蛋白泛素化修飾及相關藥物在肺癌治療中的研究進展

邢晶，尉姍，王華英，俞萬鈞

肺癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，死亡率居于首位[1]。泛素-蛋白酶體系統（UPS）從酵母菌到哺乳動物高度保守，是真核細胞中多數短壽命蛋白發生靶向降解的必備因素。泛素化修飾是一個由E1泛素激活酶、E2 泛素結合酶以及E3 泛素連接酶共同參與的ATP 依賴性過程，其中Cullin-RING 泛素酶（CRL）是最大的E3 泛素酶家族。泛素介導的蛋白降解系統負責調節肺癌細胞中的多種生理過程，包括細胞增殖、凋亡、轉移和耐藥性。盡管免疫治療為肺癌患者帶來了希望，但是獲得性耐藥依然是臨床治療的重大障礙。目前已經有多種泛素化相關藥物進入臨床試驗階段，為獲得性耐藥的肺癌患者提供了新的治療思路。本文擬綜述蛋白泛素化修飾的特點及其在肺癌發生發展中的作用，以及泛素化相關藥物在肺癌治療中的現狀和發展潛力，報道如下。

1 蛋白泛素化修飾的特點

1.1 蛋白泛素化降解的過程 泛素化降解是指蛋白經由UPS 識別并進行降解的過程。UPS 主要由泛素分子（Ub）、與泛素作用的泛素酶以及負責底物蛋白水解的蛋白酶體構成[2-3]。泛素分子首先在ATP 水解反應中被E1 激活，轉移到E1 的活性半胱氨酸殘基上，然后E2 催化泛素從E1 轉移到E2 的半胱氨酸，隨后E2 在E3 的幫助下促進泛素分子與特定靶標的蛋白底物結合[4]，最終導致底物在蛋白酶體進行降解。

1.2 泛素酶的分類

1.2.1 E1 和E2 的分類 在哺乳動物中，存在8 個已知的E1，依據結構特性將E1 分類為經典E1 和非經典E1，經典E1 包括UBA1、NAE、SAE、UBA6 及UBA7，非經典E1 包括UBA4、UBA5 和ATG7[5]。

目前發現的人類蛋白質組中的E2 有40 多種，依據結構域主要分為4 類：I類E2 僅具有UBC結構域，如UBE2A、UBE2B 及UBE2D1；II 類和III 類E2分別包含額外的N 和C 末端結構域，如UBE2C、UBE2E1 及BE2J1 等；IV 類E2 同時包含N 和C 結構域，如UBE2Z[6]。E2 多數情況與特定的E3 相互作用，不能單獨發揮作用。

1.2.2 E3 的分類 E3 泛素連接酶是UPS中最關鍵的分子，具有底物特異性，能夠連接特定底物并將其轉運至蛋白酶體水解。目前已知的E3 有600 多種[7]，依據其結構特性和亞基組成，E3 被分為4 種不同的類型：HECT 型、RBR 型、RING 型和U-BOX 型[8]。

HECT 型E3 是第一個被發現的E3 泛素酶家族，也是唯一一類具有催化活性的泛素酶，一共有28個成員，以單體、二聚體或多亞基復合物的形式發揮作用[9]，如NEDD4、WWP1 及NEDL 等。HECT 型E3 泛素酶的底物特異性由N 末端決定[10]。RBR 型E3 包含3 個結構域：與E2 結合的RING1 結構域，從RING1 接收泛素的RING2 結構域，以及一個IBR結構域，如ARIH1、RNF14、RNF31、RNF144B 及RNF216 等[11]。RING 型是E3 的主要類型，依據不同的組裝方式可以將RING型E3 分為單亞基RING結構域家族和多亞基復合物家族。其中單亞基RING E3s 包括c-CBL、cIAP、BRCA1、MDM2 及TRIM28等。而多亞基復合物家族包括CRL 家族和其他多亞基E3，其中CRL 復合物負責UPS 中近20%的泛素化過程[12]。CRL 復合物由4 種成分組成：Cullin 支架蛋白、銜接蛋白、環指蛋白和底物受體。U-BOX型E3 泛素泛素酶是一個相對較小的家族，三維結構類似于RING 型結構域，U-BOX 型E3 通過U-BOX結構域與泛素結合酶E2 相互作用，隨后將泛素分子轉移到底物的賴氨酸位點上[13]。

