USP14

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Sophia 导读： 食管鳞状细胞癌（ESCC）是一种常见的胃肠道肿瘤，已成为一个重要的全球健康问题。PI3K/AKT信号通路在胚胎管癌的发展中起着关键作用。据报道，CircRNA 参与 PI3K/AKT 通路的调控，但其潜在机制尚不清楚。 2024年4月24日，中山大学王铭辉和 Lin Huayue共同通讯在期刊《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》上发表了题为“CircPDE5A-encoded novel regulator of the PI3K/AKT pathway inhibits esophageal squamous cell carcinoma progression by promoting USP14-mediated de-ubiquitination of PIK3IP1”的研究论文，在这项研究中， circPDE5A 编码的 PDE5A-500aa 被鉴定为 PI3K/AKT 通路的负调节因子，其通过调节 PIK3IP1 的翻译后修饰来抑制 ESCC 的进展。此外，我们还成功构建了载有circPDE5A和PDE5A-500aa的纳米平台，可有效抑制ESCC的增殖和转移。 这些结果表明，失调的表达circRNA可以通过翻译蛋白质来影响肿瘤的生物过程。我们还揭示了circPDE5A/PDE5A-500aa作为ESCC有前途的治疗靶点的潜力。 https://jeccr.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13046-024-03054-3 研究背景 01 食管癌（EC）是全球第八大常见恶性肿瘤和第六大癌症相关死亡最常见原因。食管鳞状细胞癌（ESCC）是食管癌最常见的病理类型，占90%以上。ESCC的特点是肿瘤生长迅速，转移复发率高，导致ESCC患者预后不良。随着微创手术、靶向治疗和免疫治疗等多种治疗方式的发展，ESCC患者的5年生存率有所提高，但仍处于次优状态。因此， 亟需阐明ESCC发生发展的综合分子机制，并确定新的治疗靶点，以进一步改善ESCC患者的预后。 环状RNA（circRNA）是特化的多功能非编码RNA，通过前mRNA的共价反向剪接环化。CircRNAs具有高稳定性和保守性，在许多生理和病理过程中可以作为重要的调节因子。大多数关于circRNAs的研究都集中在失调的circRNA作为microRNA（miRNA）海绵或参与肿瘤进展的经典信号通路的调节因子的作用。最近，越来越多的人关注具有 N6-甲基腺苷 （m6A）、内部核糖体进入位点 （IRES） 和开放阅读框 （ORF） 的特定 circRNA 以前未知的蛋白质编码能力。Huang等人发现，circFAM53B翻译的隐秘肽以抗原特异性方式有效地启动幼稚CD4+和CD8+T细胞，并诱导抗肿瘤免疫。在之前的一项研究中，我们报道了由 circUBE4B 编码的 circUBE4E-173aa 新型蛋白与 MAPK1 相互作用以激活 MAPK/ERK 信号通路以促进 ESCC 进展。然而， 蛋白质编码circRNA在ESCC进展中的作用在很大程度上仍然未知。 磷脂酰肌醇 3-激酶 （PI3K）/AKT 信号通路参与多种生理和病理过程，包括肿瘤进展。它在调节ESCC细胞的增殖、存活、转移和代谢中起重要作用，与ESCC患者预后不良有关。此外，circRNA/PI3K/AKT轴是肿瘤发展的重要调控通路。例如，circRNA_0000392通过 miR-193a-5p/PIK3R3/AKT 轴促进结直肠癌进展，circNRIP1 作为 miRNA-149-5p sponge 通过 AKT1/mTOR 通路促进胃癌进展。然而， 关于ESCC中PI3K/AKT信号通路调控的circRNA的信息仍然有限。 研究结果 02 本研究，我们发现circPDE5A在ESCC细胞和组织中的表达下调，并且与ESCC的晚期临床病理分期和较差的预后呈负相关。 在功能上，circPDE5A通过编码ESCC中PI3K/AKT信号通路的关键调节因子PDE5A-500aa，在体外和体内抑制ESCC的增殖和转移。从机制上讲，PDE5A-500aa 与 PIK3IP1 相互作用并促进 USP14 介导的 k48 连接的多泛素链在其 K198 残基处的去泛素化，从而减弱 ESCC 中的 PI3K/AKT 通路。 此外，发现基于Meo-PEG-S-S-PLGA的还原反应性纳米平台负载circPDE5A和PDE5A-500aa质粒，在体外和体内成功抑制ESCC的生长和转移。 circPDE5A编码的新型蛋白PDE5A-500aa可作为PI3K/AKT信号通路的抑制剂，抑制食管鳞状细胞癌的进展。 