小泛素样修饰蛋白特异性蛋白酶SENPs与癌症

方晋仁，尹小慧，吴雅娟综述，杨南扬审校

0 引 言

小泛素样修饰蛋白(small ubiquitin-like modifier，SUMO)化修饰是一种新型的蛋白质翻译后修饰形式，它通过将SUMO1或SUMO2/3分子共价连接到靶蛋白上来调控靶蛋白的稳定性、亚细胞定位及其蛋白相互作用等，进而影响细胞内诸多的生命活动过程[1-2]。细胞内被SUMO化修饰的靶蛋白也能发生将共价连接的SUMO从靶蛋白上切除下来的逆过程，即去SUMO化修饰；该逆过程是由一类SUMO特异性蛋白酶SENPs通过其异肽酶活性来催化发生。因此，SENPs对正常细胞内SUMO化与去SUMO化动态平衡的保持十分重要。

在哺乳动物中共有7种SENPs，分别是SENP1～SENP3和SENP5～SENP8；其中SENP8不作用于SUMO分子。依据底物选择偏好性、亚细胞定位和序列等方面的不同，6种可作用于SUMO的SENP成员可被细分为3个亚家族，分别是SENP1和SENP2， SENP3和SENP5，以及SENP6和SENP7。在底物选择偏好性上，SENP1和SENP2能广泛地作用于3种SUMO亚型(SUMO1、SUMO2/3)修饰的靶蛋白，而SENP3和SENP5则只特异地催化被SUMO2/3修饰底物分子的去SUMO2/3化过程。SENP6和SENP7同样偏好SUMO2/3分子，但其主要催化被多聚SUMO2/3修饰靶蛋白的去多聚化修饰过程[3]。在序列同源性上，6种SENP蛋白家族成员C端均包含有一至两个保守的半胱氨酸蛋白酶催化结构域，该种保守催化结构域与其去SUMO化修饰功能直接相关；而不同SENP亚型的N端序列则高度可变，并可通过与不同蛋白的相互作用，来决定SENP不同成员在细胞内不同的亚细胞定位[4]。在细胞内分布上，SENP1、SENP6和SENP7主体定位于细胞核的核质区，而SENP3和SENP5则定位于核仁区[5]。尽管SENP2定位在细胞核的核孔区，但它与SENP1序列中所具有的核输出信号，使该两类SENP能够在细胞核细胞质间发生转运。

目前，已有许多研究发现多种肿瘤组织中SENPs的表达异常，提示了SENPs与癌症的发生发展密切相关。近年来的许多文献也报道了不同SENP成员在部分癌症中的作用及分子机制，本文就SENPs家族与癌症的研究进展作一综述。

2 SENP1和癌症

已有的研究发现，SENP1在多种癌症中高表达，提示其在癌症的发生与发展中的潜在作用。目前，SENP1在前列腺癌中的作用及机制研究最为清楚。它被发现在前列腺上皮肉瘤癌前病变和前列腺癌临床标本中均高表达；且能通过促进前列腺癌的细胞增殖、血管生成、细胞上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)、肿瘤骨转移和继发性肿瘤形成以及抑制细胞凋亡等多种机制，促进前列腺癌的发生和发展。在该过程中，SENP1主要通过下调其不同靶蛋白的SUMO化修饰，进而改变靶蛋白自身的蛋白稳定性或/与调节靶蛋白下游基因的转录活性，来实现对前列腺癌发生发展的促进作用。例如，SENP1可以去SUMO化HIF-1α并使其稳定，进而增强下游血管内皮生长因子VEGF、基质金属蛋白酶MMP2和MMP9的表达；前者促进了前列腺癌发展过程中的血管生成，后两者则促进前列腺癌骨转移的发生[6]；与HIF-1α的情况不同，SENP1对TGF-β/SMADs信号通路中Smad4蛋白的去SUMO化修饰则降低了Smad4蛋白自身以及其下游E-cadherin的表达，协同SENP1引起的vimentin的表达上调，共同促进了前列腺癌的上皮间质转化过程[7]。尽管如此，也有一些文献报道了SENP1对靶基因去SUMO化修饰功能非依赖的作用方式。SENP1很早就被发现能通过上调雄激素受体AR自身的表达及其介导的下游转录来促进前列腺癌细胞的增殖，但SENP1对AR下游转录的激活促进作用被证明并不依赖AR的SUMO化状态[8]。

