去泛素化酶PSMD14在肿瘤中的研究进展*

段远胜 井超 王旭东

真核细胞蛋白降解途径主要分为两种：1）溶酶体途径，主要负责经胞吞作用进入细胞的外来蛋白或膜蛋白的降解；2）泛素蛋白酶体系统（ubiquitin proteasome system，UPS）途径，是真核细胞蛋白降解的主要机制，介导陈旧或损伤的胞内蛋白降解[1]。其中，泛素化是泛素蛋白酶体系统途径的关键步骤。在泛素活化酶（ubiquitin activating enzyme E1，UBA1）、泛素结合酶（E2 ubiquitin-conjugating enzyme）以及泛素连接酶（E3 ubiquitin ligase）的协同作用下，泛素分子与底物蛋白的赖氨酸残基相连引起底物蛋白的泛素化，被泛素化标记的蛋白进而被蛋白酶体降解[2]。

与磷酸化等其他翻译后水平修饰方式一样，泛素化也是一种动态可逆的过程，去泛素化酶能够切割底物蛋白上的泛素链从而移除泛素化标记，进而调控底物蛋白的稳定和功能并起到促进或者抑制肿瘤发生发展的作用[3]。去泛素化酶主要分为7种家族蛋白：1）USPs（ubiquitin-specific proteases）家 族，如USP1、USP5、USP6、USP8和USP9X等；2）UCHs（ubiquitin carboxy-terminal hydrolases）家族，如UCHL1、UCHL3、UCHL5、BAP1；3）OTUs（ovarian tumor proteases）家族，如OTUD1、OTUD3、OTUD5、OTUD6A、OTUD6B等；4）MJDs（Machado-Josephin domain-containing proteases）家族，如JOSD1、JOSD2、ATXN3和ATXN3L；5）MINDYs（motif-interacting with ubiquitincontaining novel DUB family）家 族，如MINDY1、MINDY2、MINDY3和MINDY4；6）JAMMs（JAB1/MPN/MOV34 family）家族，包括MYSM1、MPND、PMSD14和CNS6等；7）新发现的ZUP1（zinc finger containing ubiquitin peptidase 1）蛋白[4-5]。作为JAMMs蛋白家族成员之一，去泛素化酶PSMD14在多种人类恶性肿瘤中异常表达并发挥至关重要的作用，因此被认为是一种潜在的肿瘤临床诊断的分子标志物以及治疗靶点。

1 PSMD14的概述

PSMD14也被称为RPN11或POH1，是一种26S蛋白酶体中的非ATPase调控亚基，也是完整组装19S蛋白酶体复合体盖子亚基的19个基本组分之一。PSMD14属于JAMMs异肽酶家族，含有JAMM结构域，在Zn2+依赖条件下才能够发挥其去泛素化酶活性[6]。PSMD14能够从靶蛋白中去除泛素链以促进底物在蛋白酶体中的进一步降解[7-8]。然而，越来越多的证据表明，PSMD14也可通过去泛素化调控从而抑制特定蛋白质的降解[9]。从目前研究推断，根据不同的细胞背景条件，PSMD14可以发挥一种类似回收站“分拣器”的功能从而执行校对和确定底物蛋白的命运，但是尚无法确定PSMD14针对同一种蛋白还是不同种类的蛋白既具有促进降解又具有抑制降解的作用，同时这种“分拣”功能是否存在蛋白种类特异性及其具体分子机制仍有待进一步探究。研究表明，通过调节蛋白质去泛素化和稳定性，PSMD14能够参与多种生理过程，包括分化[10]、细胞存活[11]、多能性[12]、自噬[13-14]、DNA损伤修复[15]、免疫炎症反应[16-17]等。近年来，研究人员证实PSMD14也能够影响肿瘤的发生发展，调控肿瘤增殖、侵袭转移、化疗抵抗等多种恶性生物学行为[18-24]。

