張維宇，周建華，王煥瑞，穆 青，王 起，許克新，徐 濤，胡 浩

北京大學(xué)人民醫(yī)院 1泌尿外科 2中心實(shí)驗(yàn)室暨臨床分子實(shí)驗(yàn)室，北京 100045

前列腺癌的流行病學(xué)及主要機(jī)制

在中國(guó)，前列腺癌是男性泌尿系統(tǒng)發(fā)病率第二的惡性腫瘤，2018年，全球預(yù)計(jì)將有16萬(wàn)例新發(fā)病例，近3萬(wàn)人死于前列腺癌[1]。全球死于前列腺癌的患者中，5%生活在中國(guó)[2]。歐洲泌尿外科協(xié)會(huì)推薦轉(zhuǎn)移性前列腺癌進(jìn)行雄激素剝奪治療(androgen deprivation therapy，ADT)。超過(guò) 80%的轉(zhuǎn)移性前列腺癌患者治療初期對(duì)ADT反應(yīng)較好，但逐漸會(huì)進(jìn)展為去勢(shì)抵抗前列腺癌 (castration-resistant prostate cancer，CRPC)，此后平均生存時(shí)間僅10～20個(gè)月[3]。目前CRPC的治療仍然是臨床難題。

前列腺癌組織生長(zhǎng)和分化都依賴(lài)于雄激素，雄激素受體(androgen receptor，AR)途徑與前列腺癌進(jìn)展密切相關(guān)。AR的表達(dá)水平、活性和穩(wěn)定性變化影響AR途徑的活性，成為前列腺癌進(jìn)展的主要機(jī)制[4]。AR擴(kuò)增是CRPC腫瘤組織中最常見(jiàn)的基因改變類(lèi)型[5]，未進(jìn)行內(nèi)分泌治療的原發(fā)性前列腺癌中很少觀察到AR擴(kuò)增[6]，所以AR擴(kuò)增也被認(rèn)為是前列腺癌組織對(duì)ADT治療的適應(yīng)性反應(yīng)。AR點(diǎn)突變約1/3發(fā)生在末端反式激活結(jié)構(gòu)域，通常影響配體結(jié)構(gòu)域的 C端，導(dǎo)致配體特異性下降，使AR能被微量的腎上腺素和其他固醇類(lèi)激活[7]。AR剪切變異體也被證實(shí)參與CRPC的發(fā)生和進(jìn)展[8]。

泛素化/去泛素化過(guò)程及其在腫瘤中的研究應(yīng)用

泛素化/去泛素化過(guò)程泛素化過(guò)程是依賴(lài)ATP的可逆反應(yīng)，通過(guò)多步驟反應(yīng)后將泛素小分子結(jié)合到目的蛋白上，該過(guò)程涉及泛素激活酶E1、泛素結(jié)合酶E2和泛素連接酶E3[9]。ATP提供能量，E1被活化，泛素羧基末端的甘氨酸殘基和E1活性位點(diǎn)半胱氨酸形成硫酯鍵。緊接著，E1將泛素轉(zhuǎn)移到E2泛素載體蛋白的半胱氨酸殘基上。E3具有特異性，能協(xié)調(diào)泛素共價(jià)連接到特定的目的蛋白上。泛素分子連接的方式在所修飾蛋白的功能中發(fā)揮重要作用[10]。泛素化可以產(chǎn)生單泛素化或多泛素化的蛋白質(zhì)。當(dāng)泛素的7個(gè)賴(lài)氨酸殘基中的一個(gè)與另一個(gè)泛素的C端甘氨酸連接時(shí)，形成多泛素化。泛素化的逆過(guò)程稱(chēng)為去泛素化。泛素化最為人所知的功能是介導(dǎo)蛋白降解。此外，泛素化也參與細(xì)胞減數(shù)分裂、自噬、DNA修復(fù)、免疫應(yīng)答、細(xì)胞凋亡等過(guò)程[11]。

