SUMO在惡性腫瘤中的表達及其分子機制

鄧思遠,賀德

(1.廣東醫(yī)科大學研究生院,廣東 湛江 524023； 2.廣東醫(yī)科大學寶安臨床醫(yī)學院 深圳市寶安區(qū)人民醫(yī)院普外科，廣東 深圳 518101)

類泛素化是指一種新近發(fā)現(xiàn)的小泛素樣修飾物(small ubiquitin-like modifier,SUMO)對翻譯后蛋白質(zhì)的修飾，即SUMO化，目前在細胞內(nèi)確認能發(fā)生SUMO化修飾的蛋白質(zhì)已達3 000余種。SUMO化是一種重要的調(diào)控蛋白生物學功能的機制，在人體正常的生理生化過程中保持動態(tài)平衡，在細胞正常的生長發(fā)育中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，如影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定以及蛋白質(zhì)之間的相互作用等。SUMO化是E1激活酶、E2結(jié)合酶、E3連接酶共同參與的一系列酶促級聯(lián)反應(yīng)，可對特定的底物蛋白進行SUMO化修飾[1]。研究表明，SUMO特異性蛋白酶(SUMO-specific proteases,SENPs)在SUMO的代謝過程中不僅可以催化SUMO前體成熟，完成SUMO化修飾，而且能催化底物去SUMO化[2]。當SUMO化和SENPs參與的去SUMO化動態(tài)平衡被破壞時，即SUMO蛋白或SENPs的異常表達均會導致細胞功能紊亂，從而促進疾病的發(fā)生發(fā)展。在結(jié)直腸癌、胃癌、前列腺癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤中存在異常表達的SUMO蛋白或SENPs，其參與的異常調(diào)控進一步促進了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及轉(zhuǎn)移過程。因此，尋找調(diào)控及影響異常SUMO化進程的作用靶點及方法成為當今腫瘤學研究的熱點?，F(xiàn)就SUMO在惡性腫瘤中的表達以及作用機制進行綜述，以期為腫瘤的診斷和治療提供新方法。

1 SUMO化

SUMO是一種新近發(fā)現(xiàn)的由100個氨基酸組成的翻譯后修飾蛋白，目前已發(fā)現(xiàn)4種蛋白亞型，分別是SUMO-1、SUMO-2、SUMO-3和SUMO-4，其參與的SUMO化可通過與底物的賴氨酸殘基發(fā)生共價偶聯(lián)，影響底物蛋白的功能、亞細胞定位和穩(wěn)定性[3-6]。SUMO化是動態(tài)的，主要包括成熟、活化、結(jié)合、連接、修飾、解離等過程[7]，由E1激活酶、E2結(jié)合酶和多種E3連接酶催化而成。SUMO化在許多生理、病理調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，包括蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、DNA修復、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)易位以及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用[8-11]。同時SUMO化也是一個可逆的過程，可被SENPs去SUMO化所逆轉(zhuǎn)，而這種酶的失調(diào)常與惡性腫瘤的發(fā)生相關(guān)[12-13]。目前共發(fā)現(xiàn)6種 SENPs，即SENP1、SENP2、SENP3、SENP5、SENP6和SENP7，其中SENP1主要分布在細胞核的核體，SENP2分布在核孔，SENP3和SENP5分布在核仁，而SENP6和SENP7主要分布在胞質(zhì)[14-15]。近年研究顯示，SUMO化在多種腫瘤(如乳腺癌[11]、肝癌[16]、前列腺癌[17])的發(fā)生、發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。因此，對SUMO化進行深入探究將為腫瘤的診治提供新的方向和靶標。

2 SUMO化與惡性腫瘤

2.1胃腸道腫瘤 隨著人們生活習慣的改變，胃腸道腫瘤的發(fā)生率和死亡率呈逐年升高趨勢。2018年世界癌癥中心最新數(shù)據(jù)顯示，結(jié)直腸癌、胃癌的死亡率在全球范圍內(nèi)居于前5位[18]。因此，尋找新的腫瘤標志物，探索新的分子靶向藥物成為目前胃腸道腫瘤診治的迫切需求。泛素樣修飾物活化酶2(ubiquitin-like modifier activating enzyme 2,UBA2)是SUMO的E2結(jié)合酶中的關(guān)鍵組成部分[19]。既往研究發(fā)現(xiàn)，UBA2表達的增加與部分腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，敲除UBA2可在一定程度上抑制腫瘤細胞增殖，并降低耐藥性[19-22]。

