去泛素化酶在肝细胞癌发生发展中的调控机制与靶向治疗潜力

The Regulatory Mechanisms of Deubiquitinating Enzymes in the Occurrence and Development of Hepatocellular Carcinoma and Their Potential for Targeted Therapy

摘要: 肝细胞癌(HCC)是一种发病率高且致死率极高的恶性肿瘤，严重威胁人类健康。近年来，去泛素化酶(DUBs)因其在调节蛋白泛素化状态中的关键作用，逐渐成为研究肝细胞癌分子机制的焦点。现有研究表明，DUBs通过影响细胞周期调控、信号传导通路以及肿瘤微环境的变化，参与了HCC的发生、发展和转移过程。然而，关于DUBs的具体作用机制及其在临床治疗中的应用仍不明朗。本文系统综述了去泛素化酶在肝细胞癌中的多重调控机制，并探讨了基于DUBs的靶向治疗策略。通过整合最新的基础与临床研究进展，旨在为肝细胞癌的精准治疗提供理论支持和新的治疗靶点。

Abstract: Hepatocellular carcinoma (HCC) is a malignant tumor with high morbidity and mortality, which seriously threatens human health. In recent years, deubiquitinating enzymes (DUBs) have gradually become the focus of studying the molecular mechanism of hepatocellular carcinoma because of its key role in regulating the ubiquitination of proteins. The existing research shows that DUBs participate in the occurrence, development and metastasis of HCC by influencing cell cycle regulation, signal transduction pathway and tumor microenvironment changes. However, the specific mechanism of DUBs and its application in clinical treatment are still unclear. In this paper, the multiple regulatory mechanisms of deubiquitinating enzymes in hepatocellular carcinoma are systematically reviewed, and the targeted therapy strategy based on DUBs is discussed. By integrating the latest basic and clinical research progress, it aims to provide theoretical support and new therapeutic targets for the precise treatment of hepatocellular carcinoma.

1. 引言

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)是原发性肝癌的主要病理类型，约占原发性肝癌的75%。其发病率和死亡率逐年增长，严重危害人类健康。虽然目前HCC有诸多治疗方案，例如：手术、消融、介入、放化疗等，但仍面临肿瘤复发、转移及耐药等难题，极需探索新的治疗靶点和策略[1] [2]。近年来，泛素–蛋白酶体系统(UPS)在肿瘤发生发展中的作用逐渐受到关注。UPS通过调控蛋白质的泛素化修饰，介导蛋白质的降解，参与细胞周期、凋亡、DNA修复等多种生理和病理过程，进而影响肿瘤细胞的增殖、迁移和耐药性。其中，去泛素化酶(DUBs)作为UPS的重要组成部分，能够逆转蛋白的泛素化修饰，调节蛋白的稳定性和功能，成为肝细胞癌分子机制研究的热点。本文将对DUBs在HCC中的研究进展进行综述，剖析其调控HCC的机制及靶向治疗潜力，为HCC的精准治疗提供理论依据与潜在策略。

2. 去泛素化酶的生物学功能及分类

去泛素化酶(deubiquitinating enzymes, DUBs)是一类能够从蛋白质底物上切除泛素分子的酶，其通过催化泛素与底物蛋白之间的异肽键断裂，逆转泛素化修饰，维持细胞内泛素的动态平衡，参与泛素分子的成熟、泛素链的修剪及自由泛素的回收等过程。DUBs与E3泛素连接酶共同维持细胞内泛素化与去泛素化的动态平衡，从而调控蛋白质稳定性、信号转导和细胞稳态。这种动态平衡机制，使得细胞能够快速响应内外部环境变化，调节蛋白质的降解和修饰，从而维持细胞稳态。

去泛素化酶根据其序列和结构特点，主要分为泛素特异性蛋白酶(USPs)、泛素羧基末端水解酶(UCHs)、OTU域蛋白酶(OTUs)、JAMM/MPN+金属蛋白酶家族等几大类[3]。其中，USPs是最大的一类家族，能够识别并切割多种类型的泛素链，在调节蛋白稳定性、细胞周期、DNA修复等方面发挥重要作用。UCHs主要水解短泛素肽链，主要参与泛素前体的加工和泛素循环，UCHL1、UCHL3等在神经系统和肿瘤发生中被证实有重要作用[4] [5]。OTUs家族通过对不同泛素链型(如K48、K63等)的高选择性剪切，对特定信号通路进行精细调控[6] [7]。JAMM家族成员则为金属蛋白酶，依赖于金属离子的催化活性，能高效切割多聚泛素链，在调控蛋白降解、信号转导、细胞分裂等过程中有重要作用[8]。

