高志远 谢腾 蒯冀

湖北民族大学附属荆门市第一人民医院神经外科 448000

泛素化修饰是一个或多个泛素分子在一系列酶的作用下与底物蛋白结合的翻译后修饰过程，经泛素化修饰后的底物蛋白可以被26S 蛋白酶体识别并降解；具体由泛素分子、多种酶系统（E1 泛素活化酶、E2 泛素结合酶、E3 泛素连接酶）、底物蛋白以及蛋白酶体参与，共同构成泛素-蛋白酶系统［1］。Cullin 泛素连接酶家族由 CUL1、2、3、4A、4B、5、7 和9 组成，作为招募其他亚基的支架。每个Cullin 都有一个球状的C-末端Cullin 同源结构域，它与环结构域亚基结合，识别与泛素结合的同源E2 酶。然后，Cullin 的长柄状N-末端结构域直接或通过接头亚单位与底物受体或激活亚基结合，以识别同源底物蛋白［2］。Cullins 不是传统的癌蛋白或肿瘤抑制因子，因为它们对肿瘤发生的影响是由它们的底物受体和相应的底物决定的。底物受体或底物中的突变会导致癌蛋白的积累，从而推动增殖，并带来生存和基因组的不稳定性。Cullin 蛋白通常通过接头蛋白连接底物靶向单位和CRL 中的环指成分，CRLS 以多种底物为靶标，影响一系列生物学过程，包括细胞生长、发育、信号转导、转录调控、基因组完整性和肿瘤抑制［3］。通过组织CRL，可能引导许多底物进行泛素依赖的降解，Cullin家族蛋白构建了一个在控制蛋白质动态平衡方面至关重要的细胞调控网络，从而改变了从细胞周期调控到信号转导的广泛生物学过程［3］。

1 CUL1

在E3连接酶的环型中，SCF（Skp1-Cullin1-F-box）复合物研究较多。SCF 复合物由支架蛋白Cullin1、环指蛋白Rbx1、接头蛋白 Skp1 和 F-box 蛋白组成。Rbx1 的功能是招募 E2 酶 ，而 Skp1 则 与 F-box 蛋 白 结 合［4］。 研 究 证 实 ，CUL1 基因敲除可显著减少肺转移和血管生成［5］，CUL1 还在胚胎发育中起着重要作用，并对正常和恶性细胞过程有显著影响。

FBXL1 是CUL1 中的一种，又称Skp2，已被认为是一种癌蛋白。Skp2 蛋白由4 个不同的结构域组成，即破坏结构域（D-box）、核定位信号（NLS）、F-box 结构域和C-末端LRR 结构域［6］。被广泛研究的 F-box 蛋白 Skp2 与 Skp1 和CUL1 组装成SCF 复合物，靶向细胞周期抑制因子p27/Kip1 进行降解［6］。在小鼠中敲除Skp2 导致细胞核明显增大，具有多倍体和多中心体，表明Skp2 在控制细胞周期调控因子方面起着关键作用［7］。虽然Skp2介导的泛素化的净效应支持细胞增殖，但SCFSkp2也被报道控制癌蛋白的降解［8］。

虽然SCFSkp2在促进肿瘤发生中有很好的特征性作用，但F-box 蛋白βTrCP 在维持正常和恶性生长之间的平衡中的作用更为复杂，可能依赖于细胞环境。βTrCP 的许多底物已被确定在细胞周期、凋亡和迁移中起着关键作用，βTrCP 的异常调控参与了肿瘤的发生［6］。有研究确认了βTrCP 在REST（一种促进神经分化的肿瘤抑制因子）和PHLPP1（Akt 信号的抑制剂）的降解中的新致癌作用［9］。REST 通过βTrCP 在细胞周期的G2 阶段被降解，以允许MAD2的转录去抑制，MAD2是纺锤体组装检查点的一个重要组成部分［10］。研究发现，沉默βTrCP 抑制乳腺癌细胞的增殖和存活，并增加化疗药物的细胞毒性［11］。以βTrCP 为靶点可能有利于提高抗癌治疗的效果。SCFβTrCP在限制β-catenin 等癌蛋白的细胞水平上也起着重要作用。βTrCP或β-catenin 的DSGXXS 降解决定子的突变都会导致β-catenin 的积累增加，从而导致胃癌和子宫内膜癌的发病［12-13］。另一个底物SCFFbx4在阻断肿瘤发生中的作用主要是通过细胞周期蛋白D 靶向介导的。抑制Fbx4E3 连接酶活性可导致细胞核周期蛋白D1 的积聚和致癌转化。Fbx4 基因敲除小鼠促进了食管癌致癌物N-亚硝基甲基苄胺（NMBA）诱导的乳头状瘤，表明FBXO4 可能是食管癌发生的抑制因子［14］。在人类癌症中也观察到了Fbx4 突变，这种突变抑制了SCF（Fbx4）连接酶的二聚化，并促进了癌症的发生［15］。

