UBE2C在肝細胞癌中的研究進展

曹根玲 綜述 官成濃 審校

廣東醫科大學，廣東 湛江 524023

原發性肝癌是常見的惡性腫瘤，根據國際癌癥研究機構(International Agency for Research on Cancer，IARC)的最新統計，在全球范圍內，其發病率排第五名，死亡率在男性中排第二名，是全球第三大癌癥死亡原因。原發性肝癌包括肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)、肝內膽管癌以及其他罕見類型。其中，以HCC最為常見，占75%～85%[1]。我國是全球HCC新發病例和死亡病例最多的國家，HCC 患者約占全球HCC 患者總數的50%[2]。近年來，隨著醫療水平的提高，肝癌的治療取得了巨大的進步，治療手段也越來越多樣化，主要有外科手術治療、介入治療、放化療、靶向藥物治療及中醫藥治療等。然而，其治療效果仍不容樂觀，復發率高、預后差。因此，進一步研究其發生發展的分子機制，識別新的生物標志物和分子靶點，探索新的靶向治療方法是迫切需要的。目前對肝細胞癌進行的研究表明，UBE2C在肝細胞癌中的表達水平顯著上調，且UBE2C的高表達是肝細胞癌患者無病生存率(DFS)和總生存率(OS)較差的預后因子，這就提示著UBE2C可能是治療HCC潛在的分子靶點。

1 泛素-蛋白酶體系統與UBE2C

1.1 泛素-蛋白酶體系統 泛素-蛋白酶體系統(ubiquitin proteasome system，UPS)由泛素、泛素激活酶(E1)、泛素結合酶(ubiquitin-conjugating enzyme，E2)、泛素連接酶(E3)、26S蛋白酶體及去泛素化酶組成，是細胞內蛋白質降解的能量依賴性非溶酶體途徑，具有高度選擇性[3]。UPS 的作用過程復雜且精細，泛素分子可以通過其谷氨酸殘基與E1 的半胱氨酸殘基相結合形成高能硫酯鍵而被激活，活化的泛素與E2的活性中心相結合，在E3 的介導下轉移至靶蛋白，這個過程稱為單泛素化，可參與細胞自噬現象的調節、蛋白復合體的重組等過程，而要將靶蛋白降解則需要將至少4～5個泛素連接到靶蛋白上形成多聚泛素鏈使靶蛋白多聚泛素化，隨后，泛素化的靶蛋白被26S蛋白酶體的19S亞基識別并轉運到20S亞基上水解成含3～22個氨基酸殘基的多肽[4-5]。UPS 具有調節蛋白質的水平及活性、細胞代謝、細胞周期、基因轉錄和翻譯、細胞存活和凋亡的作用[6]，目前已有研究證實，UPS 的功能紊亂可引起神經退行性疾病、自身免疫性疾病、視網膜病變、糖尿病和癌癥等[7-9]。

1.2 UBE2C 泛素結合酶(ubiquitin-conjugating enzyme，E2)是UPS的重要組成部分，根據其分子組成結構分成四大類：Ⅰ類E2 僅含有核心區域，其對靶蛋白的泛素化作用需要E3 的幫助；Ⅱ類E2 含有核心區域和C-末端延伸結構；Ⅲ類E2 含有核心區域和N-末端延伸結構；IV類E2同時含有核心區域、C-末端延伸結構和N-末端延伸結構。由上可見，四類E2 都具有高度保守的核心區域，該區域由大約150 個氨基酸殘基組成，其中有一個特殊的半胱氨酸殘基在靶蛋白的泛素化過程中起關鍵性作用[10]。UBE2C 由染色體20q13.12 上的基因編碼而成，是泛素結合酶家族成員中第10 個被識別出來的，又被稱為UBCH10，屬于第Ⅲ類E2，其體積較小，相對分子質量僅為19.6 kD，由179 個氨基酸殘基組成，起始的28 個氨基酸序列構成N-末端的延伸區域，其余的151個氨基酸序列組成核心區域，UBE2C 也具有復雜的空間結構，包含1 個四股反向平行的β-折疊、1 個保守的310螺旋及4個α-螺旋。UBE2C 具有調控細胞周期進程中關鍵蛋白的降解及調節有絲分裂紡錘體檢查點等作用，因此UBE2C的功能失調就可能導致腫瘤的發生。