不同种类DUBs在调控蛋白降解和信号转导方面各具特色。USP和UCH家族调节相关蛋白质的降解和稳定性，从而参与细胞周期、凋亡、DNA修复等过程。OTU家族参与特定信号通路的调控在免疫应答、炎症反应以及肿瘤发生中发挥重要作用。JAMM家族金属蛋白酶活性调节蛋白质的去泛素化，影响关键蛋白质的稳定性和特定信号通路的活性。受到结构域、辅助因子和细胞定位等多重因素影响，不同家族DUBs的底物特异性和生物学功能出现明显差异，这为靶向不同家族DUBs开发疾病治疗策略提供了理论基础[9] [10]。

3. 去泛素化酶与HCC

3.1. DUBs在肝细胞癌中的表达异常

通过挖掘公共数据库(如TCGA、GTEx等)，DUBs在HCC中存在多种表达异常。例如，有研究基于TCGA等数据库对E3泛素连接酶及DUB相关基因进行筛选，发现有139个与肝癌发生相关的差异表达E3/DUB基因，并据此将肝癌样本分为不同亚型，揭示了DUBs表达异常与肝癌分子分型、预后和免疫微环境密切相关[10] [11]。这为探索DUBs的功能及其作为生物标志物或治疗靶点提供了理论基础。

在众多表达异常的DUBs中，USP7在HCC中高表达，并通过去泛素化调控多种底物蛋白的稳定性，参与脂质代谢、氧化应激应答及肿瘤细胞增殖等过程。USP7不仅通过调控ZNF638影响脂肪生成相关信号通路，还能去泛素化和稳定HO-1蛋白，调节肝细胞对氧化应激的耐受性。并且USP7的高表达与HCC患者的不良预后密切相关[12] [13]。USP22通过去泛素化调节E2F6等转录因子的稳定性，进而激活AKT信号通路，促进HCC细胞的增殖和肿瘤生长。USP22能够稳定PD-L1等免疫检查点分子，影响肿瘤微环境中T细胞的浸润和免疫应答[14] [15]。这些研究表明，USP22可能成为联合化疗、免疫治疗的新靶点。CYLD作为经典的抑癌型DUB，低表达会导致NF-κB等促肿瘤信号通路的异常激活，促进肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[16]。OTUB1在HCC组织中高表达，不仅参与调节蛋白质稳态，还可能影响肿瘤细胞的免疫逃逸能力[17]。

3.2. DUBs在肝细胞癌发生发展中的分子机制

3.2.1. DUBs与细胞增殖和凋亡的调控

去泛素化酶(DUBs)通过调节关键蛋白的泛素化状态，在HCC细胞的增殖与凋亡中发挥着重要作用。以USP7、USP9X等为代表的DUBs，能够稳定p53、Mdm2等细胞周期和凋亡调控因子，从而影响HCC的发生和进展。最新研究发现，OTUD7B作为一种新型去泛素化酶，与p53结合，提升p53蛋白稳定性。OTUD7B过表达能诱导PUMA和BAX等下游分子的表达，促进线粒体通路介导的细胞凋亡，从而抑制肿瘤细胞的生长，其低表达则促进肿瘤生长，但是这种现象在p53缺失或敲除的细胞中并不显著[18]。由此可见，OTUD7B通过调控p53泛素化状态调控HCC凋亡。另有研究表明，EFNA4可以通过招募USP9X去泛素化SLC7A11，稳定其活性，从而阻断铁死亡，促进HCC细胞的增殖和转移[19]。DUBs通过去除细胞周期蛋白上的泛素链，延长其半衰期，促进细胞周期进展。例如，USP39通过去泛素化稳定SP1蛋白，增强其转录活性，从而促进HCC细胞的增殖；而USP39的敲低则导致细胞周期阻滞和凋亡增加，且该现象可被SP1的过表达逆转[20]。USP53通过去泛素化稳定细胞色素c，促进HCC细胞的凋亡，其表达下调与肿瘤的增殖和转移密切相关[21]。

