RSUME與垂體腺瘤侵襲性的分子機制研究進展

何 偉 王大鵬 綜述 沈曉黎 審校

RSUME在垂體腺瘤中高表達，其表達與缺氧相關［1］。缺氧環(huán)境下，RSUME通過泛素結合酶E2（ubiquitin conjugating enzyme E2）與SUMO結合成復合體，并與HIF-1α和IκB的泛素化位點結合，穩(wěn)定轉錄和表達活性，并分別作用于血管內皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）啟動子和核因子-kappaB（nuclear factor-kappaB，NF-κB）促進垂體腺瘤侵襲的發(fā)生。因此探討RSUME與侵襲性垂體腺瘤的關系，將有助于了解侵襲性垂體腺瘤的侵襲機制，為開展侵襲性垂體腺瘤新的治療方法提供理論依據(jù)。

1 RSUME的功能及SUMO化的分子生物學作用

人RSUME蛋白是由195個氨基酸組成，分子量為21kD，通過綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）融合嵌合體并轉染進入不同細胞系的RWD結構修飾增強子，顯微鏡下觀察可見GFP-RSUME在細胞質和細胞核中均有存在［2］。

poly-A RNA斑點膜的實驗中發(fā)現(xiàn)［1］，RSUME可在多個組織中表達，但在小腦、垂體、心臟、腎臟、肝臟、胃、胰腺、前列腺和脾臟中表達較高。此外，低氧、CoCl2和熱休克環(huán)境下可誘導RSUME的表達。但在垂體腺瘤中RSUME表達的主要原因是缺氧。

RWD結構蛋白與SUMO結合酶（Ubc9）結構相似，RWD結構蛋白通過與Ubc9結合形成Ubc9復合體，Ubc9復合體中RWD結構蛋白能與SUMO-1相互作用，使SUMO-1以非共價鍵結合到Ubc9，促進SUMO-Ubc9復合物的形成［2-4］，增強 Ubc9介導的 SUMO-2/-3的多聚化。該過程無論是否存在E1，RSUME無改變泛素激活酶E1水平的能力，但RSUME均增強SUMO-1結合Ubc9的作用，通過上述步驟，SUMO-1能在HIF-1α和IκB的SUMO化位點與其結合，形成底物的SUMO化［5］。同時RSUME調控的SUMO化過程中，缺氧環(huán)境在增強RSUME作用的同時能增強SUMO特異性蛋白酶（SUMO specific proteases，SENP）的降解，通過減少SENP的去SUMO化作用，從而增強了底物的SUMO化［6］。

SUMO的底物大部分均存在細胞核內，包括轉錄因子、啟動子及部分調節(jié)因子，靶蛋白SUMO化后其生物學活性及其穩(wěn)定性將發(fā)生改變。SUMO化首先將被E1激活，再轉至E2結合酶，通過E3連接酶使SUMO羧基末端Gly與靶蛋白Lys殘基通過異肽鏈連接，從而使靶蛋白SUMO化［7］。

RSUME的主要功能是通過調控SUMO化的作用，穩(wěn)定垂體腺瘤中HIF-1α和IκB的轉錄和表達活性，并作用于VEGF啟動子和NF-κB促進垂體腺瘤侵襲的發(fā)生。

2 RSUME與HIF-1α/VEGF信號通路

2.1 RSUME調控的HIF-1α的SUMO化

SUMO分子與泛素分子的結構相似，但卻有相反的功能，泛素化可以促使蛋白質分解，SUMO化卻能增強蛋白質的穩(wěn)定性，使其功能增強。泛素化和SUMO化存在競爭性抑制，在缺氧的條件下誘導RSUME功能，通過增強SUMO化競爭性抑制泛素化，阻斷蛋白質的泛素化-蛋白酶體降解途徑增加HIF-1α的穩(wěn)定性［1，8］，其中HIF-1α序列中的Lys391和Lys477是泛素化的修飾位點［9］?；钚栽鰪姷腍IF-1α和HIF-1β形成穩(wěn)定的異二聚體，與細胞核的VEGF啟動子結合［10］，影響垂體腺瘤血管的生成。

