泛素特異性肽酶 5在惡性腫瘤中的研究進(jìn)展△

劉嘉，王高仁

1南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 南通 226001

2南通大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療科，江蘇 南通 226361

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的故障與惡性腫瘤之間的關(guān)系在近年來(lái)得到了越來(lái)越多的關(guān)注，靶向一系列的去泛素化酶（deubiquitinating enzyme，DUB）在抗腫瘤治療中展現(xiàn)出巨大潛力。DUB分為半胱氨酸蛋白酶和金屬蛋白酶兩大類(lèi)，其中半胱氨酸蛋白酶到目前為止研究最為豐富，在人類(lèi)中已知數(shù)量超過(guò)80個(gè)[1]。泛素特異性肽酶（ubiquitin specific protease，USP）是一種半胱氨酸蛋白酶，是最大的DUB家族成員，在去泛素化修飾中起著關(guān)鍵作用[2]。泛素特異性肽酶 5（ubiquitin specific peptidase 5，USP5）是USP家族成員，近年來(lái)研究結(jié)果證實(shí)USP5在腫瘤進(jìn)展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，深入研究其調(diào)節(jié)機(jī)制有望為未來(lái)腫瘤治療提供有臨床價(jià)值的新策略。本文就近年來(lái)USP5在各類(lèi)惡性腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，介紹其在腫瘤中的作用與調(diào)控機(jī)制。

1 USP5的功能

USP5又稱異肽酶T（isopeptidase T，ISOT），全長(zhǎng)835個(gè)氨基酸殘基，現(xiàn)認(rèn)為由5個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)域組成，包括兩個(gè)ZnF-UBP結(jié)構(gòu)域（1～156氨基酸，173～283氨基酸）、兩個(gè)UBA結(jié)構(gòu)域（634～684氨基酸，698～749氨基酸）以及一個(gè)形成活性位點(diǎn)的UBP結(jié)構(gòu)域[3-4]。作為DUB，USP5已被證實(shí)可以切割至少5種類(lèi)型的多泛素鏈，包括K6、K29、K48、K63以及線性多泛素鏈[4]。越來(lái)越多的研究證實(shí)，USP5通過(guò)參與調(diào)控多種細(xì)胞的生物過(guò)程，在機(jī)體中起著特殊作用。

1.1 USP5調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)

炎癥是機(jī)體對(duì)外界刺激的一種保護(hù)反應(yīng)，不僅表現(xiàn)為紅、腫、熱、痛，還會(huì)由于相應(yīng)器官受損而表現(xiàn)出功能障礙。炎癥會(huì)激活天然免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，目的是清除有害因子，促進(jìn)組織修復(fù)和恢復(fù)健康[5]。NLR家族熱蛋白結(jié)構(gòu)域3（NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3）炎癥小體參與多種炎癥疾病，嚴(yán)格控制其激活是防止過(guò)度炎癥的必要條件。Cai等[6]研究發(fā)現(xiàn)，USP5是募集E3連接酶膜相關(guān)環(huán)指蛋白7（membrane associated ring-CH-type finger 7，MARCHF7）到NLRP3的一個(gè)關(guān)鍵支架蛋白，同時(shí)促進(jìn)與K48相關(guān)的多聚泛素化，隨后通過(guò)自噬溶酶體途徑使NLRP3降解。在類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）中，Luo等[7]通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到USP5過(guò)表達(dá)可以促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號(hào)通路的激活，并且發(fā)現(xiàn)USP5能與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6（tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6）相互作用，通過(guò)去除其K48連接的多聚泛素鏈而穩(wěn)定TRAF6的表達(dá)，提示USP5在RA中可以促進(jìn)炎癥的發(fā)生，能作為RA治療的潛在靶點(diǎn)。Chen等[8]利用蛋白質(zhì)印跡法、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)USP5通過(guò)激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信號(hào)通路促進(jìn)慢性牙周炎炎癥因子的表達(dá)，包括腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6及IL-1β，這些結(jié)果進(jìn)一步表明USP5在炎癥反應(yīng)中扮演重要角色。

