泛素-蛋白酶體系統(tǒng)在食管鱗狀細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展中的作用

宋乃成 黃志洪 劉全 鄭志坤 李勁松

食管癌是一類較為常見的惡性腫瘤，據(jù)2020年全球癌癥數(shù)據(jù)報(bào)道，其發(fā)病率在所有癌癥中排名第7位(60.4萬例新發(fā)病例)，死亡率排名第6位(54.4萬例死亡)，這意味著在2020年每18例癌癥死亡中就有1例是食管癌[1]。隨著胃鏡檢查的普及、治療模式的改進(jìn)以及免疫治療的應(yīng)用，食管癌的生存率有所改善。食管癌有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)移和侵襲能力，容易復(fù)發(fā)，使得食管癌的總體治療效果并不理想[2]。食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma，ESCC)是最常見的食管癌組織學(xué)亞型，其發(fā)病率和死亡率呈快速上升趨勢，也是我國食管癌的主要病理類型。泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin proteasome system，UPS)是調(diào)控蛋白質(zhì)降解的主要途徑，也是調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)程的關(guān)鍵機(jī)制之一[3]。UPS可以通過泛素化-蛋白酶體-去泛素化機(jī)制調(diào)節(jié)蛋白的降解從而維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)相關(guān)蛋白降解減少或過量降解，失衡就會出現(xiàn)。有研究發(fā)現(xiàn)，UPS引起的翻譯后修飾與神經(jīng)退行性疾病、癌癥、衰老和代謝性疾病等病理性狀態(tài)密切相關(guān)[4]。目前已知，UPS能夠通過控制細(xì)胞周期相關(guān)蛋白的降解，在細(xì)胞增殖和分化中發(fā)揮重要作用，同時(shí)還參與了部分免疫學(xué)過程，如抗原處理和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制。有研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶體和UPS的各種成分在癌癥進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用，而且已經(jīng)證實(shí)針對它們的小分子抑制劑在抑制腫瘤方面有很好的效果[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，不少UPS中的關(guān)鍵分子的表達(dá)與ESCC病人的預(yù)后及腫瘤分期相關(guān)，UPS能夠通過影響相關(guān)抑癌或原癌蛋白的降解，從而影響ESCC的發(fā)生發(fā)展，UPS的組分能夠通過某些重要的信號通路在ESCC中起到相應(yīng)的作用。

一、UPS

UPS是真核細(xì)胞中一種依賴三磷酸腺苷(ATP)的高選擇性蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)，參與了超過80%的細(xì)胞蛋白質(zhì)降解過程[5]。UPS的作用主要有兩方面：一方面，UPS通過降解異?；蚴軗p的蛋白質(zhì)來維持細(xì)胞穩(wěn)定；另一方面，UPS可以通過降解具有特定功能的蛋白質(zhì)來維持細(xì)胞的基本生物活性[6]。這兩種機(jī)制保證了組織器官的正常功能。UPS包括泛素、泛素化酶、去泛素化酶(deubiquitination enzymes,DUBs)和蛋白酶體等。

UPS的功能是一個(gè)多步反應(yīng)過程，涉及許多不同的蛋白質(zhì)。通過UPS途徑降解的蛋白質(zhì)首先被含有76個(gè)氨基酸殘基的泛素蛋白標(biāo)記，然后進(jìn)行一系列的酶促反應(yīng)，直到最終被蛋白酶體降解。泛素化的整個(gè)過程是特異性和選擇性的，由三種酶組成。泛素活化酶(E1)能夠激活泛素并將其轉(zhuǎn)運(yùn)到泛素結(jié)合酶(E2)，從而啟動(dòng)泛素化過程。泛素-蛋白連接酶(E3)可以與攜帶泛素的E2結(jié)合，并將泛素轉(zhuǎn)移到靶底物的特定賴氨酸殘基上[7]。許多類型的腫瘤表現(xiàn)出E2和E3的病理性表達(dá)以及DUBs的異常激活，從而導(dǎo)致癌癥的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移。

二、UPS與ESCC

有關(guān)泛素蛋白及泛素活化酶E1與ESCC的研究較少，大部分研究集中在E2、E3及DBUs對ESCC的影響中。

1.泛素結(jié)合酶E2與ESCC：泛素結(jié)合酶E2處于泛素化級聯(lián)反應(yīng)的核心位置，能夠很大程度上決定泛素鏈的結(jié)構(gòu)，并負(fù)責(zé)招募泛素連接酶E3及其底物。E2水平的升高經(jīng)常促進(jìn)腫瘤的生長，并與不良預(yù)后相關(guān)，表明E2在腫瘤發(fā)生中起關(guān)鍵作用。