2 CUL2

CUL2 的泛素连接酶以Elongin B/C 为衔接子来组装功能复合物，募集含有细胞因子信号转导抑制因子（SOCS）抑制剂的底物受体。研究最广泛的CUL2 底物受体是vonHippel-Lindau（VHL）肿瘤抑制因子，它以氧感应转录因子 HIF1α 为靶标［16］。VHL 肿瘤抑制基因的突变是家族性vonHippel-Lindau 病的原因，该疾病的特征是眼、脑、脊髓、肾、胰腺和肾上腺的肿瘤。缺氧条件下，HIF1α 积聚并激活促血管生成基因如血管内皮生长因子和血小板衍生生长因子的表达，通过刺激血管生成和氧利用而增加氧输送，增加葡萄糖转运和向丙酮酸的转化，减少线粒体质量。β2-肾上腺素能受体（β2AR）最近被确定为VHL 的另一种底物，其EGLN3（一种O2依赖性的含铁脯氨酰羟化酶）的羟基化作用可引发 β2AR 泛素化和蛋白酶体降解［17］。VHL 还针对激活的非典型蛋白激酶Cλ（一种细胞极性和生长的调节因子）进行泛素化，进一步促进了CUL2的肿瘤抑制作用。

3 CUL3

CUL3的泛素连接酶具有包含BTB 结构域的蛋白质，该蛋白质整合了衔接子和底物受体的功能［18］。最近有研究证实，CUL3在乳腺癌和肾癌中下调，提示其具有抑癌作用［19］。最具特征性的CUL3 底物受体是Keap1，它以Nrf2 转录因子为靶点，泛化和降解。Keap1 通过N 端BTB 结构域与Cul3-Rbx1 结合，C 端 DGR/Kelch 结构域连 接 Nrf2，介导Nrf2 泛素化和降解，从而抑制Nrf2 下游基因转录［20］。氧化应激下Nrf2 通过与抗氧化反应元件作用，诱导一系列内源性抗氧化剂基因转录和上调Ⅱ相解毒酶，用于缓和毒物和癌基因效应，维持细胞内氧化还原平衡；表明Nrf2与肿瘤的发生发展密切相关。

4 CUL4

CUL4 包括CUL4A 和CUL4B，它们具有广泛的序列同源性和功能冗余。CUL4A 表达的降低导致G1 期阻滞并增加p21 和p27 蛋白水平［20］，从而导致肿瘤的发生。对于CUL4B，研究发现CUL4B过表达可以促进细胞增殖，其低表达则引起细胞S 期停滞。CUL4B 可以通过调控CyclinE、H2A、CDC6等因子的表达而在细胞增殖和DNA复制过程中发挥重要作用，从而导致肿瘤形成、发展［21］。

随访研究表明，DDB 是CUL4 泛素连接酶的组成部分［22］。DDB2作为底物受体与CUL4A 和DDB1形成复合物，靶向另一种NER损伤传感器XPC，使其泛素化，从而增加其对 DNA 的亲和力［23］。DDB2 及其底物的下调限制了 NER 的活性，而强制表达DDB2 或敲除Cul4A 会导致更大的DNA修复，从而降低了遗传毒性［24-25］。最近发现NF2 编码的肿瘤抑制因子Merlin 在与VprBP/DCAF1 的复合物中抑制CUL4A 的泛素连接酶活性，进一步支持了CUL4A 作为癌基因的作用［26］。Katiyar S 等［27］最近报道称，CUL4A 还可与另一种mTOR 信号抑制剂REDD1 结合，并利用βTrCP 作为CUL4A 底物受体。而CUL4B 与人类癌症的发生发展关系鲜有报道，有待进一步发掘。