泛素化在腫瘤中的研究根據(jù)泛素連接方式的不同，E3可分為RING/U-box家族、HECT家族、RBR家族。泛素化蛋白酶體通路幾乎參與所有細(xì)胞內(nèi)分子生物過(guò)程，影響DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞周期調(diào)控、基因表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，參與衰老、細(xì)胞分化等過(guò)程，調(diào)節(jié)腫瘤惡性轉(zhuǎn)化、腫瘤進(jìn)展，介導(dǎo)治療抵抗。一些泛素酶是由公認(rèn)的家族性腫瘤易感基因編碼的，如腎細(xì)胞癌的von Hippel-Lindau腫瘤抑制因子[12]、乳腺癌和卵巢癌中的BRCA1[13]，在各自類(lèi)型腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。泛素酶能誘導(dǎo)細(xì)胞周期蛋白和細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶的蛋白酶體降解，調(diào)節(jié)DNA損傷修復(fù)機(jī)制，腫瘤細(xì)胞中常能觀察到因泛素酶失調(diào)造成的腫瘤細(xì)胞持續(xù)增殖和基因組不穩(wěn)定。關(guān)于細(xì)胞周期調(diào)節(jié)研究最多的泛素酶是后期促進(jìn)復(fù)合物[14]，其共激活因子細(xì)胞分裂周期20 (cell division cycle 20，CDC20)[15]、CDC20樣蛋白1[16]、S期激酶相關(guān)蛋白1-Cullin 1-F-box蛋白復(fù)合物(S-phase kinase-associated protein 1-Cullin 1-F-box，SCF)[17]和β-轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白重復(fù)含蛋白[18]。鼠雙微體基因2(murine doubleminute 2，MDM2)在多種腫瘤中表達(dá)上調(diào)，通過(guò)促進(jìn)p53降解，推動(dòng)腫瘤惡性進(jìn)展。其作用機(jī)制是在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中連接DNA損傷反應(yīng)和細(xì)胞周期檢查點(diǎn)[19]。絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和磷脂酰肌醇3-激酶-蛋白激酶B-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(phosphatidylinositol 3-kinase-protein kinase B-mammalian target of rapamycin，PI3K-AKT-mTOR)信號(hào)通路是經(jīng)典的腫瘤促進(jìn)通路，包含許多抗腫瘤治療靶點(diǎn)，這兩條信號(hào)通路也受泛素化蛋白酶體通路調(diào)節(jié)。泛素酶神經(jīng)前體細(xì)胞表達(dá)的發(fā)育下調(diào)蛋白4(neural precursor cell expressed developmentally downregulated protein 4，NEDD4)能介導(dǎo)MAPK上游的腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin angiotensin system，RAS)信號(hào)途徑的負(fù)反饋環(huán)路及RAS蛋白本身的降解[20]。另一種泛素酶卵巢腫瘤蛋白域所含泛素乙酰結(jié)合蛋白1(OTU domain containing ubiquitin aldehyde-binding protein 1，OTUB1)能通過(guò)非蛋白降解途徑抑制RAS蛋白的泛素化，增加RAS信號(hào)通路的活性[21]。SCF-細(xì)胞周期蛋白2(SCF-S-phase kinase-associated protein 2，SCF-SKP2)介導(dǎo)AKT1和AKT2 K63氨基泛素化，能促進(jìn)AKT被招募到信號(hào)受體及其共激活物上，激活A(yù)KT信號(hào)通路[22]。mTOR被多種泛素酶調(diào)節(jié)，SCF-F框/WD40域蛋白7(SCF-F-box and WD40 domain protein 7，SCF-FBXW7)是其中之一，它能直接與mTOR結(jié)合，介導(dǎo)其泛素化，促進(jìn)mTOR降解[23]。泛素酶在腫瘤細(xì)胞中可以起適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)作用，SIAH2[24]和細(xì)胞質(zhì)錨定蛋白1(Kelch-like ECH-associated pritein 1，KEAP1)[25]是研究較多的兩個(gè)分子，它們證明了泛素依賴(lài)性相互作用下細(xì)胞通路之間的串?dāng)_，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞對(duì)應(yīng)激的適應(yīng)性反應(yīng)，抑制細(xì)胞凋亡。

