泛素特異性蛋白酶18在惡性腫瘤發(fā)生和發(fā)展中作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展

倪佑佳 綜述；劉華寶，李麟 審閱（重慶市中醫(yī)院 肝病科，重慶 400021）

惡性腫瘤是嚴(yán)重危害人類健康的主要原因之一。中國(guó)的癌癥譜主要病種包括消化系統(tǒng)腫瘤、乳腺癌等腫瘤，具有發(fā)生率低、病死率高的特點(diǎn)，其主要原因是早期診斷率低、不同地域的診治策略差異性較大[1-2]，因此，迫切需要研發(fā)特異性的診斷和治療制劑。泛素化是一個(gè)復(fù)雜且有序的蛋白翻譯后修飾過程，受去泛素化酶（deubiquitinase，DUB）的調(diào)控。DUB 能夠去除底物蛋白的泛素化修飾，影響底物蛋白降解或信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而調(diào)控底物蛋白的水平和功能[3]。DUB的異常激活可參與腫瘤、病毒感染和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等多種疾病[4-5]。其中，泛素特異性蛋白酶（ubiquitin specific protease，USP）屬于一類能夠從蛋白復(fù)合物中移除泛素、干擾素刺激基因15（interferon stimulated gene 15，ISG15）和其他泛素相關(guān)物質(zhì)的DUB[6]。泛素特異性蛋白酶18（ubiquitin specific protease 18，USP18）也叫UBP43，最早是從表達(dá)白血病融合基因的小鼠模型中克隆獲得的，后來在病毒感染的豬肺泡巨噬細(xì)胞和人黑色素瘤細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭幸矙z測(cè)到，具有DUB 活性，即能特異性地將類泛素蛋白ISG15 從底物蛋白上移除，從而保護(hù)底物蛋白不受降解[7-8]。據(jù)報(bào)道，多種類型腫瘤中USP18 表達(dá)上調(diào)，并具有抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)腫瘤形成等作用[9-10]。為進(jìn)一步了解USP18在腫瘤中的作用及其機(jī)制，本文就近年來USP18在惡性腫瘤中的作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為進(jìn)一步機(jī)制探索、抑制劑開發(fā)提供參考。

1 USP18表達(dá)及其主要作用機(jī)制

USP18 基因在肝、胸腺和單核巨噬細(xì)胞中高表達(dá)，因其啟動(dòng)子位于IFN 刺激應(yīng)答反應(yīng)元件內(nèi)，故可被IFN 誘發(fā)表達(dá)。USP18 蛋白含有USP 家族蛋白酶所特有的活性結(jié)構(gòu)——半胱氨酸殘基和組氨酸殘基，參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[11]?；赥CGA數(shù)據(jù)的分析平臺(tái)GEPIA（http://gepia.cancer-pku.cn/）的數(shù)據(jù)[12]顯示，USP18在食管癌、胰腺癌、宮頸癌、頭頸部鱗癌、膀胱癌等多種腫瘤中表達(dá)明顯升高（均P＜0.01），提示其可能在這些類型腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起作用。而在部分腫瘤組織（如乳頭狀甲狀腺癌）中，USP18呈現(xiàn)低表達(dá)并表現(xiàn)出抗腫瘤效應(yīng)[13]。

