姜忠敏，劉曉智，趙坡

1天津市第五中心醫(yī)院，天津300450；2中國人民解放軍總醫(yī)院

小泛素樣蛋白（SUMO）是一種小分子蛋白質，與泛素結構類似但功能迥異，是通過共價鍵連接到蛋白質上修飾多種蛋白質的翻譯后修飾（PTM）。SUMO過程是一個通過酶級聯(lián)催化的，包括E1激活酶、E2結合酶、E3連接酶以及去SUMO酶［1］。在某些情況下，多達3 000種人類蛋白質被SUMO化修飾，實現(xiàn)對基因表達、基因組維持、DNA損傷修復、細胞周期和核質轉運等各種核過程的調(diào)控。除了對基因網(wǎng)絡的影響外，SUMO化修飾在轉錄調(diào)控中起著直接作用，并影響蛋白質的穩(wěn)定性、活性和相互作用。最新研究還表明，異常SUMO化修飾參與了癌癥干細胞自我更新和維持過程中的一個關鍵途徑［2］。這種高度動態(tài)和可逆的修飾是細胞中一種重要的應激反應機制，在白血病、乳腺癌、肝癌（HCC）、前列腺癌、結直腸癌（CC）中表達失調(diào)，以致上述功能異常，是腫瘤發(fā)生發(fā)展的重要機制。現(xiàn)就異常SUMO化修飾的致癌機制及其在常見惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用研究進展情況綜述如下。

1 異常SUMO化修飾的致癌作用機制

SUMO化修飾是一種重要的PTM，微調(diào)幾乎所有的細胞功能和病理過程。SUMO化修飾在人類腫瘤發(fā)生中起重要作用，SUMO化修飾信號通路中不同成分表達或活性改變可能會完全改變細胞的性質。SUMO化修飾通路可通過調(diào)節(jié)參與癌變的蛋白誘導細胞增殖、凋亡抵抗和轉移潛能［3］。異常SUMO化修飾可導致許多疾病的發(fā)展，包括癌癥。雖然SUMO化修飾信號通路中各種成分的表達與癌癥進展或轉移之間的具體關系尚不完全清楚，但越來越多的研究表明其在癌癥中發(fā)揮重要作用。異常SU?MO化修飾廣泛參與DNA損傷反應（DDR），調(diào)節(jié)DNA損傷傳感和修復蛋白，主要存在于細胞核，特別是染色質和核小體。SUMO化修飾修飾的蛋白也是重要的轉錄因子，在轉錄調(diào)控中起著直接作用。SUMO化修飾可以阻斷底物蛋白的結合位點和細胞間的相互作用，并通過阻斷蛋白間的相互作用區(qū)域來影響蛋白的功能。研究還表明，SUMO化修飾參與了癌癥干細胞自我更新和維持過程中的一個關鍵途徑［2］。

1.1 異常SUMO化修飾導致DNA損傷DDR蛋白復合物保護基因組免受各種DNA損傷因子的攻擊，這種修復過程包括堿基切除修復（BER）、核苷酸切除修復（NER）、復制后修復（PRR）和DNA雙鏈斷裂（DSB）修復，SUMO化修飾作為一種分子膠參與了這些過程，它吸收了多種修復因子，并組裝了大量的蛋白質復合物。Ntg1在BER途徑中的SUMO化修飾導致其在DNA氧化損傷時的核定位［4］。Rad4被發(fā)現(xiàn)是SUMO化修飾，在沒有下游NER蛋白的情況下，它在紫外線照射下促進其積累［5］。PRR通路由PCNA的SUMO化 修 飾 調(diào) 節(jié)，這 增 強 了PCNA與Rad18的相互作用以激活損傷避免途徑，并允許PC?NA與Srs2相互作用以抑制D-環(huán)交叉［6］。在DSB反應中，SUMO化修飾與泛素信號系統(tǒng)密切合作。Ataxin-3是一種去氫?；?，以PIAS4/Ubc9依賴的SUMO化修飾方式定位到dsb。ataxin-3的直接存在引發(fā)了DNA損傷誘導的dsb周圍染色質泛素化，從而導致DNA損傷反應蛋白，如53BP1和BRCA1［7］被迅速地SUMO化修飾，這促進了DSB的修復。許多SUMO化修飾E3連接酶，包括PIAS1和PIAS4，被招募到DSB來組裝DNA修復焦點［8］。SUMO化修飾1修飾對于促進RNF8綁定也是至關重要的，這是響應DSB的早期步驟之一。向DSB招募RAP80取決于一個SUMO化修飾2/3特定的SUMO化修飾相互作用基序（SIM）［9］。修復復合物的拆卸需要SUMO化修飾靶向RNF4與DNA修復病灶和幾個SUMO化修飾2/3修飾的DNA修復因子（如MDC1）相關［10］。