1.2 USP5與疼痛

T型鈣離子通道通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞的興奮性和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，在疼痛形成和傳遞中起著重要作用[9]。在人類(lèi)基因組編碼的3種不同類(lèi)型T型鈣離子通道中，Cav3.2是傳入疼痛通路中的主要亞型，也是一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的疼痛治療靶點(diǎn)[10]。USP5作為可以與Cav3.2相互作用的蛋白，目前已得到了廣泛研究。USP5的cUBP結(jié)構(gòu)域（206～244氨基酸）與通道的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域Ⅲ～Ⅳ連接子結(jié)合，從而減少Cav3.2通道的泛素化并增強(qiáng)其穩(wěn)定性[11]。多項(xiàng)研究結(jié)果表明，破壞USP5與Cav3.2通道的相互作用，可以防止炎癥性和神經(jīng)性疼痛[10-12]。此外，Qu等[13]采用熒光原位雜交（fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）、免疫熒光技術(shù)和小鼠模型等發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞來(lái)源的細(xì)胞外囊泡中含有miRNA-23a-3p，能通過(guò)降低USP5的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)組蛋白脫乙酰酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）/核轉(zhuǎn)錄因子紅系2相關(guān)因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，NRF2）軸，改善炎癥性疼痛。上述研究結(jié)果證明，USP5對(duì)調(diào)節(jié)疼痛具有重要意義，可能為炎癥性和神經(jīng)性疼痛的治療提供新的治療靶點(diǎn)。

1.3 USP5與DNA修復(fù)

在機(jī)體受到環(huán)境或內(nèi)源性應(yīng)激源侵害后，若沒(méi)有適當(dāng)?shù)腄NA損傷修復(fù)（DNA damage repair，DDR）能力，將會(huì)產(chǎn)生許多負(fù)面影響[14]。針對(duì)各種各樣的DNA損傷，細(xì)胞會(huì)有相應(yīng)的修復(fù)反應(yīng)。泛素化是調(diào)節(jié)DDR的主要方式，長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為控制著DDR蛋白的定位、活性以及穩(wěn)定性。泛素化是一種可逆修飾，去泛素化作為調(diào)控DDR的一個(gè)重要角度使得DUB成為了DDR的關(guān)鍵因素[15]。研究表明，USP5通過(guò)與識(shí)別多聚泛素鏈的E3泛素蛋白連接酶RAD18（E3 ubiquitin-protein ligase RAD18，RAD18）結(jié)合，被募集到DNA損傷部位分解多聚泛素鏈，這對(duì)DNA雙鏈斷裂（double strand break，DSB）的有效修復(fù)非常重要[16]。與上述研究結(jié)果一致，Páhi等[17]在果蠅中的最新研究成果也證實(shí)USP5在DSB修復(fù)通路中起著不可替代的調(diào)控作用。以上結(jié)果都強(qiáng)調(diào)了USP5在參與DNA修復(fù)中的重要作用，但所錨定的多聚泛素鏈類(lèi)型及參與修復(fù)的具體機(jī)制還需進(jìn)一步闡明。

2 USP5在惡性腫瘤中的作用

到目前為止，超過(guò)40個(gè)USP與腫瘤的進(jìn)程直接或間接相關(guān)，因此USP作為潛在的治療靶點(diǎn)在近年來(lái)引起了越來(lái)越多的關(guān)注[18]。證據(jù)表明，USP5在惡性腫瘤中扮演著重要角色。從癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫(kù)中分析得知，USP5在乳腺癌、肝細(xì)胞癌、結(jié)腸腺癌、肺癌、食管癌等腫瘤中均高表達(dá)[19]。USP5可通過(guò)其DUB活性靶向目標(biāo)分子，調(diào)控細(xì)胞活力、增殖、遷移、侵襲和凋亡等，參與腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展。