Cheng等[10]通過檢測結(jié)直腸癌細胞株(HT29、DLD-1、HCT116、RKO)和正常結(jié)腸細胞株(NCM460)發(fā)現(xiàn)，敲低UBA2的表達可顯著抑制結(jié)直腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲；且UBA2可通過調(diào)控Wnt信號通路進一步增強結(jié)直腸癌細胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)，進而促進結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，微RNA(microRNA,miRNA/miR)-133a-3p在結(jié)直腸癌細胞及組織中的表達下調(diào)，而SENP1是結(jié)直腸癌細胞中miR-133a-3p的靶標，miR-133a-3p可通過下調(diào)SENP1的表達進一步抑制結(jié)直腸癌細胞的增殖能力，并誘導G1期阻滯。李艷[24]研究發(fā)現(xiàn)，SENP1的表達與結(jié)直腸癌原發(fā)腫瘤的浸潤程度呈正相關(guān)，T分期越高，腫瘤細胞向結(jié)直腸漿膜層方向浸潤的程度越高，SENP1的表達也增加。此外，白細胞介素-4可通過促進SENP1的表達誘導結(jié)腸癌細胞發(fā)生EMT，進而促進癌細胞的遷移[24]。

研究發(fā)現(xiàn)，過表達SENP6可促進胃癌細胞增殖、提高細胞集落形成能力；相反，敲低內(nèi)源性SENP6的表達則可抑制胃癌細胞的增殖、降低細胞集落形成能力[19]。胃癌細胞中高表達的SENP6可通過去SUMO化調(diào)節(jié)叉頭框蛋白M1的轉(zhuǎn)錄活性和穩(wěn)定性[5]。叉頭框蛋白M1失調(diào)是多種腫瘤發(fā)生發(fā)展的標志，其上調(diào)與腫瘤早期的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[25]。因此，探明SUMO在胃腸道腫瘤中的表達及其分子機制將為胃腸道腫瘤的診治提供新理論依據(jù)。

2.2乳腺腫瘤 乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤之一，嚴重威脅著女性的身心健康，近年來其發(fā)病率逐年上升。據(jù)統(tǒng)計，全球每年有超過200萬人確診乳腺癌，約有60萬人因乳腺癌而死亡[18]。SUMO化修飾在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，α聯(lián)蛋白表達缺失或下調(diào)可導致多種腫瘤的發(fā)生，如人皮膚鱗狀細胞癌[26]、結(jié)直腸癌[27]、乳腺癌[28]和前列腺癌[29]。Chen等[11]的體外研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌細胞中SUMO蛋白可與α聯(lián)蛋白中賴氨酸870的C端共價結(jié)合，使α聯(lián)蛋白的賴氨酸870處發(fā)生SUMO化后抑制核因子κB通路，進而抑制乳腺癌細胞的增殖和遷移。研究發(fā)現(xiàn)，SUMO化連接酶Smad泛素化調(diào)節(jié)因子2可抑制乳腺癌細胞的侵襲和遷移能力，SUMO連接酶活化的信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子蛋白抑制劑(protein inhibitor of activated signal transducer and activators of transcription,PIAS)3可抑制乳腺上皮細胞發(fā)生EMT[30]。PIAS3可通過促進Smad泛素化調(diào)節(jié)因子2的SUMO化，抑制乳腺癌細胞的侵襲行為[30]。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子SnoN(Ski-related novel protein N)可作為評估乳腺癌患者的預(yù)后指標[31-32]，Chanda等[33]通過研究乳腺癌細胞株MDA-MB-231發(fā)現(xiàn)，SUMO連接酶PIAS1通過促進SnoN的SUMO化，抑制人乳腺癌細胞的侵襲和遷移能力。在治療方面，Lin等[34]研究發(fā)現(xiàn)，SENP7L低表達的乳腺癌患者較高表達者對全身性化療更敏感；進一步研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高度SUMO化修飾后的異染色質(zhì)蛋白1α表達的增加可使乳腺癌患者對化療藥物更敏感，其解釋了SENP7L低表達患者總體生存率較高的原因。

