泛素特异性肽酶 5在恶性肿瘤中的研究进展△

刘嘉，王高仁

1南通大学医学院，江苏 南通 226001

2南通大学附属肿瘤医院放疗科，江苏 南通 226361

泛素-蛋白酶体系统的故障与恶性肿瘤之间的关系在近年来得到了越来越多的关注，靶向一系列的去泛素化酶（deubiquitinating enzyme，DUB）在抗肿瘤治疗中展现出巨大潜力。DUB分为半胱氨酸蛋白酶和金属蛋白酶两大类，其中半胱氨酸蛋白酶到目前为止研究最为丰富，在人类中已知数量超过80个[1]。泛素特异性肽酶（ubiquitin specific protease，USP）是一种半胱氨酸蛋白酶，是最大的DUB家族成员，在去泛素化修饰中起着关键作用[2]。泛素特异性肽酶 5（ubiquitin specific peptidase 5，USP5）是USP家族成员，近年来研究结果证实USP5在肿瘤进展中发挥了关键作用，深入研究其调节机制有望为未来肿瘤治疗提供有临床价值的新策略。本文就近年来USP5在各类恶性肿瘤中的研究进展进行综述，介绍其在肿瘤中的作用与调控机制。

1 USP5的功能

USP5又称异肽酶T（isopeptidase T，ISOT），全长835个氨基酸残基，现认为由5个独立结构域组成，包括两个ZnF-UBP结构域（1～156氨基酸，173～283氨基酸）、两个UBA结构域（634～684氨基酸，698～749氨基酸）以及一个形成活性位点的UBP结构域[3-4]。作为DUB，USP5已被证实可以切割至少5种类型的多泛素链，包括K6、K29、K48、K63以及线性多泛素链[4]。越来越多的研究证实，USP5通过参与调控多种细胞的生物过程，在机体中起着特殊作用。

1.1 USP5调节炎症反应

炎症是机体对外界刺激的一种保护反应，不仅表现为红、肿、热、痛，还会由于相应器官受损而表现出功能障碍。炎症会激活天然免疫反应和适应性免疫反应，目的是清除有害因子，促进组织修复和恢复健康[5]。NLR家族热蛋白结构域3（NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3）炎症小体参与多种炎症疾病，严格控制其激活是防止过度炎症的必要条件。Cai等[6]研究发现，USP5是募集E3连接酶膜相关环指蛋白7（membrane associated ring-CH-type finger 7，MARCHF7）到NLRP3的一个关键支架蛋白，同时促进与K48相关的多聚泛素化，随后通过自噬溶酶体途径使NLRP3降解。在类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）中，Luo等[7]通过实验观察到USP5过表达可以促进促炎细胞因子的产生和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信号通路的激活，并且发现USP5能与肿瘤坏死因子受体相关因子6（tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6）相互作用，通过去除其K48连接的多聚泛素链而稳定TRAF6的表达，提示USP5在RA中可以促进炎症的发生，能作为RA治疗的潜在靶点。Chen等[8]利用蛋白质印迹法、细胞实验证实USP5通过激活信号转导及转录激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信号通路促进慢性牙周炎炎症因子的表达，包括肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白细胞介素（interleukin，IL）-6及IL-1β，这些结果进一步表明USP5在炎症反应中扮演重要角色。

1.2 USP5与疼痛

T型钙离子通道通过调节细胞的兴奋性和神经递质的释放，在疼痛形成和传递中起着重要作用[9]。在人类基因组编码的3种不同类型T型钙离子通道中，Cav3.2是传入疼痛通路中的主要亚型，也是一个经过验证的疼痛治疗靶点[10]。USP5作为可以与Cav3.2相互作用的蛋白，目前已得到了广泛研究。USP5的cUBP结构域（206～244氨基酸）与通道的胞内结构域Ⅲ～Ⅳ连接子结合，从而减少Cav3.2通道的泛素化并增强其稳定性[11]。多项研究结果表明，破坏USP5与Cav3.2通道的相互作用，可以防止炎症性和神经性疼痛[10-12]。此外，Qu等[13]采用荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization，FISH）、免疫荧光技术和小鼠模型等发现巨噬细胞来源的细胞外囊泡中含有miRNA-23a-3p，能通过降低USP5的表达来调节组蛋白脱乙酰酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）/核转录因子红系2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，NRF2）轴，改善炎症性疼痛。上述研究结果证明，USP5对调节疼痛具有重要意义，可能为炎症性和神经性疼痛的治疗提供新的治疗靶点。

