去泛素化酶PSMD14在腫瘤中的研究進(jìn)展*

段遠(yuǎn)勝 井超 王旭東

真核細(xì)胞蛋白降解途徑主要分為兩種：1）溶酶體途徑，主要負(fù)責(zé)經(jīng)胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞的外來蛋白或膜蛋白的降解；2）泛素蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin proteasome system，UPS）途徑，是真核細(xì)胞蛋白降解的主要機(jī)制，介導(dǎo)陳舊或損傷的胞內(nèi)蛋白降解[1]。其中，泛素化是泛素蛋白酶體系統(tǒng)途徑的關(guān)鍵步驟。在泛素活化酶（ubiquitin activating enzyme E1，UBA1）、泛素結(jié)合酶（E2 ubiquitin-conjugating enzyme）以及泛素連接酶（E3 ubiquitin ligase）的協(xié)同作用下，泛素分子與底物蛋白的賴氨酸殘基相連引起底物蛋白的泛素化，被泛素化標(biāo)記的蛋白進(jìn)而被蛋白酶體降解[2]。

與磷酸化等其他翻譯后水平修飾方式一樣，泛素化也是一種動態(tài)可逆的過程，去泛素化酶能夠切割底物蛋白上的泛素鏈從而移除泛素化標(biāo)記，進(jìn)而調(diào)控底物蛋白的穩(wěn)定和功能并起到促進(jìn)或者抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用[3]。去泛素化酶主要分為7種家族蛋白：1）USPs（ubiquitin-specific proteases）家 族，如USP1、USP5、USP6、USP8和USP9X等；2）UCHs（ubiquitin carboxy-terminal hydrolases）家族，如UCHL1、UCHL3、UCHL5、BAP1；3）OTUs（ovarian tumor proteases）家族，如OTUD1、OTUD3、OTUD5、OTUD6A、OTUD6B等；4）MJDs（Machado-Josephin domain-containing proteases）家族，如JOSD1、JOSD2、ATXN3和ATXN3L；5）MINDYs（motif-interacting with ubiquitincontaining novel DUB family）家 族，如MINDY1、MINDY2、MINDY3和MINDY4；6）JAMMs（JAB1/MPN/MOV34 family）家族，包括MYSM1、MPND、PMSD14和CNS6等；7）新發(fā)現(xiàn)的ZUP1（zinc finger containing ubiquitin peptidase 1）蛋白[4-5]。作為JAMMs蛋白家族成員之一，去泛素化酶PSMD14在多種人類惡性腫瘤中異常表達(dá)并發(fā)揮至關(guān)重要的作用，因此被認(rèn)為是一種潛在的腫瘤臨床診斷的分子標(biāo)志物以及治療靶點。

1 PSMD14的概述

PSMD14也被稱為RPN11或POH1，是一種26S蛋白酶體中的非ATPase調(diào)控亞基，也是完整組裝19S蛋白酶體復(fù)合體蓋子亞基的19個基本組分之一。PSMD14屬于JAMMs異肽酶家族，含有JAMM結(jié)構(gòu)域，在Zn2+依賴條件下才能夠發(fā)揮其去泛素化酶活性[6]。PSMD14能夠從靶蛋白中去除泛素鏈以促進(jìn)底物在蛋白酶體中的進(jìn)一步降解[7-8]。然而，越來越多的證據(jù)表明，PSMD14也可通過去泛素化調(diào)控從而抑制特定蛋白質(zhì)的降解[9]。從目前研究推斷，根據(jù)不同的細(xì)胞背景條件，PSMD14可以發(fā)揮一種類似回收站“分揀器”的功能從而執(zhí)行校對和確定底物蛋白的命運，但是尚無法確定PSMD14針對同一種蛋白還是不同種類的蛋白既具有促進(jìn)降解又具有抑制降解的作用，同時這種“分揀”功能是否存在蛋白種類特異性及其具體分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步探究。研究表明，通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)去泛素化和穩(wěn)定性，PSMD14能夠參與多種生理過程，包括分化[10]、細(xì)胞存活[11]、多能性[12]、自噬[13-14]、DNA損傷修復(fù)[15]、免疫炎癥反應(yīng)[16-17]等。近年來，研究人員證實PSMD14也能夠影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展，調(diào)控腫瘤增殖、侵襲轉(zhuǎn)移、化療抵抗等多種惡性生物學(xué)行為[18-24]。