2.3泌尿系腫瘤 常見的泌尿系統(tǒng)腫瘤有膀胱癌、腎癌、前列腺癌等，若早期發(fā)現(xiàn)并采取及時有效的治療措施,治療效果及預(yù)后通常較好；若發(fā)展到晚期，不僅診治有難度，治療效果和預(yù)后也較差。因此，早期發(fā)現(xiàn)并積極干預(yù)具有重要意義。Luo等[35]研究發(fā)現(xiàn)，CSR1(cellular stress response 1)是一種抑癌基因，上調(diào)前列腺癌細胞中CSR1的表達可抑制細胞集落形成，促進細胞凋亡。進一步研究發(fā)現(xiàn)，CSR1在K582處SUMO化，并在前列腺癌細胞中快速泛素化和降解，而SENP1可能對CSR1有直接的調(diào)節(jié)作用，防止CSR1降解，增強前列腺癌細胞的凋亡[35]。另外，Zhang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，敲低SENP1的表達可促進前列腺癌細胞凋亡，抑制其增殖和遷移能力。同時該研究還發(fā)現(xiàn)，過表達的SENP1可通過對SMAD4(mother against decapentaplegic homolog 4)的去SUMO化，降低SMAD4的表達水平，下調(diào)上皮鈣黏素的表達，促進EMT的發(fā)生，進而抑制前列腺癌細胞凋亡。這與Wu等[37]的研究結(jié)論一致。SENP2在膀胱癌的進展中起著抑癌基因的作用[38]。Tan等[13]的研究亦發(fā)現(xiàn)，SENP2在膀胱癌中，尤其在轉(zhuǎn)移性腫瘤中常被下調(diào)，其表達的下調(diào)與膀胱癌患者的低生存率密切相關(guān)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，SENP2可抑制轉(zhuǎn)化生長因子-β信號通路的轉(zhuǎn)導和誘導EMT，其過表達可抑制膀胱癌細胞的侵襲和遷移能力[13]。綜上可知，SUMO化在前列腺癌、膀胱癌的診斷及疾病評估中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但在腎癌中的作用仍需要進一步研究。

2.4肝胰腫瘤 原發(fā)性肝癌是我國常見的惡性腫瘤之一，發(fā)病年齡為40～50歲，男性較女性多見，病因與發(fā)病機制尚未完全明確，目前認為與肝硬化、病毒性肝炎、化學致癌物以及環(huán)境因素等相關(guān)，免疫治療和靶向治療是近年來治療晚期和轉(zhuǎn)移性肝癌的重要手段。胰腺癌是一種惡性程度極高，預(yù)后較差的腫瘤，超過80%的患者確診時已屬晚期，目前的腫瘤標志物(糖類蛋白-199、癌胚抗原等)特異性較差，并非胰腺癌特有標志，難以作為早期診斷的標志物。因此，探討SUMO與肝胰腫瘤的關(guān)系將為其診治提供新導向。Jin等[39]采用實時熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)、蛋白質(zhì)印跡法、免疫沉淀等方法對肝癌組織、鄰近的肝臟正常組織以及肝癌細胞系HepG2進行研究發(fā)現(xiàn)，SENP5在肝癌組織和細胞中均呈過表達，是肝癌細胞體內(nèi)外增殖所必需的，并在DNA損傷反應(yīng)的調(diào)控中起關(guān)鍵作用。缺氧誘導因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是使癌細胞在低氧條件下存活的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，由穩(wěn)定的HIF-1β亞基和對氧敏感的HIF-1/2α亞基組成[40]，其中HIF-1α與肝癌預(yù)后密切相關(guān)，且HIF-1α在具有靜脈和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的肝癌中高表達[41]。Cui等[12]研究發(fā)現(xiàn)，SENP1在肝癌組織和細胞中高表達，通過在HIF-1α的K391或K477殘基處去SUMO化，可增加HIF-1α的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄活性。Zhou等[42]研究發(fā)現(xiàn)，SUMO1P3在肝癌組織和細胞中顯著上調(diào)。此外，SUMO1P3在TNM分期較高的肝癌患者中高表達，可顯著抑制細胞的增殖、集落形成和細胞侵襲性，促進細胞凋亡，增強肝癌細胞對放療的敏感性，故SUMO1P3可能是肝癌的新型生物標志物和潛在的治療靶點[42]。