2 PSMD14与肿瘤的关系

2.1 PSMD14与肝细胞癌

研究表明，肝癌组织中PSMD14表达显著升高，与脉管侵袭、肿瘤数量、复发及不良预后相关。PSMD14能够介导GRB2（growth factor receptorbound protein 2）蛋白第48位和第63位赖氨酸残基发生去泛素化，从而提高GRB2的蛋白稳定性并抑制其降解；而当PSMD14的JAMM结构域发生突变（C120S和H113Q）或缺失后，GRB2的表达不再受到PSMD14调控，异常表达的GRB2能够激活Akt、ERK、STAT3信号通路从而促进肝癌生长和转移[18]。Wang等[19]发现细胞核内的PSMD14能够切割E2F1蛋白第11位和第63位赖氨酸残基上的泛素链，提高E2F1的蛋白稳定性，促进E2F1下游靶基因Survivin和FOXM1的表达，增加肝癌恶性增殖能力。相反的是，敲降PSMD14可增加底物蛋白p53和Bim的稳定性和表达，从而促进肝癌细胞凋亡和生长抑制[20]，这也体现出PSMD14对底物蛋白的特异性调控。

2.2 PSMD14与肺癌

与癌旁正常组织相比，PSMD14在肺腺癌中表达显著升高，与肿瘤大小、淋巴结转移和TNM分期呈正相关，同时，PSMD14高表达患者的总生存期和无病生存期显著降低。PSMD14表达下降后，抑癌基因p53和p21的蛋白稳定性显著升高，肺腺癌细胞发生细胞周期阻滞、细胞凋亡以及细胞衰老，细胞的增殖和克隆形成能力受到抑制[21]。此外，Lei等[22]在184例包含鳞癌及腺癌的非小细胞肺癌中发现，PSMD14在癌组织中显著高表达，与TNM分期及淋巴结转移呈正相关，同时提示患者不良预后，可作为非小细胞肺癌总生存期的独立预后因子。

2.3 PSMD14与结直肠癌

在结直肠癌中，Seo等[23]通过DUBs siRNA文库筛选发现BMP6信号通路的激活受到PSMD14的调控。相比于BMP6识别的其他Ⅰ型受体（如ALK3和ALK6），PSMD14能够直接作用ALK2，抑制Smurf1介导的K48泛素化从而提高ALK2稳定性。C120A和H113Q突变可降低PSMD14对ALK2的调控作用，但C120S突变却未对PSMD14去泛素化酶活性产生显著影响。敲降PSMD14或ALK2能够显著抑制结直肠癌的肿瘤发生、细胞干性及化疗抵抗。基于GEO数据库的生物信息分析及免疫组织化学结果显示，PSMD14与ALK2在结直肠癌中高表达并提示不良预后，二者呈正相关关系。

2.4 PSMD14与食管癌

通过IP质谱分析，Zhu等[24]发现PSMD14可与上皮间质转化相关转录因子SNAIL直接结合。PSMD14通过去泛素化作用增加SNAIL蛋白稳定性并抑制其泛素化降解，从而促进食管鳞癌细胞侵袭转移。同时，PSMD14与SNAIL在食管鳞癌中的表达显著升高，且二者呈正相关，PSMD14或SNAIL高表达提示预后不良。

2.5 PSMD14与头颈癌

通过TCGA和GEO数据库分析，Jing等[25]研究发现包括PSMD14在内的多个在头颈部鳞癌组织中显著高表达的去泛素化酶。进一步研究显示，PSMD14与临床分期、T分期、化疗抵抗和复发密切相关，并提示患者不良预后。PSMD14可抑制E2F1的泛素化降解，E2F1调控Akt通路激活及SOX2基因转录，从而提高肿瘤细胞干性，促进头颈部鳞癌的发生和化疗抵抗。

2.6 PSMD14与其他肿瘤

相比于正常组织，PSMD14在前列腺癌中表达升高，与前列腺癌进展密切相关。PSMD14表达下降后，前列腺癌细胞发生G0/G1期阻滞，肿瘤细胞体外增殖和体内生长受到抑制[26]。此外，PSMD14在乳腺癌中高表达并提示不良预后，敲降PSMD14能够导致细胞周期阻滞和细胞凋亡，抑制肿瘤细胞上皮间质转化和运动能力[27]。

