泛素-蛋白酶体系统在非小细胞肺癌中作用机制的研究进展

王玉秀 闵凌峰

江苏省苏北人民医院 扬州大学临床医学院呼吸内科225001

肺癌是严重威胁人类健康的常见恶性肿瘤,居我国恶性肿瘤发病率和病死率第1位[1]。按照组织学特点肺癌可分为非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)和小细胞肺癌(small cell lung cancer,SCLC)。其中NSCLC占肺癌80%[2],在NSCLC中,腺癌和鳞癌的比例为50%和30%。大多数临床就诊的患者已出现明显转移灶而失去手术机会[3]。这使得肿瘤患者无法治愈或者很好地缓解,大多数NSCLC患者预后不佳[3]。在晚期肺癌确诊的患者中,全身姑息性化疗4～6个疗程后能够延长生存时间、提高生活质量[4-6]。从分子机制来看,目前在NSCLC治疗的过程中,主要是通过靶定表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)以及淋巴瘤激酶治疗,但是这些靶向药物治疗效果还是不尽人意[7-8]。因此,进一步发现肺癌发生、发展具体分子机制以及可能的耐药机制仍是目前亟待解决的问题。近年来,泛素-蛋白酶体系统(ubquitin-proteinasome system,UPS)作为未折叠蛋白以及错误折叠蛋白清除的主要机制之一[9],研究显示在多种肿瘤,例如乳腺癌[10]、肝癌[11]、结肠癌[12]以及肺癌[13-14]的发生、发展中扮演重要的角色,尤其近年来在NSCLC中的作用机制成为一研究热点,本文就UPS在NSCLC发生、发展中作用机制研究现状进行综述。

1 UPS

UPS是一个复杂的控制系统,负责降解80%～90%的蛋白质,包括未折叠成正确构象的蛋白、老化的结构蛋白以及短寿命的功能蛋白,是细胞功能调节以及维持蛋白稳定性的核心,它可以高效、高度选择性地降解细胞内多种蛋白质[15]。UPS由6个组分组成:蛋白酶体、泛素、泛素激活酶(E1)、泛素结合酶(E2)、泛素连接酶(E3)和去泛素酶。首先,E1以ATP依赖的方式激活泛素并连接到E2,E3则介导激活的Ub向目标蛋白的转移。这个过程可以通过去泛素酶来逆转[16]。然后蛋白酶体通过其多泛素链识别底物(此结构),在ATP依赖的未折叠和从调节粒子转移到蛋白酶体的核心粒子后降解。另外,它还是一个多催化复合物,由20 S核心蛋白酶和两端各一的19 S调节亚基组成。20 S核心蛋白酶是蛋白酶体复合物的水解核心,具有胰蛋白酶、糜蛋白酶和胱天蛋白酶活性。UPP在降解靶蛋白时,首先要实现靶蛋白的泛素化,即若干泛素经E1、E2、E3的作用与靶蛋白相连。只有泛素化的靶蛋白方可被19 S调节亚基识别,进而进入20 S核心蛋白酶体内部,被降解成3～22个氨基酸的小肽段,在细胞内回收利用。UPS主要通过发挥两方面作用:一是通过破坏异常或受损的蛋白质来维持细胞的质量；另一方面是通过分解蛋白质的特定功能来控制细胞的基本生命活动,从而保证组织和器官的正常功能。

2 UPS与NSCLC

细胞内蛋白不断的有序的合成、修饰和降解,参与机体的新陈代谢,蛋白质的降解途径主要有2种:泛素-蛋白酶体降解途径以及溶酶体降解途径[15]。泛素-蛋白酶体降解途径参与细胞周期、应激反应、细胞凋亡以及免疫反应等多种生命活动[17]。众所周知,肿瘤的发生、发展是一复杂多样的过程,有多重信号通路参与,其中包括核因子κB、PI3K/Akt以及Wnt等信号通路参与此过程[18]。近年来,多项研究已经显示UPS在肿瘤的发生、发展中有非常重要的作用[19],其中NSCLC也不例外[20]。近年来研究显示[21],其主要通过以下几种方式在NSCLC发生、发展中产生一定的作用:(1)在外界因素刺激下,在UPS参与下,参与NSCLC发病机制的某些信号蛋白泛素化并被蛋白酶体所降解,而激活抗凋亡和细胞生长基因的转录,导致生长因子、细胞黏附分子、血管生长因子以及抗凋亡因子的合成,从而在NSCLC的发生、发展中扮演一定的角色；(2)在外界因素刺激下,UPS参与促进部分细胞周期蛋白,促进部分细胞周期蛋白,比如细胞周期蛋白A、B、D及E的降解,从而影响细胞周期调控,促进细胞生长、增殖,而在NSCLC的发生、发展中起非常重要的作用；(3)UPS同样参与抑癌基因(p53等)、调节蛋白(调节p53蛋白的MDM 2等)以及癌基因(c-fos/c-jun、c-myc、N-myc和β-catenin等)的降解从而在NSCLC的发生、发展中有一定的作用。