3.2.2. 信号转导通路调控

多项研究表明，去泛素化酶可通过参与Wnt/β-catenin、p53-MDM2、NF-κB等信号通路调控，参与HCC发生和发展过程。去泛素化酶JOSD2抑制β-catenin (CTNNB1)泛素化降解，促进其稳定和核内积累，从而增强下游靶基因的转录活性，促进肿瘤细胞增殖和迁移[22]。USP28通过稳定关键转录因子FOXM1，激活Wnt/β-catenin信号，促进肝癌细胞的增殖和转移[23]。USP10、USP19和USP24通过去泛素化作用稳定Hippo信号通路核心效应蛋白YAP/TAZ蛋白，增强其转录活性，促进HCC细胞的增殖和迁移[24]-[27]。去泛素化酶如USP7和USP20通过调节相关关键分子的泛素化状态，影响NF-κB的激活，从而调节肿瘤微环境和肿瘤细胞的存活[28] [29]。去泛素化酶如MINDY2稳定ACTN4蛋白，激活PI3K/Akt通路，促进HCC细胞的增殖和转移[30]。通过稳定关键致癌蛋白，去泛素化酶使肿瘤细胞逃避凋亡和药物作用，促进肿瘤的侵袭及转移。

3.2.3. 肿瘤微环境及免疫调节

去泛素化酶(DUBs)作为蛋白质稳态重要调控因子，在肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)中发挥着多层次的调节作用。首先，DUBs通过影响肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages, TAMs)的极化状态，调控其促瘤或抑瘤功能。研究发现USP7在TAMs中高表达，抑制USP7促使M2型免疫抑制性巨噬细胞向具有抗肿瘤活性的M1型转化，增强CD8+ T细胞的增殖和功能，并抑制肿瘤生长[28] [31]。此外，DUBs如OTUD4也被证实能够调节巨噬细胞的趋化和极化过程，从而影响肿瘤的转移和免疫微环境[32]。在肿瘤免疫逃逸方面，DUBs通过调控免疫检查点分子的稳定性和表达，影响肿瘤细胞免疫逃逸。DUBs如USP7、USP8等能够去除PD-L1蛋白泛素化修饰，稳定其活性，从而促进肿瘤细胞逃避免疫监视[31] [33] [34]。在肿瘤血管生成方面，DUBs维持HIF-1α等关键转录因子的活性，促进肿瘤细胞在缺氧环境下的适应和血管生成[35] [36]。此外，DUBs通过调节肿瘤相关成纤维细胞(CAFs)活性，影响细胞外基质的重塑和生长因子的分泌，从而间接促进肿瘤生长和转移[37] [38]。

4. 去泛素化酶的靶向治疗潜力及药物开发进展

4.1. DUBs小分子抑制剂的研发现状

作为调控蛋白质稳态和信号转导的关键分子，去泛素化酶(DUBs)近年来成为抗肿瘤药物研发的重要靶点。以USP7、USP14、USP22等为代表的DUBs抑制剂，其结构类型和作用机制不断丰富和完善。USP7抑制剂多以小分子为主，部分通过与其催化活性位点的关键残基形成稳定结合，抑制其去泛素化活性。如TS-4，能够与USP7的Asp295、Phe409和Tyr514形成稳定的相互作用，从而有效抑制其活性，这类抑制剂在多种肿瘤细胞中显示出良好的抗增殖作用[39]。此外，USP7还可通过与小分子“分子胶”结合，稳定p53等肿瘤抑制蛋白，发挥抑癌作用，部分FDA批准药物如溴隐亭(bromocriptine)可通过该机制增强p53水平，抑制肿瘤细胞增殖[40]。IU1是最早被报道的USP14选择性抑制剂之一，能够抑制其催化活性，促进底物蛋白的降解。相关研究显示，IU1作为USP14抑制剂，已在骨关节炎等疾病模型中表现潜在治疗效果[41]。

在临床前和临床研究阶段，DUBs抑制剂的代表性分子不断涌现。例如，USP7抑制剂P22077、USP14抑制剂IU1和USP5抑制剂WP1130等，已在多种肿瘤模型中显示出抑制肿瘤生长、诱导凋亡等作用[41] [42]。部分抑制剂如USP30抑制剂MTX652已进入临床试验阶段，主要用于线粒体功能障碍相关疾病，其在肝癌等实体瘤中的应用具有巨大潜力[43]。