2 E3 泛素連接酶CRL 復合物的組成及其在肺癌中的功能

目前為止，哺乳動物細胞中已經發現了8 種Cullin 支架蛋白（Cullin1、Cullin2、Cullin3、Cullin4A、Cullin4B、Cullin5、Cullin7 和Cullin9）、2 種環指蛋白、4 種銜接蛋白和400 多種底物識別受體蛋白。CRL 復合物以Cullin 支架蛋白為特征，可進一步分為以下幾類[14]：（1）由Cullin1 構成的SCF復合體，主要包括SKP1/Cullin1/F-BOX 蛋白。目前已知的成員之一E3 連接酶SKP2-SCF 和TRAF6 能夠在去甲基化酶JMJD2A 的協助下激活AKT通路，進而促進肺癌進展并導致不良預后[15]。（2）CRL2 復合物由Cullin2-Elongin B/C-VHL 組成[16]。CRL2 復合物與KLHDC3 共同作用，通過調控p14ARF 的蛋白穩定性，抑制鐵死亡，從而促進肺癌進展[17]。（3）CRL3 復合物主要結構特征是Cullin3-BTB，與其他CRL 不同的是，BTB蛋白直接與Cullin3 結合，而其他Cullin則依賴于銜接蛋白來結合各自的底物受體。Cullin3-ROC1-BTBD9 復合物能夠靶向TNFAIP1，對其進行多泛素化和降解，最終抑制肺癌細胞遷移[18]。（4）CRL4 復合物由Cullin4-DDB1-DCAF 組成[19]。CRL4復合物的底物特異性由DCAF 家族決定。其中DCAF1 是CLR4 復合物的主要底物識別受體之一，超過15 種蛋白質已被鑒定為DCAF1 的底物[20]。此外，肺腺癌中敲低DCAF13 的表達能夠抑制肺腺癌細胞的生長和遷移[21]。（5）CRL5 復合物由Cullin5-Elongin B/C-SOCS 組成[22]。CRL5 參與多種生理和病理過程，如細胞因子信號轉導、炎癥、病毒感染和腫瘤發生。小分子HA-9104 通過靶向CRL5 抑制肺癌細胞生長和存活[23]。（6）CRL7 復合物由RBX1/Cullin7/SKP1/FBXW8 組成。敲低Cullin7 表達可以抑制肺癌細胞增殖和異種移植瘤生長[24]。

目前有多項研究已經表明了CRL 復合物在肺癌增殖、轉移和耐藥中的作用，這些研究為靶向CRL復合物的肺癌治療新方案提供了理論依據，同時表明泛素酶在肺癌治療中的研究工作值得更多關注。

3 E3 泛素酶和泛素化相關藥物與肺癌治療進展

3.1 E3 泛素酶與肺癌進展 研究表明，E3 泛素酶通過靶向多種底物蛋白，調控肺癌發生發展[25]。在肺癌細胞增殖中，E3 泛素酶能夠通過調節多種底物蛋白影響肺癌細胞增殖，如MKRN3、SMURF2、TRIM15、HUWE1 及UBE2C 等。其中SMURF2 能夠促進ID2降解，從而抑制肺癌細胞增殖[26]。TRIM15能夠促進KEAP1 泛素化來促進肺癌細胞的增殖[27]。此外E3 泛素酶在介導肺癌的轉移和侵襲中也發揮了很關鍵的作用，如TRIM15、FBXW2、HECW1E3、NEDD4 及MIB2 等。FBXW2 通過靶向降解-catenin來抑制肺癌細胞的遷移和侵襲[28]。HECW1 通過誘導SMAD4泛素化和降解促進肺癌細胞的遷移和侵襲[29]。另外還有部分E3 泛素酶參與肺癌細胞的凋亡，如PJA1 通過促進FOXR2 降解調節肺腺癌細胞凋亡[30]，CUL4B 通過靶向FOXO3A 來促進肺癌細胞凋亡[31]。

