泛素結合酶UBCH10在泌尿系腫瘤中的研究進展

王朝，李學東

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院泌尿外科，哈爾濱150001)

泌尿系腫瘤中較為常見的有腎癌、膀胱癌和前列腺癌。近年來，隨著醫療技術的提高以及醫療分子領域的研究，免疫治療和免疫標志物出現在臨床治療中，但在泌尿系腫瘤的臨床診治中仍存在許多問題。如在腎癌診治方面仍缺乏早期臨床生物學標志物，雖然影像學檢查已普及，但仍有一部分患者初次診斷時已失去了手術機會，晚期腎癌對放化療不敏感且預后差，5年生存率仍較低[1]。前列腺癌的治療進展中出現了激素抵抗耐藥狀態，據統計，2019年前列腺癌患者較以往新增174 650例，且有31 620例死于前列腺癌[2]。在膀胱癌中缺少腫瘤標志物且術后復發率較高，無論是術前檢查還是術后復查，膀胱鏡檢查仍是膀胱腫瘤診斷的金標準，但膀胱鏡檢查給患者帶來了極大的不舒適性和心理負擔[3]。蛋白質降解是泛素-酶體通路的作用之一，其中還涉及DNA修復、轉錄、細胞膜受體再循環、細胞內轉運、內吞、血管生成以及炎癥信號等多種功能的關鍵因子。泛素結合酶UBCH10(ubiquitin-conjugating enzyme 10)被認為是腫瘤微環境中調控異常的關鍵因子，參與了DNA修復、細胞凋亡、細胞周期進程中有絲分裂和染色體分離過程以及致癌信號通路等多種促腫瘤過程[4]。因此，UBCH10是可靠的預后和診斷指標，可以作為泌尿系腫瘤治療策略的一部分。現就UBCH10在泌尿系腫瘤中的研究進展予以綜述。

1 泛素蛋白酶體途徑

泛素化是一種在翻譯后水平上利用小分子多肽泛素(ub)修飾蛋白質的能量依賴性酶促過程，它的名稱源自拉丁語“ubique”，意為“無處不在”，描述了其在各種類型的真核細胞中的普遍表達方式[5]。泛素蛋白酶體途徑由泛素、泛素活化酶、泛素結合酶、泛素-蛋白連接酶等組成，是真核細胞內蛋白降解、合成的重要途徑[6-8]。泛素分子主要通過泛素活化酶、泛素結合酶和泛素-蛋白連接酶與靶蛋白結合形成一條多泛素鏈，將底物蛋白泛素化，使靶蛋白被26S蛋白酶體識別和降解[9-10]。在泛素化過程中，蛋白質中ub殘基甘氨酸-76的C端和賴氨酸-K端殘基的ε-氨基之間形成異肽鍵[11]。泛素化的過程需要3種酶，即泛素活化酶(E1)、泛素結合酶(E2)和泛素連接酶(E3)，這些酶的催化活性在級聯反應中按順序排列進行[12]。首先，E1以腺苷三磷酸水解依賴的途徑激活ub殘基甘氨酸-76，生成ub-腺苷酸中間體，腺苷一磷酸釋放，ub和E1通過硫酯鍵連接[13]；隨后，E1-ub共軛化合物與E2發生轉硫醇反應，將活化ub傳遞給E2，形成E2-ub共軛化合物；最后E3與E2-ub共軛化合物和底物同時結合，介導ub與底物形成異肽鍵結合[14]。在泛素化中各種賴氨酸殘基-K(K6、K11、K27、K29、K33和K48)造成了泛素化功能的多樣性，泛素化的失調與神經退行性疾病、自身免疫性疾病、肌肉萎縮、糖尿病和癌癥等疾病有關[15]。泛素蛋白酶體途徑參與細胞信號轉導、細胞凋亡、細胞周期性調控等多個生理過程，在維持細胞穩態過程中起著至關重要的作用[16]。