5 CUL5

目前为止，尚未描述CUL5 的内源性底物受体，但发现病毒蛋白可充当基于CUL5的泛素连接酶的底物识别成分。卡波西氏肉瘤相关疱疹病毒（KSHV）编码潜伏期相关核抗原（LANA），这是 CUL5-ElonginB/C 复合物的 SOCS-box 底物受体，其靶向肿瘤抑制因子VHL 和p53 进行降解。在关于CUL5与癌症研究方面，在乳腺癌、肺癌、白血病均有文献报道提示与CUL5的表达存在相关性。

6 CUL7

CUL7 是作为E3 泛素连接酶支架蛋白的Cullin 蛋白家族的成员。与Cullin 家族的其他成员，如CUL1、CUL3 和CUL4 一样，CUL7 也是一个新的癌基因。CUL7 由 1 698 个氨基酸组成。CUL7 具有与FBXW8 结合和ROC1 结合相关的doc1 结构域和C-末端Cullin 结构域，有助于有丝分裂和细胞分裂［28］。关于CUL7 是如何组装功能性泛素连接酶复合物的知之甚少，因为一个明确的范例还没有定义。CUL7 基因敲除的小鼠有血管缺陷，表明CUL7 在细胞生长和血管形态发生中起着至关重要的作用［29］。有研究表明，CUL7 双等位功能丧失突变被认为扰乱了有丝分裂和胞质分裂，导致了的表型［30］。CUL7 还能促进 E-cadherin 酶的表达。E-cadherin 酶是一种分泌型铜依赖性胺氧酶，能降解细胞外弹力蛋白和基质胶原交联，促进肿瘤细胞增殖和侵袭迁移［31］。例如，在胶质瘤中，神经胶质瘤具有生长迅速、浸润程度高的特征［32］。研究发现，CUL7 通过影响 MST1 泛素化和NF-KB 通路的激活促进胶质瘤细胞的增殖、侵袭和迁移［33］。在乳腺癌的Her2阳性乳腺癌的靶向治疗中，Qiu N等［34］发现CUL7 通过降低IRS-1 丝氨酸磷酸化的表达水平和下调IGFBP-3 的表达，从而解除对IRS-1 酪氨酸磷酸化的阻断和诱导IGF 途径激活，增强PI3K/AKT 信号通路，诱导肿瘤干细胞样特性和对曲妥珠单抗的耐药性。CUL7 还被发现在食管癌［35］、大肠癌［36］、肝癌［37］等过度表达，促进了肿瘤细胞的侵袭和迁移。

7 CUL9

CUL9 是Cullin 家族中最大和进化上最年轻的成员，它是在脊椎动物出现后进化而来的，包含多个功能结构域。小鼠CUL9 缺失导致细胞核形态异常，DNA 损伤增加，在多个器官和组织自发发展的多种肿瘤中出现广泛的非整倍体［38］。在人类细胞中，CUL9 的功能是维持 p21 的基础表达和诱导表达以响应DNA 损伤所必需的。对于CUL9 在促进癌症发生、发展、转移过程中的作用还有待进一步发掘。

8 前景与展望

Cullin 家族作为复合物SCF 泛素连接酶中的一个亚基，作为支架参与泛素连接酶（E3）的构成，在蛋白泛素化过程中扮演着重要角色。尽管Cullin 家族已被证明以多种具有不同功能的底物为靶标，但在特定的细胞环境中，也有一些主要的底物决定了Cullin在肿瘤发生中的作用。然而，泛素领域的一个重要瓶颈是底物的识别，因为许多假定的底物受体已经被鉴定出来，但它们对应的底物仍有待确定。受体及其底物的分配将有助于揭示Cullin 介导的肿瘤发生机制。Cullin 家族在肿瘤发生中的密切参与表明，Cullin 介导的泛素化途径是干预和预防肿瘤发生的有吸引力的靶点。随着学术界和制药行业对利用泛素途径作为干预目标的兴趣与日俱增，泛素组很有可能成为发现和开发抗癌和其他人类疾病的新疗法的有吸引力的来源。