小泛素相關(guān)修飾物異常表達(dá)在常見惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

姜忠敏，劉曉智，趙坡

1天津市第五中心醫(yī)院，天津300450；2中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院

小泛素樣蛋白（SUMO）是一種小分子蛋白質(zhì)，與泛素結(jié)構(gòu)類似但功能迥異，是通過共價(jià)鍵連接到蛋白質(zhì)上修飾多種蛋白質(zhì)的翻譯后修飾（PTM）。SUMO過程是一個(gè)通過酶級(jí)聯(lián)催化的，包括E1激活酶、E2結(jié)合酶、E3連接酶以及去SUMO酶［1］。在某些情況下，多達(dá)3 000種人類蛋白質(zhì)被SUMO化修飾，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)、基因組維持、DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞周期和核質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等各種核過程的調(diào)控。除了對(duì)基因網(wǎng)絡(luò)的影響外，SUMO化修飾在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著直接作用，并影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、活性和相互作用。最新研究還表明，異常SUMO化修飾參與了癌癥干細(xì)胞自我更新和維持過程中的一個(gè)關(guān)鍵途徑［2］。這種高度動(dòng)態(tài)和可逆的修飾是細(xì)胞中一種重要的應(yīng)激反應(yīng)機(jī)制，在白血病、乳腺癌、肝癌（HCC）、前列腺癌、結(jié)直腸癌（CC）中表達(dá)失調(diào)，以致上述功能異常，是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制?，F(xiàn)就異常SUMO化修飾的致癌機(jī)制及其在常見惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用研究進(jìn)展情況綜述如下。

1 異常SUMO化修飾的致癌作用機(jī)制

SUMO化修飾是一種重要的PTM，微調(diào)幾乎所有的細(xì)胞功能和病理過程。SUMO化修飾在人類腫瘤發(fā)生中起重要作用，SUMO化修飾信號(hào)通路中不同成分表達(dá)或活性改變可能會(huì)完全改變細(xì)胞的性質(zhì)。SUMO化修飾通路可通過調(diào)節(jié)參與癌變的蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、凋亡抵抗和轉(zhuǎn)移潛能［3］。異常SUMO化修飾可導(dǎo)致許多疾病的發(fā)展，包括癌癥。雖然SUMO化修飾信號(hào)通路中各種成分的表達(dá)與癌癥進(jìn)展或轉(zhuǎn)移之間的具體關(guān)系尚不完全清楚，但越來越多的研究表明其在癌癥中發(fā)揮重要作用。異常SU?MO化修飾廣泛參與DNA損傷反應(yīng)（DDR），調(diào)節(jié)DNA損傷傳感和修復(fù)蛋白，主要存在于細(xì)胞核，特別是染色質(zhì)和核小體。SUMO化修飾修飾的蛋白也是重要的轉(zhuǎn)錄因子，在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著直接作用。SUMO化修飾可以阻斷底物蛋白的結(jié)合位點(diǎn)和細(xì)胞間的相互作用，并通過阻斷蛋白間的相互作用區(qū)域來影響蛋白的功能。研究還表明，SUMO化修飾參與了癌癥干細(xì)胞自我更新和維持過程中的一個(gè)關(guān)鍵途徑［2］。

1.1 異常SUMO化修飾導(dǎo)致DNA損傷DDR蛋白復(fù)合物保護(hù)基因組免受各種DNA損傷因子的攻擊，這種修復(fù)過程包括堿基切除修復(fù)（BER）、核苷酸切除修復(fù)（NER）、復(fù)制后修復(fù)（PRR）和DNA雙鏈斷裂（DSB）修復(fù)，SUMO化修飾作為一種分子膠參與了這些過程，它吸收了多種修復(fù)因子，并組裝了大量的蛋白質(zhì)復(fù)合物。Ntg1在BER途徑中的SUMO化修飾導(dǎo)致其在DNA氧化損傷時(shí)的核定位［4］。Rad4被發(fā)現(xiàn)是SUMO化修飾，在沒有下游NER蛋白的情況下，它在紫外線照射下促進(jìn)其積累［5］。PRR通路由PCNA的SUMO化 修 飾 調(diào) 節(jié)，這 增 強(qiáng) 了PCNA與Rad18的相互作用以激活損傷避免途徑，并允許PC?NA與Srs2相互作用以抑制D-環(huán)交叉［6］。在DSB反應(yīng)中，SUMO化修飾與泛素信號(hào)系統(tǒng)密切合作。Ataxin-3是一種去氫酰化酶，以PIAS4/Ubc9依賴的SUMO化修飾方式定位到dsb。ataxin-3的直接存在引發(fā)了DNA損傷誘導(dǎo)的dsb周圍染色質(zhì)泛素化，從而導(dǎo)致DNA損傷反應(yīng)蛋白，如53BP1和BRCA1［7］被迅速地SUMO化修飾，這促進(jìn)了DSB的修復(fù)。許多SUMO化修飾E3連接酶，包括PIAS1和PIAS4，被招募到DSB來組裝DNA修復(fù)焦點(diǎn)［8］。SUMO化修飾1修飾對(duì)于促進(jìn)RNF8綁定也是至關(guān)重要的，這是響應(yīng)DSB的早期步驟之一。向DSB招募RAP80取決于一個(gè)SUMO化修飾2/3特定的SUMO化修飾相互作用基序（SIM）［9］。修復(fù)復(fù)合物的拆卸需要SUMO化修飾靶向RNF4與DNA修復(fù)病灶和幾個(gè)SUMO化修飾2/3修飾的DNA修復(fù)因子（如MDC1）相關(guān)［10］。

