UBE2C在肝细胞癌中的研究进展

曹根玲 综述 官成浓 审校

广东医科大学，广东 湛江 524023

原发性肝癌是常见的恶性肿瘤，根据国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer，IARC)的最新统计，在全球范围内，其发病率排第五名，死亡率在男性中排第二名，是全球第三大癌症死亡原因。原发性肝癌包括肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)、肝内胆管癌以及其他罕见类型。其中，以HCC最为常见，占75%～85%[1]。我国是全球HCC新发病例和死亡病例最多的国家，HCC 患者约占全球HCC 患者总数的50%[2]。近年来，随着医疗水平的提高，肝癌的治疗取得了巨大的进步，治疗手段也越来越多样化，主要有外科手术治疗、介入治疗、放化疗、靶向药物治疗及中医药治疗等。然而，其治疗效果仍不容乐观，复发率高、预后差。因此，进一步研究其发生发展的分子机制，识别新的生物标志物和分子靶点，探索新的靶向治疗方法是迫切需要的。目前对肝细胞癌进行的研究表明，UBE2C在肝细胞癌中的表达水平显著上调，且UBE2C的高表达是肝细胞癌患者无病生存率(DFS)和总生存率(OS)较差的预后因子，这就提示着UBE2C可能是治疗HCC潜在的分子靶点。

1 泛素-蛋白酶体系统与UBE2C

1.1 泛素-蛋白酶体系统 泛素-蛋白酶体系统(ubiquitin proteasome system，UPS)由泛素、泛素激活酶(E1)、泛素结合酶(ubiquitin-conjugating enzyme，E2)、泛素连接酶(E3)、26S蛋白酶体及去泛素化酶组成，是细胞内蛋白质降解的能量依赖性非溶酶体途径，具有高度选择性[3]。UPS 的作用过程复杂且精细，泛素分子可以通过其谷氨酸残基与E1 的半胱氨酸残基相结合形成高能硫酯键而被激活，活化的泛素与E2的活性中心相结合，在E3 的介导下转移至靶蛋白，这个过程称为单泛素化，可参与细胞自噬现象的调节、蛋白复合体的重组等过程，而要将靶蛋白降解则需要将至少4～5个泛素连接到靶蛋白上形成多聚泛素链使靶蛋白多聚泛素化，随后，泛素化的靶蛋白被26S蛋白酶体的19S亚基识别并转运到20S亚基上水解成含3～22个氨基酸残基的多肽[4-5]。UPS 具有调节蛋白质的水平及活性、细胞代谢、细胞周期、基因转录和翻译、细胞存活和凋亡的作用[6]，目前已有研究证实，UPS 的功能紊乱可引起神经退行性疾病、自身免疫性疾病、视网膜病变、糖尿病和癌症等[7-9]。

1.2 UBE2C 泛素结合酶(ubiquitin-conjugating enzyme，E2)是UPS的重要组成部分，根据其分子组成结构分成四大类：Ⅰ类E2 仅含有核心区域，其对靶蛋白的泛素化作用需要E3 的帮助；Ⅱ类E2 含有核心区域和C-末端延伸结构；Ⅲ类E2 含有核心区域和N-末端延伸结构；IV类E2同时含有核心区域、C-末端延伸结构和N-末端延伸结构。由上可见，四类E2 都具有高度保守的核心区域，该区域由大约150 个氨基酸残基组成，其中有一个特殊的半胱氨酸残基在靶蛋白的泛素化过程中起关键性作用[10]。UBE2C 由染色体20q13.12 上的基因编码而成，是泛素结合酶家族成员中第10 个被识别出来的，又被称为UBCH10，属于第Ⅲ类E2，其体积较小，相对分子质量仅为19.6 kD，由179 个氨基酸残基组成，起始的28 个氨基酸序列构成N-末端的延伸区域，其余的151个氨基酸序列组成核心区域，UBE2C 也具有复杂的空间结构，包含1 个四股反向平行的β-折叠、1 个保守的310螺旋及4个α-螺旋。UBE2C 具有调控细胞周期进程中关键蛋白的降解及调节有丝分裂纺锤体检查点等作用，因此UBE2C的功能失调就可能导致肿瘤的发生。

