SUMO化修飾與前列腺癌的關(guān)系

石景霖，張國(guó)璽，鄒軍榮，鄒曉峰

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2017級(jí)碩士研究生；2.第一附屬醫(yī)院泌尿外科，江西 贛州 341000)

前列腺癌在男性癌癥中發(fā)病率占第二位，2018年全球有近130萬(wàn)例新發(fā)病例和35.9萬(wàn)死亡病例[1]。前列腺癌的發(fā)生通常與體內(nèi)異常的雄激素通路激活有關(guān)。當(dāng)體內(nèi)的雄激素和/或雄激素受體高表達(dá)時(shí)，引起前列腺細(xì)胞的異常增生，從而可能導(dǎo)致癌變[2]。盡管已經(jīng)明確雄激素信號(hào)通路在前列腺癌中的重要性，但異常的雄激素信號(hào)通路激活的機(jī)制仍不清楚。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，SUMO化可以通過(guò)一系列途徑上調(diào)雄激素受體，從而激活雄激素信號(hào)通路，促進(jìn)前列腺癌的發(fā)生，被認(rèn)為可能是潛在的促癌因素[3-5]。本文就SUMO化與前列腺癌的關(guān)系做一綜述。

1 SUMO與SUMO化修飾

1.1SUMO蛋白SUMO蛋白是一種與泛素分子結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，屬于泛素類(lèi)蛋白家族的重要成員之一。SUMO蛋白最初在1996年被發(fā)現(xiàn)，分子量大小約為10 kD[6]。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物中有四種SUMO蛋白，包括SUMO-1、SUMO-2、SUMO-3和SUMO-4[7]。SUMO-1、SUMO-2和SUMO-3在組織中廣泛表達(dá)，而SUMO-4主要在腎臟、淋巴結(jié)和脾臟中表達(dá)。SUMO-1和SUMO-2/3在體內(nèi)結(jié)合到不同的靶蛋白上起著不同的促癌作用。然而，SUMO-4的作用目前尚不十分清楚[8]。

1.2SUMO化修飾SUMO化與泛素化過(guò)程相似，需要涉及三類(lèi)酶的酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)(圖1A)，包括E1激活酶、E2結(jié)合酶和E3連接酶[9]。SUMO蛋白以無(wú)活性的前體分子存在，首先由SUMO特異性蛋白酶(SUMO-specific proteases，SENPs)加工，暴露羧基末端的甘氨酸序列，再通過(guò)E1激活酶SAE1/SAE2(其中SAE1又稱為AOS1，SAE2又稱為Uba2)以ATP依賴性方式活化為成熟的SUMO。成熟的SUMO可以通過(guò)酯交換方法轉(zhuǎn)移至E2綴合酶Ubc9，然后SUMO以特異性共價(jià)連接到賴氨酸殘基上[10]。盡管有研究表明，SUMO E1和Ubc9足以對(duì)底物進(jìn)行SUMO化，但SUMO E3連接酶在SUMO蛋白靶向底物的過(guò)程中至關(guān)重要。 SUMO E3連接酶通過(guò)兩種不同的機(jī)制識(shí)別底物并參與SUMO化。目前已經(jīng)報(bào)道有10多種蛋白起修飾E3連接酶的作用，如STAT(PIAS1-4)、RanBP2、CBX4、TRIM等[11-14]。蛋白質(zhì)SUMO化修飾可以改變底物蛋白的諸多特征，如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄活性、DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞內(nèi)的亞定位等[15-17]。

1.3去SUMO化修飾SUMO化是一種可逆的修飾過(guò)程。去SUMO化主要是由SUMO特異性蛋白酶 (SUMO-specific proteases, SENP)將SUMO末端甘氨酸從靶蛋白的賴氨酸殘基上去除(圖1A)[18]。迄今為止，發(fā)現(xiàn)SENP家族有6名成員，分別為SENP1～3和SENP5～7。SENP家族成員亞細(xì)胞定位不同，因此它們針對(duì)不同的底物進(jìn)行解聚[19]。不同的SENP酶對(duì)不同SUMO亞型的切割不同。其中SENP1和SENP2切割SUMO1和SUMO2/3共軛體，而SENP3和SENP5主要切割SUMO2/3共軛體。SENP6主要作為羧基末端SUMO水解酶[20]。其中，SENP1在影響SUMO化中起到了主要的作用。