2 UBCH10的生物學功能

E2s是泛素-蛋白酶體通路中的關鍵因子，E2s共分為4種不同類型的泛素結合酶，1型E2s在結構上較為簡單只具有單純ub，2型E2s包含較多的N端，3型E2s具有較多的C端，4型E2s則同時包括N端及C端，其中UBCH10為2型泛素結合酶，與細胞周期息息相關[4]。UBCH10是位于人染色體20q13.12上的UBCH10基因編碼的蛋白質，在正常組織中無論是RNA水平或蛋白水平幾乎檢測不到UBCH10，但越來越多的證據表明UBCH10的表達在幾種人類癌癥中均上調，如食管鱗狀細胞癌、胃癌和非小細胞肺癌等[17-21]。UBCH10屬于E2家族，參與了真核細胞有絲分裂的G1期過程。UBCH10通過降解后期促進復合物(anaphase promoting complex,APC)的底物，導致細胞周期蛋白A的積累，使有絲分裂過程順利地從G1期過渡到S期[22]。UBCH10高度保守的N端可以介導后期促進因子APC的活性，且UBCH10的N端結構域可調節APC活性，對底物泛素化的效率以及控制底物的選擇均至關重要[17]。另外，UBCH10還可以與其他信號分子起作用。研究表明，一氧化氮可能通過引起UBCH10分解，抑制血管平滑肌細胞的增殖，而不依賴于蛋白酶體；同時UBCH10也可以作為治療靶點，抑制新生內膜增生，且不會引起因蛋白酶體抑制導致的相關不良反應[23]。另有研究表明，UBCH10過表達還會導致染色體錯誤分離和腫瘤的形成，作為一種參與泛素化的蛋白質，UBCH10可能影響許多腫瘤相關蛋白，并以不同的方式影響腫瘤[18-20]。

3 UBCH10與泌尿系腫瘤的關系

3.1UBCH10與腎透明細胞癌 近年來國內外關于UBCH10在腎透明細胞癌方面的基礎研究較少，但UBCH10對腎透明細胞癌的發生、發展及預后十分重要。苗裔等[24]基于醫學癌癥數據庫中9 736個腫瘤樣本和8 587個正常組織樣本，使用gepia數據庫檢測正常組織與腎透明細胞癌組織中UBCH10 RNA基因表達及臨床病理特征表達的相關性，結果顯示，在腎透明細胞癌中UBCH10信使RNA高表達且與病理分級呈正相關(P<0.01)；應用gepia數據庫分析UBCH10高表達對患者總生存率和無病生存率的影響，結果顯示，UBCH10高表達的患者無論是無病生存率還是總生存率均較UBCH10低表達的患者低；基于HPA(Human Protein Atlas)數據庫，對正常腎組織及腎透明細胞癌組織進行免疫組織化學檢測，進一步證實了UBCH10蛋白在腎透明細胞癌中較正常組織高表達；應用String-DB數據庫分析UBCH10蛋白與其他蛋白的相互作用發現，UBCH10在腎透明細胞癌中主要為促癌基因，其作用機制可能與UBCH10參與的蛋白泛素化、細胞周期調節以及細胞內蛋白修飾相關。Dastsooz等[25]利用TCGA(The Cancer Genome Atlas)數據庫對腎透明細胞癌中不同病理分級及腎透明細胞癌兩種亞型的UBCH10表達水平進行分析，結果顯示，在所有腎透明細胞癌亞型和所有病理分級狀態下UBCH10的表達水平均高于正常人，且在病理2級中表達最為顯著，其次為3級和4級，而在總生存率和無病生存率方面UBCH10高表達的患者表現較差。

由于基因芯片和高通量測序技術的進步，可以根據大數據集成和生物學篩選腫瘤核心基因。Luo等[26]通過加權基因共表達網絡分析腎透明細胞癌核心基因，根據3個表達譜數據集中1 387個差異表達基因，從中分析出9個核心基因與腫瘤的發展及預后相關，其中UBCH10為核心基因之一；多因素Cox回歸分析結果表明，UBCH10可作為獨立的預后候選標志物。Wei等[27]利用TCGA數據庫在472個不同表達的基因中對比并尋找轉移性腎透明細胞癌的核心基因，并利用檢索相互作用基因和細胞圖譜的搜索工具，構建和分析了蛋白質-蛋白質相互作用網絡，以進一步分析已識別的核心基因，結果顯示，UBCH10是26個核心基因之一，且與轉移性腎透明細胞癌總生存期和無復發生存期相關(P<0.05)，UBCH10為轉移性腎透明細胞癌提供了有價值的生物標志物和治療靶點。Yuan等[28]通過高通量基因表達數據庫提取腎透明細胞癌基因數據，構建加權基因共表達網絡分析圖，經蛋白質-蛋白質相互作用網絡分析得知UBCH10為核心基因之一，且通過基因富集分析以及基因本體高通量測序數據處理得出，在腎透明細胞癌中發現的核心基因在細胞周期和細胞周期調控方面有顯著的富集；利用KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)數據庫分析發現細胞周期是最重要的途徑，且UBCH10與p53信號通路有關。

