SUMO化修饰与前列腺癌的关系

石景霖，张国玺，邹军荣，邹晓峰

(赣南医学院 1.2017级硕士研究生；2.第一附属医院泌尿外科，江西 赣州 341000)

前列腺癌在男性癌症中发病率占第二位，2018年全球有近130万例新发病例和35.9万死亡病例[1]。前列腺癌的发生通常与体内异常的雄激素通路激活有关。当体内的雄激素和/或雄激素受体高表达时，引起前列腺细胞的异常增生，从而可能导致癌变[2]。尽管已经明确雄激素信号通路在前列腺癌中的重要性，但异常的雄激素信号通路激活的机制仍不清楚。近年来研究发现，SUMO化可以通过一系列途径上调雄激素受体，从而激活雄激素信号通路，促进前列腺癌的发生，被认为可能是潜在的促癌因素[3-5]。本文就SUMO化与前列腺癌的关系做一综述。

1 SUMO与SUMO化修饰

1.1SUMO蛋白SUMO蛋白是一种与泛素分子结构相似的蛋白质，属于泛素类蛋白家族的重要成员之一。SUMO蛋白最初在1996年被发现，分子量大小约为10 kD[6]。目前已经发现哺乳动物中有四种SUMO蛋白，包括SUMO-1、SUMO-2、SUMO-3和SUMO-4[7]。SUMO-1、SUMO-2和SUMO-3在组织中广泛表达，而SUMO-4主要在肾脏、淋巴结和脾脏中表达。SUMO-1和SUMO-2/3在体内结合到不同的靶蛋白上起着不同的促癌作用。然而，SUMO-4的作用目前尚不十分清楚[8]。

1.2SUMO化修饰SUMO化与泛素化过程相似，需要涉及三类酶的酶促级联反应(图1A)，包括E1激活酶、E2结合酶和E3连接酶[9]。SUMO蛋白以无活性的前体分子存在，首先由SUMO特异性蛋白酶(SUMO-specific proteases，SENPs)加工，暴露羧基末端的甘氨酸序列，再通过E1激活酶SAE1/SAE2(其中SAE1又称为AOS1，SAE2又称为Uba2)以ATP依赖性方式活化为成熟的SUMO。成熟的SUMO可以通过酯交换方法转移至E2缀合酶Ubc9，然后SUMO以特异性共价连接到赖氨酸残基上[10]。尽管有研究表明，SUMO E1和Ubc9足以对底物进行SUMO化，但SUMO E3连接酶在SUMO蛋白靶向底物的过程中至关重要。 SUMO E3连接酶通过两种不同的机制识别底物并参与SUMO化。目前已经报道有10多种蛋白起修饰E3连接酶的作用，如STAT(PIAS1-4)、RanBP2、CBX4、TRIM等[11-14]。蛋白质SUMO化修饰可以改变底物蛋白的诸多特征，如蛋白质结构和稳定性、转录活性、DNA损伤修复、细胞内的亚定位等[15-17]。

1.3去SUMO化修饰SUMO化是一种可逆的修饰过程。去SUMO化主要是由SUMO特异性蛋白酶 (SUMO-specific proteases, SENP)将SUMO末端甘氨酸从靶蛋白的赖氨酸残基上去除(图1A)[18]。迄今为止，发现SENP家族有6名成员，分别为SENP1～3和SENP5～7。SENP家族成员亚细胞定位不同，因此它们针对不同的底物进行解聚[19]。不同的SENP酶对不同SUMO亚型的切割不同。其中SENP1和SENP2切割SUMO1和SUMO2/3共轭体，而SENP3和SENP5主要切割SUMO2/3共轭体。SENP6主要作为羧基末端SUMO水解酶[20]。其中，SENP1在影响SUMO化中起到了主要的作用。

2 SUMO化在前列腺癌中的作用

在前列腺癌细胞中约有900种被SUMO分子修饰的蛋白质[5]， SUMO化修饰调节几个公认的在肿瘤进展过程中具有重要功能的蛋白质，包括MDM2和p53，NF-κB，GATA，和SLUG[21-22]。例如，p53基因的SUMO化增强了其转录活性并诱导细胞衰老与肿瘤细胞的凋亡[23-24]，然而细胞衰老程序的激活还需要表达E3 SUMO连接酶PIASy[25]。另一方面，p53 SUMO化的水平由MDM2和ARF的存在正调控[26]。前列腺癌中的NF-κB信号异常升高[27]，而SUMO-2介导的NF-κB SUMO化能够降低其活性[28]。诸多靶标蛋白的SUMO化在前列腺癌中发挥了不同的作用，其中，研究最多的为雄激素受体(androgen receptor，AR)的SUMO化。