2 UBE2C与肿瘤的关系

2.1 UBE2C 在肿瘤组织中的高表达 TOWNSLEY等[11]在1997年首次克隆出了蚌类E2-C的人类同源基因UbcH10，并创建了UbcH10 蛋白的突变体(通过将具有催化作用的半胱氨酸改变为丝氨酸)，且将其转染到COS细胞进行体外实验，结果表明其蛋白突变体抑制了细胞周期蛋白A和B的降解，从而阻断了细胞进入到有丝分裂后期。早在2003年，OKAMOTO等[12]就采用RT-PCR 技术检测了17 个E2 基因在人类25种正常组织和24种癌细胞系中的表达水平，该研究表明UBE2C在许多正常组织中表达极低，而在大多数癌细胞系中高表达。随后ZHANG等[13]检测了18例直肠癌及癌旁组织的UBE2C 蛋白水平和mRNA的表达情况，结果显示，与癌旁组织相比较，癌组织中的UBE2C蛋白水平显著升高，且mRNA水平几乎是癌旁组织的3倍，其进行的体外实验证实了UBE2C可以促进HR-8348细胞的增殖、抑制HR-8348细胞凋亡及增强其侵袭能力，体内实验也证实了这一结果。JIN等[14]采用RT-qPCR、Western blotting 等技术检测了50 例肺癌临床样本，证实了肺癌组织中的UBE2C mRNA和蛋白水平高于癌旁组织，并可以促进肺癌细胞的EMT，且Kaplan-Meier分析显示，UBE2C表达水平越高，总生存期(OS)越短。KIM等[15]进行的一项体外实验表明HR+/HER2乳腺癌细胞中的雌激素可以与UBE2C启动子区结合，从而上调UBE2C mRNA和蛋白的表达。此外，ZHANG 等[16]首次报道UBE2C mRNA 在胃癌组织中高表达，且受miR-17/20a的正向调控。目前研究还发现，UBE2C 在食管鳞癌、膀胱癌、前列腺癌、宫颈癌和胰腺癌等肿瘤组织中均高表达[17-21]。

2.2 UBE2C 在肿瘤中的作用机制 肿瘤的发生发展是一个包含基因表达改变和微环境改变的复杂过程，目前的研究证实UBE2C在肿瘤的发生、发展过程中起到关键性作用。国外学者曾报道在细胞有丝分裂过程中，后期促进复合物/细胞周期体(APC/C)可以使蛋白酶体中分离酶抑制剂(securin)和细胞周期蛋白B(cyclin B)泛素化降解，使分离酶作用将姐妹染色单体结合在一起的黏连蛋白水解，从而引起姐妹染色单体分离，使细胞从有丝分裂中期进入后期[22-23]。此外，在APC/C介导的泛素化过程中，UBE2C作为负责起始作用的蛋白酶可以将第一个泛素分子连接到底物上，UBE2C的缺失可以导致有丝分裂延迟，而其过表达则会导致染色体错误分离[24-25]。纺锤体组装检查点(spindle assembly checkpoint，SAC)由Mad1、Mad2、BubR1、Bub1、Bub3等构成，可以与细胞分裂周期蛋白(CDC20)结合，形成Bub3-Cdc20-BubR1-Mad2 复合体，即有丝分裂检查点复合物(MCC)。有研究证实共刺激分子CDC20 可以改变APC/C的构象，提高UBE2C 与APC/C的结合力，因而促进APC/C的泛素化活性[26-27]。既往研究表明，当染色体还未附着于微管的时候，SAC就会催化MCC与CDC20 结合形成CDC20MCC，从而抑制已经被激活的APC/C-CDC20 复合物的活性，阻止未成熟的姐妹染色单体分离，以防止细胞在未成熟的情况下进入有丝分裂后期[22，28]，而UBE2C可以通过催化CDC20MCC 分子的泛素化而调控APC/C 的活性。由此可见，UBE2C 既可以直接参与securin、cyclin A、cyclin B 等相关蛋白的泛素化和降解过程，也可以调控纺锤体组装检查点的功能，这两个作用均可以通过影响姐妹染色单体的分离而调控细胞周期，这可能是UBE2C参与肿瘤形成的一个重要作用机制。

3 UBE2C与肝细胞癌的关系

3.1 UBE2C在肝细胞癌中高表达 目前多项研究均表明UBE2C 在肝细胞癌中高表达。田明等[29]对30例肝癌患者的癌及癌旁组织UbcH10蛋白的表达水平进行了检测，结果显示，癌组织中的表达率为93.33%，而在癌旁组织中的表达率仅有6.67%。随后，董文亮等[30]采用免疫组化法检测了109例原发性肝癌患者的癌及癌旁组织中UBE2C的表达情况，结果显示癌组织中UBE2C 阳性表达率高达92.16%，而癌旁组织中的阳性表达率为64.22%。XIONG等[31]报道HCC组织中UBE2C mRNA 水平显著升高，并与较高的HCC 分级相关。此外，MI 等[32]发现UBE2C 作为肝细胞癌的Hub基因存在，并且使用Oncomine数据库对肿瘤组织和正常组织进行了统计分析，发现UBE2C在肝细胞癌中高表达。此外，TIAN等[33]通过TCGA数据库下载了50 份正常肝组织RNA-seq 样本和374 份HCC组织RNA-seq样本，并对其进行了数据分析，结果显示UBE2C在肝细胞癌中高表达，且对72例HCC患者的癌及癌旁组织进行的RT-qPCR及免疫组化检测也证实了这一结论。值得注意的是，目前对UBE2C在HCC中表达情况的研究都是对肿瘤组织的研究，而关于其在血液中的情况尚无报道，这是值得进一步探究的。