USP18 主要通過兩種途徑發(fā)揮作用，即DUB 活性和調(diào)控IFN 信號(hào)通路[14]。類泛素蛋白ISG15 通過其羧基末端的序列與類泛素E1激活酶UBE1L結(jié)合，被遞送到類泛素E2結(jié)合酶（包括UBCH6和UBCH8）上，然后在類泛素E3 連接酶（包括EPF、HERC5 和TRIM25）的催化下，轉(zhuǎn)移到底物蛋白上，通過其羧基末端與結(jié)合蛋白的賴氨酸共價(jià)結(jié)合形成異肽鍵，對(duì)結(jié)合蛋白的賴氨酸殘基進(jìn)行類泛素化修飾，從而調(diào)節(jié)結(jié)合蛋白的活性，參與細(xì)胞增殖、抗病毒免疫等過程，即ISGylation 過程[15]。USP 包括USP5、USP14 和USP21等能被ISG15激活，但他們不能特異性地移除ISG15。與上述USP相比，USP18能夠特異性地識(shí)別并水解ISG15羧基末端的延伸蛋白，從結(jié)合蛋白中移除ISG15，敲除USP18能上調(diào)細(xì)胞內(nèi)ISG15結(jié)合蛋白的水平[16-17]，表明USP18是一個(gè)ISG15特異性蛋白酶，能夠影響來自外源和內(nèi)源的ISG15 結(jié)合蛋白的翻譯后修飾，即DUB 活性（圖1）。研究結(jié)果[18]發(fā)現(xiàn)，與ISG15耦合的蛋白有158個(gè)，這些蛋白廣泛參與DNA剪切、細(xì)胞增殖、代謝等多種生物學(xué)過程。因此，USP18在機(jī)體中如何發(fā)揮作用，主要取決于與之作用的靶蛋白在機(jī)體中發(fā)揮什么樣的作用。USP18 發(fā)揮作用的另一種途徑主要依賴于IFN信號(hào)通路，USP18能夠與IFN 受體2（IFN receptor subunit 2，IFNAR2）特異性地連接，干擾其與絡(luò)氨酸蛋白激酶1（janus kinase 1，JAK1）的結(jié)合，阻斷JAK1-IFNAR2 受體復(fù)合物的形成，阻礙下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和IFN刺激基因的表達(dá)，主要在病毒感染等病理過程中發(fā)揮重要作用[19]。此外，部分研究結(jié)果[20]顯示，USP18 還可通過獨(dú)立于DUB 活性和調(diào)控IFN 信號(hào)通路的方式起作用。例如，USP18 可通過直接覆蓋NF-κB 關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子（NF-κB essential modulator，NEMO）的UBAN區(qū)域抑制NEMO的泛素化，阻礙NEMO與TAK1的結(jié)合，從而抑制NF-κB 信號(hào)通路。因此，USP18 在特定病理過程中究竟是通過DUB 活性或調(diào)控IFN 信號(hào)通路，還是其他方式起作用的，仍需深入研究。

2 USP18在惡性腫瘤中的作用及其機(jī)制

2.1 調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖和凋亡

USP18 主要通過DUB 活性調(diào)控腫瘤細(xì)胞凋亡，其分子機(jī)制主要是通過調(diào)控細(xì)胞周期蛋白、凋亡相關(guān)蛋白及相關(guān)信號(hào)通路等方式調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡。在肺癌中，抑制USP18 可抑制肺癌細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，顯著降低肺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力[8-9]。機(jī)制研究結(jié)果[21]表明，USP18 主要通過其DUB 活性增加肺癌細(xì)胞中cyclin D1 的穩(wěn)定性，促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖。在致癌基因KRAS 突變且敲減USP18 的肺癌小鼠模型中，DUB 活性受到影響，cyclin D1表達(dá)降低，肺癌形成減少[9]。在急性早幼粒細(xì)胞性白血病中，抑制USP18 表達(dá)能夠降低顯性負(fù)易位產(chǎn)物PML/RARα 共表達(dá)蛋白的穩(wěn)定性，抑制急性早幼粒細(xì)胞性白血病細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)細(xì)胞凋亡[22]。敲減USP18 能抑制肝癌細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)G1 期細(xì)胞周期阻滯并誘導(dǎo)早期凋亡。機(jī)制研究[23]發(fā)現(xiàn)，USP18 可直接與抗凋亡蛋白BCL2L1 直接結(jié)合并上調(diào)其表達(dá)，發(fā)揮抗凋亡作用。在乳腺癌早期，啟動(dòng)子異常甲基化可影響USP18 的轉(zhuǎn)錄表達(dá)和其DUB 活性，上調(diào)表皮生長(zhǎng)因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR），調(diào)控EGFR/Akt/Skp2 信號(hào)通路，促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖[24]。在宮頸癌細(xì)胞中敲減USP18，可明顯抑制Akt 的磷酸化，且PI3K/Akt 的抑制劑LY294002可顯著抑制USP18在癌細(xì)胞中的促增殖效應(yīng)，表明USP18 可通過調(diào)控宮頸癌細(xì)胞中PI3K/Akt信號(hào)通路促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡[25]。在卵巢癌中，USP18高表達(dá)與預(yù)后不良相關(guān)，抑制USP18 表達(dá)可抑制卵巢癌細(xì)胞增殖和遷移能力[26]。在肌層浸潤(rùn)性膀胱癌患者中，USP18 表達(dá)異常升高，并與無(wú)復(fù)發(fā)生存率的降低密切相關(guān)。抑制USP18 表達(dá)可降低EGFR 水平，并能抑制腫瘤細(xì)胞的致瘤活性，增加腫瘤患者的OS率[27]。USP18表達(dá)水平升高是胰腺癌患者OS 率低的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果[28]顯示，調(diào)控USP18 表達(dá)可影響胰腺癌細(xì)胞增殖和凋亡，通過活化Notch1/c-Myc 信號(hào)通路促進(jìn)胰腺癌的進(jìn)展。