1.2 異常SUMO化修飾導致轉錄調(diào)控失調(diào) 轉錄因子（TFs）的SUMO化修飾通常通過多種機制抑制靶基因的表達。一些作為轉錄輔助抑制因子的TFs的SUMO化修飾修飾通過向DNA結合蛋白中招募組蛋白脫乙?；竵碓鰪娖湟种谱饔茫?1］。對于作為轉錄激活劑的TFs，SUMO化修飾修飾經(jīng)常與其他修飾競爭，例如通常促進基因激活的乙酰化，以獲得TFs的靶賴氨酸殘基［12］。磷酸化依賴性SUMO化修飾修飾模序（PDSM）是一個高度保守的基序，主要存在于轉錄調(diào)控因子中，由一個SUMO化修飾共識位點和一個鄰近的脯氨酸磷酸化位點組成。這些特性使PDSM成為預測新相撲基質的有用工具。另一方面，PDSM在功能上促進SUMO化修飾偶聯(lián)，因為磷酸化的Ser側鏈增強了UBC9的結合，并擴展了UBC9與SUMO化修飾共識基序的相互作用。PDSM外磷酸化可抑制UBC9對SUMO化修飾的修飾。研究表明，轉錄調(diào)節(jié)因子如NF-κb抑制劑α、JUN、FOS和p53的磷酸化降低了它們的SUMO化修飾，從而刺激了轉錄活性［13］。在其他情況下，靶基因的激活需要TFs的磷酸化，但是SUMO化修飾干擾相鄰殘基的磷酸化。STAT5是一種維持正常免疫功能和體內(nèi)平衡的關鍵性TF，在K696和K700處進行了總結，SUMO化修飾競爭性地抑制了STAT5在K696處的乙?；拖噜彋埢鵜694的磷酸化［14］。很少有研究顯示SUMO化修飾在促進轉錄激活中的作用不那么頻繁。這種效應通常是由于同源組蛋白乙酰轉移酶CBP/p300的募集，后者直接與SUMO化修飾1結合。T細胞TF Bcl11b的SUMO導致p300向Bcl11b抑制的啟動子募集并隨后誘導轉錄［15］。

1.3 異常SUMO化修飾促進癌癥干細胞的干性維持 與其在干細胞中的作用類似，SUMO化修飾在控制腫瘤干細胞（CSCs）中起著關鍵作用。研究表明，SUMO化修飾抑制劑治療的動物不能發(fā)展成可以作為二次異種移植的腫瘤，這表明SUMO化修飾抑制劑在功能上限制了CSC/TIC的數(shù)量。在CC細胞中，CSCs的SUMO化修飾E1水平和整體SUMO化修飾水平遠高于非CSCs。乙醛脫氫酶陽性的CSCs與非CSCs相比，E1酶SAE2水平升高，整體SUMO化修飾水平升高［16］。除CC中CSCs外，SUMO化修飾與白血病CSCs呈正相關。Lin28是干細胞維持的主要調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)SUMO化修飾1和SUMO化修飾2/3的增加表達。最近研究也表明，SENP1在骨肉瘤干細胞中的表達比在非腫瘤干細胞中低得多，揭示了SENP1是一種潛在的化療藥物增敏劑［17］。