2 UBE2C與腫瘤的關系

2.1 UBE2C 在腫瘤組織中的高表達 TOWNSLEY等[11]在1997年首次克隆出了蚌類E2-C的人類同源基因UbcH10，并創建了UbcH10 蛋白的突變體(通過將具有催化作用的半胱氨酸改變為絲氨酸)，且將其轉染到COS細胞進行體外實驗，結果表明其蛋白突變體抑制了細胞周期蛋白A和B的降解，從而阻斷了細胞進入到有絲分裂后期。早在2003年，OKAMOTO等[12]就采用RT-PCR 技術檢測了17 個E2 基因在人類25種正常組織和24種癌細胞系中的表達水平，該研究表明UBE2C在許多正常組織中表達極低，而在大多數癌細胞系中高表達。隨后ZHANG等[13]檢測了18例直腸癌及癌旁組織的UBE2C 蛋白水平和mRNA的表達情況，結果顯示，與癌旁組織相比較，癌組織中的UBE2C蛋白水平顯著升高，且mRNA水平幾乎是癌旁組織的3倍，其進行的體外實驗證實了UBE2C可以促進HR-8348細胞的增殖、抑制HR-8348細胞凋亡及增強其侵襲能力，體內實驗也證實了這一結果。JIN等[14]采用RT-qPCR、Western blotting 等技術檢測了50 例肺癌臨床樣本，證實了肺癌組織中的UBE2C mRNA和蛋白水平高于癌旁組織，并可以促進肺癌細胞的EMT，且Kaplan-Meier分析顯示，UBE2C表達水平越高，總生存期(OS)越短。KIM等[15]進行的一項體外實驗表明HR+/HER2乳腺癌細胞中的雌激素可以與UBE2C啟動子區結合，從而上調UBE2C mRNA和蛋白的表達。此外，ZHANG 等[16]首次報道UBE2C mRNA 在胃癌組織中高表達，且受miR-17/20a的正向調控。目前研究還發現，UBE2C 在食管鱗癌、膀胱癌、前列腺癌、宮頸癌和胰腺癌等腫瘤組織中均高表達[17-21]。

2.2 UBE2C 在腫瘤中的作用機制 腫瘤的發生發展是一個包含基因表達改變和微環境改變的復雜過程，目前的研究證實UBE2C在腫瘤的發生、發展過程中起到關鍵性作用。國外學者曾報道在細胞有絲分裂過程中，后期促進復合物/細胞周期體(APC/C)可以使蛋白酶體中分離酶抑制劑(securin)和細胞周期蛋白B(cyclin B)泛素化降解，使分離酶作用將姐妹染色單體結合在一起的黏連蛋白水解，從而引起姐妹染色單體分離，使細胞從有絲分裂中期進入后期[22-23]。此外，在APC/C介導的泛素化過程中，UBE2C作為負責起始作用的蛋白酶可以將第一個泛素分子連接到底物上，UBE2C的缺失可以導致有絲分裂延遲，而其過表達則會導致染色體錯誤分離[24-25]。紡錘體組裝檢查點(spindle assembly checkpoint，SAC)由Mad1、Mad2、BubR1、Bub1、Bub3等構成，可以與細胞分裂周期蛋白(CDC20)結合，形成Bub3-Cdc20-BubR1-Mad2 復合體，即有絲分裂檢查點復合物(MCC)。有研究證實共刺激分子CDC20 可以改變APC/C的構象，提高UBE2C 與APC/C的結合力，因而促進APC/C的泛素化活性[26-27]。既往研究表明，當染色體還未附著于微管的時候，SAC就會催化MCC與CDC20 結合形成CDC20MCC，從而抑制已經被激活的APC/C-CDC20 復合物的活性，阻止未成熟的姐妹染色單體分離，以防止細胞在未成熟的情況下進入有絲分裂后期[22，28]，而UBE2C可以通過催化CDC20MCC 分子的泛素化而調控APC/C 的活性。由此可見，UBE2C 既可以直接參與securin、cyclin A、cyclin B 等相關蛋白的泛素化和降解過程，也可以調控紡錘體組裝檢查點的功能，這兩個作用均可以通過影響姐妹染色單體的分離而調控細胞周期，這可能是UBE2C參與腫瘤形成的一個重要作用機制。

3 UBE2C與肝細胞癌的關系

3.1 UBE2C在肝細胞癌中高表達 目前多項研究均表明UBE2C 在肝細胞癌中高表達。田明等[29]對30例肝癌患者的癌及癌旁組織UbcH10蛋白的表達水平進行了檢測，結果顯示，癌組織中的表達率為93.33%，而在癌旁組織中的表達率僅有6.67%。隨后，董文亮等[30]采用免疫組化法檢測了109例原發性肝癌患者的癌及癌旁組織中UBE2C的表達情況，結果顯示癌組織中UBE2C 陽性表達率高達92.16%，而癌旁組織中的陽性表達率為64.22%。XIONG等[31]報道HCC組織中UBE2C mRNA 水平顯著升高，并與較高的HCC 分級相關。此外，MI 等[32]發現UBE2C 作為肝細胞癌的Hub基因存在，并且使用Oncomine數據庫對腫瘤組織和正常組織進行了統計分析，發現UBE2C在肝細胞癌中高表達。此外，TIAN等[33]通過TCGA數據庫下載了50 份正常肝組織RNA-seq 樣本和374 份HCC組織RNA-seq樣本，并對其進行了數據分析，結果顯示UBE2C在肝細胞癌中高表達，且對72例HCC患者的癌及癌旁組織進行的RT-qPCR及免疫組化檢測也證實了這一結論。值得注意的是，目前對UBE2C在HCC中表達情況的研究都是對腫瘤組織的研究，而關于其在血液中的情況尚無報道，這是值得進一步探究的。