去泛素化在腫瘤中的研究與泛素化相同，去泛素化酶(deubiquitinating enzymes，DUBs)也影響腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展。去泛素化過(guò)程移除了目的分子上結(jié)合的泛素，參與泛素成熟、回收和編輯，抑制目標(biāo)蛋白質(zhì)的降解過(guò)程。目前為止發(fā)現(xiàn)了大約100種DUBs，多與腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)。DUBs可分為4類(lèi)：泛素特異性蛋白酶(ubiquitin-specific proteases，USP)、泛素羧基末端水解酶(ubiquitin C-terminal hydrolase，UCH)、卵巢腫瘤蛋白酶、Jab1/MPN/MOV34金屬酶。USP是主要的DUBs、USP在多種腫瘤中的作用被廣泛研究。USP16、USP18、USP42和USP50在急性髓細(xì)胞性白血病小鼠模型和人體組織中上調(diào)[26-29]。USP7和USP2a能將E3連接酶MDM2去泛素化，介導(dǎo)p53降解，在特殊情況下能直接介導(dǎo)p53去泛素化，通過(guò)調(diào)節(jié)p53水平調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期[30-31]。USP4和USP5也能調(diào)節(jié)p53表達(dá)水平，但對(duì)MDM2無(wú)調(diào)節(jié)作用[32-33]。USP也能通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)通路影響腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展，如USP4[34]、USP14[35]、USP31[36]調(diào)節(jié)核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)信號(hào)通路，USP9X[37]、USP11、USP15[38]調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β信號(hào)通路。

泛素化過(guò)程調(diào)節(jié)AR影響前列腺癌進(jìn)展

AR介導(dǎo)的信號(hào)通路在前列腺癌發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程中發(fā)揮巨大作用，AR功能受多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路、轉(zhuǎn)錄因素、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白及其他AR轉(zhuǎn)錄后修飾調(diào)節(jié)。AR及AR共激活物作為目的蛋白被泛素化后發(fā)生一系列下游信號(hào)改變，影響前列腺癌細(xì)胞的增殖、分裂、分化，調(diào)節(jié)前列腺癌進(jìn)展[4]。

Siah2是一種RING家族E3連接酶，由N端的RING指結(jié)構(gòu)域和C端的目的分子結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成。Siah2在CRPC組織中高表達(dá)，能通過(guò)調(diào)節(jié)泛素化過(guò)程調(diào)節(jié)雄激素不敏感前列腺癌細(xì)胞的增殖和生存能力，具有促進(jìn)CRPC進(jìn)展的作用。在前列腺癌模型TRAMP鼠中敲除Siah2等位基因，可增加小鼠的去勢(shì)敏感性；AR有兩個(gè)Siah2特異性結(jié)合位點(diǎn)，Siah2與AR結(jié)合，下調(diào)內(nèi)源性AR的表達(dá)[39]。RNF6也是一種RING指結(jié)構(gòu)的E3連接酶，在CRPC組織中高表達(dá)，介導(dǎo)AR的多泛素化，促進(jìn)AR共激活物與AR結(jié)合；RNF6能調(diào)節(jié)AR的蛋白穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)錄活性，但并不調(diào)節(jié)蛋白表達(dá)水平[40]。Siah2和RNF6均能調(diào)節(jié)AR活性，是PSA、NKX3.1、PMEPA1、SLC45A3 等AR下游基因表達(dá)所必需。

