E3泛素連接酶FBXL5與惡性腫瘤關系的研究進展

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E3泛素連接酶FBXL5與惡性腫瘤關系的研究進展

賀景超綜述李曉莉審校

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泛素化修飾是蛋白質降解的信號，調節體內蛋白質翻譯后修飾的重要途徑之一[1]，密切參與細胞周期、信號轉導、DNA修復、免疫反應、轉錄調控等。泛素化修飾中的泛素連接酶與腫瘤的發生、發展密切相關[2]。泛素化修飾被3種關鍵酶共同介導，其中E3泛素連接酶介導活泛素分子從結合酶E2轉移到底物，不同的泛素連接酶靶向不同的底物蛋白，決定泛素化修飾的特異性，故E3連接酶于泛素化修飾中具有至關重要作用，已成為當前研究、探討的熱點問題之一。研究較為廣泛的E3泛素連酶是SCF(Skp-Cullin-F-box)復合物，該復合物由Cullin蛋白、RING蛋白、F-box蛋白和SKP蛋白組成基本結構成員，其中F-box蛋白可以特異性地識別底物。FBXL5屬于F-BOX家族一員，在多種癌細胞系如乳腺癌、肺癌、胃癌等中異常表達，Western blot實驗方法檢測顯示肺癌及胃癌組織相對于癌旁組織FBXL5蛋白表達水平存在差異，且其可作為SCF(SKP1-CUL1-F盒)型E3泛素連接酶復合物的亞基識別多種癌蛋白如p150Glued、皮層蛋白、SNAIL、HSSB1、CITED2等，并對其進行泛素化修飾和隨后26S蛋白酶體降解，從而參與腫瘤的發生、發展、侵襲及轉移。

1FBXL5的概述

FBXL5是2000年由Ilyin等采用數據庫搜索方法發現，且由Vashisht等利用免疫共沉淀方法首先確定FBXL5是SCF型E3泛素連接酶的1個亞基，其屬于F-BOX家族成員，基因位于人4P15.33，可編碼691個氨基酸。FBXL5結構組成主要包括C端擁有識別特異性底物的4個LRR結構域，其決定泛素化修飾的特異性；中間含有典型的F-盒結構域；同時是哺乳動物所鑒定出的蛋白中僅FBXL5蛋白的N端含有1個由4個α-螺旋片層構成的獨特蚯蚓血紅蛋白樣結構域，其可感知細胞內鐵和氧的水平，可能充當哺乳動物代謝傳感器的角色，缺乏FBXL5表達不能感知鐵代謝狀態,導致鐵代謝異常，損害細胞[3]。研究發現FBXL5主要存在于細胞核，當其過度表達或充足鐵中穩定培養的細胞也在細胞質中檢測到，且應用細胞核出口抑制劑LMB發現FBXL5在細胞核積累顯著增加，更進一步支持其主要位于細胞核[4]，然其可能不僅在細胞核也在細胞質介導泛素化降解蛋白。