2 異常SUMO化修飾在常見惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機制

SUMO化修飾在調(diào)節(jié)各種生物學過程中的重要作用，異常SUMO化修飾在腫瘤發(fā)生中起著至關重要的作用。迄今為止，在白血病、乳腺癌、前列腺癌、HCC、CC等多種癌癥中發(fā)現(xiàn)了大量異常的SUMO化修飾蛋白。

2.1 異常SUMO化修飾在白血病發(fā)生發(fā)展中的作用機制 在白血病中，HDAC抑制劑SAHA通過SU?MO化修飾2/3途徑下調(diào)CBX2蛋白的穩(wěn)定性，導致細胞增殖受損［18］。SUMO化修飾的PML調(diào)節(jié)PML核體（PML-NBs）的形成，HIPK2是SUMO化修飾偶聯(lián)物并被招募到PML-NBs中。在急性髓系白血病（AML）患者中，HIPK2突變（R861W和N951I）具有缺陷的SIM功能。hip-k2介導的hip-k2造血前體細胞的募集與hip-k2的重要發(fā)病機制有關。此外，影響胰島素樣生長因子-1的上游調(diào)節(jié)因子和胰島素樣生長因子-1的表達。SUMO1修飾的IGF-1R在AML細胞系和臨床樣本中增加。IGF-1R中SUMO位點突變后，細胞增殖受到抑制，但細胞凋亡未受影響，這表明IGF-1R的SUMO化修飾可能是AML的治療策略［19］。SUMO2的過度表達通過促凋亡基因如DDIT3的SUMO化修飾抑制Ara-C誘導的凋亡。三氧化二砷對急性早幼粒細胞白血?。ˋPL）的作用從根本上改變了人們普遍認為它只是一種毒藥的印象。三氧化二砷治療通過誘導早幼粒細胞白血病視黃酸受體α（PML-RARα）癌蛋白的降解來發(fā)揮其治療作用［20］。A改變PML結構并促進Lys 65在PML蛋白的環(huán)結構域上的SUMO1修飾，從而促進SUMO2/3與Lys 160的結合；形成鏈的賴氨酸隨后導致RNF4的招募，用于PML的泛素化和降解。另一項研究表明，TO治療將FLICE相關的巨蛋白（FLASH）招募到PML體內(nèi)，這是一種在死亡受體信號傳導中起重要作用的多功能蛋白質，隨后導致FLASH的蛋白酶體依賴性降解和細胞周期停滯。在這個過程中，SU?MO化修飾通過增強FLASH與PML體的關聯(lián)來調(diào)節(jié)FLASH的降解［21］。此外，PIAS1介導的PML-RARα癌蛋白的SUMO化修飾（導致其降解）在A-to治療中也是必不可少的。然而，PIAS1通過介導PML的SU?MO化修飾和CK2向PML的募集而具有致癌活性，這導致了泛素介導的PML降解。這種矛盾的生物學結果可能表明，在CK2上調(diào)的癌細胞中，PIAS1介導的SUMO化修飾限制了PML的腫瘤抑制功能［22］。在非APL急性髓系白血病中，全反式維甲酸（A TRA）誘導的分化被SUMO化修飾途徑抑制［23］。SU?MO化修飾通路下調(diào)了多個A-TRA反應基因的表達，這些基因在髓系分化、細胞周期阻滯和凋亡中起著關鍵作用，這表明A-TRA和SUMO化修飾抑制劑的聯(lián)合應用是非APL-AML的一種有前途的治療策略［23］。成人T細胞白血病（atl）與慢性感染人T細胞白血病病毒1型及其調(diào)節(jié)蛋白稅有關。在三氧化二砷和干擾素α處理的A-TL細胞中，Tax被引入PMLNBs和多聚-SUMO。Tax隨后由RNF4確認，并由蛋白酶體降解。這一過程可能是一種治療方案，通過該方案，Tax可以針對TL患者的某一部分進行降解。