2 PSMD14與腫瘤的關(guān)系

2.1 PSMD14與肝細(xì)胞癌

研究表明，肝癌組織中PSMD14表達(dá)顯著升高，與脈管侵襲、腫瘤數(shù)量、復(fù)發(fā)及不良預(yù)后相關(guān)。PSMD14能夠介導(dǎo)GRB2（growth factor receptorbound protein 2）蛋白第48位和第63位賴氨酸殘基發(fā)生去泛素化，從而提高GRB2的蛋白穩(wěn)定性并抑制其降解；而當(dāng)PSMD14的JAMM結(jié)構(gòu)域發(fā)生突變（C120S和H113Q）或缺失后，GRB2的表達(dá)不再受到PSMD14調(diào)控，異常表達(dá)的GRB2能夠激活A(yù)kt、ERK、STAT3信號通路從而促進(jìn)肝癌生長和轉(zhuǎn)移[18]。Wang等[19]發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)的PSMD14能夠切割E2F1蛋白第11位和第63位賴氨酸殘基上的泛素鏈，提高E2F1的蛋白穩(wěn)定性，促進(jìn)E2F1下游靶基因Survivin和FOXM1的表達(dá)，增加肝癌惡性增殖能力。相反的是，敲降PSMD14可增加底物蛋白p53和Bim的穩(wěn)定性和表達(dá)，從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞凋亡和生長抑制[20]，這也體現(xiàn)出PSMD14對底物蛋白的特異性調(diào)控。

2.2 PSMD14與肺癌

與癌旁正常組織相比，PSMD14在肺腺癌中表達(dá)顯著升高，與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期呈正相關(guān)，同時，PSMD14高表達(dá)患者的總生存期和無病生存期顯著降低。PSMD14表達(dá)下降后，抑癌基因p53和p21的蛋白穩(wěn)定性顯著升高，肺腺癌細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞凋亡以及細(xì)胞衰老，細(xì)胞的增殖和克隆形成能力受到抑制[21]。此外，Lei等[22]在184例包含鱗癌及腺癌的非小細(xì)胞肺癌中發(fā)現(xiàn)，PSMD14在癌組織中顯著高表達(dá)，與TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，同時提示患者不良預(yù)后，可作為非小細(xì)胞肺癌總生存期的獨立預(yù)后因子。

2.3 PSMD14與結(jié)直腸癌

在結(jié)直腸癌中，Seo等[23]通過DUBs siRNA文庫篩選發(fā)現(xiàn)BMP6信號通路的激活受到PSMD14的調(diào)控。相比于BMP6識別的其他Ⅰ型受體（如ALK3和ALK6），PSMD14能夠直接作用ALK2，抑制Smurf1介導(dǎo)的K48泛素化從而提高ALK2穩(wěn)定性。C120A和H113Q突變可降低PSMD14對ALK2的調(diào)控作用，但C120S突變卻未對PSMD14去泛素化酶活性產(chǎn)生顯著影響。敲降PSMD14或ALK2能夠顯著抑制結(jié)直腸癌的腫瘤發(fā)生、細(xì)胞干性及化療抵抗。基于GEO數(shù)據(jù)庫的生物信息分析及免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示，PSMD14與ALK2在結(jié)直腸癌中高表達(dá)并提示不良預(yù)后，二者呈正相關(guān)關(guān)系。

2.4 PSMD14與食管癌

通過IP質(zhì)譜分析，Zhu等[24]發(fā)現(xiàn)PSMD14可與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子SNAIL直接結(jié)合。PSMD14通過去泛素化作用增加SNAIL蛋白穩(wěn)定性并抑制其泛素化降解，從而促進(jìn)食管鱗癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移。同時，PSMD14與SNAIL在食管鱗癌中的表達(dá)顯著升高，且二者呈正相關(guān)，PSMD14或SNAIL高表達(dá)提示預(yù)后不良。

2.5 PSMD14與頭頸癌

通過TCGA和GEO數(shù)據(jù)庫分析，Jing等[25]研究發(fā)現(xiàn)包括PSMD14在內(nèi)的多個在頭頸部鱗癌組織中顯著高表達(dá)的去泛素化酶。進(jìn)一步研究顯示，PSMD14與臨床分期、T分期、化療抵抗和復(fù)發(fā)密切相關(guān)，并提示患者不良預(yù)后。PSMD14可抑制E2F1的泛素化降解，E2F1調(diào)控Akt通路激活及SOX2基因轉(zhuǎn)錄，從而提高腫瘤細(xì)胞干性，促進(jìn)頭頸部鱗癌的發(fā)生和化療抵抗。

2.6 PSMD14與其他腫瘤

相比于正常組織，PSMD14在前列腺癌中表達(dá)升高，與前列腺癌進(jìn)展密切相關(guān)。PSMD14表達(dá)下降后，前列腺癌細(xì)胞發(fā)生G0/G1期阻滯，腫瘤細(xì)胞體外增殖和體內(nèi)生長受到抑制[26]。此外，PSMD14在乳腺癌中高表達(dá)并提示不良預(yù)后，敲降PSMD14能夠?qū)е录?xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和運動能力[27]。

