PSMD2在肿瘤中的研究进展

Research Progress of PSMD2 in Cancer

摘要: 泛素蛋白酶体途径(Alterations in the ubiquitin-proteasome system UPS)，是由泛素介导的一种高度复杂的蛋白降解系统，普遍参与各种生物学功能，例如细胞生长，细胞周期进程，DNA转录、损伤、修复和信号转导及自噬，因此在体内各种调节蛋白的降解和整体细胞的稳态中发挥着至关重要的作用。UPS的表达功能异常或改变可能导致蛋白质的积累，与人类多种疾病相关，包括恶性肿瘤、血液系统疾病等。其中泛素化是泛素蛋白酶体系统途径的关键步骤，PSMD2 (proteasome 26S subunit, non-ATPase 14)位于蛋白酶体26S亚基，是一种非ATP酶组分，是泛素–蛋白酶体的重要组成部分之一。近年来，其在疾病发生发展中的作用越来越受到关注，本文将对PSMD2的结构、作用机制及在不同疾病中的研究进展进行综述。

Abstract: Alterations in the ubiquitin-proteasome system UPS, a highly complex protein degradation system mediated by ubiquitin, are commonly involved in a variety of biological functions, such as cell growth, cell cycle processes, DNA transcription, damage, repair and signal transduction, as well as autophagy, therefore play a crucial role in the degradation of various regulatory proteins in the body and overall cell homeostasis. Abnormal or altered expression function of UPS may lead to accumulation of proteins, which is associated with a variety of human diseases, including malignant tumors and diseases of the blood system. Ubiquitination is a key step in the pathway of the ubiquitin-proteasome system. PSMD2 (proteasome 26S subunit, non-ATPase 14), which is located in the 26S subunit of the proteasome, is a non-ATPase component and one of the important components of ubiquitin-proteasome. In recent years, the role of PSMD2 in the occurrence and development of diseases has attracted more and more attention. In this article, the structure, mechanism of action and research progress of PSMD2 in different diseases will be reviewed.

1. 引言

人体内细胞的最主要降解途径有两种：一是自噬溶酶体途径，二是泛素–蛋白酶体途径(Alterations in the ubiquitin-proteasome system UPS)，共同维持着体内细胞的稳态，其中体内80%的细胞内蛋白通过泛素–蛋白酶体系统(UPS)降解 [1] [2] 。

2. 泛素–蛋白酶体的构成

泛素–蛋白酶体途径可以分为3个过程：泛素化、去泛素化和底物降解。

UPS是由泛素、泛素活化酶(UBA (Ubiquitin activating enzymes), E1)、泛素连接酶(UBC (Ubiquitin conjugating enzymes), E2)、泛素蛋白连接酶(E3)和26S蛋白酶体和去泛素化酶这6部分共同构成，从而完成三个过程。泛素是一个由76个氨基酸组成的多肽链，具有高度保守结构，泛素活化酶E1是泛素与底物蛋白结合所需要的第一个酶，它可以水解ATP，从而诱导泛素活化；E2是催化与底物结合的泛素，E3是能够识别特异性的底物蛋白(需要降解的)，并促进其发生泛素化，从而发挥级联效应。蛋白酶体，蛋白复合物的一种，由10~20个亚基组成，其中26S蛋白酶体普遍存在于细胞内，它是由两个19S调节亚基和一个核心的20S蛋白酶体颗粒构成 [3] 。UPS在降解受损蛋白过程主要是，首先泛素化，通过3步酶的级联反应完成：泛素激活酶(E1)，泛素结合酶(E2)，泛素连接酶(E3)使泛素活化，并催化泛素底物共价结合；其次蛋白酶体识别泛素化的蛋白底物，在去泛素化酶的作用下去泛素化，从而形成一条形成一条多泛素链，最后被泛素标记的蛋白底物在蛋白酶体核心亚基的作用下发生降解，将底物蛋白泛素化，使靶蛋白被26S蛋白酶体所识别和降解。泛素蛋白酶体系统是一个庞大而复杂的系统：就目前研究发现了共10余个泛素激活酶，大约40个泛素结合酶，超过600个泛素连接酶，约90个去泛素化酶，50余个蛋白酶体亚基和相关成分 [4] 。大量研究证实在恶性肿瘤中泛素蛋白酶体系统相关成分表达异常可导致泛素蛋白酶体系统功能障碍，从而使制癌因子或抑癌因子的蛋白质水解过程发生异常 [5] [6] 。

