Smurf2與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

郭曉玲 曹 勤* 蔡 瑜 沈錫中

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬普陀醫(yī)院消化科1(200062) 復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院消化科2

Smad泛素化調(diào)節(jié)因子2(Smurf2)屬于泛素蛋白水解酶途徑中的E3泛素連接酶，在調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育以及轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)信號通路介導(dǎo)的多種細(xì)胞反應(yīng)中發(fā)揮重要作用[1]。泛素蛋白水解酶途徑可通過特異性泛素化修飾與靶蛋白精密結(jié)合，選擇性降解細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)，參與細(xì)胞生命活動調(diào)節(jié)[2]。泛素蛋白水解酶途徑由泛素、E1泛素活化酶、E2泛素結(jié)合酶、E3泛素連接酶、26S蛋白酶體以及泛素解離酶等組成。泛素由E1泛素活化酶激活，傳遞至E2泛素結(jié)合酶，在E3泛素連接酶的作用下與特異性底物結(jié)合，形成與靶蛋白連接的多泛素鏈，從而導(dǎo)致靶蛋白被蛋白水解酶識別和降解。E3泛素連接酶是其中最為關(guān)鍵的因子，可對不同底物進(jìn)行特異性識別，呈現(xiàn)蛋白降解的高度選擇性[3]。近來研究顯示，Smurf2在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮一定作用，本文就Smurf2與腫瘤關(guān)系的最新研究進(jìn)展作一綜述。

一、Smurf2的結(jié)構(gòu)與功能

E3泛素連接酶類是一個龐大的蛋白家族，主要包括含有E6-相關(guān)蛋白羧基末端同源結(jié)構(gòu)域(HECT)的E3酶、含有環(huán)指狀結(jié)構(gòu)域的E3酶以及含有U-box結(jié)構(gòu)域的E3酶。Smurf2是Smurf家族成員之一，具有C2-WW-HECT結(jié)構(gòu)。C2-WW-HECT E3酶的結(jié)構(gòu)特征為N-端有一個鈣依賴性磷脂結(jié)合區(qū)域，用于介導(dǎo)E3酶膜定位，其后跟隨2～4個WW結(jié)構(gòu)域，為蛋白質(zhì)間相互作用的區(qū)域，可識別富含脯氨酸PPXY結(jié)構(gòu)的底物或調(diào)節(jié)子，C-端為HECT結(jié)構(gòu)域，可催化泛素與底物分子間的硫酯鍵形成。Smurf2的WW結(jié)構(gòu)域決定其作用底物的特異性[4]。

既往研究[5-7]發(fā)現(xiàn)，Smurf2的底物蛋白Smad2、Smad7、TGF-βⅠ型受體以及Smad核轉(zhuǎn)錄共抑制因子(SnoN)均參與TGF-β信號通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，Smurf2通過調(diào)節(jié)Smad蛋白依賴的TGF-β信號通路參與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展過程，TGF-β亦可誘導(dǎo)Smurf2 mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成增加。此外，Carpentier等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，Smurf2對腫瘤壞死因子(TNF)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路亦存在調(diào)控作用，Smurf2屬于腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2(TRAF2)的結(jié)合蛋白，TRAF2過表達(dá)可誘導(dǎo)Smurf2泛素化，形成TNF-R2/Smurf2復(fù)合體，而Smurf2過表達(dá)可促進(jìn)TNF-R2泛素化。

二、Smurf2在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用

1. Smurf2對細(xì)胞增殖的作用：Krüppel樣因子5(KLF5)屬于含鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子家族，作為腫瘤抑制因子在細(xì)胞生長、分化、腫瘤形成以及胚胎發(fā)育中起有重要作用。Du等[9]的研究結(jié)果顯示，Smurf2可通過與KLF5羧基端的PY模體以及鋅指DNA結(jié)合域結(jié)合，促進(jìn)KLF5蛋白降解。敲除Smurf2基因后KLF5蛋白泛素化水平降低，并伴有KLF5靶基因細(xì)胞周期素D1和血小板衍生生長因子A的表達(dá)增加，提示Smurf2可通過抑制KLF5促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。然而，Dornhoff等[10]的研究顯示，T細(xì)胞特異性Smurf2剪接變異體(ΔE2Smurf2)過表達(dá)可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞中Smurf2表達(dá)，增強(qiáng)TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，并伴隨TGF-βⅡ型受體表達(dá)增加、白細(xì)胞介素(IL)-6表達(dá)減少，從而抑制腫瘤細(xì)胞增殖。上述研究提示Smurf2在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中起雙向調(diào)控作用。