3.2 UBE2C 在肝細胞癌中的作用機制 國內外關于UBE2C 在肝細胞癌發生發展中作用的分子機制的報道仍舊很少。劉夢等[34]肝癌細胞系Huh-7細胞中的研究表明，UBE2C的過表達可以使其底物蛋白β-微管蛋白在蛋白水平的表達降低，而β-微管蛋白的降低可以使Wnt 信號通路增強以促進下游基因JNK、細胞周期蛋D1 和MMP-7 的表達；需要注意的是，UBE2C不影響β-微管蛋白在mRNA 水平的表達。近期，LIU等[35]報道p53是UBE2C的底物，由此可推測UBE2C可能通過調節p53信號通路促進腫瘤的發生發展。ZHU等[36]采用免疫組化法檢測了135 例HCC 患者中PRIM1 蛋白的表達情況，顯示PRIM1 在HCC 中蛋白表達水平明顯高于癌旁組織；并且對TCGA數據庫中HCC 樣本的分析證實了在HCC 中PRIM1 與UBE2C呈正相關，進一步的研究顯示PRIM1的表達水平可以調控UBE2C的表達水平，并且PRIM1可以調控PI3K/AKT/mTOR 信號通路和p53 信號通路的活性。體內和體外的研究均表明PI3K/AKT/mTOR信號通路在肝細胞癌中起到關鍵性的作用[37]。WANG等[38]發現在胃癌中UBE2C 可以調控PI3K/AKT 信號通路的活性。然而UBE2C在HCC中是否可以通過調節PRIM1的表達水平而調控PI3K/AKT/mTOR信號通路的活性以促進HCC的形成還尚未有報道。有趣的是，HUANG等[39]發現在HCC 組織中UBE2C 的表達水平與調節性T細胞(Treg)、T濾泡輔助細胞(TFH)、巨噬細胞M0等免疫浸潤細胞呈顯著正相關，而與單核細胞等免疫浸潤細胞呈顯著負相關。浸潤性免疫細胞作為腫瘤微環境的組成部分影響著腫瘤的生長、侵襲和轉移。既往就有報道，Treg 和TFH細胞在腫瘤的發生發展中發揮相反的作用。Treg 細胞可以通過免疫抑制作用維持免疫自我耐受性促成了腫瘤細胞的免疫逃逸，從而抑制抗腫瘤免疫作用，與此相反，TFH細胞可以協助B細胞的增殖和抗體的產生，從而促進抗腫瘤免疫作用[40-42]。由此可知UBE2C 可以通過調控免疫浸潤細胞影響HCC 的腫瘤微環境，作用于HCC 的發生發展。這一結果為尋找HCC免疫治療的方向提供了新思路。

3.3 UBE2C 高表達與肝細胞癌的預后 目前的研究證實了HCC中UBE2C的高表達意味著不良的預后及更短的生存時間。DONG 等[30]報道了UBE2C 在原發性肝癌組織中的高表達往往意味著不良的預后，其對患者治療后隨訪的結果顯示UBE2C 高表達患者的中位生存時間為23.32 個月，而UBE2C低表達的患者中位生存時間有33.32個月，顯而易見，UBE2C高表達的患者的中位生存時間明顯短于低表達者。田明等[43]也報道了UbcH10 高表達的肝癌患者比UbcH10低表達的肝癌患者總生存率低、存活時間短。且目前多項研究均顯示UBE2C 在不同HCC 組織學分化程度、淋巴結是否轉移患者中的表達水平具有差異，這也就代表UBE2C 可作為肝癌不良預后的獨立危險因素[29，43]。此外，XIONG 等[31]在體外進行的功能缺失實驗證實了UBE2C 的表達水平與HCC 細胞的增殖、遷移和侵襲成正性相關，而與對阿霉素和5-氟尿嘧啶等化療藥物的敏感性及對索拉非尼的敏感性成負性相關，這也使得UBE2C 高表達的患者預后差、生存率低。ZHU 等[36]做的功能試驗也顯示UBE2C 的沉默顯著抑制MHCC97H細胞的增殖和集落形成，而UBE2C的過表達增強了HepG2 細胞的侵襲行為。WEI 等[44]從GEO 數據庫中獲得了HCC 癌及癌旁組織樣本，并對其進行了分析，發現UBE2C mRNA 的高表達明顯減短了臨床Ⅲ期HCC患者的生存時間。

4 總結

目前的研究結果均顯示，相較于癌旁組織，在肝細胞癌組織中UBE2C mRNA及蛋白的表達水平均顯著升高，且越高的UBE2C表達水平往往對應著越差的病理分型。UBE2C的高表達可以促進HCC細胞的增殖、遷移和侵襲能力，并降低其對阿霉素和5-氟尿嘧啶等化療藥物及索拉非尼的敏感性，這也就意味著不良的預后。因此，UBE2C可能作為肝細胞癌預后的檢測指標和治療潛在的分子靶點，而沉默UBE2C可能作為HCC新的治療手段。雖然已有研究發現UBE2C可以通過增強Wnt信號通路、調節p53信號通路、調控抗腫瘤免疫作用、改變腫瘤微環境來參與肝細胞癌的發生發展過程，但是對UBE2C 在HCC 中作用的分子機制仍舊是知之甚少，有待進一步的探究。