2FBXL5和腫瘤

2.1FBXL5與腫瘤侵襲、轉移

上皮間質轉化(EMT)是指具有上皮表型的癌細胞失去上皮分化向間葉表型轉變的過程，與腫瘤的侵襲、轉移及耐藥密切相關。EMT的基本特征之一是上皮細胞表面標志物E-cadherin表達下調或缺失。有學者研究發現敲除FBXL5的乳腺癌MDA-MB231細胞及人宮頸癌HeLa229細胞出現E-cadherin在細胞質膜中堆積，并推測FBXL5可以調節E-cadherin在細胞質膜中降解和增加[5]。這說明FBXL5的高表達可能導致E-cadherin降解，促進上皮間質轉化(EMT),增強腫瘤的侵襲及轉移。而其他研究結果表明FBXL5高表達抑制EMT，抑制腫瘤侵襲和轉移。Snail1的過表達抑制E-cadherin，導致EMT發生，使細胞具有更強的的運動能力，增加侵襲和抗細胞凋亡，是調節EMT的關鍵因素之一。FBXL5是一種新型的核泛素連接，與Snail1在細胞核中相互作用，以促進Snail1泛素化和隨后降解，且不與調節EMT的關鍵因素Twist1、Zeb1相互作用[4]。FBXL5在多種癌細胞系如乳腺癌MCF7細胞、結腸癌SW620細胞等表達，且FBXL5與Snail1在胃癌細胞及組織中表達具有負相關性[4,6]。這說明FBXL5可以抑制EMT,胃癌中FBXL5泛素化降解Snail1，負調控EMT增強因素，從而抑制胃癌細胞侵襲和轉移[6]。FBXL5對EMT展現不同作用，可能是由于FBXL5作用下游底物蛋白不同，從而導致其表現出的功能和發揮的生物學效應也截然不同，即FBXL5泛素化降解Snail1時也可能直接降解E-cadherin，EMT引起腫瘤侵襲轉移的機制十分復雜，FBXL5在其中的作用仍需進一步研究。皮層蛋白的下調降低癌細胞的遷移和侵襲，提示皮層蛋白在癌細胞轉移中起關鍵的調節作用。研究顯示，FBXL5可在ERK的協助下，介導皮層蛋白泛素化和隨后的降解，從而抑制胃癌細胞的侵襲轉移[7]。最近對20例胃癌及相應的癌旁組織采用Western blot實驗，發現FBXL5表達水平顯著降低，特別是在轉移的胃癌中[6]。但是檢驗FBXL5表達狀況不同的胃癌細胞生長情況，未發現FBXL5可以顯著改變腫瘤細胞生長[6]。綜上說明FBXL5在胃癌中低表達，展現出抑癌基因特點。對肺癌及相應癌旁組織采取Western blot實驗，肺癌組織FBXL5蛋白的表達水平均高于癌旁組織，高表達FBXL5的肺腺癌A549細胞被注入裸小鼠形成異種移植腫瘤，顯示其可促進體內腫瘤生長[8]。這意味著FBXL5在肺癌中表現癌基因作用，其高表達有助于肺癌的發生、發展。因此，FBXL5在不同腫瘤中的表達情況及功能作用不同、對EMT影響不同。這種現象可能由FBXL5作用下游底物蛋白不同，從而導致其表現出的功能和發揮的生物學效應也截然不同或由不同腫瘤組織的異質性所致。

2.2FBXL5與DNA損傷修復

DNA損傷修復失調易患癌癥，并影響DNA損傷類抗癌藥物的治療效果[9]。研究表明SSB類蛋白HSSB1可促進同源重組在細胞核DNA損傷修復中起關鍵作用，且在癌細胞中HSSB1通過調節p53和p21的穩定性，繼而調控細胞周期進程和DNA損傷檢測點的運行[10]。最近研究顯示HSSB1對維持及修復DNA復制叉和染色體穩定性具有關鍵作用[11]，同時可保護新復制的端粒[12]，而端粒異常引起染色體不穩定性，導致細胞衰老及腫瘤發生。故缺失HSSB1的細胞表現為細胞檢測點的激活缺陷，放射敏感性增加以及基因組的不穩定性，與腫瘤發生、發展密切相關。多個F-BOX家族成員已被報道參與DNA損傷反應,并在維護基因組穩定中發揮重要作用。研究顯示肺癌細胞系和臨床肺癌標本中，HSSB1和 FBXL5的蛋白質水平具有負相關性，同時FBXL5可以靶向HSSB1介導其泛素化和隨后的降解，從而調節DNA損傷修復[8]。高表達FBXL5肺腺癌A549細胞對電理輻射(IR)特別敏感，同時過表達FBXL5肺腺癌A549細胞增強依托泊苷所致細胞凋亡，且沉默FBXL5表達的肺鱗癌NCI-H23細胞顯示抑制化療藥依托泊苷誘導的凋亡[8]。這均說明FBXL5過量表達可能通過降解HSSB1增加，從而抑制細胞DNA雙鏈斷裂修復反應、增加輻射及化學敏感性和細胞檢測點的激活缺陷，可導致腫瘤在體內形成[8]。FBXL5對細胞內的壓力高度敏感，可顯著被鐵下調及γ射線照射抑制[4]，另一研究者也發現IR照射RWP-1及MCF7細胞均出現細胞內FBXL5蛋白下調[8]，這說明放療增強EMT可能通過抑制FBXL5，減少Snail1泛素化降解[4]。高表達FBXL5細胞對IR及依托泊苷敏感性明顯增強和FBXL5參與腫瘤耐藥密切相關的DNA損傷修復、EMT，都提示著FBXL5可能成為臨床肺癌放療及化學治療新的靶基因。