3. 26S蛋白酶体

蛋白酶体(26S蛋白酶体)是2.5 MDa空心圆柱形多蛋白，由核心亚基(20S蛋白酶体)和调节亚基构成(RP或19S蛋白酶体)在1侧或两侧。6个ATP酶和3个附加没有ATP酶活性的肽构成19S碱基亚复合物。要执行蛋白酶体功能，RP的各种亚基具有专门的活性。20S核心由内α环和外β环构成，分别分为7个结构相似的亚基：蛋白酶体20S亚基α (PSMA1~7)和β (PSMB1~7)。19S帽复合物由碱基和盖子亚复合物组成，进一步分为ATP酶亚基(PSMC1~6)和非ATP酶亚基(PSMD1~14)，蛋白酶体26S亚基，非ATP酶(PSMD)基因家族，包括PSMD1到PSMD14。26S蛋白酶体是UPS的中心，对真核生物的几乎所有细胞过程都是必不可少的，由于蛋白酶体经历了动态、可逆的磷酸化修饰，因此在各种生理病理条件均存下。蛋白酶体中一些亚基的磷酸化修饰极其精密调控着生命过程，通过改变蛋白酶体磷酸化状态可以调控其活性，因此为靶向蛋白酶体的治疗提供了新的可能性 [6] 。蛋白酶体可逆的磷酸化作用不仅调控了蛋白酶体的活性，并为蛋白质稳定性增加了新的调节层。蛋白酶体的磷酸化不仅具有生物学意义，而且近些年逐步应用于临床，蛋白酶体抑制剂作为抗癌药无法精确区分癌细胞和正常细胞，但是它们的磷酸化信号通常差异悬殊。因此，将蛋白酶体本身以及其在癌细胞中失调的亚基为靶标将增加蛋白酶体抑制剂的功效，并且改善药物选择性，甚至部分克服药物耐药性。对蛋白酶体磷酸化的深入探究将极大地扩展可用于蛋白酶体调节的生化药的种类，为临床中基于蛋白酶体的治疗方案提供更多的选择 [7] 。

4. 去泛素化酶

去泛素化酶泛素化标记的移除主要通过去泛素化酶切割底物蛋白上的泛素化链的途径，进而调控底物蛋白的稳定性和发挥功能进而在抑制肿瘤发生发展中起作用。去泛素化酶主要由以下7种家族蛋白构成(1) USPs (ubiquitin-specific proteases)家族，如USP1、USP5、USP6、USP8和USP9X等；(2) UCHs (ubi-quitin carboxy-terminal hydrolases)家族，如UCHL1、UCHL3、UCHL5、BAP1；(3) OTUs (ovarian tumor pro-teases)家族，如OTUD1、OTUD3、OTUD5、OTUD6A、OTUD6B等；(4) MJDs (Machado-Josephin domain-con-taining proteases)家族，如JOSD1、JOSD2、ATXN3和ATXN3L；(5) MINDYs (motif-interacting with ubiquitin-containing novel DUB family)家族，如MINDY1、MINDY2、MINDY3和MINDY4；(6) JAMMs家族，包括MYSM1、MPND、PMSD14和CNS6等；(7) 新发现的ZUP1 (zinc finger con-taining ubiquitin peptidase 1)蛋白。