根據(jù)已有文獻(xiàn)報道，PSMD14在絕大多數(shù)腫瘤中異常高表達(dá)可能與以下兩種因素有關(guān)：1）腫瘤細(xì)胞對包含PSMD14的蛋白酶體具有高度依賴性，需要蛋白酶體來清除大量異常蛋白，為自身減輕壓力；2）腫瘤細(xì)胞利用PSMD14促進(jìn)抑癌蛋白如p53的降解同時阻滯致癌蛋白的降解，從而增強自身的生存能力。PSMD14的異常表達(dá)可能是由腫瘤細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境的交流互作所導(dǎo)致的，而其具體分子機(jī)制鮮見報道。

3 PSMD14抑制劑與腫瘤治療

PSMD14在多種腫瘤中異常表達(dá)并發(fā)揮重要的促癌功能，因此，對其進(jìn)行轉(zhuǎn)化研究是極具前景且十分必要的。目前，PSMD14特異性抑制劑8-Mercapto-N-[(tetrahydro-3-furanyl) methyl]-4-quinolinecarboxamide已進(jìn)入臨床試驗前期[4]，但大多數(shù)PSMD14抑制劑還處于初始研發(fā)階段。

3.1 8-thioquinoline及Capzimin

通過篩選金屬結(jié)合藥效基團(tuán)文庫發(fā)現(xiàn)8-thioquinoline（8TQ）對PSMD14有較強的抑制作用，但其特異性有待進(jìn)一步提高。8TQ的衍生物Capzimin對PSMD14的選擇性是其他JAMM蛋白酶的5倍以上，對其他金屬蛋白酶的選擇性是2倍以上。Capzimin能夠穩(wěn)定蛋白酶體底物，誘導(dǎo)未折疊蛋白反應(yīng)，阻斷腫瘤細(xì)胞的增殖[28]。此外，Capzimin能夠抑制前列腺癌細(xì)胞的存活，并改善多西他賽和雄激素受體拮抗劑恩雜魯胺對前列腺癌的治療效果[26]。

3.2 1,10-菲羅啉

研究表明1,10-菲羅啉（O-phenanthroline，OPA）對PSMD14的藥理抑制可阻斷細(xì)胞蛋白酶體功能，激活Caspase級聯(lián)反應(yīng)和內(nèi)質(zhì)應(yīng)激反應(yīng)信號。異種移植瘤模型結(jié)果表明，OPA治療可減少多發(fā)性骨髓瘤的生長，延長小鼠的存活期。同時，OPA阻斷PSMD14可增加抗多發(fā)性骨髓瘤藥物來那度胺、泊那度胺或地塞米松的細(xì)胞毒活性[29]。此外，OPA還能夠在體外抑制肝癌細(xì)胞的增殖、克隆形成、運動和侵襲，在體內(nèi)抑制肝癌的生長和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[18]。

3.3 硫藤黃素

Minamiguchi等[30]最初發(fā)現(xiàn)硫藤黃素（thiolutin，THL）通過減少人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）中的paxillin來抑制HUVECs與玻連蛋白的黏附，并在體內(nèi)抑制腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)的血管生成。THL可通過誘導(dǎo)Hsp27磷酸化抑制內(nèi)皮細(xì)胞黏附，阻斷傷口驅(qū)動和腫瘤驅(qū)動的血管生長。有研究顯示通過螯合鋅離子，THL也被視作一種新的PSMD14小分子抑制劑；與其他JAMM蛋白酶相比，THL能夠以最小IC50抑制PSMD14的去泛素化酶活性[31]。在頭頸部鱗癌及食管鱗癌中，THL能夠顯著抑制腫瘤生長并提高其對順鉑的敏感性[25，32]。

3.4 epidithiodiketopiperazines及SOP11

通過開發(fā)檢測蛋白酶體介導(dǎo)蛋白降解的方法，epidithiodiketopiperazines（ETPs）被證實能夠抑制PSMD14從而抑制蛋白酶體的功能，但ETPs還能夠抑制其他JAMM家族蛋白，如CSN5和AMSH。SOP11是一種非特異性效應(yīng)較小的改良ETPs，能夠穩(wěn)定一部分蛋白酶體底物，誘導(dǎo)未折疊蛋白反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[33]。

4 結(jié)語及展望

去泛素化酶PSMD14在多種腫瘤中異常高表達(dá)并影響腫瘤發(fā)生發(fā)展，有望成為潛在的腫瘤臨床診斷標(biāo)志物和治療靶點。PSMD14既能作為蛋白酶體的重要組分，促進(jìn)底物蛋白進(jìn)入蛋白酶體進(jìn)行降解又能夠獨立于蛋白酶體，發(fā)揮其去泛素化酶作用，抑制底物的泛素化和蛋白降解，體現(xiàn)出PSMD14決定底物蛋白命運的選擇性，這種選擇性的生物學(xué)機(jī)制尚有待深入挖掘。同時，多種PSMD14小分子抑制劑表現(xiàn)出良好的抗腫瘤效果，為腫瘤臨床治療提供了一個新的方向?？傊?，PSMD14及其靶蛋白在腫瘤中的作用值得進(jìn)一步探究，其轉(zhuǎn)化應(yīng)用前景值得期待。