USP4在疾病發(fā)展中的作用

梁靜，齊廣瑩

（桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林）

0 引言

泛素是一種小分子蛋白質(zhì)，其進(jìn)化過程中保守程度高，由7個賴氨酸殘基和76個氨基酸組成，并通過共價結(jié)合的方式與其他泛素分子組合。其結(jié)合底物的走向由泛素連接所形成的多泛素鏈決定。泛素化過程是一個多步驟的級聯(lián)反應(yīng)，至少包括三部分即活化、偶聯(lián)和連接?；罨糠钟蒃1激活酶催化，E1激活酶通過與泛素形成硫酯鍵連接并激活泛素。偶聯(lián)部分主要通過E2結(jié)合酶完成，E2結(jié)合酶與激活后的泛素通過硫酯鍵結(jié)合。連接的過程是由E3泛素連接酶決定。E3泛素連接酶負(fù)責(zé)確認(rèn)目標(biāo)蛋白的泛素化狀態(tài)并對其過程進(jìn)行催化，并完成底物與26S蛋白酶體的連接[1,2]。（一開始的第一段和第二段合成了一段）

泛素的翻譯后修飾在細(xì)胞周期的調(diào)控、信號傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和細(xì)胞凋亡等生物學(xué)過程中均起到重要作用。去泛素化酶（deubiquiting enzymes，DUBs）介導(dǎo)的逆轉(zhuǎn)過程作為控制蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)的重要調(diào)節(jié)機(jī)制而受到關(guān)注。據(jù)我們所知，在人類染色體中已鑒定出大約100個DUBs，其中只有少部分具有功能特征。DUBs有多種亞類，其中USP是其最大的亞類。USP家族成員眾多,其中USP1在胃癌、宮頸癌、黑色素瘤和肉瘤以及骨肉瘤中異常高表達(dá)[3]。USP2a是USP2的一個亞型，通過對其底物蛋白（包括MDM2、MDMX、FASN以及Aurora a）的調(diào)控，已被證明在多種癌癥中具有致癌特性，如前列腺癌、膀胱癌等[4]。USP2也參與腫瘤進(jìn)展，并與口腔鱗狀細(xì)胞癌預(yù)后不良相關(guān)[5,6]。USP7，又稱HAUSP，在癌癥的發(fā)展過程中起著致癌作用。據(jù)報道，USP7水平的升高與多發(fā)性癌癥（如前列腺癌、多發(fā)性骨髓瘤、卵巢癌等）的發(fā)展直接相關(guān)[7]。結(jié)直腸癌患者死亡率與USP22的表達(dá)密切相關(guān)[8]。

USP家族的生理功能逐漸被發(fā)掘。USP家族的其他成員如USP3、USP11、USP16、USP28、USP47、USP48參與 DNA 損傷修復(fù)途徑；USP4、USP15、USP34在Wnt信號傳導(dǎo)的過程中起著一定作用；USP8、USP15、USP30、USP32在一定程度上影響線粒體自噬（線粒體吞噬）[9-13]。

泛素特異性蛋白酶4（ubiquitin-specific protease 4，USP4）定位在染色體3（3p21.3）上，該區(qū)域所編碼的基因與多種癌癥密切相關(guān)[14]。USP4調(diào)節(jié)多種正常和異常的生理功能，包括先天性免疫激活，同源重組，病理性心肌肥大，神經(jīng)元凋亡，外顯子跳躍，成骨細(xì)胞分化和腫瘤發(fā)生[15-21]。USP4在不同腫瘤中其功能亦不相同[21-25]。

因此，為了更全面的了解USP4，本文將從其基本生物學(xué)特性以及在疾病中的作用等方面進(jìn)行講述。

1 USP4的生物學(xué)特性

USP4最初被認(rèn)為是核蛋白，之后又有研究提示其定位于細(xì)胞質(zhì)。最終發(fā)現(xiàn)，在不同的細(xì)胞類型中USP4所表達(dá)的位置也不相同。因此，USP4是第一個報道具有核質(zhì)穿梭的去泛素化酶[14]。根據(jù)已有的研究顯示，USP4在腫瘤、免疫和RNA剪接等方面均產(chǎn)生不同程度的影響[20]。USP4也是DNA雙鏈斷端切除的關(guān)鍵調(diào)控因子[26]。

USP4、USP11、USP15三者是同源的去泛素化酶，其結(jié)構(gòu)和序列相似，并且三者在細(xì)胞增殖、發(fā)育和固有免疫的關(guān)鍵途徑中都具有重要作用，在各種人類惡性腫瘤中，這三者的表達(dá)也均有所升高[27]。

2 USP4在腫瘤中的作用

USP4最開始被認(rèn)為是癌基因，能夠促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展[25,28,29]，USP4及其底物β-catenin 和PRL-3在結(jié)腸癌組織中高表達(dá)[21,23]。除此之外，USP4可以通過調(diào)節(jié)ARF-BP1來降低P53的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致大腸癌細(xì)胞的凋亡、衰老和癌變增加[30]。在肝細(xì)胞癌的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和體外實(shí)驗(yàn)中，USP4均能增強(qiáng)肝細(xì)胞癌的增殖及侵襲轉(zhuǎn)移能力，并且USP4在肝細(xì)胞癌中的表達(dá)程度與患者的整體生存率呈負(fù)相關(guān)[31]。