斑點(diǎn)型POZ蛋白(speckle-type POZ protein，SPOP)介導(dǎo)AR共激活物核受體共激活因子-3的泛素化及降解，抑制前列腺癌進(jìn)展；而前列腺癌中高表達(dá)突變型SPOP，介導(dǎo)腫瘤進(jìn)展[41]。此外，多種E3連接酶(MDM2、CHIP、NEDD4、SKP2)均能介導(dǎo)AR泛素化及降解，在前列腺癌的發(fā)生和進(jìn)展中起到重要作用，但是否存在AR相關(guān)的CRPC進(jìn)展過(guò)程尚未可知。

泛素化途徑能使AR失活，抑制前列腺癌細(xì)胞DNA復(fù)制，推遲進(jìn)入細(xì)胞分裂S期，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。此外，泛素化途徑也能及時(shí)降解細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白，催化細(xì)胞周期過(guò)程，激活NF-κB，誘導(dǎo)AR表達(dá)，并通過(guò)參與AR轉(zhuǎn)錄復(fù)合物的裝配增強(qiáng)AR活性[42]。

去泛素化過(guò)程調(diào)節(jié)AR影響前列腺癌進(jìn)展

去泛素化過(guò)程作為泛素化的逆反應(yīng)過(guò)程，在AR介導(dǎo)的前列腺癌進(jìn)展中發(fā)揮同樣的作用。去泛素化過(guò)程不僅直接作用于AR，也可作用于轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)AR的表達(dá)水平及活性，與泛素化過(guò)程保持動(dòng)態(tài)變化，影響前列腺癌進(jìn)展。Canopy成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子信號(hào)調(diào)節(jié)因子2能抑制肌球蛋白調(diào)節(jié)輕鏈相互作用蛋白(myosin regulatory light chain interacting protein，MYLIP)調(diào)節(jié)的AR泛素化過(guò)程，介導(dǎo)AR去泛素化，同時(shí)通過(guò)蛋白相互作用抑制MYLIP相關(guān)泛素酶活性，從而抑制AR降解，升高AR的蛋白水平，促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞增殖[43]。USP26是一種能與AR共定位的核蛋白，能與AR相互作用，直接介導(dǎo)其去泛素化，提高AR蛋白水平，并穩(wěn)定AR結(jié)構(gòu)，促進(jìn)下游轉(zhuǎn)錄信號(hào)[44]。USP10通過(guò)AR募集在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中被誘導(dǎo)至內(nèi)含子區(qū)域，去泛素化過(guò)程促進(jìn)AR蛋白水平升高，形成USP10-AR正反饋環(huán)路，調(diào)節(jié)雄激素介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞增殖[45]。USP7能介導(dǎo)DNA結(jié)合的NF-κB去泛素化，同時(shí)，USP7能直接結(jié)合全長(zhǎng)的AR及參與AR-染色體結(jié)合的蛋白，調(diào)節(jié)AR基因轉(zhuǎn)錄水平及蛋白表達(dá)水平，影響前列腺癌進(jìn)展[46]。

總 結(jié)

前列腺癌發(fā)病率高、死亡率高，通過(guò)分子生物學(xué)機(jī)制尋找合適的治療和監(jiān)控對(duì)策是許多學(xué)者的研究目標(biāo)。泛素化/去泛素化過(guò)程作為蛋白轉(zhuǎn)錄后翻譯的重要類(lèi)型之一，廣泛發(fā)生于真核細(xì)胞內(nèi)，參與細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)生物活動(dòng)，其對(duì)前列腺癌發(fā)生和進(jìn)展的影響被廣泛研究。AR作為前列腺癌發(fā)生和進(jìn)展的關(guān)鍵分子，被泛素化/去泛素化修飾動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，影響前列腺癌進(jìn)展，甚至是CRPC進(jìn)展。泛素化/去泛素化有望作為治療靶點(diǎn)、預(yù)后評(píng)估指標(biāo)轉(zhuǎn)化至臨床使用，針對(duì)泛素化/去泛素化在前列腺癌發(fā)生和進(jìn)展中作用的研究尤為重要。