RSUME與垂體腺瘤侵襲性的分子機制研究進展

何 偉 王大鵬 綜述 沈曉黎 審校

RSUME在垂體腺瘤中高表達，其表達與缺氧相關(guān)［1］。缺氧環(huán)境下，RSUME通過泛素結(jié)合酶E2（ubiquitin conjugating enzyme E2）與SUMO結(jié)合成復(fù)合體，并與HIF-1α和IκB的泛素化位點結(jié)合，穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄和表達活性，并分別作用于血管內(nèi)皮細胞生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）啟動子和核因子-kappaB（nuclear factor-kappaB，NF-κB）促進垂體腺瘤侵襲的發(fā)生。因此探討RSUME與侵襲性垂體腺瘤的關(guān)系，將有助于了解侵襲性垂體腺瘤的侵襲機制，為開展侵襲性垂體腺瘤新的治療方法提供理論依據(jù)。

1 RSUME的功能及SUMO化的分子生物學作用

人RSUME蛋白是由195個氨基酸組成，分子量為21kD，通過綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）融合嵌合體并轉(zhuǎn)染進入不同細胞系的RWD結(jié)構(gòu)修飾增強子，顯微鏡下觀察可見GFP-RSUME在細胞質(zhì)和細胞核中均有存在［2］。

poly-A RNA斑點膜的實驗中發(fā)現(xiàn)［1］，RSUME可在多個組織中表達，但在小腦、垂體、心臟、腎臟、肝臟、胃、胰腺、前列腺和脾臟中表達較高。此外，低氧、CoCl2和熱休克環(huán)境下可誘導(dǎo)RSUME的表達。但在垂體腺瘤中RSUME表達的主要原因是缺氧。

RWD結(jié)構(gòu)蛋白與SUMO結(jié)合酶（Ubc9）結(jié)構(gòu)相似，RWD結(jié)構(gòu)蛋白通過與Ubc9結(jié)合形成Ubc9復(fù)合體，Ubc9復(fù)合體中RWD結(jié)構(gòu)蛋白能與SUMO-1相互作用，使SUMO-1以非共價鍵結(jié)合到Ubc9，促進SUMO-Ubc9復(fù)合物的形成［2-4］，增強 Ubc9介導(dǎo)的 SUMO-2/-3的多聚化。該過程無論是否存在E1，RSUME無改變泛素激活酶E1水平的能力，但RSUME均增強SUMO-1結(jié)合Ubc9的作用，通過上述步驟，SUMO-1能在HIF-1α和IκB的SUMO化位點與其結(jié)合，形成底物的SUMO化［5］。同時RSUME調(diào)控的SUMO化過程中，缺氧環(huán)境在增強RSUME作用的同時能增強SUMO特異性蛋白酶（SUMO specific proteases，SENP）的降解，通過減少SENP的去SUMO化作用，從而增強了底物的SUMO化［6］。

SUMO的底物大部分均存在細胞核內(nèi)，包括轉(zhuǎn)錄因子、啟動子及部分調(diào)節(jié)因子，靶蛋白SUMO化后其生物學活性及其穩(wěn)定性將發(fā)生改變。SUMO化首先將被E1激活，再轉(zhuǎn)至E2結(jié)合酶，通過E3連接酶使SUMO羧基末端Gly與靶蛋白Lys殘基通過異肽鏈連接，從而使靶蛋白SUMO化［7］。

RSUME的主要功能是通過調(diào)控SUMO化的作用，穩(wěn)定垂體腺瘤中HIF-1α和IκB的轉(zhuǎn)錄和表達活性，并作用于VEGF啟動子和NF-κB促進垂體腺瘤侵襲的發(fā)生。

2 RSUME與HIF-1α/VEGF信號通路

2.1 RSUME調(diào)控的HIF-1α的SUMO化

SUMO分子與泛素分子的結(jié)構(gòu)相似，但卻有相反的功能，泛素化可以促使蛋白質(zhì)分解，SUMO化卻能增強蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，使其功能增強。泛素化和SUMO化存在競爭性抑制，在缺氧的條件下誘導(dǎo)RSUME功能，通過增強SUMO化競爭性抑制泛素化，阻斷蛋白質(zhì)的泛素化-蛋白酶體降解途徑增加HIF-1α的穩(wěn)定性［1，8］，其中HIF-1α序列中的Lys391和Lys477是泛素化的修飾位點［9］?；钚栽鰪姷腍IF-1α和HIF-1β形成穩(wěn)定的異二聚體，與細胞核的VEGF啟動子結(jié)合［10］，影響垂體腺瘤血管的生成。