盧宏全等[43]在胰腺癌中也得出與肝細胞癌類似的結(jié)論：與正常胰腺組織相比，SUMO1P3在胰腺癌組織中高表達，其相對表達量與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及TNM分期密切有關(guān)，高表達者總體生存期較低。此外，敲低SUMO1P3可抑制胰腺癌細胞的增殖、遷移及侵襲，可能與抑制EMT過程有關(guān)。曹維等[44]對胰腺癌組織及對應(yīng)的癌旁組織進行研究發(fā)現(xiàn)，SENP1在胰腺癌組織中呈過表達，其表達與患者的病理分期、血管侵犯密切相關(guān)。

2.5其他腫瘤 SUMO化可能在腫瘤的發(fā)展中發(fā)揮著不可或缺的作用。研究表明，SUMO活化酶亞單位2(small ubiquitin-like modifier-activating enzyme subunit 2,SAE2)是許多重要蛋白質(zhì)發(fā)生SUMO化所需的E1激活酶，SAE2表達異常與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[45-47]。Liu等[19]通過對小細胞肺癌細胞株(H446、H146、H526、H69)和正常肺細胞株(BEAS-2B)進行研究發(fā)現(xiàn)，與正常肺細胞株相比，SAE2在小細胞肺癌中高表達，敲低其表達可抑制小細胞肺癌株H446的增殖、侵襲和遷移，誘導細胞凋亡，并增加其對化療的敏感度。SUMO化也參與了非小細胞肺癌的發(fā)生發(fā)展，Mu等[48]通過對非小細胞肺癌患者進行研究發(fā)現(xiàn)，非小細胞肺癌組織中SENP1的表達水平明顯高于正常肺組織，其表達與非小細胞肺癌的TNM分期相關(guān)，與SENP1低表達者相比，高表達者的復發(fā)或轉(zhuǎn)移風險更高，且總體生存率低。

Liu等[49]發(fā)現(xiàn)，在骨肉瘤組織和細胞中SENP1的表達較正常組織和細胞顯著減少，敲低SUMO1后可顯著抑制細胞的增殖、遷移，并誘導細胞凋亡。雖然SENP1可誘導細胞周期由G0/G1期向S/G2期轉(zhuǎn)變，但對細胞凋亡和遷移的影響較小[49]。此外，SENP1的過表達顯著增強了骨肉瘤干細胞對化療的敏感性，并大大降低了化療藥物導致的不良反應(yīng)的程度，而敲低SUMO的表達可能對正常細胞產(chǎn)生明顯的不良反應(yīng)[49]。

Cheng等[50]通過對口腔鱗狀細胞癌組織、鄰近正常組織以及口腔鱗狀細胞癌細胞株CAL-27進行研究發(fā)現(xiàn)，SENP5主要表達于腫瘤細胞內(nèi)層的胞質(zhì)內(nèi)，輕度氧化應(yīng)激可穩(wěn)定腫瘤細胞中的SENP5，但未提高腫瘤的凋亡率，而中度氧化應(yīng)激可致SENP5表達降低，進而導致線粒體斷裂，引起細胞凋亡顯著增加。Huang等[51]對伯基特淋巴瘤的研究發(fā)現(xiàn)，短發(fā)夾RNA可通過抑制SENP1的表達促進伯基特淋巴瘤細胞凋亡。

3 小 結(jié)

SUMO在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展涉及多種基因及蛋白修飾，早期診斷、早期治療是當今迫切需要解決的問題。蛋白質(zhì)翻譯后修飾已成為目前分子研究的新熱點，特別在SUMO化與腫瘤的研究中，更多調(diào)控SUMO化進而影響各類腫瘤發(fā)生發(fā)展的新調(diào)節(jié)物的發(fā)現(xiàn)為腫瘤的診治提供新方向。SUMO化是一個受到嚴格控制的多級聯(lián)蛋白翻譯后修飾過程，在生理、病理過程中均扮演重要角色，SUMO蛋白及有關(guān)酶的改變均會影響人體正常生理平衡，乃至疾病、腫瘤的發(fā)生發(fā)展。同時，SUMO系統(tǒng)的組成部分與特定SUMO底物之間錯綜復雜的作用也成為正常細胞與腫瘤細胞的重要調(diào)控點，也是目前研究的熱點。因此，探明SUMO在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的機制以及與信號通路的相互作用，將為腫瘤的早期診斷、治療以及預(yù)后判斷提供新策略。