1.2 異常SUMO化修飾導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄調(diào)控失調(diào) 轉(zhuǎn)錄因子（TFs）的SUMO化修飾通常通過多種機(jī)制抑制靶基因的表達(dá)。一些作為轉(zhuǎn)錄輔助抑制因子的TFs的SUMO化修飾修飾通過向DNA結(jié)合蛋白中招募組蛋白脫乙酰基酶來增強(qiáng)其抑制作用［11］。對(duì)于作為轉(zhuǎn)錄激活劑的TFs，SUMO化修飾修飾經(jīng)常與其他修飾競(jìng)爭(zhēng)，例如通常促進(jìn)基因激活的乙?；垣@得TFs的靶賴氨酸殘基［12］。磷酸化依賴性SUMO化修飾修飾模序（PDSM）是一個(gè)高度保守的基序，主要存在于轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子中，由一個(gè)SUMO化修飾共識(shí)位點(diǎn)和一個(gè)鄰近的脯氨酸磷酸化位點(diǎn)組成。這些特性使PDSM成為預(yù)測(cè)新相撲基質(zhì)的有用工具。另一方面，PDSM在功能上促進(jìn)SUMO化修飾偶聯(lián)，因?yàn)榱姿峄腟er側(cè)鏈增強(qiáng)了UBC9的結(jié)合，并擴(kuò)展了UBC9與SUMO化修飾共識(shí)基序的相互作用。PDSM外磷酸化可抑制UBC9對(duì)SUMO化修飾的修飾。研究表明，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子如NF-κb抑制劑α、JUN、FOS和p53的磷酸化降低了它們的SUMO化修飾，從而刺激了轉(zhuǎn)錄活性［13］。在其他情況下，靶基因的激活需要TFs的磷酸化，但是SUMO化修飾干擾相鄰殘基的磷酸化。STAT5是一種維持正常免疫功能和體內(nèi)平衡的關(guān)鍵性TF，在K696和K700處進(jìn)行了總結(jié)，SUMO化修飾競(jìng)爭(zhēng)性地抑制了STAT5在K696處的乙酰化和相鄰殘基Y694的磷酸化［14］。很少有研究顯示SUMO化修飾在促進(jìn)轉(zhuǎn)錄激活中的作用不那么頻繁。這種效應(yīng)通常是由于同源組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶CBP/p300的募集，后者直接與SUMO化修飾1結(jié)合。T細(xì)胞TF Bcl11b的SUMO導(dǎo)致p300向Bcl11b抑制的啟動(dòng)子募集并隨后誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄［15］。

1.3 異常SUMO化修飾促進(jìn)癌癥干細(xì)胞的干性維持 與其在干細(xì)胞中的作用類似，SUMO化修飾在控制腫瘤干細(xì)胞（CSCs）中起著關(guān)鍵作用。研究表明，SUMO化修飾抑制劑治療的動(dòng)物不能發(fā)展成可以作為二次異種移植的腫瘤，這表明SUMO化修飾抑制劑在功能上限制了CSC/TIC的數(shù)量。在CC細(xì)胞中，CSCs的SUMO化修飾E1水平和整體SUMO化修飾水平遠(yuǎn)高于非CSCs。乙醛脫氫酶陽(yáng)性的CSCs與非CSCs相比，E1酶SAE2水平升高，整體SUMO化修飾水平升高［16］。除CC中CSCs外，SUMO化修飾與白血病CSCs呈正相關(guān)。Lin28是干細(xì)胞維持的主要調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)SUMO化修飾1和SUMO化修飾2/3的增加表達(dá)。最近研究也表明，SENP1在骨肉瘤干細(xì)胞中的表達(dá)比在非腫瘤干細(xì)胞中低得多，揭示了SENP1是一種潛在的化療藥物增敏劑［17］。