2.2 調(diào)控腫瘤細(xì)胞代謝

代謝重塑是腫瘤細(xì)胞快速增殖的重要標(biāo)志之一，也是腫瘤進(jìn)展的重要機(jī)制。LIU 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，USP18能通過DUB活性解除ISG15與能量代謝相關(guān)的主要蛋白酶ATGL 的耦合，增加其穩(wěn)定性，促進(jìn)肺癌細(xì)胞脂質(zhì)代謝。同時(shí)，USP18 能調(diào)控解偶聯(lián)蛋白UCP1 水平進(jìn)而調(diào)控脂肪酸氧化，促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖。USP18 通過影響以上幾種蛋白的穩(wěn)定性使肺癌細(xì)胞處于營(yíng)養(yǎng)豐富的環(huán)境內(nèi)，起到調(diào)控腫瘤生長(zhǎng)、代謝的作用。USP18 還可對(duì)癌基因脂肪和肥胖相關(guān)蛋白（fat mass and obesity-associated protein，F(xiàn)TO）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后修飾，升高FTO蛋白的水平，穩(wěn)定細(xì)胞代謝酶PYCR1 的轉(zhuǎn)錄，通過代謝重塑機(jī)制調(diào)控膀胱癌的發(fā)生和發(fā)展[29]，表明USP18可作為抗腫瘤靶點(diǎn)在腫瘤代謝中發(fā)揮作用。

2.3 調(diào)控腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）賦予細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵襲的能力，與腫瘤細(xì)胞的侵襲和凋亡等密切相關(guān)。在人平滑肌肉瘤中，USP18缺失對(duì)OS率和無(wú)病生存率并無(wú)顯著影響，但能顯著縮短發(fā)生轉(zhuǎn)移的時(shí)間[30]。USP18 在食管鱗狀細(xì)胞癌中呈現(xiàn)高表達(dá)，敲減USP18 可顯著抑制癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，USP18 可通過其DUB 活性提高ZEB1 穩(wěn)定性，從而介導(dǎo)EMT 促進(jìn)食管鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[31]。在直腸癌中，過表達(dá)或敲減USP18 可影響直腸癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，且可顯著影響EMT 轉(zhuǎn)化蛋白上皮鈣黏蛋白（E-cadherin）等的表達(dá)。鋅指蛋白1 是最重要的E-cadherin轉(zhuǎn)錄抑制因子，與腫瘤細(xì)胞的侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡相關(guān)。研究結(jié)果[32]顯示，USP18可以與鋅指蛋白1在細(xì)胞內(nèi)直接結(jié)合，通過DUB活性穩(wěn)定鋅指蛋白1，降低其表達(dá)，從而促進(jìn)直腸癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。在腦膠質(zhì)瘤中，USP18及EMT相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子Twist相關(guān)蛋白1（twist-related protein 1，Twist1）的水平在腦膠質(zhì)瘤組織中顯著上調(diào)，且二者蛋白水平呈正相關(guān)關(guān)系，并與不良預(yù)后密切相關(guān)。敲減USP18 可抑制EMT，抑制腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞的遷移和侵襲，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[33]。進(jìn)一步研究[34]發(fā)現(xiàn)，USP18能通過DUB活性穩(wěn)定Twist1 表達(dá)，促進(jìn)EMT 進(jìn)程。相較于野生型USP18，C64S 突變型USP18 對(duì)Twist1 的穩(wěn)定性無(wú)明顯影響，表明該作用依賴于USP18的DUB活性。

