泛素特異性肽酶 5在惡性腫瘤中的研究進展△

劉嘉，王高仁

1南通大學醫學院，江蘇 南通 226001

2南通大學附屬腫瘤醫院放療科，江蘇 南通 226361

泛素-蛋白酶體系統的故障與惡性腫瘤之間的關系在近年來得到了越來越多的關注，靶向一系列的去泛素化酶（deubiquitinating enzyme，DUB）在抗腫瘤治療中展現出巨大潛力。DUB分為半胱氨酸蛋白酶和金屬蛋白酶兩大類，其中半胱氨酸蛋白酶到目前為止研究最為豐富，在人類中已知數量超過80個[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，近年來研究結果證實USP5在腫瘤進展中發揮了關鍵作用，深入研究其調節機制有望為未來腫瘤治療提供有臨床價值的新策略。本文就近年來USP5在各類惡性腫瘤中的研究進展進行綜述，介紹其在腫瘤中的作用與調控機制。

1 USP5的功能

USP5又稱異肽酶T（isopeptidase T，ISOT），全長835個氨基酸殘基，現認為由5個獨立結構域組成，包括兩個ZnF-UBP結構域（1～156氨基酸，173～283氨基酸）、兩個UBA結構域（634～684氨基酸，698～749氨基酸）以及一個形成活性位點的UBP結構域[3-4]。作為DUB，USP5已被證實可以切割至少5種類型的多泛素鏈，包括K6、K29、K48、K63以及線性多泛素鏈[4]。越來越多的研究證實，USP5通過參與調控多種細胞的生物過程，在機體中起著特殊作用。

1.1 USP5調節炎癥反應

炎癥是機體對外界刺激的一種保護反應，不僅表現為紅、腫、熱、痛，還會由于相應器官受損而表現出功能障礙。炎癥會激活天然免疫反應和適應性免疫反應，目的是清除有害因子，促進組織修復和恢復健康[5]。NLR家族熱蛋白結構域3（NLR family pyrin domain containing 3，NLRP3）炎癥小體參與多種炎癥疾病，嚴格控制其激活是防止過度炎癥的必要條件。Cai等[6]研究發現，USP5是募集E3連接酶膜相關環指蛋白7（membrane associated ring-CH-type finger 7，MARCHF7）到NLRP3的一個關鍵支架蛋白，同時促進與K48相關的多聚泛素化，隨后通過自噬溶酶體途徑使NLRP3降解。在類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）中，Luo等[7]通過實驗觀察到USP5過表達可以促進促炎細胞因子的產生和核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）信號通路的激活，并且發現USP5能與腫瘤壞死因子受體相關因子6（tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6）相互作用，通過去除其K48連接的多聚泛素鏈而穩定TRAF6的表達，提示USP5在RA中可以促進炎癥的發生，能作為RA治療的潛在靶點。Chen等[8]利用蛋白質印跡法、細胞實驗證實USP5通過激活信號轉導及轉錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信號通路促進慢性牙周炎炎癥因子的表達，包括腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白細胞介素（interleukin，IL）-6及IL-1β，這些結果進一步表明USP5在炎癥反應中扮演重要角色。

1.2 USP5與疼痛

T型鈣離子通道通過調節細胞的興奮性和神經遞質的釋放，在疼痛形成和傳遞中起著重要作用[9]。在人類基因組編碼的3種不同類型T型鈣離子通道中，Cav3.2是傳入疼痛通路中的主要亞型，也是一個經過驗證的疼痛治療靶點[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結構域（206～244氨基酸）與通道的胞內結構域Ⅲ～Ⅳ連接子結合，從而減少Cav3.2通道的泛素化并增強其穩定性[11]。多項研究結果表明，破壞USP5與Cav3.2通道的相互作用，可以防止炎癥性和神經性疼痛[10-12]。此外，Qu等[13]采用熒光原位雜交（fluorescence in situ hybridization，FISH）、免疫熒光技術和小鼠模型等發現巨噬細胞來源的細胞外囊泡中含有miRNA-23a-3p，能通過降低USP5的表達來調節組蛋白脫乙酰酶2（histone deacetylase 2，HDAC2）/核轉錄因子紅系2相關因子2（nuclear factor-erythroid 2-related factor 2，NRF2）軸，改善炎癥性疼痛。上述研究結果證明，USP5對調節疼痛具有重要意義，可能為炎癥性和神經性疼痛的治療提供新的治療靶點。

1.3 USP5與DNA修復

在機體受到環境或內源性應激源侵害后，若沒有適當的DNA損傷修復（DNA damage repair，DDR）能力，將會產生許多負面影響[14]。針對各種各樣的DNA損傷，細胞會有相應的修復反應。泛素化是調節DDR的主要方式，長期以來被認為控制著DDR蛋白的定位、活性以及穩定性。泛素化是一種可逆修飾，去泛素化作為調控DDR的一個重要角度使得DUB成為了DDR的關鍵因素[15]。研究表明，USP5通過與識別多聚泛素鏈的E3泛素蛋白連接酶RAD18（E3 ubiquitin-protein ligase RAD18，RAD18）結合，被募集到DNA損傷部位分解多聚泛素鏈，這對DNA雙鏈斷裂（double strand break，DSB）的有效修復非常重要[16]。與上述研究結果一致，Páhi等[17]在果蠅中的最新研究成果也證實USP5在DSB修復通路中起著不可替代的調控作用。以上結果都強調了USP5在參與DNA修復中的重要作用，但所錨定的多聚泛素鏈類型及參與修復的具體機制還需進一步闡明。