2.2 RSUME對HIF-1α/VEGF信號通路作用機制

血管的生成是垂體腺瘤生長的重要機制，VEGF是血管新生和生長的重要因子，其中VEGF的KDR受體能調(diào)控新生血管的生成［11-12］、Flk-1受體能增加血管腔化作用增加血管通透性［13-14］。通過與受體作用刺激內(nèi)皮細胞分裂增殖，誘導(dǎo)內(nèi)皮細胞產(chǎn)生纖維蛋白溶酶原激活物和膠原酶，使基底膜和細胞外基質(zhì)降解。VEGF在垂體腺瘤的生長、浸潤、轉(zhuǎn)移中扮演著十分重要的作用，腫瘤中HIF-1調(diào)控VEGF的表達，HIF-1穩(wěn)定性的增強將促進腫瘤細胞VEGF活性［15］。VEGF活性增強需要HIF-1的亞基HIF-1α進入細胞核與VEGF啟動子特異性結(jié)合。

垂體腺瘤中HIF-1和VEGF的mRNA表達，顯示了一種VEGF獨立的HIF-1α介導(dǎo)調(diào)節(jié)的垂體腺瘤生長，實驗結(jié)果表明HIF-1α/VEGF信號通路介導(dǎo)的垂體腺瘤侵襲性發(fā)生的機制并不完全［15］。Fuertes等［16］提出沉默RSUME會導(dǎo)致HIF-1α表達的抑制，減少VEGF的釋放，同時也證明細胞活素IL-6和GP130家族能增加RSUME的表達，通過促進SUMO化，穩(wěn)定HIF-1α的表達和轉(zhuǎn)錄活性，促進垂體腺瘤的侵襲的發(fā)展。Fowkes等［17］提出 RSUME 可通過 HIF-1α/VEGF信號通路增強誘導(dǎo)垂體腺瘤血管的生成和垂體腺瘤侵襲性的發(fā)展，但其具體的侵襲性的分子學機制尚未明確。

2.3 RSUME通過HIF-1α/VEGF信號通路對侵襲性垂體腺瘤的影響

垂體腺瘤生長、浸潤和轉(zhuǎn)移與新生血管形成有關(guān)，VEGF是血管生成的主要調(diào)控因子，通過與受體結(jié)合，促進新生血管的形成。VEGF的作用可不斷促進內(nèi)皮細胞的移動，以利于血管的形成，促進瘤細胞向血管周圍不斷擴散，為垂體腺瘤的侵襲創(chuàng)造條件［18］，但VEGF的高表達需要RSUME的SUMO化作用。侵襲性垂體腺瘤組織中RSUME表達顯著增高，提示RSUME高表達與垂體腺瘤侵襲性生物學行為關(guān)系極為密切。

3 RSUME與IκB、NF-κB

3.1 RSUME調(diào)控的IκB的SUMO化

SUMO化和泛素化存在競爭性抑制，缺氧環(huán)境下RSUME表達增強，RSUME將促進SUMO化，Lys21和Lys22是IκB的泛素化的結(jié)合位點，缺氧環(huán)境下SUMO化將占主導(dǎo)地位，IκB的SUMO化增多。轉(zhuǎn)染了RSUME的COS-7細胞，SUMO化增多，IκB的表達增加，并且IκB蛋白的穩(wěn)定性也得到增強［19］，IκB水平增加是因SUMO化狀態(tài)的IκB增加，SUMO化的IκB穩(wěn)定性較強，難以被降解。IκB是NF-κB的抑制蛋白，I κB通常與NF-κB結(jié)合，以非活性形式處于細胞質(zhì)中，而IκB的磷酸化和泛素化是其降解的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，RSUME作用增強時，SUMO化將競爭性抑制磷酸化和泛素化的作用，IκB的穩(wěn)定性將得到增強，NF-κB將無法發(fā)揮作用［1］。

