纳为内源性心肌保护酶的一种[18]。最近有报道显示，成年大鼠脑出血后USP4水平升高，提示其参与神经元凋亡，表明USP4在神经细胞和凋亡中起关键作用[19]。USP4在炎症[16,34]和病毒感染[38]的反应中也有着一定的调控作用。

4 USP4与通路

USP4和其他泛素特异性蛋白酶一样，参与调节信号通路内各种蛋白的稳定性和激活，而这一过程是利用其去泛素化活性来完成的[33]。在质谱研究中，我们了解到USP4可以与mRNA处理因子相互作用，特别是剪接因子[39]。与此一致的是，USP4已被证明在剪接体上直接与SART3相互作用，其活性是剪接机制成熟所必需的[40]。USP4还以ARF-BP1为靶点，抑制p53介导的细胞凋亡和细胞周期，并在几种癌症类型中显示升高的水平，使其成为潜在的癌基因[30]。USP4通过AKT磷酸化的方式从而实现在细胞中的核质穿梭[16,41]。在细胞膜层面上，USP4对TGF-β的增强作用主要由稳定TGF-βI型受体和去泛素化完成[41]。

综上所述，作为去泛素化酶的一种，USP4通过各种途径直接或间接作用于多种蛋白质，并对其功能进行调控。但就目前的研究而言，对于USP4在肿瘤形成中的作用仍存在争议，究其原因，主要有以下几个方面：肿瘤的异质性；结构域功能差异；异构体作用差异；检测方法及抗体种类的不同；以上因素皆可以导致研究结果的不同，但也同时说明对USP4的作用机制方面研究尚有欠缺。上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）在生长发育及疾病进展中发挥重要作用，它可以让细胞与细胞之间的粘附复合物松散，赋予细胞更强的迁移和侵袭性。近来，有关USP4可以促进EMT的发生从而影响肿瘤的侵袭及转移的能力的相关研究备受关注，据此USP4或将成为肿瘤治疗的新靶点，为肿瘤的临床研究提供新契机。