多種泛素結(jié)合酶E2，包括泛素結(jié)合酶H10(UBCH10，也稱為UBE2C)、泛素結(jié)合酶E2L6(UBE2L6)、泛素結(jié)合酶E2T(UBE2T)和泛素結(jié)合酶E2D3(UBE2D3)被發(fā)現(xiàn)與ESCC的發(fā)展有關(guān)。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，敲低ESCC細(xì)胞中UBE2C基因的表達(dá)能夠顯著抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[8]。UBE2L6被認(rèn)為是ESCC細(xì)胞自噬的負(fù)調(diào)控因子，其可能通過促進(jìn)ISG15與調(diào)控自噬的靶點(diǎn)直接偶聯(lián)來影響自噬[9]。在生物信息學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，UBE2T在ESCC中表達(dá)升高，且與ESCC病人的不良預(yù)后相關(guān)[10]。而UBE2D3被發(fā)現(xiàn)與ESCC的治療反應(yīng)相關(guān)，其過表達(dá)可通過降解hTERT提高ESCC細(xì)胞的放療敏感性[11]?？梢园l(fā)現(xiàn)大多數(shù)E2s在ESCC中起到促進(jìn)腫瘤發(fā)展的作用，但研究還僅限于表達(dá)及臨床層面，其中的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.泛素連接酶E3與ESCC：E3在UPS中能夠招募底物，決定泛素化的特異性，起到降解靶蛋白的作用。在既往的研究中發(fā)現(xiàn)，許多泛素連接酶E3參與ESCC的發(fā)生發(fā)展，也就是能夠促進(jìn)腫瘤的生長、侵襲及轉(zhuǎn)移。環(huán)指蛋白168(RNF168)作為一種泛素連接酶在ESCC中表達(dá)升高，敲低RNF168基因后可抑制ESCC細(xì)胞的增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，干擾細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，抑制腫瘤異種移植瘤的生長[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，具有PHD和環(huán)指結(jié)構(gòu)域2的泛素樣蛋白(UHRF2)能夠促進(jìn)ESCC的侵襲和增殖，并通過miR-98-5p抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡[13]。Cullin4A(CUL4A)是一種E3泛素連接酶，其表達(dá)的升高與ESCC浸潤深度和靜脈浸潤顯著相關(guān)，將其沉默后能夠顯著抑制ESCC細(xì)胞的增殖[14]。三方基序蛋白28(TRIM28)具有E3酶活性，其在ESCC中表達(dá)升高，并且與腫瘤浸潤深度、pTNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)[15]。鼠雙微體基因2(MDM2)作為一種原癌基因，能夠編碼具有E3功能的蛋白，可以通過泛素化p53起到促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的作用。研究發(fā)現(xiàn)MDM2的啟動(dòng)子SNP309是食管癌的危險(xiǎn)因素，MDM2能夠促進(jìn)ESCC細(xì)胞增殖和抵抗腫瘤細(xì)胞的凋亡[16]。

同時(shí)有一些研究發(fā)現(xiàn)，部分E3在ESCC中起到抑癌作用。帕金蛋白PARK2在ESCC中低表達(dá)，與ESCC病人良好的預(yù)后相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)，PARK2能夠通過其E3酶的作用降解YAP蛋白抑制ESCC的腫瘤進(jìn)展[17]。泛素連接酶RACO-1(Ring Domain AP-1 Co-Activator 1)被發(fā)現(xiàn)參與ESCC的進(jìn)展，敲低其表達(dá)后可以促進(jìn)ESCC細(xì)胞的侵襲和遷移，并與YAP/TEAD軸相關(guān)[18]。F-BOX家族F框/WD-40域蛋白7(FBXW7)能夠作為ESCC病人對放化療反應(yīng)良好的預(yù)測因子，在ESCC細(xì)胞中過表達(dá)FBXW7能夠增加其放化療敏感性[19]。

因?yàn)镋3的種類更多，有關(guān)其在ESCC中作用的研究也較多，具體機(jī)制也更為深入。從目前的研究來看，E3在ESCC中能夠通過UPS降解相關(guān)原癌或抑癌蛋白，達(dá)到其抑制或促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的作用。當(dāng)然也有研究顯示部分，E3酶可以在ESCC中通過非泛素連接酶的作用影響腫瘤的進(jìn)展。

3.DUBs和ESCC：DUBs能夠去除Ub化或者修剪不同連接的Ub鏈，是一種可以逆轉(zhuǎn)蛋白泛素化的酶，這一過程在維持細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)中極其重要[20]。既往研究顯示，泛素特異性蛋白酶7(USP7)、泛素特異性蛋白酶9X(USP9X)、泛素特異性蛋白酶22(USP22)、泛素羧基末端水解酶37(UCH37)等DBUs與ESCC的發(fā)展相關(guān)[21]。而最近的研究發(fā)現(xiàn)，將泛素羧基末端水解酶L3(UCHL3)在ESCC中敲低，能夠抑制腫瘤細(xì)胞的增殖與遷移[22]。泛素特異性蛋白酶18(USP18)在ESCC組織中表達(dá)升高，其能通過誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)促進(jìn)ESCC腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[23]。泛素特異性蛋白酶3(USP3)也被發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)ESCC細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，其作用與其去泛素化酶的功能密切相關(guān)[24]。研究顯示泛素特異性蛋白酶46(USP46)與ESCC的淋巴結(jié)及肺轉(zhuǎn)移相關(guān)，其在ESCC樣本中高表達(dá)，體外實(shí)驗(yàn)中能夠通過介導(dǎo)EMT過程增強(qiáng)ESCC細(xì)胞的遷移和侵襲能力[25]。有關(guān)DUBs在腫瘤中的作用最近成為研究熱點(diǎn)，其在ESCC中絕大多數(shù)起到促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的作用，并且與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關(guān)。

UPS在控制每一個(gè)細(xì)胞過程和維持體內(nèi)平衡中起著重要作用。在UPS中，E2、E3和DUBs酶的失調(diào)在ESCC發(fā)生、發(fā)展中起著最為重要的作用。為了更好地了解UPS的生物學(xué)功能及ESCC的發(fā)病機(jī)制，開發(fā)新的治療靶點(diǎn)和抗腫瘤藥物，還需要我們進(jìn)一步更深入的研究。