3.2UBCH10與前列腺癌 前列腺癌是西方國家男性最常見的腫瘤之一，近年來其在亞洲人群中的發病率也顯著增加。雖然對局部晚期前列腺癌患者的治療以雄激素剝奪治療為主，但隨著疾病的進展，治療抗性、去勢藥物的抗性仍不可避免，因此亟須尋找一種新的治療方式。韋士勤[16]運用RNA干擾慢病毒重組顆粒(LV-shRNA-UBCH10)介導前列腺癌UBCH10基因沉默，觀察其對LV-shRNA-UBCH10實驗組、LV-shRNA-NC陰性對照組以及空白對照組細胞株UBCH10基因的表達、細胞增殖、細胞侵襲以及遷移、克隆形成的影響。結果顯示，UBCH10與前列腺癌細胞增殖及侵襲能力呈正相關，表明UBCH10與前列腺癌細胞增殖及侵襲密切相關，為前列腺癌動物實驗分子靶向藥物提供了可靠的數據。另外，UBCH10受多種微RNA(microRNA，miRNA)的調控，前列腺癌中可以通過下調某些miRNA調控細胞周期基因，抑制前列腺癌的侵襲、發展。Hu等[29]通過敲低前列腺癌中的UBCH10基因發現，前列腺癌細胞系的侵襲及增殖能力均顯著降低；隨后直接轉染UBCH10中的miR-381-3p結合位點使其突變發現，miR-381-3p過表達后前列腺癌中的UBCH10蛋白水平顯著降低，表明UBCH10信使RNA 3′非翻譯區中的miR-381-3p結合位點可以靶向抑制UBCH10前列腺癌的增殖和侵襲；同時還發現，中草藥淫羊藿苷可通過上調miR-381-3p而下調UBCH10的表達。

雄激素和雄激素受體是前列腺癌細胞分化、代謝、增殖和存活的基礎，雄激素剝奪療法是局部晚期或轉移性前列腺癌的一線治療方案[30]，經過雄激素剝奪療法后，仍有患者復發，且進展為激素抵抗性前列腺癌。Luna Velez等[31]證明，雄激素受體變體在去勢抵抗性前列腺癌(castration-resistant prostate cancer，CRPC)的生長和發育中起關鍵作用，其中雄激素受體剪接變異體7(androgen receptor-splice variant 7，AR-V7)是檢測到的最常見變體之一，且在CRPC中AR-V7的高表達與腫瘤的復發進展和生存期縮短存在相關性；同時實驗證明，在體外前列腺癌細胞中強制表達AR-V7導致UBCH10顯著上調。Lee等[32]運用實時熒光定量反轉錄聚合酶鏈反應 (reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR)測定激素敏感型前列腺癌和CRPC中的AR-V7水平、全長雄激素受體及UBCH10信使RNA水平以及兩者之間的聯系，結果顯示，在激素敏感型前列腺癌中UBCH10信使RNA水平與全長雄激素受體的信使RNA水平相關，在CRPC中UBCH10的信使RNA水平與AR-V7信使RNA水平無相關性。這些發現表明，UBCH10可能是前列腺癌雄激素信號通路的通用腫瘤標志物。Luna Velez等[31]也評估了UBCH10表達對雄激素受體全長剪接體介導的反式激活的依賴性，用雄激素誘導前列腺癌細胞中雄激素受體靶基因激肽釋放酶相關肽酶3(kallikrein-related peptidase 3，KLK3)的表達，同時觀察UBCH10的表達，結果發現，誘導表達的前列腺癌細胞經雄激素刺激后其UBCH10上調，用雄激素拮抗劑恩雜魯胺處理后UBCH10下調，充分證明了UBCH10在前列腺癌雄激素受體調控中的重要性。c-Jun激活區結合蛋白1(c-Jun activation domain-binding protein 1，JAB1)在多種癌癥中過表達，并已成為一種強有力的致癌基因[33]。Danielpour等[34]通過分析cBioPortal癌癥基因數據庫發現，JAB1是前列腺癌細胞生長和存活的驅動因素，將JAB1沉默后則抑制了UBCH10蛋白的表達，間接證明了UBCH10在前列腺癌中的重要作用。

