泛素特异性蛋白酶在消化系统肿瘤中的研究进展①

刘乃华，曾思恩

(桂林医学院广西肿瘤免疫与微环境调控重点实验室，广西 桂林 541199)

去泛素化酶(deubiquitinases，DUBs)通过水解底物蛋白的泛素，调节蛋白降解过程，从而影响细胞代谢、增殖等生物学过程。泛素特异性蛋白酶(USPs)是DUBs五个亚类中的一个最大亚类，研究发现，USPs与消化系统肿瘤的发生发展密切相关，可以选择性稳定或降解下游基因以及与细胞增殖、凋亡等生物学过程相关蛋白。深入探讨USPs在消化系统肿瘤发生发展中的作用，将为消化系统肿瘤发生发展的研究提供新的理论依据，有助于开发应用针对USPs的分子靶向药物。

1 泛素特异性蛋白酶及其在肿瘤中的功能

蛋白质在细胞内维持稳态是发挥功能的前提条件，其中泛素化和去泛素化是两种重要的翻译后修饰方式，靶蛋白经去泛素化酶(deubiquitinating enzymes，DUBs)作用后，蛋白的稳定性、活性下降[1]。目前，在哺乳动物细胞中DUBs分为5个亚科：泛素特异性蛋白酶(USPs)、泛素C端水解酶、卵巢肿瘤蛋白酶、Machado-Joseph疾病蛋白域蛋白酶和JAB1/MPN/MOV34金属酶[2]。

USPs是DUBs五个亚类中的一个最大亚类，在人类有近70个成员，USPs的主要功能是从单泛素化或多泛素化的底物中切割泛素前体，稳定下游蛋白以及防止其降解[3]。USPs可去除靶蛋白或多泛素链中泛素化修饰，如原底物蛋白起抑制肿瘤作用，去泛素化后可发挥促进肿瘤作用，同理，若原蛋白促进肿瘤进展，去泛素化后发挥抑制作用。当USPs发生突变，或表达水平发生改变时，体内细胞代谢发生异常，易导致癌症发生，故可作为开发抗癌药物的重要靶点[4]。USPs参与影响肿瘤进展的多个方面，如上皮-上皮间质转化(EMT)和癌症的干性、转移、肿瘤相关微环境和DNA损伤修复活性等[5]。据文献报告，迄今已开发多种针对USPs的抑制剂，如广谱抑制剂WP1130和PR619[6]。本文总结了近年来USPs在消化系统肿瘤中的研究成果，主要包括食管癌、胃癌、肝癌、胰腺癌、结直肠癌等，列出了在消化系统各器官中明确起作用的USPs家族各成员(见图1)。本文将详细论述其对细胞内下游效应因子、信号通路等调控作用，从而阐明USPs的作用机制。

图1 USPs在消化系统肿瘤中的作用

2 USPs在消化系统肿瘤中的作用

2.1 USPs在食管癌中的作用

食管癌(esophageal cancer，EC)患者多数在晚期才能够确诊，且预后较差，放射抵抗和耐药是食管癌治疗的主要临床障碍，开发新的靶点药物变得十分重要。食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)是一种亚洲常见的食管癌发病类型。2019年，Hu等[7]发现USP7在ESCC组织中高表达，USP7修饰促凋亡蛋白NOXA，下调USP7表达会抑制ESCC细胞的生长、触发凋亡；二甲双胍除了用于控制血糖，其治疗ESCC效果显著。2013年，Xu等[8]发现二甲双胍诱导Eca-109和TE-1细胞中USP7的mRNA和蛋白水平。当人为降低USP7表达水平，二甲双胍抑制癌细胞增殖的作用丧失，证明USP7参与二甲双胍调节食管癌细胞周期阻滞过程；2018年，Zhang等[9]研究发现，USP28和c-Myc的表达水平在EC组织和细胞中均呈高表达，下调USP28表达，会激活c-Myc/HIF-1α通路，增强EC细胞对辐射的敏感性。因此，USP28是治疗EC的潜在新靶点。