3.2 RSUME對IκB和NF-κB復(fù)合體的作用機制

正常人的腦垂體腺細胞中NF-κB未見表達，而垂體腺瘤患者中可檢測到NF-κB。活化的NF-κB具有調(diào)節(jié)垂體腺瘤DNA合成以及細胞生長作用，一旦NF-κB的活性下降或受到抑制，DNA合成和細胞生長作用就會受到抑制或下調(diào)。

IκB與NF-κB所形成的二聚體在細胞質(zhì)中處于靜息狀態(tài)，IκB可抑制NF-κB的活化，阻止其進入細胞核發(fā)揮功能。RSUME的激活將穩(wěn)定IκB的表達及轉(zhuǎn)錄活性，阻礙NF-κB的作用。但Ben-Neriah等［20］研究發(fā)現(xiàn)雖然通過增強IκB的表達可抑制NF-κB的活性，但這一抑制效果，在腫瘤最初發(fā)展的幾個月內(nèi)無明顯作用。

3.3 RSUME通過IκB和NF-κB的復(fù)合體對侵襲性垂體腺瘤的影響

轉(zhuǎn)移和組織侵入是腫瘤侵襲發(fā)展中2個關(guān)鍵事件，這2個關(guān)鍵事件的發(fā)展依賴NF-κB的基因調(diào)控，同時NF-κB作為一個重要的炎癥活化因子，可通過慢性炎癥反應(yīng)促進垂體腺瘤侵襲性的發(fā)展，活化NF-κB能增強垂體腺瘤DNA合成以及增強細胞生長的作用。因此NF-κB的過度表達與垂體腺瘤侵襲性有著密切的關(guān)系。目前有關(guān)NF-κB與垂體腺瘤侵襲相關(guān)的生物學分子機制中存在矛盾，Ben-Neriah等［20］提出增強RSUME對NF-κB的活性抑制作用，在一定程度上可以提高垂體腺瘤治療效果；Zhao等［21］提出NF-κB在維持細胞生死平衡方面也起著重要作用，長期過度的抑制NF-κB表達將導(dǎo)致機體免疫功能下降等后果，相反促進垂體腺瘤的生長。因此RSUME與IκB和NF-κB復(fù)合體的作用，及其與垂體腺瘤的發(fā)生和其侵襲性的相關(guān)性有待進一步研究。

4 展望

垂體腺瘤的侵襲性受多種因素影響，各個因素之間存在著復(fù)雜的聯(lián)系。垂體腺瘤血管的發(fā)生發(fā)展，穩(wěn)定垂體腺瘤侵襲的激活因子的表達和轉(zhuǎn)錄活性是影響垂體腺瘤生長和侵襲的重要因素。RSUME一方面通過HIF-1α/VEGF信號通路增強VEGF的活性誘導(dǎo)垂體腺瘤血管的發(fā)生發(fā)展，另一方面RSUME通過穩(wěn)定IκB、NF-κB二聚體的活性促進垂體腺瘤侵襲性的發(fā)展。但是RSUME與垂體腺瘤侵襲性的分子學機制尚未明確。

總之，RSUME與垂體腺瘤的侵襲具有相關(guān)性，深入研究RSUME與HIF-1α/VEGF信號通路以及IκB和NF-κB復(fù)合體的分子機制，將有助于了解侵襲性垂體腺瘤的侵襲機制，為開展侵襲性垂體腺瘤新的治療方法提供理論依據(jù)。

1 Carbia-Nagashima A,Gerez J,Perez-Castro C,et al.RSUME,a small RWD-containing protein,enhances SUMO conjugation and stabilizes HIF-1alpha during hypoxia[J].Cell,2007,131(2):309-323.

2 Li R,Wei J,Jiang C,et al.Akt SUMOylation regulates cell proliferation and tumorigenesis[J].Cancer Res,2013,73(18):5742-5753.

3 Srikumar T,Lewicki MC,Raught B.A global S.cerevisiae small ubiquitin-related modifier(SUMO)system interactome[J].Mol Syst Biol,2013,9:668.