3.2 UBE2C 在肝细胞癌中的作用机制 国内外关于UBE2C 在肝细胞癌发生发展中作用的分子机制的报道仍旧很少。刘梦等[34]肝癌细胞系Huh-7细胞中的研究表明，UBE2C的过表达可以使其底物蛋白β-微管蛋白在蛋白水平的表达降低，而β-微管蛋白的降低可以使Wnt 信号通路增强以促进下游基因JNK、细胞周期蛋D1 和MMP-7 的表达；需要注意的是，UBE2C不影响β-微管蛋白在mRNA 水平的表达。近期，LIU等[35]报道p53是UBE2C的底物，由此可推测UBE2C可能通过调节p53信号通路促进肿瘤的发生发展。ZHU等[36]采用免疫组化法检测了135 例HCC 患者中PRIM1 蛋白的表达情况，显示PRIM1 在HCC 中蛋白表达水平明显高于癌旁组织；并且对TCGA数据库中HCC 样本的分析证实了在HCC 中PRIM1 与UBE2C呈正相关，进一步的研究显示PRIM1的表达水平可以调控UBE2C的表达水平，并且PRIM1可以调控PI3K/AKT/mTOR 信号通路和p53 信号通路的活性。体内和体外的研究均表明PI3K/AKT/mTOR信号通路在肝细胞癌中起到关键性的作用[37]。WANG等[38]发现在胃癌中UBE2C 可以调控PI3K/AKT 信号通路的活性。然而UBE2C在HCC中是否可以通过调节PRIM1的表达水平而调控PI3K/AKT/mTOR信号通路的活性以促进HCC的形成还尚未有报道。有趣的是，HUANG等[39]发现在HCC 组织中UBE2C 的表达水平与调节性T细胞(Treg)、T滤泡辅助细胞(TFH)、巨噬细胞M0等免疫浸润细胞呈显著正相关，而与单核细胞等免疫浸润细胞呈显著负相关。浸润性免疫细胞作为肿瘤微环境的组成部分影响着肿瘤的生长、侵袭和转移。既往就有报道，Treg 和TFH细胞在肿瘤的发生发展中发挥相反的作用。Treg 细胞可以通过免疫抑制作用维持免疫自我耐受性促成了肿瘤细胞的免疫逃逸，从而抑制抗肿瘤免疫作用，与此相反，TFH细胞可以协助B细胞的增殖和抗体的产生，从而促进抗肿瘤免疫作用[40-42]。由此可知UBE2C 可以通过调控免疫浸润细胞影响HCC 的肿瘤微环境，作用于HCC 的发生发展。这一结果为寻找HCC免疫治疗的方向提供了新思路。

3.3 UBE2C 高表达与肝细胞癌的预后 目前的研究证实了HCC中UBE2C的高表达意味着不良的预后及更短的生存时间。DONG 等[30]报道了UBE2C 在原发性肝癌组织中的高表达往往意味着不良的预后，其对患者治疗后随访的结果显示UBE2C 高表达患者的中位生存时间为23.32 个月，而UBE2C低表达的患者中位生存时间有33.32个月，显而易见，UBE2C高表达的患者的中位生存时间明显短于低表达者。田明等[43]也报道了UbcH10 高表达的肝癌患者比UbcH10低表达的肝癌患者总生存率低、存活时间短。且目前多项研究均显示UBE2C 在不同HCC 组织学分化程度、淋巴结是否转移患者中的表达水平具有差异，这也就代表UBE2C 可作为肝癌不良预后的独立危险因素[29，43]。此外，XIONG 等[31]在体外进行的功能缺失实验证实了UBE2C 的表达水平与HCC 细胞的增殖、迁移和侵袭成正性相关，而与对阿霉素和5-氟尿嘧啶等化疗药物的敏感性及对索拉非尼的敏感性成负性相关，这也使得UBE2C 高表达的患者预后差、生存率低。ZHU 等[36]做的功能试验也显示UBE2C 的沉默显著抑制MHCC97H细胞的增殖和集落形成，而UBE2C的过表达增强了HepG2 细胞的侵袭行为。WEI 等[44]从GEO 数据库中获得了HCC 癌及癌旁组织样本，并对其进行了分析，发现UBE2C mRNA 的高表达明显减短了临床Ⅲ期HCC患者的生存时间。

4 总结

目前的研究结果均显示，相较于癌旁组织，在肝细胞癌组织中UBE2C mRNA及蛋白的表达水平均显著升高，且越高的UBE2C表达水平往往对应着越差的病理分型。UBE2C的高表达可以促进HCC细胞的增殖、迁移和侵袭能力，并降低其对阿霉素和5-氟尿嘧啶等化疗药物及索拉非尼的敏感性，这也就意味着不良的预后。因此，UBE2C可能作为肝细胞癌预后的检测指标和治疗潜在的分子靶点，而沉默UBE2C可能作为HCC新的治疗手段。虽然已有研究发现UBE2C可以通过增强Wnt信号通路、调节p53信号通路、调控抗肿瘤免疫作用、改变肿瘤微环境来参与肝细胞癌的发生发展过程，但是对UBE2C 在HCC 中作用的分子机制仍旧是知之甚少，有待进一步的探究。