2 異常SUMO化修飾在常見惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

SUMO化修飾在調(diào)節(jié)各種生物學(xué)過程中的重要作用，異常SUMO化修飾在腫瘤發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用。迄今為止，在白血病、乳腺癌、前列腺癌、HCC、CC等多種癌癥中發(fā)現(xiàn)了大量異常的SUMO化修飾蛋白。

2.1 異常SUMO化修飾在白血病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制 在白血病中，HDAC抑制劑SAHA通過SU?MO化修飾2/3途徑下調(diào)CBX2蛋白的穩(wěn)定性，導(dǎo)致細(xì)胞增殖受損［18］。SUMO化修飾的PML調(diào)節(jié)PML核體（PML-NBs）的形成，HIPK2是SUMO化修飾偶聯(lián)物并被招募到PML-NBs中。在急性髓系白血病（AML）患者中，HIPK2突變（R861W和N951I）具有缺陷的SIM功能。hip-k2介導(dǎo)的hip-k2造血前體細(xì)胞的募集與hip-k2的重要發(fā)病機(jī)制有關(guān)。此外，影響胰島素樣生長(zhǎng)因子-1的上游調(diào)節(jié)因子和胰島素樣生長(zhǎng)因子-1的表達(dá)。SUMO1修飾的IGF-1R在AML細(xì)胞系和臨床樣本中增加。IGF-1R中SUMO位點(diǎn)突變后，細(xì)胞增殖受到抑制，但細(xì)胞凋亡未受影響，這表明IGF-1R的SUMO化修飾可能是AML的治療策略［19］。SUMO2的過度表達(dá)通過促凋亡基因如DDIT3的SUMO化修飾抑制Ara-C誘導(dǎo)的凋亡。三氧化二砷對(duì)急性早幼粒細(xì)胞白血?。ˋPL）的作用從根本上改變了人們普遍認(rèn)為它只是一種毒藥的印象。三氧化二砷治療通過誘導(dǎo)早幼粒細(xì)胞白血病視黃酸受體α（PML-RARα）癌蛋白的降解來發(fā)揮其治療作用［20］。A改變PML結(jié)構(gòu)并促進(jìn)Lys 65在PML蛋白的環(huán)結(jié)構(gòu)域上的SUMO1修飾，從而促進(jìn)SUMO2/3與Lys 160的結(jié)合；形成鏈的賴氨酸隨后導(dǎo)致RNF4的招募，用于PML的泛素化和降解。另一項(xiàng)研究表明，TO治療將FLICE相關(guān)的巨蛋白（FLASH）招募到PML體內(nèi)，這是一種在死亡受體信號(hào)傳導(dǎo)中起重要作用的多功能蛋白質(zhì)，隨后導(dǎo)致FLASH的蛋白酶體依賴性降解和細(xì)胞周期停滯。在這個(gè)過程中，SU?MO化修飾通過增強(qiáng)FLASH與PML體的關(guān)聯(lián)來調(diào)節(jié)FLASH的降解［21］。此外，PIAS1介導(dǎo)的PML-RARα癌蛋白的SUMO化修飾（導(dǎo)致其降解）在A-to治療中也是必不可少的。然而，PIAS1通過介導(dǎo)PML的SU?MO化修飾和CK2向PML的募集而具有致癌活性，這導(dǎo)致了泛素介導(dǎo)的PML降解。這種矛盾的生物學(xué)結(jié)果可能表明，在CK2上調(diào)的癌細(xì)胞中，PIAS1介導(dǎo)的SUMO化修飾限制了PML的腫瘤抑制功能［22］。在非APL急性髓系白血病中，全反式維甲酸（A TRA）誘導(dǎo)的分化被SUMO化修飾途徑抑制［23］。SU?MO化修飾通路下調(diào)了多個(gè)A-TRA反應(yīng)基因的表達(dá)，這些基因在髓系分化、細(xì)胞周期阻滯和凋亡中起著關(guān)鍵作用，這表明A-TRA和SUMO化修飾抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用是非APL-AML的一種有前途的治療策略［23］。成人T細(xì)胞白血?。╝tl）與慢性感染人T細(xì)胞白血病病毒1型及其調(diào)節(jié)蛋白稅有關(guān)。在三氧化二砷和干擾素α處理的A-TL細(xì)胞中，Tax被引入PMLNBs和多聚-SUMO。Tax隨后由RNF4確認(rèn)，并由蛋白酶體降解。這一過程可能是一種治療方案，通過該方案，Tax可以針對(duì)TL患者的某一部分進(jìn)行降解。