2 SUMO化在前列腺癌中的作用

在前列腺癌細(xì)胞中約有900種被SUMO分子修飾的蛋白質(zhì)[5]， SUMO化修飾調(diào)節(jié)幾個(gè)公認(rèn)的在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中具有重要功能的蛋白質(zhì)，包括MDM2和p53，NF-κB，GATA，和SLUG[21-22]。例如，p53基因的SUMO化增強(qiáng)了其轉(zhuǎn)錄活性并誘導(dǎo)細(xì)胞衰老與腫瘤細(xì)胞的凋亡[23-24]，然而細(xì)胞衰老程序的激活還需要表達(dá)E3 SUMO連接酶PIASy[25]。另一方面，p53 SUMO化的水平由MDM2和ARF的存在正調(diào)控[26]。前列腺癌中的NF-κB信號(hào)異常升高[27]，而SUMO-2介導(dǎo)的NF-κB SUMO化能夠降低其活性[28]。諸多靶標(biāo)蛋白的SUMO化在前列腺癌中發(fā)揮了不同的作用，其中，研究最多的為雄激素受體(androgen receptor，AR)的SUMO化。

2.1SUMO化修飾通過(guò)調(diào)節(jié)雄激素受體影響前列腺癌的發(fā)生和發(fā)展前列腺癌的發(fā)病與雄激素受體的異常激活有關(guān)。在體內(nèi)，雄激素受體(AR)的轉(zhuǎn)錄活性除了受雄激素的影響外，還會(huì)受到一些翻譯后的修飾。近年來(lái)的一些研究發(fā)現(xiàn)，AR的SUMO化可以通過(guò)翻譯后修飾在前列腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。有趣的是，AR的SUMO化導(dǎo)致AR轉(zhuǎn)錄活性降低，而K386A和/或K520A上AR的SUMO化缺陷突變以雄激素依賴性方式增加AR的轉(zhuǎn)錄活性(圖1B)[29]。并且，AR相關(guān)信號(hào)蛋白的SUMO化可能導(dǎo)致不同的結(jié)果。比如，AKT，F(xiàn)OXA1的Pontin和hZimp10等輔因子的SUMO化可以通過(guò)信號(hào)通路依賴的方式促進(jìn)AR的轉(zhuǎn)錄[30-33]。其中，雄激素受體激活蛋白hZimp10可以在雄激素受體復(fù)制位點(diǎn)與SUMO-1形成復(fù)合物，從而增強(qiáng)雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性[33]。然而，在SUMO化缺陷伴雄激素受體突變體中，hZimp10通過(guò)對(duì)激素受體的SUMO化增強(qiáng)這些受體的活性。結(jié)構(gòu)上，hZimp10的C末端富含脯氨酸的區(qū)域中有一個(gè)強(qiáng)大的固有反式激活結(jié)構(gòu)域，可以與雄激素受體的反式激活域相互作用。

圖1 SUMO化過(guò)程(A)與AR受體的SUMO化位點(diǎn)(B)

另外，SUMO-3可以增強(qiáng)前列腺癌細(xì)胞中的雄激素受體轉(zhuǎn)錄活性[34]。這些SUMO-3可以作為前列腺癌細(xì)胞中雄激素受體活性的調(diào)節(jié)劑，影響前列腺癌發(fā)生、發(fā)展，并可能成為重要的治療靶點(diǎn)。同樣，RYTINKI等[35]對(duì)前列腺癌細(xì)胞中雄激素受體進(jìn)行了SUMO分析，發(fā)現(xiàn)SUMO化會(huì)影響雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性。就其機(jī)制而言，SUMO-1可以修飾雄激素受體的N末端結(jié)構(gòu)域的兩個(gè)保守賴氨酸殘基，從而影響雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性。在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，前列腺癌細(xì)胞中雄激素受體協(xié)同控制基元的脯氨酸/甘氨酸殘基突變會(huì)導(dǎo)致雄激素受體SUMO化，從而在體內(nèi)激活雄激素受體的轉(zhuǎn)錄[36]。