2.2 RSUME對HIF-1α/VEGF信號通路作用機制

血管的生成是垂體腺瘤生長的重要機制，VEGF是血管新生和生長的重要因子，其中VEGF的KDR受體能調控新生血管的生成［11-12］、Flk-1受體能增加血管腔化作用增加血管通透性［13-14］。通過與受體作用刺激內皮細胞分裂增殖，誘導內皮細胞產(chǎn)生纖維蛋白溶酶原激活物和膠原酶，使基底膜和細胞外基質降解。VEGF在垂體腺瘤的生長、浸潤、轉移中扮演著十分重要的作用，腫瘤中HIF-1調控VEGF的表達，HIF-1穩(wěn)定性的增強將促進腫瘤細胞VEGF活性［15］。VEGF活性增強需要HIF-1的亞基HIF-1α進入細胞核與VEGF啟動子特異性結合。

垂體腺瘤中HIF-1和VEGF的mRNA表達，顯示了一種VEGF獨立的HIF-1α介導調節(jié)的垂體腺瘤生長，實驗結果表明HIF-1α/VEGF信號通路介導的垂體腺瘤侵襲性發(fā)生的機制并不完全［15］。Fuertes等［16］提出沉默RSUME會導致HIF-1α表達的抑制，減少VEGF的釋放，同時也證明細胞活素IL-6和GP130家族能增加RSUME的表達，通過促進SUMO化，穩(wěn)定HIF-1α的表達和轉錄活性，促進垂體腺瘤的侵襲的發(fā)展。Fowkes等［17］提出 RSUME 可通過 HIF-1α/VEGF信號通路增強誘導垂體腺瘤血管的生成和垂體腺瘤侵襲性的發(fā)展，但其具體的侵襲性的分子學機制尚未明確。

2.3 RSUME通過HIF-1α/VEGF信號通路對侵襲性垂體腺瘤的影響

垂體腺瘤生長、浸潤和轉移與新生血管形成有關，VEGF是血管生成的主要調控因子，通過與受體結合，促進新生血管的形成。VEGF的作用可不斷促進內皮細胞的移動，以利于血管的形成，促進瘤細胞向血管周圍不斷擴散，為垂體腺瘤的侵襲創(chuàng)造條件［18］，但VEGF的高表達需要RSUME的SUMO化作用。侵襲性垂體腺瘤組織中RSUME表達顯著增高，提示RSUME高表達與垂體腺瘤侵襲性生物學行為關系極為密切。

3 RSUME與IκB、NF-κB

3.1 RSUME調控的IκB的SUMO化

SUMO化和泛素化存在競爭性抑制，缺氧環(huán)境下RSUME表達增強，RSUME將促進SUMO化，Lys21和Lys22是IκB的泛素化的結合位點，缺氧環(huán)境下SUMO化將占主導地位，IκB的SUMO化增多。轉染了RSUME的COS-7細胞，SUMO化增多，IκB的表達增加，并且IκB蛋白的穩(wěn)定性也得到增強［19］，IκB水平增加是因SUMO化狀態(tài)的IκB增加，SUMO化的IκB穩(wěn)定性較強，難以被降解。IκB是NF-κB的抑制蛋白，I κB通常與NF-κB結合，以非活性形式處于細胞質中，而IκB的磷酸化和泛素化是其降解的關鍵環(huán)節(jié)，RSUME作用增強時，SUMO化將競爭性抑制磷酸化和泛素化的作用，IκB的穩(wěn)定性將得到增強，NF-κB將無法發(fā)揮作用［1］。