5. PSMD2结构

PSMD2 (2 proteasome 26subunit, non-ATPase, 2)是蛋白酶体26S亚基，非ATP酶2，别名TRAP2，是26S蛋白酶体非ATP亚基，主要由20S催化核心颗粒(CP)和19S调节颗粒(RP)构成，其中，RP在CP的一端。CP由两个堆积的异七聚体β环(β1-7)组成，其中各自含有三个催化β亚基，并且两侧有两个异七聚体α环(α1-7)。RP包括一个基底和一个盖，基底和盖各有多个亚基。在某种程度上，基底由具有ATP酶亚基活性的一个异六聚体环组成。ATP酶亚基可解折叠底物并打开α亚基所形成的门，从而使未折叠的底物暴露在催化β亚基中。盖包含在泛素化底物募集和泛素链拓朴结构修饰中发挥作用的泛素受体和DUB。调节性颗粒非ATP酶1 (RPN1, PSMD2)是19S/PA700调节性颗粒基底亚复合体的一个亚基。PSMD2蛋白可作为支架的一部分来组装19S/PA700RP基底亚复合体。研究证实PSMD2可结合I型TNF受体的胞内域，表明26S蛋白酶体在TNF信号转导通路中发挥重要作用。TRAP1和TRAP2的结合域位于TNFR1的死亡域之外 [7] 。TNFα等细胞因子与多柔比星(DOX)相关的心功能障碍和毒性有关。TNFα介导的nf-κb激活在用DOX治疗的心肌细胞中受损，是由于TRAF2的蛋白酶体降解发挥作用，且与RIPK1的K63连接多泛素化的缺失相吻合 [8] 。PSMD2在去除错误折叠的蛋白和受损蛋白中发挥着重要的作用，它能够识别和去除特定的去泛素化链，从而促进底物蛋白在蛋白酶体的作用下发生降解。研究表明，PSMD2参与泛素依赖的蛋白的降解，作为泛素蛋白酶体家族成员之一，PSMD2在多种恶性肿瘤中异常表达并发挥至关重要的作用，因此被认为是一种潜在的临床诊断的分子标志物以及治疗靶点。通过调泛素蛋白分解，使肿瘤中的致癌因子和抑癌因子发生水解，促进肿瘤发生 [9] 。同时PSMD2被认为参与体内多种病理生理过程，细胞周期进展，细胞凋亡，DNA损伤与修复，自噬，免疫浸润等，因此在维持细胞内环境的稳态方面发挥着重要作用。

6. PSMD2在各种疾病中的作用

6.1. PSMD2在食管鳞癌(ESCC)中的作用

刘莹等人研究表明 [10] ，PSMD2促进ESCC的进展，通过分析了94例ESCC患者和配对的邻近正常组织中的PSMD2 mRNA表达水平，发现肿瘤中的PSMD2 mRNA表达水平明显高于正常组织。4对TCGA数据库食管癌数据集(ESCA)的分析也显示，也得出了同样的结论，PSMD2在肿瘤中的表达明显高于正常组织。与早期I期和II期相比，晚期ESCC (III期和IV期) PSMD2水平更高；ESCC患者的不良预后相关。通过小鼠异种移植实验，PSMD2过表达ESCC细胞形成的肿瘤生长速度明显快于对照ESCC细胞形成的肿瘤，与对照ESCC细胞形成的肿瘤相比，PSMD2沉默的ESCC细胞形成的肿瘤的生长受到显着抑制，此外PSMD2过表达显著促进了ESCC细胞的迁移和侵袭能力，PSMD2敲低抑制了ESCC细胞的迁移和侵袭能力。PSMD2本身可直接参与自噬，是UPS的一个组成部分，UPS损伤可能激活选择性自噬系统。PSMD2-ASS1通路通过抑制自噬促进食管鳞癌的增殖。使用数据非依赖性采集定量蛋白质组学分析来分析有或没有PSMD2沉默的KYSE30细胞中差异表达的蛋白质。候选蛋白分为上调组或下调组，鉴定出62种下调和34种上调的蛋白质。KEGG (京都基因和基因组百科全书)和Metascape分析均显示，PSMD2沉默后细胞中差异表达的蛋白在精氨酸生物合成途径中富集，编码精氨酸琥珀酸合成酶1的ASS1基因的表达水平在PSMD2沉默细胞中的表达水平比对照细胞下调约2倍。ESCC样本中ASS1水平的表达水平显著高于癌旁正常组织，分期越晚ESCC肿瘤中ASS1的表达水平越高，与PSMD2在ESCC肿瘤水平呈正相关，进一步提示ASS1的表达可能受PSMD2的调控，有研究表明，PSMD2诱导ASS1mRNA的水平。刘亚辰，徐淑香等人验证了，PSMD2增加了ESCC细胞中ASS1蛋白的稳定性，ASS1对ESCC细胞的自噬体形成和增殖具有与PSMD2相同的功能，表明PSMD2在ESCC进展中的致癌作用可能由ASS1介导的。同时进一步的研究表明，PSMD2通过上调ASS1抑制自噬来激活mTOR通路。PSMD2在ESCC细胞中mTOR表达和激活中的作用。PSMD2表达增加诱导mTOR的磷酸化水平，同时降低了LC3II与LC3I的比值，PSMD2的沉默效果相反，敲低ASS1降低了mTOR的磷酸化水平，以上均表明，PSMD2-ASS1通路激活mTOR。通过对数据的深入挖掘，还发现PSMD2过表达与ESCC患者生存率低有关。

