蛋白泛素化修饰及相关药物在肺癌治疗中的研究进展

邢晶，尉姗，王华英，俞万钧

肺癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，死亡率居于首位[1]。泛素-蛋白酶体系统（UPS）从酵母菌到哺乳动物高度保守，是真核细胞中多数短寿命蛋白发生靶向降解的必备因素。泛素化修饰是一个由E1泛素激活酶、E2 泛素结合酶以及E3 泛素连接酶共同参与的ATP 依赖性过程，其中Cullin-RING 泛素酶（CRL）是最大的E3 泛素酶家族。泛素介导的蛋白降解系统负责调节肺癌细胞中的多种生理过程，包括细胞增殖、凋亡、转移和耐药性。尽管免疫治疗为肺癌患者带来了希望，但是获得性耐药依然是临床治疗的重大障碍。目前已经有多种泛素化相关药物进入临床试验阶段，为获得性耐药的肺癌患者提供了新的治疗思路。本文拟综述蛋白泛素化修饰的特点及其在肺癌发生发展中的作用，以及泛素化相关药物在肺癌治疗中的现状和发展潜力，报道如下。

1 蛋白泛素化修饰的特点

1.1 蛋白泛素化降解的过程 泛素化降解是指蛋白经由UPS 识别并进行降解的过程。UPS 主要由泛素分子（Ub）、与泛素作用的泛素酶以及负责底物蛋白水解的蛋白酶体构成[2-3]。泛素分子首先在ATP 水解反应中被E1 激活，转移到E1 的活性半胱氨酸残基上，然后E2 催化泛素从E1 转移到E2 的半胱氨酸，随后E2 在E3 的帮助下促进泛素分子与特定靶标的蛋白底物结合[4]，最终导致底物在蛋白酶体进行降解。

1.2 泛素酶的分类

1.2.1 E1 和E2 的分类 在哺乳动物中，存在8 个已知的E1，依据结构特性将E1 分类为经典E1 和非经典E1，经典E1 包括UBA1、NAE、SAE、UBA6 及UBA7，非经典E1 包括UBA4、UBA5 和ATG7[5]。

目前发现的人类蛋白质组中的E2 有40 多种，依据结构域主要分为4 类：I类E2 仅具有UBC结构域，如UBE2A、UBE2B 及UBE2D1；II 类和III 类E2分别包含额外的N 和C 末端结构域，如UBE2C、UBE2E1 及BE2J1 等；IV 类E2 同时包含N 和C 结构域，如UBE2Z[6]。E2 多数情况与特定的E3 相互作用，不能单独发挥作用。

1.2.2 E3 的分类 E3 泛素连接酶是UPS中最关键的分子，具有底物特异性，能够连接特定底物并将其转运至蛋白酶体水解。目前已知的E3 有600 多种[7]，依据其结构特性和亚基组成，E3 被分为4 种不同的类型：HECT 型、RBR 型、RING 型和U-BOX 型[8]。

HECT 型E3 是第一个被发现的E3 泛素酶家族，也是唯一一类具有催化活性的泛素酶，一共有28个成员，以单体、二聚体或多亚基复合物的形式发挥作用[9]，如NEDD4、WWP1 及NEDL 等。HECT 型E3 泛素酶的底物特异性由N 末端决定[10]。RBR 型E3 包含3 个结构域：与E2 结合的RING1 结构域，从RING1 接收泛素的RING2 结构域，以及一个IBR结构域，如ARIH1、RNF14、RNF31、RNF144B 及RNF216 等[11]。RING 型是E3 的主要类型，依据不同的组装方式可以将RING型E3 分为单亚基RING结构域家族和多亚基复合物家族。其中单亚基RING E3s 包括c-CBL、cIAP、BRCA1、MDM2 及TRIM28等。而多亚基复合物家族包括CRL 家族和其他多亚基E3，其中CRL 复合物负责UPS 中近20%的泛素化过程[12]。CRL 复合物由4 种成分组成：Cullin 支架蛋白、衔接蛋白、环指蛋白和底物受体。U-BOX型E3 泛素泛素酶是一个相对较小的家族，三维结构类似于RING 型结构域，U-BOX 型E3 通过U-BOX结构域与泛素结合酶E2 相互作用，随后将泛素分子转移到底物的赖氨酸位点上[13]。