3.2 RSUME對IκB和NF-κB復合體的作用機制

正常人的腦垂體腺細胞中NF-κB未見表達，而垂體腺瘤患者中可檢測到NF-κB?；罨腘F-κB具有調節(jié)垂體腺瘤DNA合成以及細胞生長作用，一旦NF-κB的活性下降或受到抑制，DNA合成和細胞生長作用就會受到抑制或下調。

IκB與NF-κB所形成的二聚體在細胞質中處于靜息狀態(tài)，IκB可抑制NF-κB的活化，阻止其進入細胞核發(fā)揮功能。RSUME的激活將穩(wěn)定IκB的表達及轉錄活性，阻礙NF-κB的作用。但Ben-Neriah等［20］研究發(fā)現(xiàn)雖然通過增強IκB的表達可抑制NF-κB的活性，但這一抑制效果，在腫瘤最初發(fā)展的幾個月內無明顯作用。

3.3 RSUME通過IκB和NF-κB的復合體對侵襲性垂體腺瘤的影響

轉移和組織侵入是腫瘤侵襲發(fā)展中2個關鍵事件，這2個關鍵事件的發(fā)展依賴NF-κB的基因調控，同時NF-κB作為一個重要的炎癥活化因子，可通過慢性炎癥反應促進垂體腺瘤侵襲性的發(fā)展，活化NF-κB能增強垂體腺瘤DNA合成以及增強細胞生長的作用。因此NF-κB的過度表達與垂體腺瘤侵襲性有著密切的關系。目前有關NF-κB與垂體腺瘤侵襲相關的生物學分子機制中存在矛盾，Ben-Neriah等［20］提出增強RSUME對NF-κB的活性抑制作用，在一定程度上可以提高垂體腺瘤治療效果；Zhao等［21］提出NF-κB在維持細胞生死平衡方面也起著重要作用，長期過度的抑制NF-κB表達將導致機體免疫功能下降等后果，相反促進垂體腺瘤的生長。因此RSUME與IκB和NF-κB復合體的作用，及其與垂體腺瘤的發(fā)生和其侵襲性的相關性有待進一步研究。

4 展望

垂體腺瘤的侵襲性受多種因素影響，各個因素之間存在著復雜的聯(lián)系。垂體腺瘤血管的發(fā)生發(fā)展，穩(wěn)定垂體腺瘤侵襲的激活因子的表達和轉錄活性是影響垂體腺瘤生長和侵襲的重要因素。RSUME一方面通過HIF-1α/VEGF信號通路增強VEGF的活性誘導垂體腺瘤血管的發(fā)生發(fā)展，另一方面RSUME通過穩(wěn)定IκB、NF-κB二聚體的活性促進垂體腺瘤侵襲性的發(fā)展。但是RSUME與垂體腺瘤侵襲性的分子學機制尚未明確。

總之，RSUME與垂體腺瘤的侵襲具有相關性，深入研究RSUME與HIF-1α/VEGF信號通路以及IκB和NF-κB復合體的分子機制，將有助于了解侵襲性垂體腺瘤的侵襲機制，為開展侵襲性垂體腺瘤新的治療方法提供理論依據(jù)。

1 Carbia-Nagashima A,Gerez J,Perez-Castro C,et al.RSUME,a small RWD-containing protein,enhances SUMO conjugation and stabilizes HIF-1alpha during hypoxia[J].Cell,2007,131(2):309-323.

2 Li R,Wei J,Jiang C,et al.Akt SUMOylation regulates cell proliferation and tumorigenesis[J].Cancer Res,2013,73(18):5742-5753.

3 Srikumar T,Lewicki MC,Raught B.A global S.cerevisiae small ubiquitin-related modifier(SUMO)system interactome[J].Mol Syst Biol,2013,9:668.

4 Hsieh YL,Kuo HY,Chang CC,et al.Ubc9 acetylation modulates distinct SUMO target modification and hypoxia response[J].EMBO J,2013,32(6):791-804.