2.1 UPS参与调控NSCLC相关信号通路蛋白的降解 近年来关于肺癌发生、发展的机制研究多种多样,并发现有多种信号通路参与此过程,其中最为经典的如核因子κB、PI3K/Akt、ERK1/2、细胞凋亡自噬以及Wnt/β-catenin等。其中ERK 1/2诱导细胞凋亡是线粒体依赖的凋亡通路之一,并且研究显示线粒体的过度分裂是促进癌细胞增殖的前提条件。Geng等[18]研究显示在莱菔硫烷刺激下,可通过ERK1/2信号通路上调Bax,下调Bim而诱导人NSCLC细胞的凋亡,而在此过程中,莱菔硫烷激活ERK1/2可提高26S蛋白酶体活性,而降解Bim在其中起到非常重要的作用,并且26S蛋白酶体抑制剂可逆转次作用,说明了UPS参与的蛋白降解调控作用在NSCLC细胞凋亡中的作用。另外,转化生长因子β1(transforming growth factorβ1,TGF-β1)作为一种多功能细胞因子,在多种肿瘤细胞中过度表达,参与细胞的增殖、迁移、侵袭和转移。重要的是,许多研究表明,TGF-β1在肺癌发生的晚期可诱导肿瘤的进展和转移,通常情况下,TGF-β1作用起始于配体与转化生长因子Ⅱ型受体的结合。Hsu等[22]研究显示,转化生长因子受体降解信号被泛素依赖的蛋白酶体通路所调控,并且Smad泛素化调节因子2作为一种特异性的C2-WWHECT-结构域E3连接酶,可通过靶向转化生长因子受体和Smad2参与调节TGF-β介导的信号转导,而在NSCLC细胞增殖转移中有重要的作用。STAT3作为一种转录因子,可通过细胞外细胞因子和生长因子,在信号传递过程中起紧密调控的作用,STAT3的本构激活已被证明足以诱发肿瘤的发生,STAT3在多种癌症中经常被激活,在癌症侵袭性的多个方面发挥着重要作用。有研究显示,YSY01A作为一种新的蛋白酶体抑制剂,其可通过自噬溶酶体降解gp130和JAK2来消除STAT3的本构激活,从而下调STAT3下游基因,而对A549(肺癌)、MCF-7(乳腺癌)、MGC-803(胃癌)和PC-3M(前列腺癌)等细胞起到一定的抑制作用[23]。

2.2 UPS参与调控细胞周期蛋白的降解 细胞生长以及细胞增殖是肿瘤发生、发展主要的病理表现之一。在真核细胞中,细胞周期由细胞周期蛋白和细胞周期依赖性激酶(cyclin dependent kinases,CDKs)调节。不同的CDKs对应相应的细胞周期蛋白,调节细胞周期的各个阶段。而细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(cyclin dependent kinases inhibitors,CKIs)则限制CDKs活性及细胞周期进程[24]。P21WAF1/Cip1是众多CKIs中的一种,其在细胞周期G2/M期阻滞中发挥作用[25]。P27Kip1是另一种CKIs,可以阻止细胞从G1期到S期[26],而上述二者都是UPS的降解底物。另外,细胞周期蛋白,包括周期蛋白A、B、D以及E等同样在细胞增殖生长过程中有非常重要的作用,有研究显示,细胞周期蛋白D同样受UPS系统调节降解,在肺腺癌中扮演一定的角色,且蛋白酶体抑制剂可逆转此种作用[27]。DNA复制与修复同样在细胞增殖过程中扮演重要角色,有研究显示,UPS可调节DNA修复过程[28]。