同時(shí)，雄激素可以誘導(dǎo)前列腺癌細(xì)胞內(nèi)源性雄激素受體的SUMO-2和SUMO-3修飾，從而影響雄激素受體的穩(wěn)定性、核內(nèi)遷移率、以及基因表達(dá)[37]。ZNF451蛋白可以幫助DNA損傷修復(fù)，KARVONEN等[38]發(fā)現(xiàn)，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的ZNF451蛋白可以與SUMO相互作用影響SUMO化。當(dāng)敲減前列腺癌細(xì)胞中內(nèi)源性的ZNF451時(shí)，會(huì)顯著降低幾種雄激素受體目標(biāo)基因的表達(dá)。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)SUMO化可以通過(guò)作用雄激素受體調(diào)節(jié)FOXA1的轉(zhuǎn)錄活性，而FOXA1 會(huì)進(jìn)一步與雄激素受體發(fā)生協(xié)同作用，并促進(jìn)前列腺癌的進(jìn)展[30]。

近年來(lái)，一些研究發(fā)現(xiàn)SUMO化還受到SUMO化連接酶“PIAS1”的調(diào)節(jié)。PIAS1是一種與雄激素受體和SUMO相互作用的蛋白，在前列腺癌中過(guò)表達(dá)。PIAS1可以與染色質(zhì)上的FOXA1和SUMO2/3相互作用促進(jìn)前列腺癌[39]。有趣的是，進(jìn)一步研究證實(shí)PIAS1在前列腺癌細(xì)胞中起調(diào)控雄激素受體的作用，并影響癌癥的發(fā)展[40]。此外，雄激素可以在前列腺癌細(xì)胞中通過(guò)誘導(dǎo)G3BP2(一種新近描述的雄激素受體直接靶基因)和PIAS1的介導(dǎo)的p53腫瘤抑制因子核輸出，導(dǎo)致前列腺惡性腫瘤發(fā)生[41]。最近，YANG等[42]研究表明，PIAS1與SUMO3一起介導(dǎo)雄激素受體核輸出，并隨后招募泛素E3連接酶，通過(guò)蛋白-蛋白酶體途徑降解雄激素受體。

2.2去SUMO化影響前列腺癌的發(fā)生和發(fā)展SUMO特異性蛋白酶-1(SUMO-specific protease 1, SUSP1)是去SUMO化蛋白酶家族的成員，在雄激素受體依賴性轉(zhuǎn)錄和低氧信號(hào)的調(diào)節(jié)中起重要作用。據(jù)報(bào)道，SUSP1在生殖器官(如睪丸和前列腺)中高表達(dá)，而其他組織(如心臟和脾臟)則很少，并且這些SUSP1可能通過(guò)作用SUMO -1參與細(xì)胞的調(diào)控過(guò)程[43]。在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，前列腺癌細(xì)胞中SENP1高表達(dá)，可能有助于前列腺癌的惡性進(jìn)展[44]。重要的是，這些SENP1還可以作為前列腺癌的潛在預(yù)后因素。BAWA-KHALFE等[45]研究表明，SENP1可以干擾SUMO穩(wěn)態(tài)并有助于癌癥的發(fā)生和進(jìn)展。其機(jī)制為：SENP1可以直接調(diào)節(jié)前列腺細(xì)胞中的多種致癌途徑，包括雄激素受體、c-Jun和Cyclin D1，從而導(dǎo)致正常前列腺上皮細(xì)胞異常發(fā)育。另外，SENP1有助于前列腺癌的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移，并且SENP1可能是前列腺癌患者轉(zhuǎn)移的預(yù)后標(biāo)志物和治療靶標(biāo)。就其機(jī)制而言，SENP1通過(guò)HIF1α信號(hào)通路調(diào)節(jié)兩種關(guān)鍵的骨重塑蛋白，基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP2)和MMP9的表達(dá)，從而促進(jìn)癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。最近的研究表明，在前列腺癌中高表達(dá)的SENP1可以通過(guò)去SUMO化去誘導(dǎo)前列腺上皮內(nèi)瘤變，參與癌變[46]。此外，在晚期前列腺癌中，上調(diào)的SENP1通過(guò)調(diào)節(jié)SMAD4 去SUMO化促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化。因此，這些SENP1可能是治療晚期前列腺癌的潛在靶標(biāo)[47]。