表1 USPs在食管癌中的作用

2.2 USPs在胃癌中的作用

胃癌(gastric cancer，GC)是最常见的恶性肿瘤之一，由于诊断较晚且治疗方法有限，GC死亡率较高、术后易复发，中晚期患者5年生存率为20%左右。因此开发新的治疗靶点，对于克服化疗耐药具有十分重要意义。

2019年，Wu等[10]发现胃癌组织中USP3呈过表达，与预后不良呈相关性，且USP3表达与SUZ12蛋白表达呈正相关，USP3去泛素化SUZ12蛋白，使其稳定，促进GC细胞的迁移和EMT。下调SUZ12抑制GC细胞迁移、侵袭及EMT。Dou等[11]发现胃癌组织中USP32呈高表达，且与胃癌患者分期、预后密切相关。在体外和体内实验中，下调USP32可以显著抑制SMAD2表达，从而抑制GC细胞的增殖、迁移和对顺铂耐药性。Wang等[12]研究报告，下调USP39抑制GC细胞的生长和集落形成能力，诱导G2/M期阻滞。Hou等[13]发现USP42在胃癌组织中的表达水平明显高于癌旁组织，且USP42表达与肿瘤大小、TNM分期、淋巴结转移及胃癌患者总生存期显著相关。下调USP42显著抑制癌细胞增殖，刺激G1期阻滞，使细胞周期蛋白(Cyclin D1、Cyclin E1)下调，还可通过影响基质金属蛋白酶(MMPs)和上皮-间充质转化(EMT)调节因子的表达来抑制细胞侵袭。USP42过表达可能是胃癌的潜在预后标记物，能够调节胃癌的生存和侵袭性，可能是一种新的治疗胃癌的分子靶点。

表2 USPs在胃癌中的作用

2.3 USPs在肝癌中的作用

肝癌(hepatocellular carcinoma，HCC)是中国第二大肿瘤死亡病因，患者通常在晚期或转移期被诊断，切除和移植是目前唯一可行的治疗方法，但其复发率较高。索拉非尼已被批准用于治疗晚期HCC，但患者仍有不同程度耐药性，仍需开发新药物，提高生存率[14]。

2020年，Li等[15]研究发现转导素β1X连锁受体蛋白1(TBLR1)在调控Wnt信号通路中发挥重要作用；USP1通过去泛素化并稳定TBLR1，促进了血流中肝脏循环肿瘤细胞的存活。Zhao等[16]研究发现USP1在HCC中呈高表达，与患者预后不良相关，USP1去泛素化和稳定下游底物，参与调节HCC进展，底物主要富集于细胞周期、醛固酮合成和分泌以及雌激素信号通路中，下调USP1表达会降低增殖细胞核抗原(PCNA)、细胞周期蛋白D1和E1的表达，抑制肝癌细胞的增殖。Xiong等[17]发现，USP2a在HCC组织中高表达，与预后不良呈正相关，在体内外实验中下调USP2a抑制肝癌细胞的增殖、迁移和侵袭。在机制上，USP2a去泛素化并稳定Ras癌基因家族成员RAB1A，抑制其降解，从而促进HCC的进展。因此，USP2a可能成为肝癌治疗的新靶点。Yuan等[18]研究发现USP10通过泛素化作用Smad4使其稳定，激活TGF-β信号，促进肝癌转移。在体内外实验中下调USP10或用小分子抑制剂Spautin-1去除其催化活性，可以显著抑制肝癌细胞的转移，过表达Smad4能有效逆转以上趋势。Gao等[19]的研究结果显示，USP13在HCC组织中呈高表达，且USP13表达水平与肿瘤大小以及肝癌患者的生存期密切相关。下调USP13能够显著抑制HCC细胞的增殖、上皮间质转化、迁移和侵袭，而过表达USP13则增强HCC细胞的进展。同时，USP13与TLR4存在相互作用，抑制泛素介导的TLR4降解，下调USP13显著抑制了HCC细胞中的TLR4/MyD88/NF-kB通路激活，在敲除USP13基因的HCC细胞中，当过表达TLR4会逆转缺失USP13造成的影响。