2.2 異常SUMO化修飾在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制 研究發(fā)現(xiàn)，SUMO化修飾能促進(jìn)3D細(xì)胞遷移，在乳腺癌細(xì)胞中顯著增加［24］。BRCA1是DDR過程中的關(guān)鍵基因，其基因突變有40%～80%的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生乳腺癌。為了應(yīng)對(duì)DNA損傷，SUMO化修飾修飾的BRAC1在損傷部位共定位，PIAS連接酶對(duì)于損傷修復(fù)蛋白的積累是必要的。此外，BRAC1與RAP80相互作用以確保乳腺癌的DNA修復(fù)。將BRCA1定位到DSB需要泛素相互作用的基序和SIM。在乳腺上皮細(xì)胞中，SUMO化修飾蛋白酶SENP7的兩個(gè)變體自然表達(dá)［25］。在所有乳腺癌亞型中，主要的SENP轉(zhuǎn)錄本SENP7S被發(fā)現(xiàn)顯著減少［25］。SENP7S的這種下調(diào)導(dǎo)致Axin1-β-catenin相互作用的喪失，隨后在染色質(zhì)上積累SUMO化修飾的β-catenin，導(dǎo)致多個(gè)癌基因的激活［26］。另一種SENP7亞型，SENP7L，在乳腺癌中上調(diào)。升高的SENP7L促進(jìn)異染色質(zhì)蛋白1α（HP1α）的低SUMO化修飾，然后沉默E2F應(yīng)答基因和間充質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致上皮—間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）和抑制細(xì)胞衰老。TFAP2C是另一種誘導(dǎo)EMT的基因。SUMO化修飾的TFAP2C在基底乳腺癌亞型的生長(zhǎng)中起著關(guān)鍵作用。c-Myc是細(xì)胞周期進(jìn)程中的一個(gè)關(guān)鍵致癌因子，在1/3的乳腺癌中過度表達(dá)。SENP1的過度表達(dá)導(dǎo)致c-Myc的去甲基化，從而增強(qiáng)了c-Myc的穩(wěn)定性和活性。相反，PIAS1介導(dǎo)的c-Myc的SUMO化修飾導(dǎo)致其隨后泛素化和蛋白酶體降解。PIAS1還通過SUMO化修飾調(diào)節(jié)乳腺癌1（AIB1）的轉(zhuǎn)錄活性，從而影響乳腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。另一項(xiàng)研究表明PIAS1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子SnoN的SUMO化修飾，SnoN最終調(diào)節(jié)乳腺癌的轉(zhuǎn)移［27］。乳腺癌侵襲性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與ErbB2/HER2擴(kuò)增和/或激活有關(guān)。ErbB2通過MZF1-K23的多聚SUMO化修飾和MZF1-S27的磷酸化誘導(dǎo)髓系鋅指1（MZF1）靶基因CTSB和PRK?CA的表達(dá)。另一個(gè)與乳腺癌相關(guān)的基本過程是晝夜節(jié)律的紊亂。晝夜運(yùn)動(dòng)輸出周期kaput（CLOCK）的雌激素相關(guān)SUMO化修飾增加了CLOCK和雌激素受體α（ERα）的轉(zhuǎn)錄活性，從而刺激細(xì)胞生長(zhǎng)，增加細(xì)胞周期中S期細(xì)胞的比例。單孢霉素1是UBC9的抑制劑，作為抗癌藥物的靶點(diǎn)對(duì)激素依賴性乳腺癌具有潛在治療作用［28］。

2.3 異常SUMO化修飾在前列腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制 在晚期前列腺癌中，過度表達(dá)的SENP1去甲基化SMAD4并上調(diào)E-鈣粘蛋白以促進(jìn)EMT［29］。同 時(shí)，SENP1還 通 過 缺 氧 誘 導(dǎo) 因 子1α（HIF1α）途徑調(diào)節(jié)MMP2和MMP9的表達(dá)，進(jìn)而影響骨轉(zhuǎn)移的能力，這表明SENP1是潛在的預(yù)后標(biāo)志和治療靶點(diǎn)。過度表達(dá)的轉(zhuǎn)錄輔助調(diào)節(jié)因子PIAS1與雄激素受體（AR），一種重要的TF和SUMO2/3在染色質(zhì)部位相互作用，隨后影響前列腺癌的發(fā)展。在難治性前列腺癌中，p53向細(xì)胞質(zhì)的易位（由雄激素依賴性SUMO化修飾調(diào)節(jié)）與G3BP2表達(dá)升高相關(guān)，隨后導(dǎo)致細(xì)胞周期進(jìn)展、凋亡阻滯和預(yù)后不良［30］。