此外，一些研究還發(fā)現(xiàn)SENP1可以影響雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性。在前列腺癌細(xì)胞中，SENP1的異位表達(dá)增加了內(nèi)源性雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性。相反，沉默SENP1會(huì)減弱雄激素受體的基因表達(dá)，并削弱雄激素刺激的前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[47]。WU等[31]報(bào)道，鎘模仿雄激素的作用促進(jìn)前列腺癌的發(fā)生與SENP1有關(guān)。機(jī)制上，SENP1可以通過(guò)逆轉(zhuǎn)雄激素受體的 SUMO化來(lái)調(diào)節(jié)鎘，從而增強(qiáng)的雄激素受體的轉(zhuǎn)錄活性。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，雄激素受體在前列腺癌細(xì)胞中誘導(dǎo)SENP1轉(zhuǎn)錄的表達(dá)，從而促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[48]。這表明雄激素受體可以與SENP1相互促進(jìn)，并共同影響前列腺癌的進(jìn)展。

2.3SENP1作為治療前列腺癌的潛在靶標(biāo)QIAO等[49]最近開(kāi)發(fā)一種新的基于苯二氮卓的SENP1抑制劑可以顯著抑制SENP1的活性，并改善前列腺癌的預(yù)后。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，4-苯甲酰胺基苯甲酸2-(4-氯苯基)-2-氧乙酯，一類(lèi)新的SENP1小分子抑制劑，可以高效地抑制前列腺癌發(fā)生和發(fā)展。然而，其潛在的機(jī)制尚不清楚[50]。最近，WU等[51]發(fā)現(xiàn)一種新型的天然SENP1抑制劑“Momordin Ic”。這種天然的五環(huán)三萜類(lèi)化合物可以抑制前列腺癌細(xì)胞中SENP1，導(dǎo)致癌細(xì)胞的凋亡。有趣的是，在前列腺癌細(xì)胞中，SENP1的過(guò)表達(dá)可以中拯救Momordin Ic誘導(dǎo)的凋亡。還有研究表明，腫瘤抑制性的miRNA-145可以通過(guò)靶向前列腺癌細(xì)胞中的SENP1誘導(dǎo)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)停滯，并且還抑制裸鼠體內(nèi)的腫瘤形成[52]。最近還發(fā)現(xiàn)中藥“雷公藤”的抗腫瘤作用與抑制SENP1有關(guān)。雷公藤以劑量和時(shí)間依賴性的方式下調(diào)前列腺癌細(xì)胞中的SENP1，并增強(qiáng)SUMO化，從而導(dǎo)致癌細(xì)胞凋亡[53]。此外，KUMAR等[18]發(fā)現(xiàn)，SENP1抑制劑主要影響SUMO蛋白-蛋白質(zhì)相互作用抑制SENP1的活性。

3 結(jié)論與展望

SUMO化和SUMO化連接酶“PIAS1”可以通過(guò)上調(diào)雄激素受體，影響前列腺癌的發(fā)生和發(fā)展。SUMO特異性蛋白酶1(SENP1)是SUMO化通路的重要調(diào)控者，可以促進(jìn)前列腺癌的進(jìn)展。一些抑制劑可以有效地抑制SENP1，從而有助于影響前列腺癌的發(fā)生和發(fā)展。SENP1抑制劑治療前列腺癌已處于實(shí)驗(yàn)階段，還需要更多的工作將它們從基礎(chǔ)研究過(guò)渡到臨床研究。