总之， circPDE5A编码的新型蛋白PDE5A-500aa可作为PI3K/AKT信号通路的抑制剂，通过促进USP14介导的PIK3IP1去泛素化来抑制ESCC的进展，并可能作为开发治疗药物的潜在靶点。 参考资料： https://jeccr.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13046-024-03054-3 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月14日-16日 ▶ 第六届上海国际癌症大会将于6月14-16日在上海举办，学科交叉，共同推进肿瘤研究与诊治多模态！ 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情

结直肠癌是世界范围内癌症相关死亡和发病率的主要原因。然而，随着手术、化疗、放疗、免疫治疗等综合治疗方法的发展，结直肠癌患者的总体生存率明显提高。 结直肠癌是世界范围内癌症相关死亡和发病率的主要原因。然而，随着手术、化疗、放疗、免疫治疗等综合治疗方法的发展，结直肠癌患者的总体生存率明显提高。在这些治疗中，5-氟尿嘧啶(5-FU)被认为是高危II期和III期结直肠癌的标准化疗药物。 5-FU作为一种抗代谢化疗药物，通过转化为活性代谢产物，如FdUMP、FdUTP和FUTP，可导致RNA和DNA损伤。5-FU的使用提高了总体生存率和无病存活率。在晚期结直肠癌中，5-FU联合伊立替康和奥沙利铂可显著提高总有效率，从单剂5-FU的10%-15%增加到40%-50%。 图片来源：https://doi.org/10.1038/s41401-023-01136-0 近日，来自广州医科大学的研究者们在Acta Pharmacologica Sinica杂志上发表了题为“Targeting proteasomal deubiquitinases USP14 and UCHL5 with b-AP15 reduces 5-fluorouracil resistance in colorectal cancer cells”的文章，该研究结果表明USP14和UCHL5在结直肠癌的发生和5-FU耐药中起重要作用。B-AP15靶向USP14和UCHL5可能是治疗结直肠癌的一种有前途的治疗策略。 5-氟尿嘧啶(5-FU)是治疗结直肠癌(CRC)的一线药物，但5-FU获得性耐药的发展仍然是一个巨大的挑战。去泛素酶在蛋白质降解途径中起着关键作用，而蛋白质降解途径与肿瘤的发生和化疗耐药有关。 在这项研究中，研究者研究了靶向抑制蛋白酶体脱泛素酶USP14和UCHL5在结直肠癌发生和5-FU耐药性中的作用。通过分析GEO数据集，研究者发现USP14和UCHL5在结直肠癌组织中的表达水平显著升高，并与结直肠癌患者的生存期呈负相关。 USP14和UCHL5均被敲除导致5-FU耐药的大肠癌细胞系(RKO-R和HCT-15R)对5-FU的敏感性增加，而USP14和UCHL5在5-FU敏感的结直肠癌细胞中过表达则降低了5-FU的敏感性。USP14和UCHL5的特异性抑制剂B-AP15可剂量依赖性地抑制RKO、RKO-R、Hct-15和Hct-15R细胞的活力。 此外，b-AP15通过抑制蛋白酶体功能和增加活性氧(ROS)的产生，降低了结直肠癌细胞的恶性表型，包括细胞增殖和迁移，并诱导了5-FU敏感和5-FU耐药的结直肠癌细胞死亡。此外，b-AP15还抑制了NF-κB通路的激活，抑制了细胞的增殖。在5-FU敏感和5-FU耐药的结直肠癌裸鼠移植瘤中，b-AP15(8 mg·kg-1·d-1，腹腔注射)有效地抑制了这两种肿瘤的生长。 B-AP15对5-FU耐药大肠癌细胞作用机制的研究进展 图片来源：https://doi.org/10.1038/s41401-023-01136-0 总之，研究者发现了USP14和UCHL5在介导5-FU耐药中的新功能。USP14和UCHL5的基因阻断和药理作用抑制可通过诱导细胞凋亡和抑制NF-κB途径降低5-FU耐药性，为临床评价提供了理论依据。 通过本实验验证，研究者证实了b-AP15通过抑制USP14和UCHL5而显示出治疗5-FU耐药结直肠癌的潜力。因此，基于抑制USP14和UCHL5的更有效的b-AP15类似物可能是一条有希望的进一步研究的途径。（生物谷 Bioon.com） 参考文献 Wa Ding et al. Targeting proteasomal deubiquitinases USP14 and UCHL5 with b-AP15 reduces 5-fluorouracil resistance in colorectal cancer cells. Acta Pharmacol Sin. 2023 Aug 1. doi: 10.1038/s41401-023-01136-0.