2. Smurf2對細(xì)胞生長的作用：Wnt/β-連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin )信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在胚胎發(fā)育、腫瘤形成等過程中發(fā)揮重要作用，其異常活化與多種腫瘤密切相關(guān)。抑癌基因Axin作為Wnt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的抑制因子可通過調(diào)節(jié)β-catenin蛋白水平，對Wnt/β-catenin信號通路起負(fù)性調(diào)節(jié)作用。Kim等[11]的研究顯示，Smurf2通過泛素介導(dǎo)的蛋白酶體降解途徑調(diào)控Axin蛋白表達(dá)水平。Smurf2瞬時過表達(dá)可增加Axin蛋白泛素化，使其表達(dá)水平下降，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長。敲除內(nèi)源性Smurf2可增加Axin蛋白表達(dá)水平，使β-catenin/T細(xì)胞因子信號活性降低，從而抑制腫瘤細(xì)胞生長。

3. Smurf2對細(xì)胞凋亡的作用：熱休克蛋白(HSP)作為分子伴侶參與蛋白質(zhì)的折疊、裝配、修飾，使細(xì)胞中的蛋白質(zhì)維持正常空間結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對應(yīng)激的耐受性。HSP27是HSP亞家族中的一員，參與細(xì)胞增殖、分化、抗凋亡等過程，與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。Sun等[12]的研究結(jié)果顯示，在人類肺腺癌上皮細(xì)胞株A549中，Smurf2和HSP27共定位于細(xì)胞質(zhì)，Smurf2過表達(dá)可改變HSP27的亞細(xì)胞定位和分布，并介導(dǎo)泛素依賴性途徑降解HSP27蛋白，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤發(fā)展。然而，Nie等[13]的研究顯示，Smurf1/2可通過提高E3泛素連接酶MDM2的活性，促進(jìn)抑癌基因p53降解，抑制細(xì)胞凋亡。

4. Smurf2參與細(xì)胞周期調(diào)控：Smurf2是細(xì)胞有絲分裂周期的調(diào)節(jié)子[14]。泛素蛋白水解酶系統(tǒng)失調(diào)可導(dǎo)致細(xì)胞無限增殖、基因不穩(wěn)定以及癌癥發(fā)生，細(xì)胞周期調(diào)節(jié)子泛素化是多種人類惡性腫瘤的病因[15]。多功能銜接蛋白NEDD9/HEF1/Cas-L在細(xì)胞有絲分裂中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。NEDD9定位于細(xì)胞中心體，Smurf2可與NEDD9結(jié)合，穩(wěn)定NEDD9的蛋白結(jié)構(gòu)。Smurf2缺失可導(dǎo)致NEDD9蛋白泛素化和蛋白酶體降解，使NEDD9蛋白水平顯著降低。Smurf2與NEDD9形成的復(fù)合體通過激活A(yù)urora A激酶，使細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂周期。Smurf2缺失的細(xì)胞中有絲分裂延遲，腫瘤進(jìn)展受到抑制[16]。

5. Smurf2保持基因組穩(wěn)定性：Smurf2可通過控制由環(huán)指蛋白20(RNF20)進(jìn)行的組蛋白化學(xué)修飾的表觀遺傳來保持基因組的穩(wěn)定性，抑制腫瘤的形成。在小鼠體細(xì)胞中，Smurf2通過靶向作用于RNF20，調(diào)節(jié)組蛋白H2B單泛素化和組蛋白H3-Lys4/Lys79甲基化，誘發(fā)蛋白酶體降解，保持基因組的穩(wěn)定性。在小鼠體內(nèi)Smurf2基因組消融可導(dǎo)致DNA損傷和基因組穩(wěn)定性調(diào)節(jié)異常，最終增加小鼠對腫瘤的易感性[17]。