表3 USPs在肝癌中的作用

2.4 USPs在胰腺癌中的作用

胰腺癌(pancreatic cancer，PC)早期不易被诊断，缺乏有效的治疗靶点和预后生物标志物，5年生存率只有约6%[20]。2020年，Wang等[21]研究发现，USP4在胰腺癌患者组织中呈高表达，其通过稳定TRAF6蛋白，激活NF-κB信号通路，增强胰腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力，发挥促癌作用，可作为患者的预后指标和治疗靶点。Hou等[22]研究发现，USP21参与胰腺癌进展，USP21能够去泛素化并稳定转录因子TCF7，从而激活Wnt通路，增强胰腺癌细胞的干性。Bai等[23]研究发现，USP22在人胰腺导管腺癌组织和细胞系中呈高表达，其通过调控双特异性酪氨酸磷酸化调节激酶1A(DRYK1A)的表达，增强癌细胞的生长和集落形成能力。

表4 USPs在胰腺癌中的作用

2.5 USPs在结直肠癌中的作用

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是第三大常见的癌症死亡原因，目前在诊断和治疗方面，缺乏有效的生物标志物，临床患者容易对化疗药物产生耐药，50%的CRC患者术后出现复发或转移[24]。因此探索新的靶点，发掘新的发病机制十分重要。

Xu等[25]的研究结果显示，USP1在CRC中高表达，其表达常伴随患者总体生存率降低，下调USP1导致CRC细胞生长停滞、促进凋亡，当同时给予药物治疗时，可使CRC细胞对药物敏感性提高。已知，Wnt信号通路与结直肠癌的发生发展相关，USP4能够稳定Wnt信号通路的β-catenin因子，中性红(NR)作为USP4的非竞争性抑制剂，用NR处理CRC细胞后发现β-catenin的稳定性下降、癌细胞集落形成和细胞迁移能力明显减少，将NR注射到小鼠异种移植模型后，肿瘤体积明显减小[26]。Xu等[27]的研究结果显示，USP5能够促进CRC细胞的生长及耐药，EBF1调控USP5转，USP5去泛素化底物TUFM。因此，靶向EBF1-USP5-TUFM轴是CRC治疗的一种潜在的新策略。Sun等[28]的研究结果显示，USP11在CRC组织中高表达，通过PPP1CA介导激活ERK/MAPK通路，在体内外促进CRC细胞增殖和迁移。研究结果显示,USP11在CRC患者中呈现高表达，是一种潜在的预后标志物。Huang等[29]在CRC细胞中报告，下调USP44可以使Axin1去泛素化，从而使Wnt/β-catenin通路失活，抑制CRC细胞增殖、促进凋亡。

表5 USPs在结直肠癌中的作用

3 结语

综上所述，USPs能够切割被单泛素化或多泛素化的底物中泛素前体，稳定下游靶蛋白，防止其降解，通过作用于相应底物蛋白，在肿瘤的进展中发挥多种作用，包括上皮-间质转化(EMT)和癌症的干性、转移、肿瘤耐药性和DNA损伤修复活性等。本文总结了USPs家族各成员在消化系统肿瘤中发挥的作用和功能，包括促进细胞增殖、迁移、侵袭、细胞周期阻滞、提高干细胞特性等。另外，USPs在调控相关信号通路中发挥重要作用，如介导c-Myc/HIF-1α通路、NF-kB信号通路、ERK/MAPK通路、Wnt/β-catenin通路等。但仍有几个问题需要解答：为什么同一底物蛋白常常需要不止一个USP蛋白酶修饰？USP参与耐药的机制是什么？USPs的高表达和调控常促进肿瘤发生，因此,将USPs作为治疗靶点，深入探索USPs识别底物的特异性以及调控机制，从而开发新的抗肿瘤药物。