根据已有文献报道，PSMD14在绝大多数肿瘤中异常高表达可能与以下两种因素有关：1）肿瘤细胞对包含PSMD14的蛋白酶体具有高度依赖性，需要蛋白酶体来清除大量异常蛋白，为自身减轻压力；2）肿瘤细胞利用PSMD14促进抑癌蛋白如p53的降解同时阻滞致癌蛋白的降解，从而增强自身的生存能力。PSMD14的异常表达可能是由肿瘤细胞与肿瘤微环境的交流互作所导致的，而其具体分子机制鲜见报道。

3 PSMD14抑制剂与肿瘤治疗

PSMD14在多种肿瘤中异常表达并发挥重要的促癌功能，因此，对其进行转化研究是极具前景且十分必要的。目前，PSMD14特异性抑制剂8-Mercapto-N-[(tetrahydro-3-furanyl) methyl]-4-quinolinecarboxamide已进入临床试验前期[4]，但大多数PSMD14抑制剂还处于初始研发阶段。

3.1 8-thioquinoline及Capzimin

通过筛选金属结合药效基团文库发现8-thioquinoline（8TQ）对PSMD14有较强的抑制作用，但其特异性有待进一步提高。8TQ的衍生物Capzimin对PSMD14的选择性是其他JAMM蛋白酶的5倍以上，对其他金属蛋白酶的选择性是2倍以上。Capzimin能够稳定蛋白酶体底物，诱导未折叠蛋白反应，阻断肿瘤细胞的增殖[28]。此外，Capzimin能够抑制前列腺癌细胞的存活，并改善多西他赛和雄激素受体拮抗剂恩杂鲁胺对前列腺癌的治疗效果[26]。

3.2 1,10-菲罗啉

研究表明1,10-菲罗啉（O-phenanthroline，OPA）对PSMD14的药理抑制可阻断细胞蛋白酶体功能，激活Caspase级联反应和内质应激反应信号。异种移植瘤模型结果表明，OPA治疗可减少多发性骨髓瘤的生长，延长小鼠的存活期。同时，OPA阻断PSMD14可增加抗多发性骨髓瘤药物来那度胺、泊那度胺或地塞米松的细胞毒活性[29]。此外，OPA还能够在体外抑制肝癌细胞的增殖、克隆形成、运动和侵袭，在体内抑制肝癌的生长和远处转移[18]。

3.3 硫藤黄素

Minamiguchi等[30]最初发现硫藤黄素（thiolutin，THL）通过减少人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）中的paxillin来抑制HUVECs与玻连蛋白的黏附，并在体内抑制肿瘤细胞诱导的血管生成。THL可通过诱导Hsp27磷酸化抑制内皮细胞黏附，阻断伤口驱动和肿瘤驱动的血管生长。有研究显示通过螯合锌离子，THL也被视作一种新的PSMD14小分子抑制剂；与其他JAMM蛋白酶相比，THL能够以最小IC50抑制PSMD14的去泛素化酶活性[31]。在头颈部鳞癌及食管鳞癌中，THL能够显著抑制肿瘤生长并提高其对顺铂的敏感性[25，32]。

3.4 epidithiodiketopiperazines及SOP11

通过开发检测蛋白酶体介导蛋白降解的方法，epidithiodiketopiperazines（ETPs）被证实能够抑制PSMD14从而抑制蛋白酶体的功能，但ETPs还能够抑制其他JAMM家族蛋白，如CSN5和AMSH。SOP11是一种非特异性效应较小的改良ETPs，能够稳定一部分蛋白酶体底物，诱导未折叠蛋白反应，导致细胞死亡[33]。

4 结语及展望

去泛素化酶PSMD14在多种肿瘤中异常高表达并影响肿瘤发生发展，有望成为潜在的肿瘤临床诊断标志物和治疗靶点。PSMD14既能作为蛋白酶体的重要组分，促进底物蛋白进入蛋白酶体进行降解又能够独立于蛋白酶体，发挥其去泛素化酶作用，抑制底物的泛素化和蛋白降解，体现出PSMD14决定底物蛋白命运的选择性，这种选择性的生物学机制尚有待深入挖掘。同时，多种PSMD14小分子抑制剂表现出良好的抗肿瘤效果，为肿瘤临床治疗提供了一个新的方向。总之，PSMD14及其靶蛋白在肿瘤中的作用值得进一步探究，其转化应用前景值得期待。