1.3 USP5与DNA修复

在机体受到环境或内源性应激源侵害后，若没有适当的DNA损伤修复（DNA damage repair，DDR）能力，将会产生许多负面影响[14]。针对各种各样的DNA损伤，细胞会有相应的修复反应。泛素化是调节DDR的主要方式，长期以来被认为控制着DDR蛋白的定位、活性以及稳定性。泛素化是一种可逆修饰，去泛素化作为调控DDR的一个重要角度使得DUB成为了DDR的关键因素[15]。研究表明，USP5通过与识别多聚泛素链的E3泛素蛋白连接酶RAD18（E3 ubiquitin-protein ligase RAD18，RAD18）结合，被募集到DNA损伤部位分解多聚泛素链，这对DNA双链断裂（double strand break，DSB）的有效修复非常重要[16]。与上述研究结果一致，Páhi等[17]在果蝇中的最新研究成果也证实USP5在DSB修复通路中起着不可替代的调控作用。以上结果都强调了USP5在参与DNA修复中的重要作用，但所锚定的多聚泛素链类型及参与修复的具体机制还需进一步阐明。

2 USP5在恶性肿瘤中的作用

到目前为止，超过40个USP与肿瘤的进程直接或间接相关，因此USP作为潜在的治疗靶点在近年来引起了越来越多的关注[18]。证据表明，USP5在恶性肿瘤中扮演着重要角色。从癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）数据库中分析得知，USP5在乳腺癌、肝细胞癌、结肠腺癌、肺癌、食管癌等肿瘤中均高表达[19]。USP5可通过其DUB活性靶向目标分子，调控细胞活力、增殖、迁移、侵袭和凋亡等，参与肿瘤的发生和进展。

2.1 非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer ，NSCLC）

肺癌在全球肿瘤中相当常见，大多数肺癌为NSCLC，占比超过80%。尽管近年来分子靶向治疗和免疫治疗已经取得了进展，但患者的5年生存率并没有因此得到明显提高[20]。探索新的治疗方法对改善肺癌患者的预后具有重要意义。DUB作为抗肿瘤靶点在NSCLC研究中获得了丰富成果。研究发现，在NSCLC组织中USP5蛋白水平升高，并且通过体内和体外实验证明，下调USP5的表达对NSCLC细胞的增殖有抑制作用[21-22]。Pan等[23]也在肺癌小鼠模型中验证，敲除USP5可延缓移植瘤的生长。因此，USP5有望作为新的治疗靶点抑制NSCLC的进展，其临床价值还有待进一步验证。Xue等[24]利用蛋白质印迹法、免疫组化法发现USP5在NSCLC中与β-catenin和上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）标志物的表达显著相关，并且证实了USP5可以通过WNT/β-catenin信号通路调控EMT，促进NSCLC的转移。同样，USP5能通过去除底物程序性死亡受体配体 1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）的多聚泛素链，防止其降解，从而提高PD-L1蛋白水平，促进NSCLC的进展[23]。故而USP5作为癌基因不仅可以凭借自身效能促进肿瘤的发生，还可以通过影响其他通路调控NSCLC的进展，因此针对USP5或其下游基因的特异性化合物或许会成为治疗NSCLC的有效手段。