2.1 非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer ，NSCLC）

肺癌在全球腫瘤中相當(dāng)常見(jiàn)，大多數(shù)肺癌為NSCLC，占比超過(guò)80%。盡管近年來(lái)分子靶向治療和免疫治療已經(jīng)取得了進(jìn)展，但患者的5年生存率并沒(méi)有因此得到明顯提高[20]。探索新的治療方法對(duì)改善肺癌患者的預(yù)后具有重要意義。DUB作為抗腫瘤靶點(diǎn)在NSCLC研究中獲得了豐富成果。研究發(fā)現(xiàn)，在NSCLC組織中USP5蛋白水平升高，并且通過(guò)體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證明，下調(diào)USP5的表達(dá)對(duì)NSCLC細(xì)胞的增殖有抑制作用[21-22]。Pan等[23]也在肺癌小鼠模型中驗(yàn)證，敲除USP5可延緩移植瘤的生長(zhǎng)。因此，USP5有望作為新的治療靶點(diǎn)抑制NSCLC的進(jìn)展，其臨床價(jià)值還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。Xue等[24]利用蛋白質(zhì)印跡法、免疫組化法發(fā)現(xiàn)USP5在NSCLC中與β-catenin和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）標(biāo)志物的表達(dá)顯著相關(guān)，并且證實(shí)了USP5可以通過(guò)WNT/β-catenin信號(hào)通路調(diào)控EMT，促進(jìn)NSCLC的轉(zhuǎn)移。同樣，USP5能通過(guò)去除底物程序性死亡受體配體 1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）的多聚泛素鏈，防止其降解，從而提高PD-L1蛋白水平，促進(jìn)NSCLC的進(jìn)展[23]。故而USP5作為癌基因不僅可以憑借自身效能促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，還可以通過(guò)影響其他通路調(diào)控NSCLC的進(jìn)展，因此針對(duì)USP5或其下游基因的特異性化合物或許會(huì)成為治療NSCLC的有效手段。

2.2 肝癌

原發(fā)性肝癌是全球腫瘤死亡的第三大原因，2020年中國(guó)因肝癌死亡例數(shù)更是超過(guò)39萬(wàn)例，其中肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是原發(fā)性肝癌中最常見(jiàn)的病理類(lèi)型，占75%～85%[25]。證據(jù)顯示，泛素-蛋白酶體系統(tǒng)參與了HCC的發(fā)病機(jī)制[26-27]。Liu等[28]研究發(fā)現(xiàn)，USP5通過(guò)誘導(dǎo)p14ARF-p53信號(hào)的失活在HCC發(fā)生中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。同時(shí)進(jìn)一步的功能研究還表明，USP5的表達(dá)促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移與耐藥。此外，Meng等[29]也在HCC中證明了USP5的促EMT和轉(zhuǎn)移作用，通過(guò)分析臨床資料發(fā)現(xiàn)，USP5表達(dá)與HCC的惡性程度呈正相關(guān)，高水平的USP5提示HCC預(yù)后不良。這些結(jié)果提示USP5對(duì)HCC的診治具有潛在價(jià)值，然而目前針對(duì)USP5調(diào)控HCC發(fā)生發(fā)展機(jī)制的研究還比較有限，未來(lái)則需要更進(jìn)一步的研究。

2.3 胰腺癌

胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）是最常見(jiàn)的胰腺癌類(lèi)型，惡性程度極高，患者5年生存率約為10%[30]。由于其臨床癥狀隱匿且不典型，發(fā)現(xiàn)時(shí)通常已發(fā)生轉(zhuǎn)移，使得大多數(shù)患者預(yù)后極差。因此，更好地理解PDAC的分子機(jī)制，積極尋找治療的分子靶點(diǎn)對(duì)改善PDAC患者的預(yù)后至關(guān)重要。Kaistha等[31]使用Cellecta Decipher庫(kù)篩選及定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRT-PCR）評(píng)估發(fā)現(xiàn)，USP5在PDAC組織中顯著過(guò)表達(dá)，沉默USP5可介導(dǎo)p27將細(xì)胞周期阻滯在G1/S期，同時(shí)還觀察到磷酸化H2A組蛋白家族成員Ⅹ（phosphorylated H2A histone family memberⅩ，phos.H2A.Ⅹ）水平升高，這說(shuō)明沉默USP5可能會(huì)導(dǎo)致胰腺癌細(xì)胞DNA損傷的積累。除此以外，USP5還可以通過(guò)調(diào)控叉頭框蛋白M1（forkhead box M1，F(xiàn)OXM1）和STAT3信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)PDAC的發(fā)生發(fā)展[32-33]。以上結(jié)果顯示出USP5在胰腺癌進(jìn)展中的重要作用，USP5有望成為未來(lái)治療胰腺癌的新靶點(diǎn)，但還需對(duì)USP5在PDAC中的作用機(jī)制及其對(duì)一些信號(hào)通路的調(diào)控進(jìn)行更深入的研究。