6.2. PSMD2促进膀胱癌的进展，并参与免疫浸润

Songwang等人使用多种生信学方法分析 [11] ，PSMD2在大多数癌症类型中显著过表达，包括膀胱癌同时，在TCGA (https://portal.gdc.cancer.gov/)数据库中，还发现PSMD2在19对膀胱癌和正常膀胱组织样本中上调，PSMD高表达与晚期肿瘤分级和病理分期。为验证PSMD2在体外的表达水平，通过RT-qPCR检测PSMD2在膀胱癌细胞系和正常膀胱细胞系中的相对转录表达，结果显示PSMD2在膀胱癌细胞中显著上调，这些发现均表明PSMD2在膀胱癌中过表达。以及PSMD2的表达水平在绝大多数癌症中广泛升高，随后探讨了PSMD2在泛癌中的作用。首先研究了PSMD2在30多种癌症中的预后价值，结果显示，高表达的PSMD2预测了12种癌症，包括BLCA (膀胱尿路上皮癌)、SKCM (皮肤黑色素瘤)、HNSC (头颈部鳞状细胞癌)、BRCA (乳腺浸润癌)、LIHC (肝细胞癌)、KICH (肾嗜色症)、LAML (急性髓系白血病)、LGG (脑低级别胶质瘤)、LUAD (肺腺癌)、MESO (间皮瘤)、PAAD (胰腺癌)和ACC (肾上腺皮质癌)，而在其他类型癌症中没有预后价值。还研究了PSMD2在TIME中的作用在泛癌中的作用，PSMD2表达与Th2细胞浸润有密切关系，在绝大多数癌症中与CD8 + T细胞和细胞毒性细胞呈负相关，这些发现表明，过表达的PSMD2可能与癌症的免疫逃逸相关。Salah Fararjeh等人证明了PSMD2为膀胱尿路上皮癌总生存期的独立预后生物标志物 [12] 。