3.3UBCH10與膀胱癌 臨床上膀胱鏡檢查對于膀胱癌患者仍是診斷和復查的金標準。Okamoto等[35]早在2003年就發現了E2家族與腫瘤存在相關性，他們應用RT-PCR技術檢測膀胱癌中人類細胞系中不同泛素結合酶的表達水平發現，UBCH10在腫瘤組織中呈高表達狀態，而在癌癥旁組織中呈極低表達，證明了UBCH10的表達與膀胱癌呈正相關。

Wagner等[36]發現，膀胱癌中UBCH10的表達隨著病理分級的上升而升高，且與膀胱癌病理分級呈正相關；運用免疫組織化學技術發現，膀胱癌中UBCH10蛋白異常表達與有絲分裂有關。石嶸等[37]采用蛋白相互作用網絡分析表達譜基因芯片數據，在蛋白質-蛋白質相互作用網絡中心節點蛋白中驗證了UBCH10在浸潤性膀胱癌中起主導致癌作用，且膀胱癌UBCH10基因與細胞分裂周期相關蛋白激酶7、核仁紡錘體相關蛋白1等細胞周期調節通路相關，共同對浸潤性膀胱癌起促進作用。這些均為膀胱癌的早期診斷和分子靶向治療提供了方向。Gao等[38]使用Cytoscape軟件進行蛋白質-蛋白質相互作用網絡和模塊分析，最終得出10個關鍵基因，其中就包括UBCH10，同樣為膀胱癌的治療及診斷提供了新靶標。Morikawa等[39]為了研究UBCH10在膀胱癌中的表達，使用組織微陣列進行免疫組織化學分析，結果發現，在經根治性膀胱切除術治療的82例(62%)膀胱尿路上皮癌患者中，51例患者膀胱癌組織中UBCH10高表達且與病理分級呈正相關，與膀胱癌術后患者遠期生存率呈負相關，而使用小干擾RNA抑制UBCH10合成可抑制膀胱癌細胞的生長。因此，UBCH10可能成為新的膀胱癌預后生物標志物、腫瘤進展的新指標以及膀胱癌的潛在治療靶點。

Kim等[40]的研究納入了212例膀胱癌患者和106例血尿患者(42例良性病造成血尿，62例正常患者)，利用硅膠膜Rneasy離心柱從患者尿液中提取無細胞RNA，并進行RT-PCR和數據分析，結果發現，膀胱癌患者尿液樣品中UBCH10無細胞RNA的水平顯著高于正常患者和血尿對照樣品。膀胱癌尿液樣品中較高水平的UBCH10無細胞RNA可能反映膀胱癌組織中的高表達。因此，尿UBCH10無細胞RNA可能是膀胱癌有價值的診斷標志物。

4 小 結

UBCH10與腎癌、前列腺癌及膀胱癌的預后、發生、發展均存在密切聯系。膀胱鏡檢查以及膀胱癌的高復發率給患者造成了極大的痛苦，雖然在膀胱癌尿液中UBCH10無細胞RNA高表達，為膀胱癌的診斷提供了新可能，但膀胱、輸尿管、腎盂為同一尿路上皮，因此膀胱癌與UBCH10還有待進一步研究。目前對于腎癌仍缺乏系統和廣泛的實驗研究，但UBCH10與腎癌具有高度相關性，因此需進一步深入研究。細胞的調控機制十分復雜，正如前列腺癌的激素通路與UBCH10具有相關性一樣，這為激素抵抗性前列腺癌患者提高藥物敏感性提供了可能。同時，泌尿系腫瘤的復發機制、新的診斷方式以及藥物治療也有待進一步探索。