去泛素化酶USP7在肿瘤中的研究进展

刘军凤 综述 周秀敏 审校

1.苏州大学，江苏 苏州 215000；2.苏州大学附属第一医院肿瘤科，江苏 苏州 215000

恶性肿瘤已成为全球热点问题之一。据我国关于癌症数据统计，2012年全国恶性肿瘤的发病率约为264.85/10 万，然而恶性肿瘤死亡率在全地区占比约161.49/10万[1]。它的增殖、扩散及转移能力极强，但其发病机制尚未明确。因此，研究其生物学机制，寻找新的靶点，亟待解决。泛素化参与蛋白质翻译后修饰，角色至关重要。USP7 是泛素特异性修饰酶家族中的一员，临床对其研究较为普遍，其是通过与癌蛋白、抑癌蛋白甚至致瘤病毒的相关蛋白之间的相互作用，在肿瘤的发生和发展中发挥着一定作用[2]。最新的一项研究表明，USP7 的破坏与一种具有智力缺陷和自闭症谱系的神经发育障碍有关[3]。本文将对USP7的生物来源、结构特点、生物功能及其在肿瘤中作用机制等研究进展进行阐述。

1 USP7的基本结构特征

USP7 属于半胱氨酸蛋白酶，又被称为疱疹病毒相关的泛素特异性蛋白酶(Hausp)。与其他的USP 类似，USP7 同样具有多个结构，主要包括N 末端TRAF(tumor necrosis factor-receptor associated factor) 区(aa62-205)、催化区(aa 208-560)及64 KDa的C端区域(aa 560-1102)。许多蛋白已被确定为USP7 的潜在底物，如肿瘤抑制因子、转录因子、染色质相关蛋白、细胞周期检查点蛋白和表观遗传调节剂等[4]。催化去泛素化的核心是对异构肽羰基的亲核攻击，而半胱氨酸是USP7导致亲核攻击的活性位点[5]。USP7在哺乳动物的进化中是高度保守并广泛存在[6]，并且在多种恶性肿瘤中过表达。因此，USP7 有望成为新的肿瘤标志物。

2 USP7的生物学功能

2.1 细胞周期的调控 细胞周期是连续分裂的细胞从上一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程，包含G1期、S期、G2期、M期四个阶段。USP7 是通过特异性对抗SCFβTrCP 介导的降解泛素连接酶来维持卡环蛋白的稳态水平[7]。卡环蛋白促进ATP 介导的DNA 损伤应答过程中重要效应激酶Chk1 的磷酸化和活化，是一种检查点介质。USP7 参与了检查点反应中Chk1磷酸化反应，对细胞周期进行调控起到间接的作用。

2.2 DNA的损伤和修复 DNA损伤途径一旦发生，机体立即启动一系列的DNA 修复途径，在哺乳动物系统中主要有核苷酸切除修复(NER)、错配修复(MMR)、碱基切除修复(BER)、双链断裂修复(DSB) 4条通路[8]。DNA损伤反应(DDR)通过感知DNA损伤，发挥修复DNA 的功能，从而维持基因组的稳定性。USP7 是级联反应的一个重要调控器，有助于感知病变，启动修复，从而恢复正常的细胞过程[7]。检查点激酶1 (CHK1)是DDR 中必不可少的激酶。激活后，CHK1从染色质中释放出来，阻止细胞周期进程，使其得以修复。USP7 是CHK1 激活所必需的关键适配蛋白，并促进ATR (ATM-Rad3-Related)介导的CHK1 磷酸化[8]。此外，有关研究表明USP7也可以直接参与调节CHK1的稳定性[9]。

2.3 表观遗传的调控 表观遗传修饰是调控基因转录、DNA 复制以及DNA 修复的重要方式，最终调节染色质。染色质重构控制，也是指染色质状态，即染色质是“开放”还是“封闭”，可以通过核糖体重组和DNA、RNA 及组蛋白的共价修饰调控决定基因转录的激活亦或是抑制染色质状态[10]。USP7 去泛素化和稳定DNMT1 是DNA 复制过程中DNA 甲基化的重要表观遗传调控因子，也是具有显著治疗价值的肿瘤靶点[11-12]。 最近一项研究表明，EZH1/2-EED-SUZ12-USP7 复合物的催化单元是EZH1/2，EZH1/2本身不能执行酶的功能，必须与至少两个非催化物(EED 和SUZ12)复合，USP7 参与EZH2 的结合并稳定EZH2，同时调节EED 和SUZ12 在基因转录中的作用[13]。

