去泛素化酶USP7在腫瘤中的研究進展

劉軍鳳 綜述 周秀敏 審校

1.蘇州大學，江蘇 蘇州 215000；2.蘇州大學附屬第一醫院腫瘤科，江蘇 蘇州 215000

惡性腫瘤已成為全球熱點問題之一。據我國關于癌癥數據統計，2012年全國惡性腫瘤的發病率約為264.85/10 萬，然而惡性腫瘤死亡率在全地區占比約161.49/10萬[1]。它的增殖、擴散及轉移能力極強，但其發病機制尚未明確。因此，研究其生物學機制，尋找新的靶點，亟待解決。泛素化參與蛋白質翻譯后修飾，角色至關重要。USP7 是泛素特異性修飾酶家族中的一員，臨床對其研究較為普遍，其是通過與癌蛋白、抑癌蛋白甚至致瘤病毒的相關蛋白之間的相互作用，在腫瘤的發生和發展中發揮著一定作用[2]。最新的一項研究表明，USP7 的破壞與一種具有智力缺陷和自閉癥譜系的神經發育障礙有關[3]。本文將對USP7的生物來源、結構特點、生物功能及其在腫瘤中作用機制等研究進展進行闡述。

1 USP7的基本結構特征

USP7 屬于半胱氨酸蛋白酶，又被稱為皰疹病毒相關的泛素特異性蛋白酶(Hausp)。與其他的USP 類似，USP7 同樣具有多個結構，主要包括N 末端TRAF(tumor necrosis factor-receptor associated factor) 區(aa62-205)、催化區(aa 208-560)及64 KDa的C端區域(aa 560-1102)。許多蛋白已被確定為USP7 的潛在底物，如腫瘤抑制因子、轉錄因子、染色質相關蛋白、細胞周期檢查點蛋白和表觀遺傳調節劑等[4]。催化去泛素化的核心是對異構肽羰基的親核攻擊，而半胱氨酸是USP7導致親核攻擊的活性位點[5]。USP7在哺乳動物的進化中是高度保守并廣泛存在[6]，并且在多種惡性腫瘤中過表達。因此，USP7 有望成為新的腫瘤標志物。

2 USP7的生物學功能

2.1 細胞周期的調控 細胞周期是連續分裂的細胞從上一次有絲分裂結束到下一次有絲分裂完成所經歷的整個過程，包含G1期、S期、G2期、M期四個階段。USP7 是通過特異性對抗SCFβTrCP 介導的降解泛素連接酶來維持卡環蛋白的穩態水平[7]。卡環蛋白促進ATP 介導的DNA 損傷應答過程中重要效應激酶Chk1 的磷酸化和活化，是一種檢查點介質。USP7 參與了檢查點反應中Chk1磷酸化反應，對細胞周期進行調控起到間接的作用。

2.2 DNA的損傷和修復 DNA損傷途徑一旦發生，機體立即啟動一系列的DNA 修復途徑，在哺乳動物系統中主要有核苷酸切除修復(NER)、錯配修復(MMR)、堿基切除修復(BER)、雙鏈斷裂修復(DSB) 4條通路[8]。DNA損傷反應(DDR)通過感知DNA損傷，發揮修復DNA 的功能，從而維持基因組的穩定性。USP7 是級聯反應的一個重要調控器，有助于感知病變，啟動修復，從而恢復正常的細胞過程[7]。檢查點激酶1 (CHK1)是DDR 中必不可少的激酶。激活后，CHK1從染色質中釋放出來，阻止細胞周期進程，使其得以修復。USP7 是CHK1 激活所必需的關鍵適配蛋白，并促進ATR (ATM-Rad3-Related)介導的CHK1 磷酸化[8]。此外，有關研究表明USP7也可以直接參與調節CHK1的穩定性[9]。

2.3 表觀遺傳的調控 表觀遺傳修飾是調控基因轉錄、DNA 復制以及DNA 修復的重要方式，最終調節染色質。染色質重構控制，也是指染色質狀態，即染色質是“開放”還是“封閉”，可以通過核糖體重組和DNA、RNA 及組蛋白的共價修飾調控決定基因轉錄的激活亦或是抑制染色質狀態[10]。USP7 去泛素化和穩定DNMT1 是DNA 復制過程中DNA 甲基化的重要表觀遺傳調控因子，也是具有顯著治療價值的腫瘤靶點[11-12]。 最近一項研究表明，EZH1/2-EED-SUZ12-USP7 復合物的催化單元是EZH1/2，EZH1/2本身不能執行酶的功能，必須與至少兩個非催化物(EED 和SUZ12)復合，USP7 參與EZH2 的結合并穩定EZH2，同時調節EED 和SUZ12 在基因轉錄中的作用[13]。