2 USP5在惡性腫瘤中的作用

到目前為止，超過40個USP與腫瘤的進程直接或間接相關，因此USP作為潛在的治療靶點在近年來引起了越來越多的關注[18]。證據表明，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）數據庫中分析得知，USP5在乳腺癌、肝細胞癌、結腸腺癌、肺癌、食管癌等腫瘤中均高表達[19]。USP5可通過其DUB活性靶向目標分子，調控細胞活力、增殖、遷移、侵襲和凋亡等，參與腫瘤的發生和進展。

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

肺癌在全球腫瘤中相當常見，大多數肺癌為NSCLC，占比超過80%。盡管近年來分子靶向治療和免疫治療已經取得了進展，但患者的5年生存率并沒有因此得到明顯提高[20]。探索新的治療方法對改善肺癌患者的預后具有重要意義。DUB作為抗腫瘤靶點在NSCLC研究中獲得了豐富成果。研究發現，在NSCLC組織中USP5蛋白水平升高，并且通過體內和體外實驗證明，下調USP5的表達對NSCLC細胞的增殖有抑制作用[21-22]。Pan等[23]也在肺癌小鼠模型中驗證，敲除USP5可延緩移植瘤的生長。因此，USP5有望作為新的治療靶點抑制NSCLC的進展，其臨床價值還有待進一步驗證。Xue等[24]利用蛋白質印跡法、免疫組化法發現USP5在NSCLC中與β-catenin和上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）標志物的表達顯著相關，并且證實了USP5可以通過WNT/β-catenin信號通路調控EMT，促進NSCLC的轉移。同樣，USP5能通過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NSCLC的進展[23]。故而USP5作為癌基因不僅可以憑借自身效能促進腫瘤的發生，還可以通過影響其他通路調控NSCLC的進展，因此針對USP5或其下游基因的特異性化合物或許會成為治療NSCLC的有效手段。

2.2 肝癌

原發性肝癌是全球腫瘤死亡的第三大原因，2020年中國因肝癌死亡例數更是超過39萬例，其中肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是原發性肝癌中最常見的病理類型，占75%～85%[25]。證據顯示，泛素-蛋白酶體系統參與了HCC的發病機制[26-27]。Liu等[28]研究發現，USP5通過誘導p14ARF-p53信號的失活在HCC發生中發揮了關鍵作用。同時進一步的功能研究還表明，USP5的表達促進了腫瘤細胞的增殖、遷移與耐藥。此外，Meng等[29]也在HCC中證明了USP5的促EMT和轉移作用，通過分析臨床資料發現，USP5表達與HCC的惡性程度呈正相關，高水平的USP5提示HCC預后不良。這些結果提示USP5對HCC的診治具有潛在價值，然而目前針對USP5調控HCC發生發展機制的研究還比較有限，未來則需要更進一步的研究。

2.3 胰腺癌

胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）是最常見的胰腺癌類型，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，發現時通常已發生轉移，使得大多數患者預后極差。因此，更好地理解PDAC的分子機制，積極尋找治療的分子靶點對改善PDAC患者的預后至關重要。Kaistha等[31]使用Cellecta Decipher庫篩選及定量逆轉錄聚合酶鏈反應（quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction，qRT-PCR）評估發現，USP5在PDAC組織中顯著過表達，沉默USP5可介導p27將細胞周期阻滯在G1/S期，同時還觀察到磷酸化H2A組蛋白家族成員Ⅹ（phosphorylated H2A histone family memberⅩ，phos.H2A.Ⅹ）水平升高，這說明沉默USP5可能會導致胰腺癌細胞DNA損傷的積累。除此以外，USP5還可以通過調控叉頭框蛋白M1（forkhead box M1，FOXM1）和STAT3信號通路來促進PDAC的發生發展[32-33]。以上結果顯示出USP5在胰腺癌進展中的重要作用，USP5有望成為未來治療胰腺癌的新靶點，但還需對USP5在PDAC中的作用機制及其對一些信號通路的調控進行更深入的研究。

