去泛素化酶PSMD14在腫瘤中的研究進展*

段遠勝 井超 王旭東

真核細胞蛋白降解途徑主要分為兩種：1）溶酶體途徑，主要負責經胞吞作用進入細胞的外來蛋白或膜蛋白的降解；2）泛素蛋白酶體系統（ubiquitin proteasome system，UPS）途徑，是真核細胞蛋白降解的主要機制，介導陳舊或損傷的胞內蛋白降解[1]。其中，泛素化是泛素蛋白酶體系統途徑的關鍵步驟。在泛素活化酶（ubiquitin activating enzyme E1，UBA1）、泛素結合酶（E2 ubiquitin-conjugating enzyme）以及泛素連接酶（E3 ubiquitin ligase）的協同作用下，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，被泛素化標記的蛋白進而被蛋白酶體降解[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記，進而調控底物蛋白的穩定和功能并起到促進或者抑制腫瘤發生發展的作用[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）新發現的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并發揮至關重要的作用，因此被認為是一種潛在的腫瘤臨床診斷的分子標志物以及治療靶點。

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調控亞基，也是完整組裝19S蛋白酶體復合體蓋子亞基的19個基本組分之一。PSMD14屬于JAMMs異肽酶家族，含有JAMM結構域，在Zn2+依賴條件下才能夠發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底物在蛋白酶體中的進一步降解[7-8]。然而，越來越多的證據表明，PSMD14也可通過去泛素化調控從而抑制特定蛋白質的降解[9]。從目前研究推斷，根據不同的細胞背景條件，PSMD14可以發揮一種類似回收站“分揀器”的功能從而執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制仍有待進一步探究。研究表明，通過調節蛋白質去泛素化和穩定性，PSMD14能夠參與多種生理過程，包括分化[10]、細胞存活[11]、多能性[12]、自噬[13-14]、DNA損傷修復[15]、免疫炎癥反應[16-17]等。近年來，研究人員證實PSMD14也能夠影響腫瘤的發生發展，調控腫瘤增殖、侵襲轉移、化療抵抗等多種惡性生物學行為[18-24]。

2 PSMD14與腫瘤的關系

2.1 PSMD14與肝細胞癌

研究表明，肝癌組織中PSMD14表達顯著升高，與脈管侵襲、腫瘤數量、復發及不良預后相關。PSMD14能夠介導GRB2（growth factor receptorbound protein 2）蛋白第48位和第63位賴氨酸殘基發生去泛素化，從而提高GRB2的蛋白穩定性并抑制其降解；而當PSMD14的JAMM結構域發生突變（C120S和H113Q）或缺失后，GRB2的表達不再受到PSMD14調控，異常表達的GRB2能夠激活Akt、ERK、STAT3信號通路從而促進肝癌生長和轉移[18]。Wang等[19]發現細胞核內的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的蛋白穩定性，促進E2F1下游靶基因Survivin和FOXM1的表達，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的穩定性和表達，從而促進肝癌細胞凋亡和生長抑制[20]，這也體現出PSMD14對底物蛋白的特異性調控。

2.2 PSMD14與肺癌

與癌旁正常組織相比，PSMD14在肺腺癌中表達顯著升高，與腫瘤大小、淋巴結轉移和TNM分期呈正相關，同時，PSMD14高表達患者的總生存期和無病生存期顯著降低。PSMD14表達下降后，抑癌基因p53和p21的蛋白穩定性顯著升高，肺腺癌細胞發生細胞周期阻滯、細胞凋亡以及細胞衰老，細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胞肺癌中發現，PSMD14在癌組織中顯著高表達，與TNM分期及淋巴結轉移呈正相關，同時提示患者不良預后，可作為非小細胞肺癌總生存期的獨立預后因子。

2.3 PSMD14與結直腸癌

在結直腸癌中，Seo等[23]通過DUBs siRNA文庫篩選發現BMP6信號通路的激活受到PSMD14的調控。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介導的K48泛素化從而提高ALK2穩定性。C120A和H113Q突變可降低PSMD14對ALK2的調控作用，但C120S突變卻未對PSMD14去泛素化酶活性產生顯著影響。敲降PSMD14或ALK2能夠顯著抑制結直腸癌的腫瘤發生、細胞干性及化療抵抗。基于GEO數據庫的生物信息分析及免疫組織化學結果顯示，PSMD14與ALK2在結直腸癌中高表達并提示不良預后，二者呈正相關關系。