2.4 免疫應答 核轉錄因子NF-κB 是機體內主要的免疫反應調節器，同時通過對炎癥細胞因子的調控參與炎性疾病的發生和發展，調節促炎細胞因子的表達。它可以被大多數免疫應答受體包括Toll 樣受體、抗原受體和腫瘤壞死因子(TNF)受體家族激活[14]。泛素化觸發的NF-κB 蛋白酶體降解限制其目標基因的表達，相反，USP7通過下調E3連接酶的活性穩定核轉錄因子NF-κB，從而促進其轉錄活性。抑制USP7的表達，核轉錄因子NF-κB 泛素化上調，可以有效抑制Toll樣受體誘發炎癥細胞因子的表達以及控制炎癥反應。

2.5 信號通路

2.5.1 p53-MDM2通路 p53在腫瘤基因中具有抑制細胞生長、保持基因完整性、維持細胞內穩態和微環境穩定的作用[15]。 鼠雙微體2 (mouse double minute 2，MDM2) 是p53 的主要負調控因子之一，MDM2 可以通過多種途徑抑制p53 的活性，例如，MDM2是通過介導p53的泛素化在蛋白酶體系統中被降解的；MDM2通過結合p53 N-末端的轉錄活化區直接抑制p53的轉錄活性[16]。MDM2狀態的失調可以通過阻斷其與USP7 的聯系從而抑制MDM2 介導的p53在含有野生型p53的癌細胞中的降解而成為藥物治療的靶點。

2.5.2 USP7 與PTEN 通 路 PTEN (phosphatase and tensin homolog)是脂質蛋白磷酸酶的一種，可以抑制腫瘤。PTEN磷酸化時，PTEN-USP7之間的相互作用顯著增強[17]。在肺神經內分泌腫瘤細胞中，有人發現PTEN蛋白的丟失與細胞核USP7的丟失有關，這表明PTEN的去泛素化減少使其成為蛋白酶體降解的靶點[18]。正常情況下，USP7對PTEN的去泛素化作用能夠在細胞核內通過早幼粒細胞白血病蛋白(PML)所抵抗，但在PML中，致癌的PML-RARa 會導致這種活性的喪失，從而失去抑制作用[19]。因此，有理由推斷USP7-PTEN相互作用可以通過限制PTEN 定位位點作為抑制靶點，最終誘導癌細胞凋亡。

2.5.3 USP7 與FOXO 通 路 FOXO (fork head box O)家族的轉錄因子(FOXO1、FOXO3、FOXO4 和FOXO6)對細胞增殖、氧化應激反應、腫瘤發生等生理過程具有調節作用[20]。通過抑制USP7 的功能，核內FOXO4的表達增加，因此USP7可以抑制FOXO4核定位以達到抑制腫瘤的目的[21]。

2.6 USP7 與病毒相關蛋白 許多病毒可以影響宿主細胞去泛素化過程，從而有效地表達、復制和存活病毒基因。單純皰疹病毒(herpes simplex virus，HSV)由其引起的單純性皰疹是一種傳染病，是一種雙鏈DNA病毒。感染性細胞多肽0 (infected cell protein 0，ICP0)是由HSV 早期基因表達的蛋白，具有E3泛素連接酶的活性，可以通過調控病毒基因組的表達，激活病毒后期基因的轉錄，也可以通過與蛋白相互作用，激活轉錄調控其裂解性和潛伏性之間的平衡[22-23]。USP7 與病毒蛋白的相互作用表明，一些在宿主內成功感染的病毒有去泛素化過程的參與，未來的研究可能會揭示其參與的具體過程和機制。

3 USP7與惡性腫瘤的關系

3.1 USP7 與肺癌 隨著工業化社會的深入發展，肺癌的發病率逐年升高，發病年齡呈現年輕化趨勢，因此，迫切需要明確其發生和發展的分子生物學機 制。 SUN 等[24]發 現，WDR79 在 非 小 細 胞 肺 癌(NSCLC)細胞核中與USP7 相互作用，Mdm2 和p53 的泛素化下調，進而增加了USP7的穩定性，延長了其半衰期。通過USP7 的下調導致WDR79 衰減，表明WDR79 的功能作用依賴于USP7，WDR79 是通過USP7促進了非小細胞肺癌(NSCLC)細胞的增殖。