关注并星标CPHI制药在线   泛素-蛋白酶体是“消化”细胞内蛋白质的重要途径之一，它能调控多个重要的生命活动，如细胞增殖、分化、凋亡、DNA 修复等。近年来，人们逐渐认识到泛素-蛋白酶体系统的异常与多种不同疾病的发生密切相关，包括神经退行性疾病阿尔兹海默症、亨廷顿病、癌症、心血管和呼吸系统疾病等。在神经退行性疾病中，外源或者内源因素可以引发神经细胞内外蛋白质的错误折叠，从而影响泛素-蛋白酶体的降解功能而导致大量蛋白的异常堆积，甚至细胞死亡。而肿瘤的发生则与细胞过度增殖以及抗凋亡能力增强有关。泛素-蛋白酶体通过促进抑癌蛋白如P53的降解或者阻滞致癌蛋白降解而影响肿瘤细胞的存活。在近几十年的研究中，泛素-蛋白酶体作为一个庞大的蛋白质机器，成为科学家们研发疾病潜在有效药物的重要靶点。       泛素-蛋白酶体途径作用机制       泛素-蛋白酶体途径需要包括泛素（ubiquitin，Ub）、泛素激活酶 E1( ubiquitin-activating enzyme，E1)、泛素聚合酶(亦称泛素载体蛋白)（ubiquitin-carrier protein，E2）、泛素连接酶（ubiquitin-ligating enzyme，E3）、26S蛋白酶体（26S proteasomes）和去泛素化酶（deubiquitinating enzymes，DUBs）等相关物质的参与。       泛素-蛋白酶体途径由底物蛋白质泛素化和底物通过蛋白酶体降解2个过程组成。泛素是一条由76个氨基酸组成的高度保守的多肽链。泛素通常以2种形式存在，一种是游离形式，另一种形式是与受体蛋白共价结合。泛素通过其C端与受体蛋白赖氨酸侧链的ε-氨基或受体蛋白N端的α-氨基共价结合的过程称为泛素化。泛素化是一个由泛素激活酶 E1，泛素聚合酶E2 和泛素连接酶E3等介导的多酶级联反应。       泛素激活酶E1在进化中很保守，是一种 ATP 依赖的酶，通过与泛素的 C 端形成高能硫酯键而激活泛素。与E1不同，细胞内存在多种 E2。E2 与活化的泛素结合形成E2-泛素复合体，E2协助特异性 E3将活化的泛素转移到底物。泛素连接酶 E3是泛素化反应系统中数量最大、结构最多样、调控机制最为复杂的成员，它可以直接与底物或通过辅助蛋白与底物相互作用，从而决定泛素介导底物蛋白质降解的选择性。哺乳动物细胞内的E3 主要有三大类，即含HECT( homologous to E6-AP C-terminal) 结构域的E3、含环指结构( RING finger)的E3、含U-box 的E3。E3在泛素化过程中的作用主要包括3个阶段：E3与E2的相互识别与作用、E3 与底物蛋白质的相互识别与作用、E3 催化泛素与底物蛋白质的连接及泛素与泛素之间的连接。最终，泛素通过其C端与受体蛋白赖氨酸侧链的ε-氨基发生共价结合，而这些泛素分子上的48位、63 位赖氨酸又可以作为修饰位点，如此，底物蛋白上可以形成多泛素链。一般地，由48位赖氨酸残基连接的4个或更多个泛素的底物蛋白质可以被 26S 蛋白酶体识别并将其降解，而由63位赖氨酸残基连接的泛素链则不参与蛋白质的降解过程，其主要与细胞内信号转导过程和 DNA 修复等相关。       泛素在泛素化修饰的底物蛋白质被26S 蛋白酶体降解之前，可以被去泛素化酶( deubiquitinating enzyme，DUB) 水解脱离下来，从而避免其与底物蛋白一道被降解，解离下来的游离形式的泛素可以被循环使用。