2.4 女性常見惡性腫瘤

乳腺癌在2020年成為全球腫瘤發病的首要原因，新發病例約230萬。據統計，乳腺癌在女性腫瘤中最常見（24.5%），也是腫瘤死亡最主要的原因（15.5%）[25]。研究結果表明，在乳腺癌中USP5蛋白水平與缺氧誘導因子-2α（hypoxia-inducible factor-2α，HIF-2α）蛋白水平呈正相關，并且通過Kaplan-Meier法分析發現，高水平的USP5會導致乳腺癌患者預后不良。進一步研究證明USP5可以穩定HIF-2α表達并增強其轉錄活性，促進HIF-2α靶基因中與增殖、轉移相關基因的表達，因此降低USP5水平可抑制乳腺癌的進展，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%的病例在確診時已是晚期[35]。Du等[36]利用蛋白質印跡法、RT-PCR、流式細胞術等發現USP5能上調HDAC2蛋白表達，抑制p27表達，導致卵巢癌細胞周期轉變和細胞增殖增加，表明USP5在卵巢癌中的致癌作用和潛在的調控機制。另有研究發現，USP5在子宮內膜癌中也起著癌基因的作用。通過TCGA數據庫及蛋白質印跡法證實，與正常組織相比，USP5在子宮內膜癌中表達上調。沉默USP5對子宮內膜癌細胞的增殖和遷移能力有抑制作用，并且可以誘導細胞周期阻滯和細胞凋亡，而過表達USP5則可以逆轉上述過程。當過表達USP5時，雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）及其下游靶點4E結合蛋白1（4E-binding protein 1，4EBP1）的磷酸化水平上調，而應用MTOR抑制劑處理腫瘤細胞后，USP5過表達引起的細胞增殖則可以被完全逆轉，說明USP5可通過激活MTOR/4EBP1通路促進子宮內膜癌的生長，為子宮內膜癌的診斷和治療提供了新的靶點[37]。以上研究結果證實了USP5對女性常見惡性腫瘤的促進作用，但在臨床應用方面尚未有深入研究，未來可以上述研究結果為基礎，進一步探索USP5作為藥物靶點在惡性腫瘤中的潛在價值。

2.5 其他腫瘤

Wang等[38]發現USP5在多發性骨髓瘤細胞中過表達，下調USP5的表達能通過影響c-Maf的蛋白水平誘導腫瘤細胞凋亡，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，這為多發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p53、p73和Fas細胞表面死亡受體（Fas cell surface death receptor，FAS）水平，并且可以通過此效應增強激酶抑制劑所誘導的細胞凋亡[39]。因此，抑制USP5可以提供以恢復p53功能為目標的一種治療黑色素瘤的靶向療法。

MYCN是一種轉錄因子，屬于MYC家族，在大多數神經母細胞瘤中過表達，此類患者的預后最差，并且對治療有抵抗力[40]。已有學者指出，在神經母細胞瘤中，USP5可以通過去泛素化作用穩定MYCN，而MYCN與USP5啟動子結合又能誘導USP5的表達，這表明在神經母細胞瘤細胞中USP5和MYCN的表達形成了一個正反饋回路，確保了這兩種蛋白的高水平表達[41]。在神經母細胞瘤中，USP5作為MYCN的致癌輔助因子，有望成為一個有潛力的用藥靶點。

Xu等[42]研究發現，USP5在許多原發性結直腸癌組織中高表達，高水平的USP5能促進腫瘤的生長和對化療藥物的耐藥性，并且與患者較晚的腫瘤分期及不良預后相關。故特異性USP5抑制劑或許會為結直腸癌化療耐藥提供新的解決方案。進一步研究表明，在結直腸癌細胞中，Tu翻譯延伸因子（Tu translation elongation factor，TUFM）為USP5的底物，而USP5又受到EBF轉錄因子1（EBF transcription factor 1，EBF1）的調控，因此，調控EBF1-USP5-TUFM軸可能是治療結直腸癌的新途徑。

膠質母細胞瘤（glioblastoma，GBM）是成年人中樞神經系統中最常見也是侵襲性最高的原發性惡性腫瘤[43]。研究顯示，在GBM中USP5通過去除K48連接的多聚泛素鏈穩定細胞周期蛋白D1（cyclin D1），從而促進腫瘤細胞周期進程，在GBM的發生與發展中起著不可忽視的作用[44]。此外，還有學者發現，在GBM中USP5可以被剪接為兩個亞型，其中亞型2與GBM中多嘧啶束結合蛋白1（polypyrimidine tract binding protein 1，PTBP1）的異常表達密切相關，而亞型1在兩個GBM細胞系中的表達則對細胞的生長和遷移起抑制作用[45]。上述結論對探索GBM的治療策略提供了新的見解，然而USP5影響GBM發展的具體機制尚未明確，還需要在以后進行更深入的探索。

3 小結與展望

USP5利用自身去泛素化酶活性靶向不同底物，參與調節機體的一些生物學過程，并且通過調控相關通路（如WNT/β-catenin信號通路、p14ARF-p53信號通路、FOXM1/STAT3和MTOR/4EBP1信號通路等）在許多腫瘤中發揮著關鍵作用。目前現有的研究表明了USP5的異常表達可以促進多數腫瘤的增殖、轉移、侵襲，并且與腫瘤大小、TNM分期和預后顯著相關，同時高表達的USP5也促進了腫瘤細胞對化療的耐藥性，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的化合物在基礎實驗中已有大量研究，目前尚缺乏可靠的臨床試驗證據，新的藥物研發還需要不斷探索，尤其是對機制的革新。USP5在大多數腫瘤中是致癌因子，但在多形性GBM中也可以展現相反的作用，這意味著未來還需更深入研究USP5在惡性腫瘤中的潛在機制，為腫瘤的臨床診治提供新的策略。