4.2. DUBs抑制剂在HCC模型中的抗肿瘤作用

去泛素化酶(DUBs)抑制剂在肝细胞癌(HCC)模型中的抗肿瘤作用成为研究热点。多项研究表明，特定DUBs抑制剂能够有效抑制HCC细胞的增殖，诱导细胞凋亡，并显著降低肿瘤细胞的迁移和侵袭能力。USP5通过去泛素化和稳定IMPDH2促进HCC的增殖和上皮–间质转化(EMT)相关的转移过程。其抑制剂WP1130在体外和动物模型中均表现出抑制HCC细胞增殖和转移的作用，同时促进细胞凋亡[35]。USP31的抑制剂plumbagin不仅诱导凋亡，还通过破坏氧化还原平衡，间接抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭[44]。值得一提的是，部分DUBs抑制剂还展现出对肿瘤干细胞特性的抑制作用。BET蛋白PROTAC分子ARV-771能够下调多种非蛋白酶体DUBs表达，抑制HCC细胞的增殖和克隆，并诱导细胞周期阻滞和凋亡。更重要的是，ARV-771在体内外均能有效延缓HCC的进展[45]。有研究表示，DUBs抑制剂可与化疗、靶向药物发挥协同作用。USP5抑制剂WP1130或IMPDH2下调均可增强索拉菲尼在HCC细胞和动物模型中的抗肿瘤作用，提示DUBs抑制剂可作为联合治疗的增敏剂[35]。ARV-771与索拉菲尼联合应用可协同抑制HCC细胞增殖，说明DUBs抑制剂有望与现有化疗、靶向药物形成互补，突破单药疗效瓶颈[45]。

4.3. DUBs靶向治疗的挑战与策略

去泛素化酶(DUBs)在肝细胞癌(HCC)中的重要作用为其靶向治疗提供了新方向，但DUBs抑制剂的开发和应用仍面临诸多挑战。DUBs家族成员众多，结构高度保守，增加了开发高选择性抑制剂的难度。现有研究表明，尽管一些DUBs如USP10、USP14、USP22等在HCC中具有明确的促癌作用，但针对特定DUBs的小分子抑制剂往往有可能对其他DUBs产生非特异性抑制，从而导致“脱靶效应”和潜在毒性[46]。并且另一大研究障碍是DUBs在多种细胞生理过程中发挥基础性调控作用，系统性抑制可能破坏蛋白稳态，可能诱发不可避免的副作用[47]。DUBs靶向治疗也需解决抑制剂的毒性问题。DUB抑制剂的肝毒性是其临床转化面临的主要挑战之一，其机制呈现多维度交织的特点：一方面，化合物经肝脏代谢可能生成活性中间体，直接引发线粒体功能障碍、氧化应激或胆汁淤积性损伤(化学性肝损伤)；另一方面，对去泛素化酶靶点的抑制会深度扰动细胞内蛋白稳态、信号通路与DNA修复，导致细胞凋亡、炎症因子释放等靶向性生物学功能紊乱。在前期动物实验或临床前研究中，部分DUBs抑制剂显示出较强的抗肿瘤活性，但同时伴随着肝脏、造血系统等正常组织损伤。这些直接损伤可进一步激活免疫介导的炎症级联反应，放大肝细胞损害如USP14抑制剂IU1在抑制HCC细胞增殖的同时，可能影响正常细胞的蛋白降解功能，诱发毒副反应[48]。此外，如何实现药物在肿瘤组织的特异富集、减少在正常组织的积累，也是一大研究难点。纳米载体、脂质体等新型递送系统被应用于DUBs抑制剂的靶向递送，以提升药物的生物利用度、降低全身毒性[47]。也有研究通过招募E3泛素连接酶，实现DUBs蛋白的选择性降解，也为高选择性的DUBs靶向治疗提供了新方向[49]。

5. 展望

去泛素化酶通过调节细胞周期、信号传导通路以及肿瘤微环境，在肝癌细胞的增殖、迁移以及免疫逃逸过程中扮演着多层次、多维度的调控角色。目前关于去泛素化酶在HCC中的功能研究虽取得了丰富成果，但研究中也存在一定的分歧和未解之谜。如，不同去泛素化酶在调节特定信号通路时表现出的作用差别，提示其功能具有高度的特异性和复杂性。此外，部分研究报告的去泛素化酶在肿瘤进展中既有促进作用，也可能发挥抑制作用，反映出肿瘤生物学的多样性和调控的动态性。因此，应该深入理解去泛素化酶的时空表达特征及其与肿瘤微环境的相互作用。未来研究应加强对去泛素化酶功能机制的系统性和多维度解析，利用单细胞组学、高通量筛选及结构生物学等先进技术，揭示其在肝细胞癌不同阶段和亚型中的特异性作用。总体而言，去泛素化酶作为肝细胞癌治疗的新兴靶点，蕴含着广阔的发展前景，随着基础研究和临床研究的不断深入，有望为肝细胞癌患者带来更有效和安全的治疗选择。

NOTES

^*通讯作者。