2.4 異常SUMO化修飾在HCC發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制 在HCC中，LKB1的SUMO2修飾阻礙了LKB1的核質(zhì)穿梭并促進(jìn)了其致癌活性。HCC活檢進(jìn)一步證實(shí)，在更具侵襲性的HCC中，LKB1-蘇莫林化水平更高［31］。另一項(xiàng)研究報(bào)道，腫瘤抑制因子Lats1在K751處被SUMO化修飾抑制，隨后抑制Hippo信號(hào)，促進(jìn)細(xì)胞增殖。此外，SUMO1修飾的CPAP對(duì)其輔活化因子NF-κB的活性和HCC中NF-κB通路的激活至關(guān)重要。Cbx4是一種SUMO E3連接酶，通過在K391和K477處的HIF1αSUMO化修飾增加HIF1α轉(zhuǎn)錄活性，從而增強(qiáng)缺氧誘導(dǎo)的HCC血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子表達(dá)和血管生成［32］。然而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一個(gè)正反饋回路，其中HIF1α被SENP1去瘤以增加其在缺氧條件下的穩(wěn)定性，而SENP1促進(jìn)HCC中的癌癥轉(zhuǎn)移，是HIF1/2α的直接靶點(diǎn)，這表明SENP1是HCC的一個(gè)新的潛在治療靶點(diǎn)。在其他研究中，SENP5通過調(diào)節(jié)DNA損傷在HCC細(xì)胞生長(zhǎng)過程中起著關(guān)鍵作用。SUMO1在HCC中上調(diào)，這使其成為HCC的潛在診斷和治療靶點(diǎn)。這些報(bào)道提示類泛素化修飾作用在HCC的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。

2.5 異常SUMO化修飾在CC發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制GTPase KRAS突變的CC，目前尚無靶向治療方法，表現(xiàn)出包括KAP1、CHD1和EIF3L在內(nèi)的一組蛋白質(zhì)的SUMO化修飾升高。RNA干擾介導(dǎo)的UBC9缺失抑制了這種突變細(xì)胞系的3D生長(zhǎng)，這揭示了一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)KRAS突變型CC［33］。在另一項(xiàng)研究中，SUMO化修飾的Grb2被證明通過增加結(jié)腸癌細(xì)胞系中Grb2-Sos1復(fù)合物而上調(diào)ERK活性［34］。此外，SUMO化修飾的TBL1和SUMO化修飾的TBLR1都從NCoR復(fù)合物中釋放出來，并通過與β-catenin合作促進(jìn)Wnt靶基因的轉(zhuǎn)錄。在CC中，miR-133a-3p是一種腫瘤抑制因子，通過結(jié)合其3'-非翻譯區(qū)（UTR）上調(diào)SENP1［35］。SENP1表達(dá)的沉默導(dǎo)致CDK抑制劑上調(diào)，這表明SENP1在CC細(xì)胞周期調(diào)控中的重要性。

綜上所述，SUMO化修飾是一種重要的PTM，異常SUMO化修飾會(huì)導(dǎo)致DNA損傷、轉(zhuǎn)錄調(diào)控失調(diào)，以及促進(jìn)癌癥干細(xì)胞的干性維持，從而使細(xì)胞增殖、遷移和凋亡出現(xiàn)異常，在白血病、乳腺癌、前列腺癌、HCC、CC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。異常SUMO化修飾與腫瘤癌變、癌細(xì)胞增殖與轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，然而其潛在的分子機(jī)制仍知之甚少。SUMO化修飾在大多數(shù)癌癥中顯著上調(diào)，因此可能成為癌癥治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。SUMO化修飾通路對(duì)蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)相互作用有深遠(yuǎn)的影響，一些SUMO化修飾抑制劑已經(jīng)被列為主要研究對(duì)象，然而這僅僅是冰山一角。異常SUMO化修飾在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及能否成為評(píng)估癌癥診斷、預(yù)后的有用指標(biāo)及治療的靶點(diǎn)，尚需要大量的臨床試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。