當(dāng)然，USP4的活性也與其他類型的癌癥相關(guān)，例如，USP4可以通過穩(wěn)定β-catenin來控制肺腺癌腦轉(zhuǎn)移的能力[24]，同樣還能通過促進(jìn)其上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化進(jìn)一步增強(qiáng)黑色素瘤細(xì)胞的侵襲和遷移能力[32]。在肺癌細(xì)胞的遷移試驗(yàn)中，USP4可以通過與TRAF2和TRAF6相互作用來抑制NF-κβ的信號傳遞進(jìn)而影響肺癌細(xì)胞的遷移[33]。USP4作為一種潛在的癌基因，通過調(diào)節(jié)TGF-β激活ERK途徑促進(jìn)多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的發(fā)生發(fā)展[35]。

但是也有一些研究與上述觀點(diǎn)不同，如USP4可以通過調(diào)節(jié)頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中TAK1和RIP1的多泛素化從而影響TNF-α誘導(dǎo)的NF-κβ的活化[22,34]。Li[25]等人發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中，USP4抑制腫瘤的增殖。Yao[36]等人的研究結(jié)果顯示USP4在食管癌中高表達(dá)可以增加患者的生存率。

由此，我們可以知道，USP4在腫瘤中的具體作用尚不明確，一些研究結(jié)果提示USP4是癌基因，可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，也有研究認(rèn)為USP4是抑癌基因，其存在可以提高患者的生存率。

3 USP4在其他疾病中的作用

使用肝細(xì)胞特異性的USP4敲除和過度表達(dá)技術(shù)，觀察到USP4通過直接結(jié)合和去泛素化TAK1，隨后抑制NF-κβ和JNK信號的激活來減輕非酒精性脂肪肝病的進(jìn)展和相關(guān)的代謝紊亂。這些發(fā)現(xiàn)均提示非酒精性脂肪肝發(fā)病機(jī)制中，USP4是不可或缺的一員[37]。

USP4還具有防止心臟重塑的功能，而這一功能是其通過負(fù)調(diào)節(jié)JNK的活性來實(shí)現(xiàn)的，也因此，USP4被納為內(nèi)源性心肌保護(hù)酶的一種[18]。最近有報道顯示，成年大鼠腦出血后USP4水平升高，提示其參與神經(jīng)元凋亡，表明USP4在神經(jīng)細(xì)胞和凋亡中起關(guān)鍵作用[19]。USP4在炎癥[16,34]和病毒感染[38]的反應(yīng)中也有著一定的調(diào)控作用。

4 USP4與通路

USP4和其他泛素特異性蛋白酶一樣，參與調(diào)節(jié)信號通路內(nèi)各種蛋白的穩(wěn)定性和激活，而這一過程是利用其去泛素化活性來完成的[33]。在質(zhì)譜研究中，我們了解到USP4可以與mRNA處理因子相互作用，特別是剪接因子[39]。與此一致的是，USP4已被證明在剪接體上直接與SART3相互作用，其活性是剪接機(jī)制成熟所必需的[40]。USP4還以ARF-BP1為靶點(diǎn)，抑制p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期，并在幾種癌癥類型中顯示升高的水平，使其成為潛在的癌基因[30]。USP4通過AKT磷酸化的方式從而實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞中的核質(zhì)穿梭[16,41]。在細(xì)胞膜層面上，USP4對TGF-β的增強(qiáng)作用主要由穩(wěn)定TGF-βI型受體和去泛素化完成[41]。

綜上所述，作為去泛素化酶的一種，USP4通過各種途徑直接或間接作用于多種蛋白質(zhì)，并對其功能進(jìn)行調(diào)控。但就目前的研究而言，對于USP4在腫瘤形成中的作用仍存在爭議，究其原因，主要有以下幾個方面：腫瘤的異質(zhì)性；結(jié)構(gòu)域功能差異；異構(gòu)體作用差異；檢測方法及抗體種類的不同；以上因素皆可以導(dǎo)致研究結(jié)果的不同，但也同時說明對USP4的作用機(jī)制方面研究尚有欠缺。上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）在生長發(fā)育及疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用，它可以讓細(xì)胞與細(xì)胞之間的粘附復(fù)合物松散，賦予細(xì)胞更強(qiáng)的遷移和侵襲性。近來，有關(guān)USP4可以促進(jìn)EMT的發(fā)生從而影響腫瘤的侵襲及轉(zhuǎn)移的能力的相關(guān)研究備受關(guān)注，據(jù)此USP4或?qū)⒊蔀槟[瘤治療的新靶點(diǎn)，為腫瘤的臨床研究提供新契機(jī)。