2.2 肝癌

原发性肝癌是全球肿瘤死亡的第三大原因，2020年中国因肝癌死亡例数更是超过39万例，其中肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是原发性肝癌中最常见的病理类型，占75%～85%[25]。证据显示，泛素-蛋白酶体系统参与了HCC的发病机制[26-27]。Liu等[28]研究发现，USP5通过诱导p14ARF-p53信号的失活在HCC发生中发挥了关键作用。同时进一步的功能研究还表明，USP5的表达促进了肿瘤细胞的增殖、迁移与耐药。此外，Meng等[29]也在HCC中证明了USP5的促EMT和转移作用，通过分析临床资料发现，USP5表达与HCC的恶性程度呈正相关，高水平的USP5提示HCC预后不良。这些结果提示USP5对HCC的诊治具有潜在价值，然而目前针对USP5调控HCC发生发展机制的研究还比较有限，未来则需要更进一步的研究。

2.3 胰腺癌

胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）是最常见的胰腺癌类型，恶性程度极高，患者5年生存率约为10%[30]。由于其临床症状隐匿且不典型，发现时通常已发生转移，使得大多数患者预后极差。因此，更好地理解PDAC的分子机制，积极寻找治疗的分子靶点对改善PDAC患者的预后至关重要。Kaistha等[31]使用Cellecta Decipher库筛选及定量逆转录聚合酶链反应（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRT-PCR）评估发现，USP5在PDAC组织中显著过表达，沉默USP5可介导p27将细胞周期阻滞在G1/S期，同时还观察到磷酸化H2A组蛋白家族成员Ⅹ（phosphorylated H2A histone family memberⅩ，phos.H2A.Ⅹ）水平升高，这说明沉默USP5可能会导致胰腺癌细胞DNA损伤的积累。除此以外，USP5还可以通过调控叉头框蛋白M1（forkhead box M1，FOXM1）和STAT3信号通路来促进PDAC的发生发展[32-33]。以上结果显示出USP5在胰腺癌进展中的重要作用，USP5有望成为未来治疗胰腺癌的新靶点，但还需对USP5在PDAC中的作用机制及其对一些信号通路的调控进行更深入的研究。

2.4 女性常见恶性肿瘤

乳腺癌在2020年成为全球肿瘤发病的首要原因，新发病例约230万。据统计，乳腺癌在女性肿瘤中最常见（24.5%），也是肿瘤死亡最主要的原因（15.5%）[25]。研究结果表明，在乳腺癌中USP5蛋白水平与缺氧诱导因子-2α（hypoxia-inducible factor-2α，HIF-2α）蛋白水平呈正相关，并且通过Kaplan-Meier法分析发现，高水平的USP5会导致乳腺癌患者预后不良。进一步研究证明USP5可以稳定HIF-2α表达并增强其转录活性，促进HIF-2α靶基因中与增殖、转移相关基因的表达，因此降低USP5水平可抑制乳腺癌的进展，包括增殖、迁移和侵袭[34]。卵巢癌是妇科恶性肿瘤死亡的主要原因，超75%的病例在确诊时已是晚期[35]。Du等[36]利用蛋白质印迹法、RT-PCR、流式细胞术等发现USP5能上调HDAC2蛋白表达，抑制p27表达，导致卵巢癌细胞周期转变和细胞增殖增加，表明USP5在卵巢癌中的致癌作用和潜在的调控机制。另有研究发现，USP5在子宫内膜癌中也起着癌基因的作用。通过TCGA数据库及蛋白质印迹法证实，与正常组织相比，USP5在子宫内膜癌中表达上调。沉默USP5对子宫内膜癌细胞的增殖和迁移能力有抑制作用，并且可以诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡，而过表达USP5则可以逆转上述过程。当过表达USP5时，雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）及其下游靶点4E结合蛋白1（4E-binding protein 1，4EBP1）的磷酸化水平上调，而应用MTOR抑制剂处理肿瘤细胞后，USP5过表达引起的细胞增殖则可以被完全逆转，说明USP5可通过激活MTOR/4EBP1通路促进子宫内膜癌的生长，为子宫内膜癌的诊断和治疗提供了新的靶点[37]。以上研究结果证实了USP5对女性常见恶性肿瘤的促进作用，但在临床应用方面尚未有深入研究，未来可以上述研究结果为基础，进一步探索USP5作为药物靶点在恶性肿瘤中的潜在价值。