3.2 泛素酶與肺癌治療 由于肺癌早期癥狀不顯著，約1/3 患者確診時已是晚期，這類患者一般采取多模式治療，其中大部分患者需要接受放化療或免疫治療，然而多數患者在治療過程中容易產生耐藥性，導致腫瘤復發和轉移。多項證據表明，泛素酶能夠調控肺癌放化療和免疫治療的敏感性，如WDHD1、FBXW7、CHAF1B、CHIP、FBW7 及RNF115 等。其中敲低WDHD1，可以抑制MAPRE2泛素化，從而增加肺癌細胞的順鉑敏感性[32]。FBXW7促進SOX9 泛素化和降解，從而提高肺癌細胞的放射敏感性[33]。FBW7 通過泛素化PD-1，抑制非小細胞肺癌抗PD-1 免疫治療的敏感性[34]。RNF115 能夠誘導p53 泛素化，并且可以預測肺腺癌患者預后[35]。

3.3 基于E3 泛素酶靶向蛋白質降解的技術為肺癌新藥開發提供了新策略 蛋白水解靶向嵌合體（PROTAC）技術是一種利用UPS對靶蛋白進行降解的藥物開發技術。其是異質雙功能分子，由兩個配體組成，一個與目標靶蛋白結合，另一個與E3 泛素酶結合，形成三元復合物，使目標靶蛋白靠近泛素酶，從而誘導其多泛素化和降解。目前多種PROTAC分子正在進行I 期和II 期臨床試驗。

3.3.1 靶向EGFR 的PROTAC 藥物 在肺癌中，具有15%高突變率的EGFR信號通路被證明是影響治療的關鍵因素，但由于EGFR 的易突變性，40%～50%的患者對目前臨床開發的多種一線EGFR-TKI具有耐藥性，從而導致肺癌進展。2022 年的研究報道發現了一種針對EGFR 突變蛋白的PROTAC 藥物HJM-561，能夠選擇性降解含有EGFR C797S 的三重突變體，同時保留野生型EGFR，改善EGFR 突變肺癌對Osimertinib 的耐藥性[36]。這項研究證明了PROTAC 藥物克服耐藥EGFR 突變的可行性。

3.3.2 靶向KRAS 的PROTAC 藥物 KRAS 突變在肺腺癌中約占30%，但是目前KRAS 突變很難靶向，并且也存在突變耐藥性問題。Adagrasib 是一種KRAS G12C 抑制劑，已證明在非小細胞肺癌（NSCLC）的Ⅰ期臨床試驗中具有臨床療效。但是與其他靶向治療類似，肺癌細胞通過多種機制，如選擇新的KRAS 突變位點，G12D/R/V/W、G13D，對Adagrasib 產生耐藥[37]。

KRAS PROTAC 藥物開發的主要目標是克服KRAS 12C 的耐藥性，并靶向其他的KRAS 突變體。目前開發了一種可逆共價PROTAC 藥物，在KRAS G12 突變H358 和H23 肺癌細胞中，可以有效靶向降解內源性KRAS G12C。但是目前尚未有研究對KRAS PROTAC 藥物進行體內評估[38]。

3.3.3 靶向ALK 的PROTAC 藥物 ALK 突變占NSCLC 的3%～5%，ALK TKI 是ALK 突變肺癌患者的一線治療。但肺癌細胞通過ALK 酪氨酸激酶結構域的二次突變、ALK 合基因的擴增或旁路信號通路的激活等多種機制，對ALK TKI 產生耐藥性。即使是最新的第三代ALK抑制劑藥物，也有部分患者對其產生耐藥性[39]。

目前已經研究出部分PROTAC 分子能夠靶向ALK，如PROTAC 分子TD004，能夠促進ALK 降解并抑制肺癌細胞增殖[40]。此外，2021 年報道了3 種新的PROTAC，它們能夠特異性靶向降解ALK并且在小鼠模型中具有抗腫瘤活性。

3.3.4 與肺癌相關的其他PROTAC 藥物 目前許多針對其他蛋白質靶點或其他癌癥類型的PROTAC正在進行臨床前或臨床開發，也有部分報道提示它們同樣有可能用于肺癌。PROTAC 藥物的開發除了是傳統化學藥物的替代方法之外，還提供了新的治療機會。

4 結論與展望

泛素化修飾及其相關藥物與肺癌的發生、發展、預后、耐藥密切相關，已成為肺癌領域研究的熱點。迄今為止，已經發現多種泛素酶在肺癌中異常表達導致肺癌增殖和轉移。另外，基于泛素酶的相關藥物通過靶向致癌蛋白能夠有效改善腫瘤耐藥性，提高肺癌治愈率。因此，充分解析泛素酶的組成及功能作用將有助于開發新的泛素化相關PROTAC 藥物分子，從而改善肺癌患者的治療方案。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突