6.3. PSMD2在肺腺癌中的作用

Matsuyama等人发现，PSMD2在肺癌中过表达，表达越高与预后越差有关 [13] ，赵慧慧等人，利用TCGA和UALCAN数据库中检查了PSMD2在肺腺癌中的表达。进行了PrognoScan和Kaplan-Meier曲线，以评估PSMD2表达与预后之间的相关性。利用cBioPortal数据库鉴定PSMD2的突变特征及预后意义。PSMD2在肺腺癌中的蛋白表达明显高于正常组织。HPA蛋白表达也提示肺腺癌组织中的PSMD2高于正常肺组织，因此证明了肺腺癌中PSMD2表达水平升高。接下来，为探讨PSMD2mRNA表达与肺腺癌患者预后的相关性，采用R包survminer的Kaplan-Meier曲线分析与生存期的相关性。证明了，PSMD2表达较高的肺腺癌患者的总生存期明显短于PSMD2表达较低的肺腺癌患者(38.2个月vs. 59.7个月，p < 0.001)。用列线图和校准图，用于预测肺腺癌患者的总生存概率。PSMD2的基因突变也与肺腺癌的总生存期差、疾病特异性生存期和无进展生存期相关。此外，免疫浸润分析表明，PSMD2的表达与肿瘤浸润免疫细胞的水平有显著相关性，进一步提示PSMD2在肺腺癌的免疫相互作用中具有特异性作用。并且证明了PSMD2在肺腺癌中的表达水平显着升高，其上调与较晚T分期、淋巴结转移和高TNM分期相关。根据PrognoScan数据库、Kaplan-Meier曲线和多变量Cox分析，我们的结果证实PSMD2的高表达与不良预后相关，PSMD2是肺腺癌患者总生存期的独立预后生物标志物 [14] 。

6.4. PSMD2通过调节p21和p27蛋白酶体降解来调节乳腺癌细胞增殖和细胞周期进程

李云海等人 [15] 使用来自癌症基因组图谱的HiSeq数据研究了797个UPS相关基因的表达谱，并发现PSMD2在乳腺癌中显著上调，进一步发现PSMD2高表达与预后不良显著相关。基因集富集分析显示，涉及增殖、细胞周期和凋亡的转录组特征在PSMD2升高的标本中被严重富集。PSMD2敲低抑制细胞增殖并在G0/G1期阻滞细胞周期，体外抑制细胞增殖并阻滞G0/G1期的细胞周期，并在体内实验，沉默PSMD2引起的细胞周期停滞，主要由于p21、p27增加引起的。PSMD2与p21和p27发生物理相互作用，在USP14的作用下介导它们的泛素–蛋白酶体降解。通过，肿瘤内注射治疗性PSMD2小干扰RNA可有效延缓异种移植肿瘤生长，并伴有p21和p27上调。以上均表明PSMD2在乳腺癌中可能是一个潜在的治疗靶点。

6.5. PSMD2在胃癌中的作用

Asporin (ASPN)是富含亮氨酸的小重复蛋白多糖(SLRP)蛋白家族的成员，在多种生物反应和疾病中发挥重要作用。李铮等人验证了ASPN调节胃癌(GC)细胞增殖的假设 [16] ，并确定了其下游调节因子。ASPN促进GC细胞增殖。并将这种效应的效应物确定为蛋白酶体26S亚基非ATP酶2 (PSMD2)，其通过抑制DUSP7、WIP1和PTEN来调节增殖，然后诱导ERK、P38和AKT的磷酸化。PSMD2与GC细胞裂解物中的ASPN共免疫沉淀，并与PSMD2共定位在GC细胞内。此外，敲除ASPN显著增加DUSP7、WIP1和PTEN的表达，并抑制ERK、P38和AKT的磷酸化。这些变化被PSMD2的敲除所抵消。总之，ASPN通过与PSMD2相互作用促进细胞增殖，并下调其效应子，并作为GC的潜在治疗靶点。

6.6. PSMD2在直肠癌中的作用

DIRAS家族基因被证明编码小的G蛋白，属于RAS亚家族的一个分支，与它们共享30~40%的序列，其定位于染色体位点9q22.2的DIRAS亚家族成员之一。柯莹等 [16] 人发现DIRAS2与PSMD2之间存在功能关系，并确定DIRAS2以蛋白酶体介导的方式被PSMD2降解。DIRAS2是PSMD2的潜在靶标，因为PSMD2与DIRAS2物理结合并增强了后者的泛素化和降解。