除前列腺癌之外，SENP1在多种其他癌症中通过类似的分子机制发挥促癌作用。Dong等[9]发现，SENP1能通过去SUMO化修饰HIF-1α并增强其蛋白稳定性来促进透明细胞型肾癌细胞的增殖。另外，当Ma等[10]敲除了胰腺癌细胞中高表达的SENP1后，细胞的MMP9表达水平显著下降，从而促进了胰腺癌细胞的增殖和转移；而在乳腺癌中，SENP1则通过去SUMO化促癌蛋白Pin1，来逆转SUMO化对Pin1蛋白稳定性的降低以及其介导的下游基因，如细胞周期相关蛋白cyclinD 1,的转录抑制，最终促进乳腺癌细胞的增殖[11]。在结肠癌中，SENP1则被发现既可通过去SUMO化来触发STAT6磷酸化以及下游基因的转录，促进细胞的迁移和EMT的发生；也可通过下调细胞周期依赖性蛋白激酶CDK抑制因子p16、p19、p21、p27的表达，促进细胞的增殖过程[12]。

2 SENP2和癌症

不同于同一亚家族成员SENP1在多种癌症中的高表达，SENP2在原发性肝癌、膀胱癌、乳腺癌、骨肉瘤、胃癌和白血病等多种癌症中的表达均下调。与SENP1显示出来的促癌作用相反，大多数情况下SENP2行使抑癌功能；SENP2表达的下调导致其对相关癌症的抑制作用减弱，从而促进癌症的发生发展。有研究表明， SENP2可通过去SUMO化修饰来降低β-catenin蛋白的稳定性，进而抑制肝癌细胞的增殖[13]。而SENP2对膀胱癌转移的抑制作用，也是通过对β-catenin信号的负调控来实现：它可抑制β-catenin的入核，进而抑制转移促进因子MMP-9的转录与表达[14]。除了负调控β-catenin信号之外，SENP2也可通过去SUMO化修饰酶活性依赖或非依赖的形式抑制许多其他经典信号通路。有研究发现，SENP2通过减弱TGF-βI型受体的SUMO化修饰来抑制TGF-β信号通路以及该通路活化所介导的膀胱癌EMT发生[15]。在乳腺癌中，SENP2则能去SUMO化NEMO蛋白来抑制NF-kB信号通路，进而增强乳腺癌耐药细胞对阿霉素的治疗敏感性[16]。在胃癌中，SENP2通过去SUMO化NDRG2蛋白并增强其蛋白稳定性来实现对胃癌细胞的增殖抑制[17]。除上述去SUMO化修饰酶活性依赖的作用方式外，SENP2下调雌激素受体ERα介导的下游转录并抑制乳腺癌细胞增殖的过程则是其不依赖去SUMO化修饰酶活性发挥作用的例子[18]。另外，SENP2在骨肉瘤和白血病中也被认为扮演肿瘤抑制的角色。在骨肉瘤中，它可促进SOX9蛋白的泛素化降解并抑制骨肉瘤细胞的增殖、迁移和侵袭能力[19]；而在白血病中，SENP2通过抑制Notch和NF-κB信号通路来发挥抑癌作用[20]。

尽管以上研究证明SENP2在多种癌症中发挥抑癌作用，但也有文献报道了其在三阴性乳腺癌中的促进作用。研究结果显示，SENP2通过去SUMO化Smad4来上调TGF-β/Smad4信号通路介导的MMP-9的表达，进而促进了乳腺癌细胞的迁移[21]。

3 SENP3和癌症

SENP3是一种在细胞氧化应激下积累的氧化还原敏感分子；与SENP1类似，它被发现在多种癌症中表达上调；比如肺癌、前列腺癌、卵巢癌、口腔鳞癌、直肠癌和结肠癌等。目前的观点认为，SENP3主要通过去除底物蛋白的SUMO 2/3修饰，抑制或激活底物蛋白相关信号通路，来促进肿瘤细胞增殖、肿瘤发生、血管生成和上皮间充质转化等过程。在肺癌中，SENP3介导的p53去SUMO2/3化修饰降低了后者的转录活性及其细胞增殖抑制能力[22]；与肺癌细胞中P53蛋白的情况相反，SENP3在胃癌中介导的FOXC2去SUMO化修饰，则可使后者的转录活性增强，进而促进其下游基因N-cadherin的表达，最终诱导胃癌EMT及转移的发生[23]。在头颈部鳞状细胞癌中，SENP3通过对STAT 3的去SUMO化修饰促进STAT 3磷酸化，进而促进癌细胞的增殖、存活、血管生成、免疫逃逸、上皮间充质转移和化学抵抗等过程的发生[24]。在卵巢癌细胞中，沉默SENP3也能显著抑制细胞的增殖、迁移和浸润能力[25]。此外，SENP3在口腔鳞癌和前列腺癌中的表达增高也有被提及[5,26]，但关于其在这两种癌症中具体的生理功能还未明确，仍待深入研究。