2.2 異常SUMO化修飾在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用機制 研究發(fā)現(xiàn)，SUMO化修飾能促進3D細胞遷移，在乳腺癌細胞中顯著增加［24］。BRCA1是DDR過程中的關鍵基因，其基因突變有40%～80%的風險發(fā)生乳腺癌。為了應對DNA損傷，SUMO化修飾修飾的BRAC1在損傷部位共定位，PIAS連接酶對于損傷修復蛋白的積累是必要的。此外，BRAC1與RAP80相互作用以確保乳腺癌的DNA修復。將BRCA1定位到DSB需要泛素相互作用的基序和SIM。在乳腺上皮細胞中，SUMO化修飾蛋白酶SENP7的兩個變體自然表達［25］。在所有乳腺癌亞型中，主要的SENP轉錄本SENP7S被發(fā)現(xiàn)顯著減少［25］。SENP7S的這種下調(diào)導致Axin1-β-catenin相互作用的喪失，隨后在染色質上積累SUMO化修飾的β-catenin，導致多個癌基因的激活［26］。另一種SENP7亞型，SENP7L，在乳腺癌中上調(diào)。升高的SENP7L促進異染色質蛋白1α（HP1α）的低SUMO化修飾，然后沉默E2F應答基因和間充質基因的轉錄，從而導致上皮—間充質轉化（EMT）和抑制細胞衰老。TFAP2C是另一種誘導EMT的基因。SUMO化修飾的TFAP2C在基底乳腺癌亞型的生長中起著關鍵作用。c-Myc是細胞周期進程中的一個關鍵致癌因子，在1/3的乳腺癌中過度表達。SENP1的過度表達導致c-Myc的去甲基化，從而增強了c-Myc的穩(wěn)定性和活性。相反，PIAS1介導的c-Myc的SUMO化修飾導致其隨后泛素化和蛋白酶體降解。PIAS1還通過SUMO化修飾調(diào)節(jié)乳腺癌1（AIB1）的轉錄活性，從而影響乳腺癌細胞的生長。另一項研究表明PIAS1調(diào)節(jié)轉錄調(diào)節(jié)因子SnoN的SUMO化修飾，SnoN最終調(diào)節(jié)乳腺癌的轉移［27］。乳腺癌侵襲性信號轉導與ErbB2/HER2擴增和/或激活有關。ErbB2通過MZF1-K23的多聚SUMO化修飾和MZF1-S27的磷酸化誘導髓系鋅指1（MZF1）靶基因CTSB和PRK?CA的表達。另一個與乳腺癌相關的基本過程是晝夜節(jié)律的紊亂。晝夜運動輸出周期kaput（CLOCK）的雌激素相關SUMO化修飾增加了CLOCK和雌激素受體α（ERα）的轉錄活性，從而刺激細胞生長，增加細胞周期中S期細胞的比例。單孢霉素1是UBC9的抑制劑，作為抗癌藥物的靶點對激素依賴性乳腺癌具有潛在治療作用［28］。

2.3 異常SUMO化修飾在前列腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用機制 在晚期前列腺癌中，過度表達的SENP1去甲基化SMAD4并上調(diào)E-鈣粘蛋白以促進EMT［29］。同 時，SENP1還 通 過 缺 氧 誘 導 因 子1α（HIF1α）途徑調(diào)節(jié)MMP2和MMP9的表達，進而影響骨轉移的能力，這表明SENP1是潛在的預后標志和治療靶點。過度表達的轉錄輔助調(diào)節(jié)因子PIAS1與雄激素受體（AR），一種重要的TF和SUMO2/3在染色質部位相互作用，隨后影響前列腺癌的發(fā)展。在難治性前列腺癌中，p53向細胞質的易位（由雄激素依賴性SUMO化修飾調(diào)節(jié)）與G3BP2表達升高相關，隨后導致細胞周期進展、凋亡阻滯和預后不良［30］。