2.3 UPS参与抑癌基因以及癌基因的调控 基因表达异常,包括抑癌基因(p53等)以及癌基因(c-fos/c-jun、c-myc、N-myc和β-catenin等)的表达异常同样是NSCLC主要的发病机制之一,近年来大量研究显示,UPS作为蛋白降解主要体系之一,同样参与癌基因以及抑癌基因的表达调控,而在癌症发生、发展中期非常重要的作用。其中有研究显示通过抑制蛋白酶体降解来提高抑癌蛋白p53的水平在NSCLC中是有益的[29-30]。

3 蛋白酶体抑制剂在NSCLC中的应用

蛋白酶体作为UPS主要组成成分之一,其在细胞内起着重要的作用,因此抑制这一机制对正常细胞和恶性细胞都有影响,并且已经有研究显示恶性细胞比正常细胞对蛋白酶体抑制作用更敏感[31]。

蛋白酶抑制剂是目前一种新型的用于NSCLC以及SCLC的治疗方式,蛋白酶体抑制作用影响一系列细胞内信号,干扰众多蛋白水平,通过多种途径导致细胞凋亡[20,28]。广泛的天然和合成化合物被发现可以抑制26 S蛋白酶体,根据它们与蛋白酶体相互作用的方式,它们可分为5个不同的类别:肽醛、肽硼酸酯、肽乙烯基砜、肽环氧酮和内酯抑制物。肽醛和肽硼酸盐是蛋白酶体的可逆抑制剂,因此作为治疗药物具有较大的潜力,因为蛋白酶体的长期抑制是有毒的[32]。在这两个类别中,肽硼酸盐是更好的候选药物,因为它们更有效力,更特异于26 S蛋白酶体,而且代谢更稳定。硼替佐米属于这类蛋白酶体抑制剂,与其他药物相比,其效力和选择性都得到了广泛的评价[33]。硼替佐米已在肺癌的临床前研究和第1[34]、2期[35]临床试验中进行过研究。在其他蛋白酶体抑制剂中,只有肽类醛MG132[36]、PSI[37]和CEP1612在体外和体内对肺癌细胞进行了临床前研究。在其他肿瘤的细胞系和动物研究中也有过类似的发现。另外,基于泛素-蛋白酶体对所有细胞尤其肿瘤细胞的增值和生存的调节作用,蛋白酶体抑制剂已经成为了一种非常具有吸引力的抗肿瘤新方向,并且近年来在非小细胞肺癌的治疗过程中,化疗、靶向治疗联合蛋白酶体抑制剂的治疗方案同样有一定的研究,并且显示有一定疗效。对于NSCLC而言,蛋白酶体抑制剂主要作用是解决与肿瘤进展和肿瘤治疗抵抗相关的众多关键细胞因子的调控问题,在其中的一些蛋白酶体抑制剂与化疗药物联合治疗的研究中,硼替佐米在其治疗效果中就起到了非常可观的效果,显著增加了患者生存率[35,38]。例如Davies等[33]的一项临床研究显示,硼替佐米与吉西他滨/卡铂联合治疗晚期NSCLC,患者的生存率得到了显著的增加；Fanucchi等[39]的研究显示硼替佐米联合多西他赛同样在一定程度上增加了患者的生存率。

许多蛋白酶体抑制剂在临床前研究中显示出活性,无论是作为单一药物,还是与传统和新型抗肿瘤药物联合使用。然而蛋白酶体抑制剂在NSCLC治疗中作用的研究工作仍是目前需要进一步突破的一大热点,其联合靶向治疗、免疫治疗甚至其他化疗方案是否同样可增加患者生存率?另外新型不良反应少的蛋白酶体抑制剂是否可涌入临床为患者带来获益?蛋白酶体抑制可能在未来的治疗中发挥重要作用。

综上所述,UPS作为蛋白降解主要途径之一,近年来在多种肿瘤的发生、发展中作用机制已经有研究,包括多发性骨髓瘤、肺癌、乳腺癌以及胃癌等实体瘤,其在NSCLC中的作用也得到一定证实,并且蛋白酶体抑制剂干扰多种细胞信号通路已被广泛研究证实可作为一种治疗癌症的策略。近年来多种蛋白酶体抑制剂已经经过临床实验并用于临床,无论是单独用药还是联合用药都有一定疗效[40]。UPS相关蛋白仍是目前需要进一步研究的方向,有望成为NSCLC等肿瘤治疗的新靶点,为肿瘤研究提供新思路。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突