2.4 調(diào)控腫瘤細(xì)胞敏感性和耐藥性

USP18 最初是在研究血液系統(tǒng)腫瘤時(shí)被發(fā)現(xiàn)并克隆的，USP18在血液系統(tǒng)腫瘤中主要通過調(diào)控IFN信號(hào)通路發(fā)揮作用。在慢性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞中敲減USP18后，給予外源性IFN-α處理細(xì)胞不僅可促進(jìn)細(xì)胞凋亡，還可使細(xì)胞對(duì)放療的敏感性增加[35]。在乳腺癌中，高表達(dá)USP18 不僅與高腫瘤分期、HER2 陽(yáng)性及預(yù)后不良等因素相關(guān)，還與腫瘤相關(guān)成纖維細(xì)胞的化療耐藥性相關(guān)[36]，但其影響腫瘤細(xì)胞放化療敏感性的分子機(jī)制尚需進(jìn)一步明確。

2.5 調(diào)控IFN的抗病毒活性

USP18 可通過調(diào)控IFN 信號(hào)通路在病毒感染中發(fā)揮作用，而多種腫瘤的形成和進(jìn)展與病毒感染密切相關(guān)。多種病毒感染可誘導(dǎo)USP18 表達(dá)，而USP18 則可通過調(diào)控IFN 信號(hào)通路影響病毒感染。在肝癌組織和多種肝癌細(xì)胞中USP18 表達(dá)異常升高，尤其是在乙型肝炎病毒相關(guān)的肝癌細(xì)胞中[37-38]。進(jìn)一步研究[39]發(fā)現(xiàn)，USP18通過抑制Ⅰ型IFN調(diào)控抗乙型肝炎病毒活性，參與慢性肝炎病毒感染導(dǎo)致的免疫耐受。新城疫病毒感染人肝癌細(xì)胞后能誘導(dǎo)USP18 表達(dá)，USP18 通過DUB 活性穩(wěn)定IFN 刺激基因ISG12a的水平，并上調(diào)促凋亡蛋白Bax和NOXA，從而通過依賴于線粒體的途徑促進(jìn)新城疫病毒誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞凋亡。在慢性髓細(xì)胞白血病中，USP18缺失可激活細(xì)胞內(nèi)Ⅰ型IFN 信號(hào)通路，抑制BCR-ABL逆轉(zhuǎn)錄病毒誘導(dǎo)的慢性髓細(xì)胞白血病的形成[40]。