2 E3 泛素连接酶CRL 复合物的组成及其在肺癌中的功能

目前为止，哺乳动物细胞中已经发现了8 种Cullin 支架蛋白（Cullin1、Cullin2、Cullin3、Cullin4A、Cullin4B、Cullin5、Cullin7 和Cullin9）、2 种环指蛋白、4 种衔接蛋白和400 多种底物识别受体蛋白。CRL 复合物以Cullin 支架蛋白为特征，可进一步分为以下几类[14]：（1）由Cullin1 构成的SCF复合体，主要包括SKP1/Cullin1/F-BOX 蛋白。目前已知的成员之一E3 连接酶SKP2-SCF 和TRAF6 能够在去甲基化酶JMJD2A 的协助下激活AKT通路，进而促进肺癌进展并导致不良预后[15]。（2）CRL2 复合物由Cullin2-Elongin B/C-VHL 组成[16]。CRL2 复合物与KLHDC3 共同作用，通过调控p14ARF 的蛋白稳定性，抑制铁死亡，从而促进肺癌进展[17]。（3）CRL3 复合物主要结构特征是Cullin3-BTB，与其他CRL 不同的是，BTB蛋白直接与Cullin3 结合，而其他Cullin则依赖于衔接蛋白来结合各自的底物受体。Cullin3-ROC1-BTBD9 复合物能够靶向TNFAIP1，对其进行多泛素化和降解，最终抑制肺癌细胞迁移[18]。（4）CRL4 复合物由Cullin4-DDB1-DCAF 组成[19]。CRL4复合物的底物特异性由DCAF 家族决定。其中DCAF1 是CLR4 复合物的主要底物识别受体之一，超过15 种蛋白质已被鉴定为DCAF1 的底物[20]。此外，肺腺癌中敲低DCAF13 的表达能够抑制肺腺癌细胞的生长和迁移[21]。（5）CRL5 复合物由Cullin5-Elongin B/C-SOCS 组成[22]。CRL5 参与多种生理和病理过程，如细胞因子信号转导、炎症、病毒感染和肿瘤发生。小分子HA-9104 通过靶向CRL5 抑制肺癌细胞生长和存活[23]。（6）CRL7 复合物由RBX1/Cullin7/SKP1/FBXW8 组成。敲低Cullin7 表达可以抑制肺癌细胞增殖和异种移植瘤生长[24]。

目前有多项研究已经表明了CRL 复合物在肺癌增殖、转移和耐药中的作用，这些研究为靶向CRL复合物的肺癌治疗新方案提供了理论依据，同时表明泛素酶在肺癌治疗中的研究工作值得更多关注。

3 E3 泛素酶和泛素化相关药物与肺癌治疗进展

3.1 E3 泛素酶与肺癌进展 研究表明，E3 泛素酶通过靶向多种底物蛋白，调控肺癌发生发展[25]。在肺癌细胞增殖中，E3 泛素酶能够通过调节多种底物蛋白影响肺癌细胞增殖，如MKRN3、SMURF2、TRIM15、HUWE1 及UBE2C 等。其中SMURF2 能够促进ID2降解，从而抑制肺癌细胞增殖[26]。TRIM15能够促进KEAP1 泛素化来促进肺癌细胞的增殖[27]。此外E3 泛素酶在介导肺癌的转移和侵袭中也发挥了很关键的作用，如TRIM15、FBXW2、HECW1E3、NEDD4 及MIB2 等。FBXW2 通过靶向降解-catenin来抑制肺癌细胞的迁移和侵袭[28]。HECW1 通过诱导SMAD4泛素化和降解促进肺癌细胞的迁移和侵袭[29]。另外还有部分E3 泛素酶参与肺癌细胞的凋亡，如PJA1 通过促进FOXR2 降解调节肺腺癌细胞凋亡[30]，CUL4B 通过靶向FOXO3A 来促进肺癌细胞凋亡[31]。