2.3FBXL5、鐵代謝和FBXL5調節因素

鐵代謝異常參與與腫瘤的發生、腫瘤生長、腫瘤微環境及轉移。FBXL5通過鐵依賴的方式泛素化鐵調節蛋白IRP1及IRP2并介導其隨后降解，在維持細胞內鐵穩態中起關鍵作用[13]。IRP1及IRP2與多種腫瘤密切相關，最近體內及體外實驗均顯示敲除IRP2可導致乳腺癌細胞生長明顯受抑制，IRP2下調ferritin H和增TfR1表達調節乳腺癌細胞鐵代謝，與多種乳腺癌類型的預后差有關[14]。IRP2調控TfR and Fn蛋白表達水平，影響肺癌細胞鐵代謝，影響腫瘤生長[15]。IRP1可以抑制小鼠移植瘤生長[16]。這說明FBXL5通過IRP1及IRP2調控腫瘤細胞內鐵代謝，影響腫瘤細胞生長。FBXL5是哺乳動物中唯一含有蚯蚓血紅蛋白樣結構域蛋白，可能是調節哺乳動物鐵和氧的傳感器且積極監控細胞內鐵和氧水平，繼而保護細胞免受鐵過載及氧化應激損傷[3]。鐵過載及細胞內活性氧增加，損害DNA，破壞蛋白質和脂質，導致基因突變和細胞損害，繼而腫瘤發生。說明FBXL5利用鐵及氧傳感器作用，調節鐵氧代謝，影響腫瘤發生。缺鐵飲食抑制癌細胞增殖，同時其微血管密度增加，這表明貧鐵條件誘導的血管生成，可能因鐵耗盡降低組織血清血紅蛋白和氧供給誘導血管生成，再對鐵消耗狀態腫瘤行貝伐單抗給藥，發現其可協同抑制癌細胞增殖和血管生成[17]。說明靶向鐵代謝治療可能為腫瘤治療帶來新曙光。鐵調節蛋白1(IRP1)顯著低表達于人類骨髓白血病HL60細胞，敲除IRP1降低細胞內芬頓化學反應，可能通過降低自由基介導的細胞死亡抵抗低LETγ輻射，說明IRP1抵抗輻射密切相關[18]。這說明鐵代謝與放療及靶向治療密切相關，FBXL5在維持細胞內及系統鐵穩態中發揮著至關重要作用[3]，通過調節鐵及氧代謝有可能成為放療及靶向治療新靶點。研究表明HECT型E3泛素連接酶HERC2可不需鐵依賴途徑而泛素化和降解FBXL5[19]，且低鐵和低氧可負反饋導致FBXL5本身的泛素化修飾而被降解，從而維持細胞內鐵、氧穩態。目前調節FBXL5機制研究尚少，相信深入研究可深化對腫瘤發生、發展過程中分子機制的認識。