2.4 女性常見(jiàn)惡性腫瘤

乳腺癌在2020年成為全球腫瘤發(fā)病的首要原因，新發(fā)病例約230萬(wàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，乳腺癌在女性腫瘤中最常見(jiàn)（24.5%），也是腫瘤死亡最主要的原因（15.5%）[25]。研究結(jié)果表明，在乳腺癌中USP5蛋白水平與缺氧誘導(dǎo)因子-2α（hypoxia-inducible factor-2α，HIF-2α）蛋白水平呈正相關(guān)，并且通過(guò)Kaplan-Meier法分析發(fā)現(xiàn)，高水平的USP5會(huì)導(dǎo)致乳腺癌患者預(yù)后不良。進(jìn)一步研究證明USP5可以穩(wěn)定HIF-2α表達(dá)并增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)HIF-2α靶基因中與增殖、轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的表達(dá)，因此降低USP5水平可抑制乳腺癌的進(jìn)展，包括增殖、遷移和侵襲[34]。卵巢癌是婦科惡性腫瘤死亡的主要原因，超75%的病例在確診時(shí)已是晚期[35]。Du等[36]利用蛋白質(zhì)印跡法、RT-PCR、流式細(xì)胞術(shù)等發(fā)現(xiàn)USP5能上調(diào)HDAC2蛋白表達(dá)，抑制p27表達(dá)，導(dǎo)致卵巢癌細(xì)胞周期轉(zhuǎn)變和細(xì)胞增殖增加，表明USP5在卵巢癌中的致癌作用和潛在的調(diào)控機(jī)制。另有研究發(fā)現(xiàn)，USP5在子宮內(nèi)膜癌中也起著癌基因的作用。通過(guò)TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)及蛋白質(zhì)印跡法證實(shí)，與正常組織相比，USP5在子宮內(nèi)膜癌中表達(dá)上調(diào)。沉默USP5對(duì)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖和遷移能力有抑制作用，并且可以誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡，而過(guò)表達(dá)USP5則可以逆轉(zhuǎn)上述過(guò)程。當(dāng)過(guò)表達(dá)USP5時(shí)，雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）及其下游靶點(diǎn)4E結(jié)合蛋白1（4E-binding protein 1，4EBP1）的磷酸化水平上調(diào)，而應(yīng)用MTOR抑制劑處理腫瘤細(xì)胞后，USP5過(guò)表達(dá)引起的細(xì)胞增殖則可以被完全逆轉(zhuǎn)，說(shuō)明USP5可通過(guò)激活MTOR/4EBP1通路促進(jìn)子宮內(nèi)膜癌的生長(zhǎng)，為子宮內(nèi)膜癌的診斷和治療提供了新的靶點(diǎn)[37]。以上研究結(jié)果證實(shí)了USP5對(duì)女性常見(jiàn)惡性腫瘤的促進(jìn)作用，但在臨床應(yīng)用方面尚未有深入研究，未來(lái)可以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)一步探索USP5作為藥物靶點(diǎn)在惡性腫瘤中的潛在價(jià)值。

2.5 其他腫瘤

Wang等[38]發(fā)現(xiàn)USP5在多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，下調(diào)USP5的表達(dá)能通過(guò)影響c-Maf的蛋白水平誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，其中c-Maf的第308位和第347位賴氨酸殘基可能是USP5阻止c-Maf泛素化的主要作用位點(diǎn)，這為多發(fā)性骨髓瘤的治療提供了新線索。在黑色素瘤中，沉默USP5可以上調(diào)p53、p73和Fas細(xì)胞表面死亡受體（Fas cell surface death receptor，F(xiàn)AS）水平，并且可以通過(guò)此效應(yīng)增強(qiáng)激酶抑制劑所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[39]。因此，抑制USP5可以提供以恢復(fù)p53功能為目標(biāo)的一種治療黑色素瘤的靶向療法。