3.2 泛素酶与肺癌治疗 由于肺癌早期症状不显著，约1/3 患者确诊时已是晚期，这类患者一般采取多模式治疗，其中大部分患者需要接受放化疗或免疫治疗，然而多数患者在治疗过程中容易产生耐药性，导致肿瘤复发和转移。多项证据表明，泛素酶能够调控肺癌放化疗和免疫治疗的敏感性，如WDHD1、FBXW7、CHAF1B、CHIP、FBW7 及RNF115 等。其中敲低WDHD1，可以抑制MAPRE2泛素化，从而增加肺癌细胞的顺铂敏感性[32]。FBXW7促进SOX9 泛素化和降解，从而提高肺癌细胞的放射敏感性[33]。FBW7 通过泛素化PD-1，抑制非小细胞肺癌抗PD-1 免疫治疗的敏感性[34]。RNF115 能够诱导p53 泛素化，并且可以预测肺腺癌患者预后[35]。

3.3 基于E3 泛素酶靶向蛋白质降解的技术为肺癌新药开发提供了新策略 蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）技术是一种利用UPS对靶蛋白进行降解的药物开发技术。其是异质双功能分子，由两个配体组成，一个与目标靶蛋白结合，另一个与E3 泛素酶结合，形成三元复合物，使目标靶蛋白靠近泛素酶，从而诱导其多泛素化和降解。目前多种PROTAC分子正在进行I 期和II 期临床试验。

3.3.1 靶向EGFR 的PROTAC 药物 在肺癌中，具有15%高突变率的EGFR信号通路被证明是影响治疗的关键因素，但由于EGFR 的易突变性，40%～50%的患者对目前临床开发的多种一线EGFR-TKI具有耐药性，从而导致肺癌进展。2022 年的研究报道发现了一种针对EGFR 突变蛋白的PROTAC 药物HJM-561，能够选择性降解含有EGFR C797S 的三重突变体，同时保留野生型EGFR，改善EGFR 突变肺癌对Osimertinib 的耐药性[36]。这项研究证明了PROTAC 药物克服耐药EGFR 突变的可行性。

3.3.2 靶向KRAS 的PROTAC 药物 KRAS 突变在肺腺癌中约占30%，但是目前KRAS 突变很难靶向，并且也存在突变耐药性问题。Adagrasib 是一种KRAS G12C 抑制剂，已证明在非小细胞肺癌（NSCLC）的Ⅰ期临床试验中具有临床疗效。但是与其他靶向治疗类似，肺癌细胞通过多种机制，如选择新的KRAS 突变位点，G12D/R/V/W、G13D，对Adagrasib 产生耐药[37]。

KRAS PROTAC 药物开发的主要目标是克服KRAS 12C 的耐药性，并靶向其他的KRAS 突变体。目前开发了一种可逆共价PROTAC 药物，在KRAS G12 突变H358 和H23 肺癌细胞中，可以有效靶向降解内源性KRAS G12C。但是目前尚未有研究对KRAS PROTAC 药物进行体内评估[38]。

3.3.3 靶向ALK 的PROTAC 药物 ALK 突变占NSCLC 的3%～5%，ALK TKI 是ALK 突变肺癌患者的一线治疗。但肺癌细胞通过ALK 酪氨酸激酶结构域的二次突变、ALK 合基因的扩增或旁路信号通路的激活等多种机制，对ALK TKI 产生耐药性。即使是最新的第三代ALK抑制剂药物，也有部分患者对其产生耐药性[39]。

目前已经研究出部分PROTAC 分子能够靶向ALK，如PROTAC 分子TD004，能够促进ALK 降解并抑制肺癌细胞增殖[40]。此外，2021 年报道了3 种新的PROTAC，它们能够特异性靶向降解ALK并且在小鼠模型中具有抗肿瘤活性。

3.3.4 与肺癌相关的其他PROTAC 药物 目前许多针对其他蛋白质靶点或其他癌症类型的PROTAC正在进行临床前或临床开发，也有部分报道提示它们同样有可能用于肺癌。PROTAC 药物的开发除了是传统化学药物的替代方法之外，还提供了新的治疗机会。

4 结论与展望

泛素化修饰及其相关药物与肺癌的发生、发展、预后、耐药密切相关，已成为肺癌领域研究的热点。迄今为止，已经发现多种泛素酶在肺癌中异常表达导致肺癌增殖和转移。另外，基于泛素酶的相关药物通过靶向致癌蛋白能够有效改善肿瘤耐药性，提高肺癌治愈率。因此，充分解析泛素酶的组成及功能作用将有助于开发新的泛素化相关PROTAC 药物分子，从而改善肺癌患者的治疗方案。

利益冲突 所有作者声明无利益冲突