2.4 異常SUMO化修飾在HCC發(fā)生發(fā)展中的作用機制 在HCC中，LKB1的SUMO2修飾阻礙了LKB1的核質穿梭并促進了其致癌活性。HCC活檢進一步證實，在更具侵襲性的HCC中，LKB1-蘇莫林化水平更高［31］。另一項研究報道，腫瘤抑制因子Lats1在K751處被SUMO化修飾抑制，隨后抑制Hippo信號，促進細胞增殖。此外，SUMO1修飾的CPAP對其輔活化因子NF-κB的活性和HCC中NF-κB通路的激活至關重要。Cbx4是一種SUMO E3連接酶，通過在K391和K477處的HIF1αSUMO化修飾增加HIF1α轉錄活性，從而增強缺氧誘導的HCC血管內(nèi)皮生長因子表達和血管生成［32］。然而另一項研究發(fā)現(xiàn)，一個正反饋回路，其中HIF1α被SENP1去瘤以增加其在缺氧條件下的穩(wěn)定性，而SENP1促進HCC中的癌癥轉移，是HIF1/2α的直接靶點，這表明SENP1是HCC的一個新的潛在治療靶點。在其他研究中，SENP5通過調(diào)節(jié)DNA損傷在HCC細胞生長過程中起著關鍵作用。SUMO1在HCC中上調(diào)，這使其成為HCC的潛在診斷和治療靶點。這些報道提示類泛素化修飾作用在HCC的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。

2.5 異常SUMO化修飾在CC發(fā)生發(fā)展中的作用機制GTPase KRAS突變的CC，目前尚無靶向治療方法，表現(xiàn)出包括KAP1、CHD1和EIF3L在內(nèi)的一組蛋白質的SUMO化修飾升高。RNA干擾介導的UBC9缺失抑制了這種突變細胞系的3D生長，這揭示了一個潛在的治療靶點KRAS突變型CC［33］。在另一項研究中，SUMO化修飾的Grb2被證明通過增加結腸癌細胞系中Grb2-Sos1復合物而上調(diào)ERK活性［34］。此外，SUMO化修飾的TBL1和SUMO化修飾的TBLR1都從NCoR復合物中釋放出來，并通過與β-catenin合作促進Wnt靶基因的轉錄。在CC中，miR-133a-3p是一種腫瘤抑制因子，通過結合其3'-非翻譯區(qū)（UTR）上調(diào)SENP1［35］。SENP1表達的沉默導致CDK抑制劑上調(diào)，這表明SENP1在CC細胞周期調(diào)控中的重要性。

綜上所述，SUMO化修飾是一種重要的PTM，異常SUMO化修飾會導致DNA損傷、轉錄調(diào)控失調(diào)，以及促進癌癥干細胞的干性維持，從而使細胞增殖、遷移和凋亡出現(xiàn)異常，在白血病、乳腺癌、前列腺癌、HCC、CC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。異常SUMO化修飾與腫瘤癌變、癌細胞增殖與轉移密切相關，然而其潛在的分子機制仍知之甚少。SUMO化修飾在大多數(shù)癌癥中顯著上調(diào)，因此可能成為癌癥治療的一個潛在靶點。SUMO化修飾通路對蛋白質—蛋白質相互作用有深遠的影響，一些SUMO化修飾抑制劑已經(jīng)被列為主要研究對象，然而這僅僅是冰山一角。異常SUMO化修飾在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用及能否成為評估癌癥診斷、預后的有用指標及治療的靶點，尚需要大量的臨床試驗進行驗證。