2.1SUMO化修饰通过调节雄激素受体影响前列腺癌的发生和发展前列腺癌的发病与雄激素受体的异常激活有关。在体内，雄激素受体(AR)的转录活性除了受雄激素的影响外，还会受到一些翻译后的修饰。近年来的一些研究发现，AR的SUMO化可以通过翻译后修饰在前列腺癌的发生发展中发挥重要作用。有趣的是，AR的SUMO化导致AR转录活性降低，而K386A和/或K520A上AR的SUMO化缺陷突变以雄激素依赖性方式增加AR的转录活性(图1B)[29]。并且，AR相关信号蛋白的SUMO化可能导致不同的结果。比如，AKT，FOXA1的Pontin和hZimp10等辅因子的SUMO化可以通过信号通路依赖的方式促进AR的转录[30-33]。其中，雄激素受体激活蛋白hZimp10可以在雄激素受体复制位点与SUMO-1形成复合物，从而增强雄激素受体的转录活性[33]。然而，在SUMO化缺陷伴雄激素受体突变体中，hZimp10通过对激素受体的SUMO化增强这些受体的活性。结构上，hZimp10的C末端富含脯氨酸的区域中有一个强大的固有反式激活结构域，可以与雄激素受体的反式激活域相互作用。

图1 SUMO化过程(A)与AR受体的SUMO化位点(B)

另外，SUMO-3可以增强前列腺癌细胞中的雄激素受体转录活性[34]。这些SUMO-3可以作为前列腺癌细胞中雄激素受体活性的调节剂，影响前列腺癌发生、发展，并可能成为重要的治疗靶点。同样，RYTINKI等[35]对前列腺癌细胞中雄激素受体进行了SUMO分析，发现SUMO化会影响雄激素受体的转录活性。就其机制而言，SUMO-1可以修饰雄激素受体的N末端结构域的两个保守赖氨酸残基，从而影响雄激素受体的转录活性。在另一项研究中发现，前列腺癌细胞中雄激素受体协同控制基元的脯氨酸/甘氨酸残基突变会导致雄激素受体SUMO化，从而在体内激活雄激素受体的转录[36]。

同时，雄激素可以诱导前列腺癌细胞内源性雄激素受体的SUMO-2和SUMO-3修饰，从而影响雄激素受体的稳定性、核内迁移率、以及基因表达[37]。ZNF451蛋白可以帮助DNA损伤修复，KARVONEN等[38]发现，肿瘤细胞内的ZNF451蛋白可以与SUMO相互作用影响SUMO化。当敲减前列腺癌细胞中内源性的ZNF451时，会显著降低几种雄激素受体目标基因的表达。此外，还有研究发现SUMO化可以通过作用雄激素受体调节FOXA1的转录活性，而FOXA1 会进一步与雄激素受体发生协同作用，并促进前列腺癌的进展[30]。

近年来，一些研究发现SUMO化还受到SUMO化连接酶“PIAS1”的调节。PIAS1是一种与雄激素受体和SUMO相互作用的蛋白，在前列腺癌中过表达。PIAS1可以与染色质上的FOXA1和SUMO2/3相互作用促进前列腺癌[39]。有趣的是，进一步研究证实PIAS1在前列腺癌细胞中起调控雄激素受体的作用，并影响癌症的发展[40]。此外，雄激素可以在前列腺癌细胞中通过诱导G3BP2(一种新近描述的雄激素受体直接靶基因)和PIAS1的介导的p53肿瘤抑制因子核输出，导致前列腺恶性肿瘤发生[41]。最近，YANG等[42]研究表明，PIAS1与SUMO3一起介导雄激素受体核输出，并随后招募泛素E3连接酶，通过蛋白-蛋白酶体途径降解雄激素受体。