MYCN是一種轉(zhuǎn)錄因子，屬于MYC家族，在大多數(shù)神經(jīng)母細(xì)胞瘤中過(guò)表達(dá)，此類(lèi)患者的預(yù)后最差，并且對(duì)治療有抵抗力[40]。已有學(xué)者指出，在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，USP5可以通過(guò)去泛素化作用穩(wěn)定MYCN，而MYCN與USP5啟動(dòng)子結(jié)合又能誘導(dǎo)USP5的表達(dá)，這表明在神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中USP5和MYCN的表達(dá)形成了一個(gè)正反饋回路，確保了這兩種蛋白的高水平表達(dá)[41]。在神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，USP5作為MYCN的致癌輔助因子，有望成為一個(gè)有潛力的用藥靶點(diǎn)。

Xu等[42]研究發(fā)現(xiàn)，USP5在許多原發(fā)性結(jié)直腸癌組織中高表達(dá)，高水平的USP5能促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和對(duì)化療藥物的耐藥性，并且與患者較晚的腫瘤分期及不良預(yù)后相關(guān)。故特異性USP5抑制劑或許會(huì)為結(jié)直腸癌化療耐藥提供新的解決方案。進(jìn)一步研究表明，在結(jié)直腸癌細(xì)胞中，Tu翻譯延伸因子（Tu translation elongation factor，TUFM）為USP5的底物，而USP5又受到EBF轉(zhuǎn)錄因子1（EBF transcription factor 1，EBF1）的調(diào)控，因此，調(diào)控EBF1-USP5-TUFM軸可能是治療結(jié)直腸癌的新途徑。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（glioblastoma，GBM）是成年人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見(jiàn)也是侵襲性最高的原發(fā)性惡性腫瘤[43]。研究顯示，在GBM中USP5通過(guò)去除K48連接的多聚泛素鏈穩(wěn)定細(xì)胞周期蛋白D1（cyclin D1），從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞周期進(jìn)程，在GBM的發(fā)生與發(fā)展中起著不可忽視的作用[44]。此外，還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在GBM中USP5可以被剪接為兩個(gè)亞型，其中亞型2與GBM中多嘧啶束結(jié)合蛋白1（polypyrimidine tract binding protein 1，PTBP1）的異常表達(dá)密切相關(guān)，而亞型1在兩個(gè)GBM細(xì)胞系中的表達(dá)則對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)和遷移起抑制作用[45]。上述結(jié)論對(duì)探索GBM的治療策略提供了新的見(jiàn)解，然而USP5影響GBM發(fā)展的具體機(jī)制尚未明確，還需要在以后進(jìn)行更深入的探索。

3 小結(jié)與展望

USP5利用自身去泛素化酶活性靶向不同底物，參與調(diào)節(jié)機(jī)體的一些生物學(xué)過(guò)程，并且通過(guò)調(diào)控相關(guān)通路（如WNT/β-catenin信號(hào)通路、p14ARF-p53信號(hào)通路、FOXM1/STAT3和MTOR/4EBP1信號(hào)通路等）在許多腫瘤中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。目前現(xiàn)有的研究表明了USP5的異常表達(dá)可以促進(jìn)多數(shù)腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移、侵襲，并且與腫瘤大小、TNM分期和預(yù)后顯著相關(guān)，同時(shí)高表達(dá)的USP5也促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞對(duì)化療的耐藥性，這些揭示了其在腫瘤診斷和治療中所具有的潛力。分子靶向藥物被稱為腫瘤治療的里程碑，特異性靶向DUB的化合物在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中已有大量研究，目前尚缺乏可靠的臨床試驗(yàn)證據(jù)，新的藥物研發(fā)還需要不斷探索，尤其是對(duì)機(jī)制的革新。USP5在大多數(shù)腫瘤中是致癌因子，但在多形性GBM中也可以展現(xiàn)相反的作用，這意味著未來(lái)還需更深入研究USP5在惡性腫瘤中的潛在機(jī)制，為腫瘤的臨床診治提供新的策略。