3.2 USP7 與宮頸癌 宮頸癌的發病年輕化趨勢日漸明顯，發病原因仍未明確。MRE11-RAD50-NBS1(MRN)復合物和DNA 損傷檢測點蛋白1 (MDC1)的中介是識別、信號傳遞和修復DNA雙鏈斷裂(DSBs)的核心，其相互作用對DNA損傷反應(DDR)的啟動和擴增至關重要。SU 等[25]的研究表明，MRN-MDC1 復合物為USP7 有效地去泛素化提供了平臺并穩定MDC1，對基因毒性損傷的抵抗力增強，宮頸癌細胞存活顯著增加。USP7在宮頸癌中過表達，其表達水平與MDC1及宮頸癌患者較差的生存率呈正相關。因此，USP7有望成為宮頸癌潛在治療靶點。

3.3 USP7 與鼻咽癌 Epstein-Barr 病毒(EBV)感染了全世界90%以上的人，有效地使受感染細胞長期存活，易患各種癌癥。在鼻咽癌中，EBV 蛋白對于病毒復制、基因組維護和病毒基因表達都是必不可少的。ZHANG 等[26]通過對鼻咽癌的大數據庫研究表明，對3 269例鼻咽癌患者在治療結束(±1周)時測量了血漿EBV DNA 負荷，93.0% (3 031/3 269)的患者血漿EBVDNA負荷檢測不出，7.0% (238/3 269)則可以檢測出。238 例可以檢測出的EBV DNAend 患者中，繼續檢測3個月后的EBV DNA水平，其中192例仍可以檢測出，72.4% (139/192)患者出現自發性緩解現象。然而，這些患者的3 年無病生存率(DFS) (55.1% vs 89.8%)、總生存率(OS) (79.1% vs 96.2%)、無遠處轉移生存率(DMFS) (68.4% vs 94.1%) 和無復發生存率(LRRFS) (84.5% vs 95.0%)仍低于無法檢測到EBV DNAend 的患者(P＜0.001)。因此治療后EBV DNA 是鼻咽癌預后的一個可靠的生物標志物。

3.4 USP7 與骨肉瘤(OS) 骨肉瘤是10～25 歲青少年最常見的原發性惡性骨腫瘤，分子機制尚未完全闡明。ZENG 等[27]的研究表明，USP7 在OS 腫瘤組織比其在周圍組織中的表達明顯升高，與OS 患者TNM分期和轉移呈正相關。其次，生物學功能檢測顯示，USP7 敲除顯著抑制OS 細胞的轉移和侵襲，而USP7過表達增強OS細胞的轉移和侵襲，提示USP7可能是OS的潛在治療靶點。

3.5 USP7與前列腺癌 隨著近年來前列腺癌發病人數的增加，對其研究亦逐漸成為熱點。催化增強子組蛋白H3賴氨酸27位點甲基化轉移酶2 (EZH2)是USP7的靶點，并被USP7介導的去泛素化穩定。在前列腺癌細胞中，USP7敲低抑制了EZH2的轉錄抑制功能。EZH2 的異位插入使前列腺癌細胞的遷移、侵襲潛能增高，而USP7 基因敲低則降低了這些潛能。此外，聯合USP7特異性抑制劑P5091和EZH2抑制劑如GSK126、EPZ6438、DZNep，可協同抑制前列腺癌細胞的遷移、侵襲潛能[28]。

3.6 USP7與其他腫瘤 WANG等[29]的研究發現在過表達或沉默USP7后，與正常肝組織相比，肝癌組織中USP7的RNA和蛋白水平均有上調。上皮性卵巢癌(EOC)中，MA 等[30]的研究發現USP7 高表達的患者OS較低表達的患者差，USP7可能參與了EOC細胞的增殖和侵襲，USP7 的表達可以作為EOC 的獨立預后因子。除了前文所述的幾種腫瘤，USP7 的過表達和失調與結腸癌、慢性淋巴細胞白血病(CLL)、肺神經內分泌腫瘤和惡性膠質瘤等多種惡性腫瘤均有關[18，31-33]。

4 展望

USP7 是很重要的去泛素化酶，能夠調節細胞內許多相關蛋白底物的活性與功能。因此，通過抑制USP7蛋白相關的信號通路有望成為診治惡性腫瘤的特異性治療新靶點。但關于USP7與腫瘤關系所涉及的機制及信號通路較為繁雜，且其涉及的具體介導信號通路靶點還需進一步探索，目前仍需大量的實驗研究加以證實，尋找到有效的腫瘤防治新方法。隨著USP7 小分子抑制劑的研究進展，有望給眾多腫瘤患者帶去曙光。