6.7. PSMD2在其他疾病中的作用

目前免疫系统、及血液系统许多疾病仍然是一大难题，例如多发性骨髓瘤(MM)仍是一种无法治愈的浆细胞恶性肿瘤，新的治疗靶点和药物仍然亟待。顾春燕等人研究证明 [17] ，与正常对照组相比，MM样本中AHSA1表达增加，这与MM复发和不良结局显著相关。此外，AHSA1在体外及体内促进MM细胞增殖和蛋白酶体抑制剂(PI)耐药性。进一步探索其机制，AHSA1作为HSP90A的共伴侣激活CDK6和PSMD2，它们分别是MM增殖和PI耐药的关键调节因子。此外，还发现AHSA1-K137是丁福林在AHSA1上的特异性结合位点，其突变降低了AHSA1与HSP90A的相互作用，并抑制了AHSA1介导CDK6和PSMD2的功能。有趣的是，其研究课题组还发现了KU-177，一种AHSA1选择性抑制剂，并发现KU-177靶向与Bufalin相同的位点。Bufalin和KU-177治疗阻碍了原发性MM和复发性MM患者样本中流动MRD阳性细胞的增殖。此外，KU-177消除了AHSA1升高诱导的细胞增殖和PI耐药，并降低了CDK6和PSMD2的表达。

崔珍珍等人研究表明 [18] ，通过免疫共沉淀实验以及体外结合实验，证实PSMD2与CDK9可相互作用。进行体外激酶实验，通过酶促反应标记定量蛋白质组学技术证明了CDK9是一个激酶，PSMD2是其底物蛋白。构建了一系列质粒进行了转录活性分析，结果证明突变型PSMD2S16A可以激活HIV-1的基础转录水平，并且会使PSMD2与7SKsnSNP组分中的LARP7/HEXIMI1和CDK9的结合减弱，PSMD2 S16A激活HIV-1的基础转录，由于7SKsnSNP促进其解离引起，进一步构建了敲低PSMD2的细胞株，发现敲低PSMD2可以使HIV-1的转录水平降低，且敲低PSMD2使CKD9与Brd4的结合减弱，为治疗HIV-1提供了新的思路和靶点 [19] 。

6.8. PSMD2与自噬

自噬和泛素蛋白酶体系统是真核细胞中蛋白质和细胞器回收和清除的重要过程。这两种途径也有一定的相关性，研究表明，可以通过接头蛋白相互关联。熊秋红等人 [20] 发现PSMD1和PSMD2都是蛋白酶体19S调节颗粒的组成部分，直接与核心自噬体蛋白 Dictyostelium discoideum自噬16 (ATG16)相互作用。ATG16由一个N端结构域组成，该结构域负责同源二聚化并与ATG5结合，以及一个C端β螺旋桨结构。ATG16的缺失分析，ATG16的N端半部分仅与PSMD1直接相互作用，而C端半部分与PSMD1和PSMD2均相互作用。RFP标记的PSMD1和PSMD2富集于野生型细胞中的大点中，让人联想到自噬体。这些点状细胞在atg16和atg9/16细胞中不存在，而在atg9细胞中较弱且频率较低，ATG16对自噬过程至关重要。ATG16-GFP或GFP-ATG8a (LC3)分别与RFP-PSMD1或RFP-PSMD2在atg16或野生型细胞中的共表达揭示了许多共定位的实例，表明RFP-PSMD1或RFP-PSMD2阳性点构成自噬体，ATG16 将自噬和泛素蛋白酶体系统联系起来。

7. 总结

PSMD2在实体肿瘤及非实体肿瘤中异常高表达并影响疾病发生发展，有望成为潜在的肿瘤临床诊断标志物和治疗靶点。PSMD2既能作为蛋白酶体的重要组分，促进底物蛋白进入蛋白酶体进行降解又能够独立于蛋白酶体，同时PSMD2可结合I型TNF受体的胞内域 [21] ，表明26S蛋白酶体在TNF信号转导通路中发挥重要作用。总之，PSMD2及其靶蛋白在实体肿瘤及非实体中的作用值得进一步研究，前景值得期待，有望成为一种潜在的肿瘤临床诊断的分子标志物以及治疗靶点。

NOTES

^*通讯作者。