2.4FBXL5與CITED2

轉錄調節器CITED2與CBP/p300的結構域CH1密切結合，隨后阻止包括HIF-1許多轉錄調節因子和CH1結合而發揮作用，且CITED2降解可能直接影響p53和NF-KB的乙酰化過程。CITED2與多種腫瘤密切相關，最近研究顯示CITED2調節ER的轉錄激活，促進非雌激素依賴的腫瘤細胞生長，抵抗抗雌激素治療療效，其mRNA高表達與乳腺癌預后差密切相關[20]。高表達CITED2與肺癌患者預后差密切相關，TGF-a/EGFR上調 CITED2，增強E2F3轉錄表達導致腫瘤細胞生長，TGF-β/TGFBR下調CITED2，增強p21CIP1表達導致腫瘤細胞靜止[21]，說明CITED2在TGF-a及TGF-β發揮作用中起橋梁作用。FBXL5能夠泛素化降解CITED2，過表達FBXL5抑制依賴CITED2發揮作用的TFAP2A和TFAP2C的轉錄激活，同時有助于HIF-1α過表達的轉錄激活[22]。HIF-1過表達促進血管新生，糖酵解增強，細胞增殖因子表達增強，導致腫瘤增殖、侵襲及轉移等惡性生物學行為，其活性調節主要取決于2個亞基之一的HIF-α。TFAP2A及TFAP2C作為轉錄因子，參與細胞生長和組織分化，與神經母細胞瘤細胞、乳腺癌等多種腫瘤關系十分密切。最近研究顯示TFAP2A可能通過HIF-1α介導的VEGF/PEDF信號通路調節鼻咽癌的生長和存活，且TFAP2A高度表達在各種鼻咽癌細胞系和腫瘤組織標本并與預后差相關[23]。TFAP2C調節GPX1的表達，可能導致乳腺癌的發生、發展。這意味著FBXL5通過泛素化降解轉錄調節器CITED2，間接影響多種腫瘤相關基因的轉錄，影響腫瘤的預后及惡性生物學行為。

2.5其他

p150Glued作為動力激活蛋白復合物亞基與微管及動力蛋白結合，繼而參與有絲分裂過程中紡錘體組織和囊泡運輸過程，體內及體外研究均顯示其可被FBXL5介導泛素化降解。對惡性腫瘤生長起關鍵作用的IGF-1R通過p150Glued介導轉入細胞核，從而影響其他基因表達，促進腫瘤惡性生物學行為。PLK1磷酸化p150Glued激活AR，誘導前列腺癌對紫杉醇耐藥[24]，說明FBXL5介導p150Glued泛素化降解，調節細胞周期及囊泡運輸，可能影響一部分癌蛋白對腫瘤的作用。研究發現FBXL5位于多發性骨髓瘤基因常見突變區段上，推測其異常可能與多發性骨髓瘤緊密相關[25]。有學者利用DiPIUS(差異蛋白質組學為基礎的泛素化底物識別)，發現FBXL5可能候選的作用底物是SSBP1、PSMC1、CALM、EFTUD2、和SNRPD3[26]。說明FBXL5具有廣泛的作用底物，但仍有待進一步挖掘、分析。

綜上所述，E3泛素連接酶FBXL5在多種癌細胞系及臨床癌組織中異常表達，可泛素化修飾多種癌蛋白并導致其降解，而參與細胞周期、基因轉錄、DNA損傷修復、EMT等過程，與腫瘤發生、耐藥、抗輻射及侵襲轉移密切相關。FBXL5是哺乳動物唯一含有血紅蛋白樣結構域的蛋白，利用鐵及氧傳感器作用維持機體鐵氧穩態，可參與腫瘤的發生、生長及物質代謝。FBXL5肺癌中表現為癌基因的特點,FBXL5胃癌中發揮抑癌基因的作用，且不同的研究報道顯示FBXL5在EMT中的作用不同。這一情況可能因FBXL5作用的下游底物蛋白不同從而表現出截然不同的功能和生物學效應或由不同腫瘤組織異質性所致,說明FBXL5研究的復雜性，同時也為其廣泛深入研究提供契機。當前，針對泛素化修飾的相關分子而設計的靶向藥物在腫瘤治療方面展現出較好前景，相信對FBXL5的深入研究可為腫瘤的診斷和治療提供一種新的有效靶點。

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(編輯：甘艷)

(收稿日期2015-08-21修回日期 2016-01-21)

文章編號：1001-5930(2016)03-0520-03

中圖分類號：R730.2

文獻標識碼：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.03.053

通訊作者：李曉莉

關鍵詞：FBXL5(F-box and leucine-rich repeat protein 5)；E3泛素連接酶；惡性腫瘤