2.2去SUMO化影响前列腺癌的发生和发展SUMO特异性蛋白酶-1(SUMO-specific protease 1, SUSP1)是去SUMO化蛋白酶家族的成员，在雄激素受体依赖性转录和低氧信号的调节中起重要作用。据报道，SUSP1在生殖器官(如睾丸和前列腺)中高表达，而其他组织(如心脏和脾脏)则很少，并且这些SUSP1可能通过作用SUMO -1参与细胞的调控过程[43]。在另一项研究中发现，前列腺癌细胞中SENP1高表达，可能有助于前列腺癌的恶性进展[44]。重要的是，这些SENP1还可以作为前列腺癌的潜在预后因素。BAWA-KHALFE等[45]研究表明，SENP1可以干扰SUMO稳态并有助于癌症的发生和进展。其机制为：SENP1可以直接调节前列腺细胞中的多种致癌途径，包括雄激素受体、c-Jun和Cyclin D1，从而导致正常前列腺上皮细胞异常发育。另外，SENP1有助于前列腺癌的进展和转移，并且SENP1可能是前列腺癌患者转移的预后标志物和治疗靶标。就其机制而言，SENP1通过HIF1α信号通路调节两种关键的骨重塑蛋白，基质金属蛋白酶2(MMP2)和MMP9的表达，从而促进癌细胞的转移。最近的研究表明，在前列腺癌中高表达的SENP1可以通过去SUMO化去诱导前列腺上皮内瘤变，参与癌变[46]。此外，在晚期前列腺癌中，上调的SENP1通过调节SMAD4 去SUMO化促进前列腺癌细胞的上皮间质转化。因此，这些SENP1可能是治疗晚期前列腺癌的潜在靶标[47]。

此外，一些研究还发现SENP1可以影响雄激素受体的转录活性。在前列腺癌细胞中，SENP1的异位表达增加了内源性雄激素受体的转录活性。相反，沉默SENP1会减弱雄激素受体的基因表达，并削弱雄激素刺激的前列腺癌细胞的生长[47]。WU等[31]报道，镉模仿雄激素的作用促进前列腺癌的发生与SENP1有关。机制上，SENP1可以通过逆转雄激素受体的 SUMO化来调节镉，从而增强的雄激素受体的转录活性。此外，还有研究发现，雄激素受体在前列腺癌细胞中诱导SENP1转录的表达，从而促进前列腺癌细胞的生长[48]。这表明雄激素受体可以与SENP1相互促进，并共同影响前列腺癌的进展。

2.3SENP1作为治疗前列腺癌的潜在靶标QIAO等[49]最近开发一种新的基于苯二氮卓的SENP1抑制剂可以显著抑制SENP1的活性，并改善前列腺癌的预后。另一项研究发现，4-苯甲酰胺基苯甲酸2-(4-氯苯基)-2-氧乙酯，一类新的SENP1小分子抑制剂，可以高效地抑制前列腺癌发生和发展。然而，其潜在的机制尚不清楚[50]。最近，WU等[51]发现一种新型的天然SENP1抑制剂“Momordin Ic”。这种天然的五环三萜类化合物可以抑制前列腺癌细胞中SENP1，导致癌细胞的凋亡。有趣的是，在前列腺癌细胞中，SENP1的过表达可以中拯救Momordin Ic诱导的凋亡。还有研究表明，肿瘤抑制性的miRNA-145可以通过靶向前列腺癌细胞中的SENP1诱导癌细胞的生长停滞，并且还抑制裸鼠体内的肿瘤形成[52]。最近还发现中药“雷公藤”的抗肿瘤作用与抑制SENP1有关。雷公藤以剂量和时间依赖性的方式下调前列腺癌细胞中的SENP1，并增强SUMO化，从而导致癌细胞凋亡[53]。此外，KUMAR等[18]发现，SENP1抑制剂主要影响SUMO蛋白-蛋白质相互作用抑制SENP1的活性。

3 结论与展望

SUMO化和SUMO化连接酶“PIAS1”可以通过上调雄激素受体，影响前列腺癌的发生和发展。SUMO特异性蛋白酶1(SENP1)是SUMO化通路的重要调控者，可以促进前列腺癌的进展。一些抑制剂可以有效地抑制SENP1，从而有助于影响前列腺癌的发生和发展。SENP1抑制剂治疗前列腺癌已处于实验阶段，还需要更多的工作将它们从基础研究过渡到临床研究。