4 Hsieh YL,Kuo HY,Chang CC,et al.Ubc9 acetylation modulates distinct SUMO target modification and hypoxia response[J].EMBO J,2013,32(6):791-804.

5 Cube?as-Potts C,Matunis MJ.SUMO:a multifaceted modifier of chromatin structure and function[J].Dev Cell,2013,24(1):1-12.

6 Cimarosti H,Ashikaga E,Jaafari N,et al.Enhanced SUMOylation and SENP-1 protein levels following oxygen and glucose deprivation in neurones[J].J Cereb Blood Flow Metab,2012,32(1):17-22.

7 Nú?ez-O'Mara A,Berra E.Deciphering the emerging role of SUMO conjugation in the hypoxia-signaling cascade[J].Biol Chem,2013,394(4):459-469.

8 Berta MA,Mazure N,Hattab M,et al.SUMOylation of hypoxia-inducible factor-1alpha reduces its transcriptional activity[J].Biochem Biophys Res Commun,2007,360(3):646-652.

9 Chan JY,Tsai CY,Wu CH,et al.Sumoylation of hypoxia-inducible factor-1α ameliorates failure of brain stem cardiovascular regulation in experimental brain death[J].PLoS One,2011,6(3):e17375.

10 Shan B,Gerez J,Haedo M,et al.RSUME is implicated in HIF-1-induced VEGF-A production in pituitary tumour cells[J].Endocr Relat Cancer,2012,19(1):13-27.

11 Gray RT,O'Donnell ME,Maxwell P,et al.Long-term follow-up of immunocytochemical analysis of vascular endothelial growth factor(VEGF),and its two receptors,VEGF-R1(Flt-1)and VEGF-R2(Flk-1/KDR),in oesophagogastric cancer[J].Int J Biol Markers,2013,28(1):63-70.

12 Shen XL,Deng ZF.Zhu XG,et al.Correlation between the expression of vascular endothelial growth factor/KDR and angiogenesis and invasion in human pituitary adenomas[J].Chin J Minim Invasive Neurosurg,2011,16(3):132-135.[沈曉黎,鄧志鋒,祝新根,等.VEGF及其受體表達與垂體腺瘤血管生成和侵襲性的關(guān)系[J].中國微侵襲神經(jīng)外科雜志,2011,16(3):132-135.]

13 Hu X,Xing L,Wei X,et al.Nonangiogenic function of VEGF and enhanced radiosensitivity of HeLa cells by inhibition of VEGF expression[J].Oncol Res,2012,20(2-3):93-101.

14 Benderro GF,Sun X,Kuang Y,et al.Decreased VEGF expression and microvascular density,but increased HIF-1 and 2α accumulation and EPO expression in chronic moderate hyperoxia in the mouse brain[J].Brain Res,2012,1471:46-55.

15 Kim K,Yoshida D,Teramoto A.Expression of hypoxia-inducible factor 1alpha and vascular endothelial growth factor in pituitary adenomas[J].Endocr Pathol,2005,16(2):115-121.

16 Fuertes M,Gerez J,Haedo M,et al.Cytokines and genes in pituitary tumorigenesis:RSUME role in cell biology[J].Front Horm Res,2010,38:1-6.

17 Fowkes RC,Vlotides G.Hypoxia-induced VEGF production'RSUMEs'in pituitary adenomas[J].Endocr Relat Cancer,2012,19(1):C1-5.

18 Xia Z,Liu W,Li S,et al.Expression of matrix metalloproteinase-9,typeⅣcollagen and vascular endothelial growth factor in adamantinous craniopharyngioma[J].Neurochem Res,2011,36(12):2346-2351.

19 Lens Z,Dewitte F,Van Lint C,et al.Purification of SUMO-1 modified IκBα and complex formation with NF-κB[J].Protein Expr Purif,2011,80(2):211-216.

20 Ben-Neriah Y,Karin M.Inflammation meets cancer,with NF-κB as the matchmaker[J].Nat Immunol,2011,12(8):715-723.

21 Zhao J,Rao DS,Boldin MP.NF-κ B dysregulation in microRNA-146a-deficient mice drives the development of myeloid malignancies[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2011,108(22):9184-9189.