4 SENP5和癌症

目前已有的研究发现，SENP5在一些癌症中的表达增高，并在相关癌症的发生发展过程中发挥促进作用。例如，在肝癌与乳腺癌组织中，SENP5的表达即被发现异常上调；通过RNA干扰沉默SENP5的表达后，肝癌细胞和乳腺癌细胞的增殖均受到了显著的抑制[27-28]。SENP5沉默介导的DNA损伤应激反应相关信号通路中ATRIP蛋白SUMO2修饰的增强，降低了HepG2细胞的DNA损伤反应并使细胞对基因毒性应激敏感。而在乳腺癌细胞中，除细胞增殖抑制作用外，沉默SENP5还能抑制转化生长因子β的I型受体以及其下游靶基因MMP9的表达，进而抑制乳腺癌细胞的迁移和浸润过程。Cashman等[27]对包含有1363名乳腺癌患者基因表达数据库的分析结果也显示，乳腺癌患者中SENP5的低表达与预后良好相关，其可作为乳腺癌的一种有效的预后生物标志物。此外，SENP5在口腔鳞癌与骨肉瘤中也被发现表达上调，它可下调一系列抑制细胞增殖(如cyclin B1等)和促进细胞凋亡的标志蛋白(如caspase-3/-7)的表达来促进癌症的发生和发展[28-30]。

与上述几种癌症中SENP5蛋白的表达上调不同，其在临床急性髓系白血病患者中性粒细胞中的表达则被显著抑制；并且SENP5的低表达被证明可减弱AML中性粒细胞的分化。这提示了SENP5蛋白在急性髓系白血病中的抑癌作用[31]。

5 SENP6、SENP7和癌症

目前关于SENP6在各种癌症中的表达及生理功能的报道还极少。仅有文献报道了其在乳腺癌中的mRNA表达下调以及肝癌和恶性胶质瘤中的表达上调[5,32-33]。沉默SENP6则可导致肝癌细胞生长迟缓和放射增敏，这提示了SENP6与前述的SENP1、3和5一样，可能发挥促进肿瘤发生发展的功能。

尽管已经有在正常上皮细胞内高表达的SENP7亚型SENP7S去SUMO化Axin1和β-catenin来抑制c-Myc癌基因以及cyclin D1蛋白等的基因表达，实现抑制细胞恶性转化的报道[34]，但关于SENP7在各种癌症中的表达及生理功能还未见报道。

6 总结与展望

总体来讲，在SUMO蛋白的加工成熟和靶蛋白去SUMO化修饰中发挥作用的SENPs的异常(表达上调、下调或者活性丧失)，与肿瘤的发生发展密切相关。它可通过下调其不同靶蛋白的SUMO化修饰，改变靶蛋白自身的蛋白稳定性，调节靶蛋白下游基因的转录活性等分子机制，来调控和参与癌细胞的增殖、分化、凋亡、细胞周期调控、上皮间质转化以及侵袭转移等诸多过程，这使其有望成为癌症治疗的新型有效靶点。尽管如此，SENPs却在不同癌症中的不尽相同的作用使其具体分子机制仍扑朔迷离，许多问题仍待深入探讨。例如，为什么SENP家族中不同的SENP，甚至同一亚家族中的不同SENP成员在癌症中发挥截然不同的生理功能，再比如在大部分癌症中，SENP1的促癌作用vsSENP2的抑癌作用？为什么同一种SENP蛋白在不同癌症中能发挥截然相反的作用，比如SENP5在许多癌症中的促癌作用vs急性髓系白血病中的抑癌作用？SENPs家族成员在癌症发生发展中不尽相同的作用是否取决于其作用的具体底物蛋白的功能？这些问题的探讨和解决，将为深入了解肿瘤的发生发展以及SENPs成为肿瘤标志物或癌症治疗的潜在靶分子提供一定的理论依据。