6. Smurf2對細(xì)胞遷移的作用：Jin等[18]的研究顯示，在乳腺癌細(xì)胞中Smurf2表達(dá)上調(diào)，Smurf2過表達(dá)可增加乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力，而增加Smurf2突變體Smurf2CG的表達(dá)可抑制腫瘤細(xì)胞遷移。進(jìn)一步以siRNA敲除轉(zhuǎn)移性乳腺癌細(xì)胞中的Smurf2基因，結(jié)果顯示腫瘤細(xì)胞變圓、重構(gòu)肌動蛋白骨架，細(xì)胞的遷移性和侵襲性明顯降低。然而，F(xiàn)ukunaga等[19]的研究顯示，Smurf2對乳腺癌細(xì)胞遷移具有抑制作用。Smurf1通過促進(jìn)哺乳動物Rho蛋白泛素化，調(diào)節(jié)細(xì)胞運動能力。Smurf2可對Smurf1進(jìn)行翻譯后調(diào)節(jié)，使其泛素化降解，抑制腫瘤細(xì)胞遷移。在人類乳腺癌細(xì)胞株MDA-MB-231中，敲除Smurf2基因可導(dǎo)致Smurf1蛋白表達(dá)上調(diào)，使腫瘤細(xì)胞遷移能力增加。

7. Smurf2對細(xì)胞衰老的影響：進(jìn)行性端粒短缺、激活復(fù)制性衰老能阻止體細(xì)胞無限增殖，被認(rèn)為是抑制腫瘤形成的一種機(jī)制。Zhang等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，在早期人類成纖維細(xì)胞中，Smurf2表達(dá)上調(diào)伴隨端粒耗損，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。進(jìn)一步研究顯示，Smurf2表達(dá)上調(diào)誘導(dǎo)細(xì)胞衰老不依賴于泛素連接酶活性，而與p53-p21-pRb信號通路相關(guān)。

p16是定位克隆于染色體9p21的多腫瘤抑制基因，與細(xì)胞衰老密切相關(guān)，其過表達(dá)可引起細(xì)胞在成熟前發(fā)生衰老，從而抑制腫瘤發(fā)生[21]。研究[22]發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞衰老時p16 mRNA轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)水平升高，導(dǎo)致有絲分裂原刺激反應(yīng)受到抑制以及Rb蛋白磷酸化，從而使細(xì)胞周期阻滯，維持衰老細(xì)胞處于不可逆的生長停滯狀態(tài)。Ramkumar等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，Smurf2缺陷小鼠體內(nèi)p16表達(dá)下調(diào)，小鼠胚胎成纖維細(xì)胞衰老功能受損，小鼠對腫瘤尤其是B細(xì)胞淋巴瘤的易感性明顯增加。Kong等[24]的研究顯示，在衰老細(xì)胞中Smurf2泛素化以及分化抑制因子Id家族成員的降解參與調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老，Id表達(dá)水平與細(xì)胞衰老程度呈正相關(guān)。Smurf2可通過作用于Id調(diào)節(jié)p16的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞衰老。

三、結(jié)語

綜上所述，Smurf2在腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的作用存在爭議。泛素蛋白水解酶途徑參與細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程存在反饋和負(fù)反饋的雙向調(diào)節(jié)機(jī)制，且多數(shù)信號通路在腫瘤中的作用具備雙面性和交互作用。Smurf2在腫瘤中的作用并不單純依賴于泛素連接酶活性，亦可通過其他方式參與細(xì)胞增殖、凋亡、衰老、腫瘤轉(zhuǎn)移等過程，調(diào)控腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。因此，不能簡單定義Smurf2是一種抑癌因子或促癌因子。腫瘤發(fā)生發(fā)展時機(jī)不同、腫瘤特性不同以及機(jī)體反應(yīng)性不同導(dǎo)致Smurf2在腫瘤中的作用有所差異，準(zhǔn)確尋找腫瘤發(fā)展階段中的治療靶點，阻斷腫瘤發(fā)展的關(guān)鍵通路，發(fā)揮分子生物學(xué)在腫瘤治療中的作用是未來的研究重點。

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