2.6 調(diào)控腫瘤免疫

腫瘤的發(fā)生和發(fā)展與免疫關(guān)系密切，USP18能夠通過調(diào)控IFN 信號(hào)通路和免疫細(xì)胞的功能影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[41]。在PyVmT 乳腺癌小鼠模型中，敲除USP18 后腫瘤血管生成減少，CD4+T 細(xì)胞浸潤(rùn)增加，并使Th1/M1 分化傾向的細(xì)胞因子分泌增多，IL-28R1水平降低，創(chuàng)造出一種促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的微環(huán)境。值得注意的是，PyVmT/USP18 敲除小鼠中產(chǎn)生的這種抗腫瘤微環(huán)境并不是由常規(guī)的Ⅰ型IFN 基因的上調(diào)引起的，而是通過調(diào)控IFN-λ 引起的，表明USP18與IFN聯(lián)合治療乳腺癌可能具有優(yōu)勢(shì)，特別是IFN-λ[42]?？寡苌陕?lián)合免疫治療是目前抗腫瘤治療的重要策略之一[43]。因此，特異性USP18抑制劑聯(lián)合IFN-λ 可能是克服乳腺癌復(fù)發(fā)或增強(qiáng)抗腫瘤免疫反應(yīng)的可行途徑。DC 能夠連接固有免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，USP18能夠通過抑制Ⅰ型IFN信號(hào)通路調(diào)控DC的發(fā)育[44]。研究結(jié)果[45-46]發(fā)現(xiàn)，USP18可通過其DUB活性調(diào)控抗原提呈和免疫治療抵抗相關(guān)基因的表達(dá)，且USP18敲除細(xì)胞刺激T細(xì)胞分泌IFN-γ的能力增強(qiáng)，表明敲除USP18 的細(xì)胞可能具有更強(qiáng)的抗原性。USP18 在腫瘤細(xì)胞中的異常表達(dá)可抑制腫瘤形成和抵抗腫瘤免疫監(jiān)視，改變腫瘤微環(huán)境，且USP18 的表達(dá)對(duì)于維持腫瘤抗原特異性細(xì)胞毒性T細(xì)胞的活性、持久性和IFN-γ信號(hào)通路介導(dǎo)的腫瘤免疫反應(yīng)是必須的。PD-L1 是免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療的預(yù)測(cè)因子，在胃癌組織中USP18 與PD-L1 呈正相關(guān)[45]。既往有研究[46]將CD8+和CD4+T 細(xì)胞中PD-L1的表達(dá)與對(duì)患者免疫檢測(cè)點(diǎn)抑制劑治療的反應(yīng)性聯(lián)系起來，CD8+T 細(xì)胞中PD-L1 的表達(dá)是腫瘤治療的預(yù)后標(biāo)志物，但USP18 與PD-L1 在其他類型腫瘤中的表達(dá)相關(guān)性及其與預(yù)后的關(guān)系尚不明確。

3 結(jié)語(yǔ)

USP18在大多數(shù)腫瘤中高表達(dá)，與部分腫瘤的惡性程度和臨床預(yù)后相關(guān)，抑制或敲減USP18 能通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡或提高對(duì)化療藥物的敏感性等機(jī)制來抑制腫瘤發(fā)生和發(fā)展。因此，開發(fā)特異性抑制劑有重要的臨床意義。USP18 對(duì)不同的細(xì)胞和腫瘤環(huán)境的反應(yīng)性不同，主要取決于底物豐度、亞細(xì)胞定位、細(xì)胞類型和生理狀態(tài)。目前主要觀點(diǎn)認(rèn)為，USP18的活性一旦被抑制，抑癌和致癌作用的平衡將被打破，主要表現(xiàn)出抗腫瘤效應(yīng)，故提示抑制其表達(dá)可能是治療腫瘤的一種有效方式。目前已有針對(duì)26S 蛋白酶體的非特異性DUB 抑制劑和針對(duì)部分USP的特異性抑制劑[47-48]。USP18是ISG15特異性的DUB，因此抑制USP18 的活性可優(yōu)先增強(qiáng)ISG 化，而其他DUB不能代償它的這個(gè)作用。并且有研究[49]在敲減53個(gè)DUB后，發(fā)現(xiàn)敲減USP18可特異性地增強(qiáng)硼替佐米和依托泊苷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。USP18 是ISG15唯一已知的DUB，不僅能在腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展中調(diào)控關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，還能在腫瘤免疫中發(fā)揮一定的作用，表明其是一個(gè)有意義的抗腫瘤治療靶點(diǎn)。綜上所述，開發(fā)能特異性作用于USP18 的小分子抑制劑，可通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡、調(diào)控腫瘤細(xì)胞內(nèi)IFN信號(hào)通路或免疫功能發(fā)揮抗腫瘤作用，也可為抗腫瘤治療的聯(lián)合用藥提供新選擇。