蛋白酶体是一种巨大的具有四级结构的复合蛋白酶(约2000 kD)，具有多种蛋白水解酶的活性，其蛋白降解功能主要依赖于泛素化过程。26S蛋白酶体由20S 核心复合物( core particle，CP) 和19S 调节复合物( regulatory particle，RP，也称PA700) 组成。其中，20S是由4个同轴的、7个亚基组成的七聚体环叠而成的中空桶装结构。两侧外环由 αl-α7 亚单位组成，2 个内环由 β1-β7 亚单位组成。3 个组成型表达的β亚基( β1、β2、β5) 具有苏氨酸蛋白酶活性位点(分别为“半胱天冬酶-样”活性位点、“胰蛋白酶-样”活性位点、“胰凝乳蛋白酶-样”活性位点)，且被封闭在降解腔的内侧，从而有效阻止正常折叠的蛋白质进入降解腔。19S 调节复合物可以识别泛素化底物，去折叠底物并释放游离形式的泛素，打开 α 环上的降解通道并将去折叠的底物送入降解腔。所以，泛素-蛋白酶体介导的迅速且不可逆的特异性蛋白质降解是一个高度复杂、受到严格调控的生命过程。       泛素-蛋白酶体通路（来源文献[1]）       Ub：泛素；E1：泛素激活酶；E2：泛素载体蛋白；E3：泛素连接酶；DUB：去泛素化酶       泛素-蛋白酶体与药物研发       目前已报道的多种人类疾病与蛋白酶体通路的异常有关。经批准的蛋白酶体抑制剂也已成功用于治疗多发性骨髓瘤、套细胞淋巴瘤等癌症，而正在开发的多个靶向泛素-蛋白酶体通路不同组分的药物，如去泛素化酶抑制剂等临床前测试药物，泛素化酶调节剂、新的蛋白酶体抑制剂等临床试验药物等也显现出更值得期待的疗效。       01蛋白酶体抑制剂目前已报道的有较好抗肿瘤效果的药物有10余种，且用于临床治疗的药物以蛋白酶体抑制剂居多。硼替佐米(Bortezomib)Bortezomib (PS-341)是首个被 FDA 批准的以泛素-蛋白酶体通路为靶点的蛋白酶体抑制剂类药物。Bortezomib 是一种硼酸二肽，它可以特异性地与20S蛋白酶体的β5亚基的苏氨酸的活性部位结合，有效抑制胰凝乳蛋白酶活性。同时，它也可以与 β1 亚基的苏氨酸的活性部位结合，抑制半胱天冬蛋白酶活性。Bortezomib是一类高选择性的可逆抑制剂，也是一种被批准用于治疗多发性骨髓瘤的药物。暴露于 Bortezomib 可以稳定 p21，p27，p53蛋白以及促凋亡Bid和Bax 蛋白，阻断细胞内 NF-κB 通路的激活，导致肿瘤细胞死亡。       Carfizomib 作为第二代蛋白酶体抑制剂类药物，于2012 年被 FDA 批准用于治疗已经使用过Bortezomib 治疗的多发性骨髓瘤患者。与Bortezomib不同，Carfizomib 属于环氧酮类化合物，具有独特的化学结构和选择性，它的环氧酮部分与苏氨酸的羟基和游离 α-氨基相互作用，以不可逆的方式形成吗啉加合物。Carfizomib 与蛋白酶体其他 β 亚基如 β1、 β2 的结合能力要弱于 Bortezomib，从而降低了对胰蛋白酶、半胱天冬酶的活性抑制。Ixazomib 是首个被批准的口服硼酸酯类蛋白酶体抑制剂。数据显示，Ixazomib 可以以“孤儿药”或者联合其他蛋白酶体抑制剂给药的方式，用于治疗多发性骨髓瘤、全身性轻链淀粉样变等其他恶性肿瘤。