2.4 PSMD14與食管癌

通過IP質譜分析，Zhu等[24]發現PSMD14可與上皮間質轉化相關轉錄因子SNAIL直接結合。PSMD14通過去泛素化作用增加SNAIL蛋白穩定性并抑制其泛素化降解，從而促進食管鱗癌細胞侵襲轉移。同時，PSMD14與SNAIL在食管鱗癌中的表達顯著升高，且二者呈正相關，PSMD14或SNAIL高表達提示預后不良。

2.5 PSMD14與頭頸癌

通過TCGA和GEO數據庫分析，Jing等[25]研究發現包括PSMD14在內的多個在頭頸部鱗癌組織中顯著高表達的去泛素化酶。進一步研究顯示，PSMD14與臨床分期、T分期、化療抵抗和復發密切相關，并提示患者不良預后。PSMD14可抑制E2F1的泛素化降解，E2F1調控Akt通路激活及SOX2基因轉錄，從而提高腫瘤細胞干性，促進頭頸部鱗癌的發生和化療抵抗。

2.6 PSMD14與其他腫瘤

相比于正常組織，PSMD14在前列腺癌中表達升高，與前列腺癌進展密切相關。PSMD14表達下降后，前列腺癌細胞發生G0/G1期阻滯，腫瘤細胞體外增殖和體內生長受到抑制[26]。此外，PSMD14在乳腺癌中高表達并提示不良預后，敲降PSMD14能夠導致細胞周期阻滯和細胞凋亡，抑制腫瘤細胞上皮間質轉化和運動能力[27]。

根據已有文獻報道，PSMD14在絕大多數腫瘤中異常高表達可能與以下兩種因素有關：1）腫瘤細胞對包含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）腫瘤細胞利用PSMD14促進抑癌蛋白如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的異常表達可能是由腫瘤細胞與腫瘤微環境的交流互作所導致的，而其具體分子機制鮮見報道。

3 PSMD14抑制劑與腫瘤治療

PSMD14在多種腫瘤中異常表達并發揮重要的促癌功能，因此，對其進行轉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已進入臨床試驗前期[4]，但大多數PSMD14抑制劑還處于初始研發階段。

3.1 8-thioquinoline及Capzimin

通過篩選金屬結合藥效基團文庫發現8-thioquinoline（8TQ）對PSMD14有較強的抑制作用，但其特異性有待進一步提高。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能夠穩定蛋白酶體底物，誘導未折疊蛋白反應，阻斷腫瘤細胞的增殖[28]。此外，Capzimin能夠抑制前列腺癌細胞的存活，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胞蛋白酶體功能，激活Caspase級聯反應和內質應激反應信號。異種移植瘤模型結果表明，OPA治療可減少多發性骨髓瘤的生長，延長小鼠的存活期。同時，OPA阻斷PSMD14可增加抗多發性骨髓瘤藥物來那度胺、泊那度胺或地塞米松的細胞毒活性[29]。此外，OPA還能夠在體外抑制肝癌細胞的增殖、克隆形成、運動和侵襲，在體內抑制肝癌的生長和遠處轉移[18]。

3.3 硫藤黃素

Minamiguchi等[30]最初發現硫藤黃素（thiolutin，THL）通過減少人臍靜脈內皮細胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）中的paxillin來抑制HUVECs與玻連蛋白的黏附，并在體內抑制腫瘤細胞誘導的血管生成。THL可通過誘導Hsp27磷酸化抑制內皮細胞黏附，阻斷傷口驅動和腫瘤驅動的血管生長。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

通過開發檢測蛋白酶體介導蛋白降解的方法，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較小的改良ETPs，能夠穩定一部分蛋白酶體底物，誘導未折疊蛋白反應，導致細胞死亡[33]。

4 結語及展望

去泛素化酶PSMD14在多種腫瘤中異常高表達并影響腫瘤發生發展，有望成為潛在的腫瘤臨床診斷標志物和治療靶點。PSMD14既能作為蛋白酶體的重要組分，促進底物蛋白進入蛋白酶體進行降解又能夠獨立于蛋白酶體，發揮其去泛素化酶作用，抑制底物的泛素化和蛋白降解，體現出PSMD14決定底物蛋白命運的選擇性，這種選擇性的生物學機制尚有待深入挖掘。同時，多種PSMD14小分子抑制劑表現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。總之，PSMD14及其靶蛋白在腫瘤中的作用值得進一步探究，其轉化應用前景值得期待。