5 Cube?as-Potts C,Matunis MJ.SUMO:a multifaceted modifier of chromatin structure and function[J].Dev Cell,2013,24(1):1-12.

6 Cimarosti H,Ashikaga E,Jaafari N,et al.Enhanced SUMOylation and SENP-1 protein levels following oxygen and glucose deprivation in neurones[J].J Cereb Blood Flow Metab,2012,32(1):17-22.

7 Nú?ez-O'Mara A,Berra E.Deciphering the emerging role of SUMO conjugation in the hypoxia-signaling cascade[J].Biol Chem,2013,394(4):459-469.

8 Berta MA,Mazure N,Hattab M,et al.SUMOylation of hypoxia-inducible factor-1alpha reduces its transcriptional activity[J].Biochem Biophys Res Commun,2007,360(3):646-652.

9 Chan JY,Tsai CY,Wu CH,et al.Sumoylation of hypoxia-inducible factor-1α ameliorates failure of brain stem cardiovascular regulation in experimental brain death[J].PLoS One,2011,6(3):e17375.

10 Shan B,Gerez J,Haedo M,et al.RSUME is implicated in HIF-1-induced VEGF-A production in pituitary tumour cells[J].Endocr Relat Cancer,2012,19(1):13-27.

11 Gray RT,O'Donnell ME,Maxwell P,et al.Long-term follow-up of immunocytochemical analysis of vascular endothelial growth factor(VEGF),and its two receptors,VEGF-R1(Flt-1)and VEGF-R2(Flk-1/KDR),in oesophagogastric cancer[J].Int J Biol Markers,2013,28(1):63-70.

12 Shen XL,Deng ZF.Zhu XG,et al.Correlation between the expression of vascular endothelial growth factor/KDR and angiogenesis and invasion in human pituitary adenomas[J].Chin J Minim Invasive Neurosurg,2011,16(3):132-135.[沈曉黎,鄧志鋒,祝新根,等.VEGF及其受體表達與垂體腺瘤血管生成和侵襲性的關系[J].中國微侵襲神經(jīng)外科雜志,2011,16(3):132-135.]

13 Hu X,Xing L,Wei X,et al.Nonangiogenic function of VEGF and enhanced radiosensitivity of HeLa cells by inhibition of VEGF expression[J].Oncol Res,2012,20(2-3):93-101.

14 Benderro GF,Sun X,Kuang Y,et al.Decreased VEGF expression and microvascular density,but increased HIF-1 and 2α accumulation and EPO expression in chronic moderate hyperoxia in the mouse brain[J].Brain Res,2012,1471:46-55.

15 Kim K,Yoshida D,Teramoto A.Expression of hypoxia-inducible factor 1alpha and vascular endothelial growth factor in pituitary adenomas[J].Endocr Pathol,2005,16(2):115-121.

16 Fuertes M,Gerez J,Haedo M,et al.Cytokines and genes in pituitary tumorigenesis:RSUME role in cell biology[J].Front Horm Res,2010,38:1-6.

17 Fowkes RC,Vlotides G.Hypoxia-induced VEGF production'RSUMEs'in pituitary adenomas[J].Endocr Relat Cancer,2012,19(1):C1-5.

18 Xia Z,Liu W,Li S,et al.Expression of matrix metalloproteinase-9,typeⅣcollagen and vascular endothelial growth factor in adamantinous craniopharyngioma[J].Neurochem Res,2011,36(12):2346-2351.

19 Lens Z,Dewitte F,Van Lint C,et al.Purification of SUMO-1 modified IκBα and complex formation with NF-κB[J].Protein Expr Purif,2011,80(2):211-216.

20 Ben-Neriah Y,Karin M.Inflammation meets cancer,with NF-κB as the matchmaker[J].Nat Immunol,2011,12(8):715-723.

21 Zhao J,Rao DS,Boldin MP.NF-κ B dysregulation in microRNA-146a-deficient mice drives the development of myeloid malignancies[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(22):9184-9189.