2.4 免疫应答 核转录因子NF-κB 是机体内主要的免疫反应调节器，同时通过对炎症细胞因子的调控参与炎性疾病的发生和发展，调节促炎细胞因子的表达。它可以被大多数免疫应答受体包括Toll 样受体、抗原受体和肿瘤坏死因子(TNF)受体家族激活[14]。泛素化触发的NF-κB 蛋白酶体降解限制其目标基因的表达，相反，USP7通过下调E3连接酶的活性稳定核转录因子NF-κB，从而促进其转录活性。抑制USP7的表达，核转录因子NF-κB 泛素化上调，可以有效抑制Toll样受体诱发炎症细胞因子的表达以及控制炎症反应。

2.5 信号通路

2.5.1 p53-MDM2通路 p53在肿瘤基因中具有抑制细胞生长、保持基因完整性、维持细胞内稳态和微环境稳定的作用[15]。 鼠双微体2 (mouse double minute 2，MDM2) 是p53 的主要负调控因子之一，MDM2 可以通过多种途径抑制p53 的活性，例如，MDM2是通过介导p53的泛素化在蛋白酶体系统中被降解的；MDM2通过结合p53 N-末端的转录活化区直接抑制p53的转录活性[16]。MDM2状态的失调可以通过阻断其与USP7 的联系从而抑制MDM2 介导的p53在含有野生型p53的癌细胞中的降解而成为药物治疗的靶点。

2.5.2 USP7 与PTEN 通 路 PTEN (phosphatase and tensin homolog)是脂质蛋白磷酸酶的一种，可以抑制肿瘤。PTEN磷酸化时，PTEN-USP7之间的相互作用显著增强[17]。在肺神经内分泌肿瘤细胞中，有人发现PTEN蛋白的丢失与细胞核USP7的丢失有关，这表明PTEN的去泛素化减少使其成为蛋白酶体降解的靶点[18]。正常情况下，USP7对PTEN的去泛素化作用能够在细胞核内通过早幼粒细胞白血病蛋白(PML)所抵抗，但在PML中，致癌的PML-RARa 会导致这种活性的丧失，从而失去抑制作用[19]。因此，有理由推断USP7-PTEN相互作用可以通过限制PTEN 定位位点作为抑制靶点，最终诱导癌细胞凋亡。

2.5.3 USP7 与FOXO 通 路 FOXO (fork head box O)家族的转录因子(FOXO1、FOXO3、FOXO4 和FOXO6)对细胞增殖、氧化应激反应、肿瘤发生等生理过程具有调节作用[20]。通过抑制USP7 的功能，核内FOXO4的表达增加，因此USP7可以抑制FOXO4核定位以达到抑制肿瘤的目的[21]。

2.6 USP7 与病毒相关蛋白 许多病毒可以影响宿主细胞去泛素化过程，从而有效地表达、复制和存活病毒基因。单纯疱疹病毒(herpes simplex virus，HSV)由其引起的单纯性疱疹是一种传染病，是一种双链DNA病毒。感染性细胞多肽0 (infected cell protein 0，ICP0)是由HSV 早期基因表达的蛋白，具有E3泛素连接酶的活性，可以通过调控病毒基因组的表达，激活病毒后期基因的转录，也可以通过与蛋白相互作用，激活转录调控其裂解性和潜伏性之间的平衡[22-23]。USP7 与病毒蛋白的相互作用表明，一些在宿主内成功感染的病毒有去泛素化过程的参与，未来的研究可能会揭示其参与的具体过程和机制。

3 USP7与恶性肿瘤的关系

3.1 USP7 与肺癌 随着工业化社会的深入发展，肺癌的发病率逐年升高，发病年龄呈现年轻化趋势，因此，迫切需要明确其发生和发展的分子生物学机 制。 SUN 等[24]发 现，WDR79 在 非 小 细 胞 肺 癌(NSCLC)细胞核中与USP7 相互作用，Mdm2 和p53 的泛素化下调，进而增加了USP7的稳定性，延长了其半衰期。通过USP7 的下调导致WDR79 衰减，表明WDR79 的功能作用依赖于USP7，WDR79 是通过USP7促进了非小细胞肺癌(NSCLC)细胞的增殖。