2.5 其他肿瘤

Wang等[38]发现USP5在多发性骨髓瘤细胞中过表达，下调USP5的表达能通过影响c-Maf的蛋白水平诱导肿瘤细胞凋亡，其中c-Maf的第308位和第347位赖氨酸残基可能是USP5阻止c-Maf泛素化的主要作用位点，这为多发性骨髓瘤的治疗提供了新线索。在黑色素瘤中，沉默USP5可以上调p53、p73和Fas细胞表面死亡受体（Fas cell surface death receptor，FAS）水平，并且可以通过此效应增强激酶抑制剂所诱导的细胞凋亡[39]。因此，抑制USP5可以提供以恢复p53功能为目标的一种治疗黑色素瘤的靶向疗法。

MYCN是一种转录因子，属于MYC家族，在大多数神经母细胞瘤中过表达，此类患者的预后最差，并且对治疗有抵抗力[40]。已有学者指出，在神经母细胞瘤中，USP5可以通过去泛素化作用稳定MYCN，而MYCN与USP5启动子结合又能诱导USP5的表达，这表明在神经母细胞瘤细胞中USP5和MYCN的表达形成了一个正反馈回路，确保了这两种蛋白的高水平表达[41]。在神经母细胞瘤中，USP5作为MYCN的致癌辅助因子，有望成为一个有潜力的用药靶点。

Xu等[42]研究发现，USP5在许多原发性结直肠癌组织中高表达，高水平的USP5能促进肿瘤的生长和对化疗药物的耐药性，并且与患者较晚的肿瘤分期及不良预后相关。故特异性USP5抑制剂或许会为结直肠癌化疗耐药提供新的解决方案。进一步研究表明，在结直肠癌细胞中，Tu翻译延伸因子（Tu translation elongation factor，TUFM）为USP5的底物，而USP5又受到EBF转录因子1（EBF transcription factor 1，EBF1）的调控，因此，调控EBF1-USP5-TUFM轴可能是治疗结直肠癌的新途径。

胶质母细胞瘤（glioblastoma，GBM）是成年人中枢神经系统中最常见也是侵袭性最高的原发性恶性肿瘤[43]。研究显示，在GBM中USP5通过去除K48连接的多聚泛素链稳定细胞周期蛋白D1（cyclin D1），从而促进肿瘤细胞周期进程，在GBM的发生与发展中起着不可忽视的作用[44]。此外，还有学者发现，在GBM中USP5可以被剪接为两个亚型，其中亚型2与GBM中多嘧啶束结合蛋白1（polypyrimidine tract binding protein 1，PTBP1）的异常表达密切相关，而亚型1在两个GBM细胞系中的表达则对细胞的生长和迁移起抑制作用[45]。上述结论对探索GBM的治疗策略提供了新的见解，然而USP5影响GBM发展的具体机制尚未明确，还需要在以后进行更深入的探索。

3 小结与展望

USP5利用自身去泛素化酶活性靶向不同底物，参与调节机体的一些生物学过程，并且通过调控相关通路（如WNT/β-catenin信号通路、p14ARF-p53信号通路、FOXM1/STAT3和MTOR/4EBP1信号通路等）在许多肿瘤中发挥着关键作用。目前现有的研究表明了USP5的异常表达可以促进多数肿瘤的增殖、转移、侵袭，并且与肿瘤大小、TNM分期和预后显著相关，同时高表达的USP5也促进了肿瘤细胞对化疗的耐药性，这些揭示了其在肿瘤诊断和治疗中所具有的潜力。分子靶向药物被称为肿瘤治疗的里程碑，特异性靶向DUB的化合物在基础实验中已有大量研究，目前尚缺乏可靠的临床试验证据，新的药物研发还需要不断探索，尤其是对机制的革新。USP5在大多数肿瘤中是致癌因子，但在多形性GBM中也可以展现相反的作用，这意味着未来还需更深入研究USP5在恶性肿瘤中的潜在机制，为肿瘤的临床诊治提供新的策略。