此外，蛋白酶体的特殊亚基类抑制剂(β1i、β2i、β5i)，也可通过与亚基的结合，以可逆或者不可逆的方式占据蛋白质降解的结合位点，抑制降解、阻滞细胞周期，从而有效抑制肿瘤的复发。       02去泛素化酶抑制剂去泛素化酶抑制剂作用于半胱氨酸蛋白酶和金属蛋白酶。现已开发的与19S蛋白酶体相关的去泛素化酶主要有UCHL5 (or UCH37)、USP14、USP7和PSMD14 (POH1)等。P5091属于噻吩类小分子抑制剂，它与P22077主要作用于USP7。研究发现，对Bortezomib治疗产生耐药性的多发性骨髓瘤患者中使用P5091，可诱导肿瘤细胞的死亡。WP-1130、b-AP15均可作用于多个去泛素化酶。多泛素化修饰蛋白的累积阻滞细胞周期，从而有效抑制结肠癌等肿瘤的发展。WP-1130与Bortezomib有协同的肿瘤治疗作用，而b-AP15更多用于治疗耐Bortezomib药性的肿瘤。作为金属蛋白酶家族成员之一的去泛素化酶PSMD14，其在细胞内水平负调控多发骨髓瘤细胞的增殖以及患者的生存率，由此，Cleave Biosciences公司设计合成了针对PSMD14的特异性抑制剂并已进入临床试验前期。       03泛素化酶调节剂E1是泛素化体系中的第一个酶。两种E1 (Uba1和Uba6)调节了下游泛素化反应。因此，调控E1活性可调节下游某些与肿瘤相关蛋白的泛素化。目前，已有多种 E1 抑制剂被报道。例如，Uba1的抑制剂PYR-41 和PYZD-4409。但已进入临床试验的只有类泛素分子NEDD8 的E1活化酶抑制剂MLN4924。抑制E1会导致泛素化底物的累积，而 E1 较差的特异性和成药性成为了发展 E1抑制剂的绊脚石。E2 抑制剂具有较强的选择性，提供了在肿瘤治疗方面更大的空间。如抑制剂CC0651 通过与CDC34 的结合而发生的构象改变阻滞了Ub 的级联反应。E3的数量约有近700个，它能够特异性识别蛋白质底物，从而使得它成为多种相关疾病的治疗靶点。人们可以通过调控底物蛋白质的 E3 来调节目的蛋白，从而有针对性地提高疗效。如MDM2是肿瘤抑癌基因p53的E3，阻断MDM2和p53 的相互作用，可以稳定 p53，从而阻滞肿瘤细胞周期，促进凋亡。Nutlin-3 是第一个以 MDM2 为靶点的 E3 抑制剂。Nutlin-3模拟并占据 p53 与 MDM2 的结合位点，从而避免 p53 被泛素标记而降解。作为另一种稳定 p53的小分子药物，RITA 通过与 p53 的 N 端结合从而抑制 p53 与 MDM2 之间的相互作用。被批准用于治疗多发性骨髓瘤(MM)、套细胞淋巴瘤(MCL)、骨髓增生异常综合征(myelodysplastic syndromes)的药物       参考资料       [1]陈禹杉,姜天霞,周鲁明,冯仁田,邱小波.泛素-蛋白酶体通路与药物研发[J].中国生化药物杂志,2016,36(12):1-6.       [2]刘扬.泛素-蛋白酶体与药物应用[J].大学化学,2019,34(07):60-66.       作者简介：小泥沙，食品科技工作者，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品及功能性食品的开发与研究。【企业推荐】智药研习社近期课程报名来源：CPHI制药在线声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼点击阅读原文，进入智药研习社~