3.2 USP7 与宫颈癌 宫颈癌的发病年轻化趋势日渐明显，发病原因仍未明确。MRE11-RAD50-NBS1(MRN)复合物和DNA 损伤检测点蛋白1 (MDC1)的中介是识别、信号传递和修复DNA双链断裂(DSBs)的核心，其相互作用对DNA损伤反应(DDR)的启动和扩增至关重要。SU 等[25]的研究表明，MRN-MDC1 复合物为USP7 有效地去泛素化提供了平台并稳定MDC1，对基因毒性损伤的抵抗力增强，宫颈癌细胞存活显著增加。USP7在宫颈癌中过表达，其表达水平与MDC1及宫颈癌患者较差的生存率呈正相关。因此，USP7有望成为宫颈癌潜在治疗靶点。

3.3 USP7 与鼻咽癌 Epstein-Barr 病毒(EBV)感染了全世界90%以上的人，有效地使受感染细胞长期存活，易患各种癌症。在鼻咽癌中，EBV 蛋白对于病毒复制、基因组维护和病毒基因表达都是必不可少的。ZHANG 等[26]通过对鼻咽癌的大数据库研究表明，对3 269例鼻咽癌患者在治疗结束(±1周)时测量了血浆EBV DNA 负荷，93.0% (3 031/3 269)的患者血浆EBVDNA负荷检测不出，7.0% (238/3 269)则可以检测出。238 例可以检测出的EBV DNAend 患者中，继续检测3个月后的EBV DNA水平，其中192例仍可以检测出，72.4% (139/192)患者出现自发性缓解现象。然而，这些患者的3 年无病生存率(DFS) (55.1% vs 89.8%)、总生存率(OS) (79.1% vs 96.2%)、无远处转移生存率(DMFS) (68.4% vs 94.1%) 和无复发生存率(LRRFS) (84.5% vs 95.0%)仍低于无法检测到EBV DNAend 的患者(P＜0.001)。因此治疗后EBV DNA 是鼻咽癌预后的一个可靠的生物标志物。

3.4 USP7 与骨肉瘤(OS) 骨肉瘤是10～25 岁青少年最常见的原发性恶性骨肿瘤，分子机制尚未完全阐明。ZENG 等[27]的研究表明，USP7 在OS 肿瘤组织比其在周围组织中的表达明显升高，与OS 患者TNM分期和转移呈正相关。其次，生物学功能检测显示，USP7 敲除显著抑制OS 细胞的转移和侵袭，而USP7过表达增强OS细胞的转移和侵袭，提示USP7可能是OS的潜在治疗靶点。

3.5 USP7与前列腺癌 随着近年来前列腺癌发病人数的增加，对其研究亦逐渐成为热点。催化增强子组蛋白H3赖氨酸27位点甲基化转移酶2 (EZH2)是USP7的靶点，并被USP7介导的去泛素化稳定。在前列腺癌细胞中，USP7敲低抑制了EZH2的转录抑制功能。EZH2 的异位插入使前列腺癌细胞的迁移、侵袭潜能增高，而USP7 基因敲低则降低了这些潜能。此外，联合USP7特异性抑制剂P5091和EZH2抑制剂如GSK126、EPZ6438、DZNep，可协同抑制前列腺癌细胞的迁移、侵袭潜能[28]。

3.6 USP7与其他肿瘤 WANG等[29]的研究发现在过表达或沉默USP7后，与正常肝组织相比，肝癌组织中USP7的RNA和蛋白水平均有上调。上皮性卵巢癌(EOC)中，MA 等[30]的研究发现USP7 高表达的患者OS较低表达的患者差，USP7可能参与了EOC细胞的增殖和侵袭，USP7 的表达可以作为EOC 的独立预后因子。除了前文所述的几种肿瘤，USP7 的过表达和失调与结肠癌、慢性淋巴细胞白血病(CLL)、肺神经内分泌肿瘤和恶性胶质瘤等多种恶性肿瘤均有关[18，31-33]。

4 展望

USP7 是很重要的去泛素化酶，能够调节细胞内许多相关蛋白底物的活性与功能。因此，通过抑制USP7蛋白相关的信号通路有望成为诊治恶性肿瘤的特异性治疗新靶点。但关于USP7与肿瘤关系所涉及的机制及信号通路较为繁杂，且其涉及的具体介导信号通路靶点还需进一步探索，目前仍需大量的实验研究加以证实，寻找到有效的肿瘤防治新方法。随着USP7 小分子抑制剂的研究进展，有望给众多肿瘤患者带去曙光。