背景
结直肠癌（CRC）是世界上最常见的恶性肿瘤之一，发病率居第三位，死亡率居第二位。随着医学技术的进步及对潜在致病机制的认识，目前手术切除、放化疗、靶向治疗及免疫治疗等使CRC患者的治疗效果得到了实质性的改善，但晚期CRC患者的预后仍然很差，所以寻找能减缓疾病进展的新的病理生理机制和治疗靶点成为当务之急。而UPS是控制蛋白质降解的主要水解系统，它调节真核细胞中的许多细胞过程。有研究表明，不少UPS中的关键分子的表达与CRC病人的预后及肿瘤分期相关，UPS能够通过影响相关抑癌或原癌蛋白的降解，从而影响CRC的发生发展，且UPS的组分能够通过某些重要的信号通路在CRC起到相应的作用。
一.泛素-蛋白酶体系（UPS）
在真核细胞中，UPS是细胞蛋白降解的主要途径之一，具有ATP依赖性。用泛素标记蛋白质，通过一系列泛素化酶级联反应将泛素化蛋白质转运到26S蛋白酶体进行降解。蛋白质泛素化是一种翻译后修饰，不仅可以改变细胞内蛋白质的稳定性、调节蛋白质的定位和活性，还可以影响靶蛋白的功能，在维持细胞稳态中起关键作用(1)。UPS包括泛素（UB）、泛素化酶、去泛素化酶(DUBs)和26S蛋白酶体等。
泛素化的整个过程是特异性和选择性的，泛素化主要通过一种含有76个氨基酸的UB对靶蛋白进行标记，然后被泛素激活酶E1以腺苷5α-三磷酸（ATP）依赖性方式激活，形成硫酯键连接的E1-Ub缀合物。活化的Ub然后通过转巯基化反应传递至泛素结合E2。最后，可以结合底物和E2-Ub缀合物的泛素连接酶E3介导作为标记的UB与靶蛋白的共价连接。这个过程要么产生单泛素化的蛋白质，要么重复多次，依次加入额外的泛素分子以形成聚泛素化，从而控制底物的不同命运。先前的研究报道，多泛素化蛋白修饰是一个可逆和动态的过程。DUBs通过水解多泛素化链之间或泛素与其底物之间的硫酯键来去除泛素，从而保护靶蛋白免受蛋白酶体的侵害。许多类型的肿瘤表现出E2和E3的病理性表达以及DUBs的异常激活或沉默，从而导致癌症的进展和转移。
二.UPS与CRC
迄今为止，已知有两种E1酶、大约40种E2和大约600—1000种E3由人类基因组编码，它们共同协调数千种底物的泛素化。有关UB及泛素活化酶E1与CRC的研究较少，大部分研究集中在E2、E3及DBUs对CRC的影响中。
1. 泛素结合酶E2与CRC
泛素结合酶E2处于泛素化酶级联反应的中心，起到一个承上启下的作用。E2的结构域中有一个保守的半胱氨酸（Cys）残基，这个Cys残基作为活性位点与Ub形成硫酯键。E2接受活化的UB，并负责招募泛素连接酶E3及其底物。E2水平的升高经常促进肿瘤的生长，并与不良预后相关，表明E2在肿瘤发生中起关键作用。多种泛素结合酶E2包括泛素结合酶E2J1（UBE2J1）、泛素结合酶E2T（UB2T）、泛素结合酶 E2Q1(UBE2Q1)被发现与CRC的发展有关。
有研究发现转移性CRC组织的UBE2J1蛋白水平低于原发性CRC组织和邻近的正常组织，且UBE2J1 mRNA表达与肿瘤大小、T分类、TNM分期、淋巴结转移和远处转移呈负相关，这表明UBE2J1作为抑制基因抑制CRC细胞的增殖和转移(2)。
作为FA通路的一个组成部分，UBE2T 参与 DNA 损伤和通路修复。最近研究发现UBE2T在CRC组织中的表达明显高于癌旁正常组织，而且肿瘤中UBE2T蛋白表达水平高的患者的总体生存时间要比表达水平相对低的患者明显缩短，且UBE2T表达与N分类、临床TNM分期和组织学分级呈正相关。UBE2T的表达可作为总生存率的独立预测因子，用于预测CRC患者的总生存期，这将是CRC有价值的预后标志物，为靶向治疗策略的发展提供新的方向(3)。
p53 是一种众所周知的肿瘤抑制因子，并被定义为泛素-蛋白酶体系统靶向的关键因子。而UBE2Q1 是新发现的在人类结直肠肿瘤中显着表达的 E2 之一。研究表明UBE2Q1 的上调可能影响 p53 的转录活性，从而通过调节 p53 促进 CRC 进展(4)。
可以发现E2s表达的失调在CRC中发挥一定的作用，但研究比较局限，其中涉及的具体机制还需要进一步实验验证。
2. 泛素连接酶E3与CRC
泛素连接酶E3，是一个能够将泛素分子连接到目的蛋白质的某个赖氨酸上的酶，能够招募底物、决定泛素化的特异性、起到降解靶蛋白的作用。既往的研究中发现，E3酶的异常表达与肿瘤的发生有关，在癌症的发生、转移过程中起到重要作用。在既往的研究中发现部分E3s促进CRC的进展，例如：FBXW10、ABLIM1、RBBP6、UBR5、等。
E3 泛素连接酶 SCF （FBXW10）在CRC中表达上调，促进细胞增殖迁移和血管形成，而敲除 FBXW10 可抑制肿瘤增殖并减少肝转移，且FBXW10表达水平高的CRC患者预后较差(5)。
肌动蛋白结合LIM蛋白1（ABLIM1）是LIM结构域蛋白家族的成员。包含4个LIM结构域，一个卷曲螺旋结构域和HP结构域，LIM结构域蛋白包含一个或多个锌指基序，因此具有E3连接酶活性。通过免疫组织化学染色图像和半定量分析显示，与CRC邻近的正常组织相比，ABLIM1在结肠和直肠肿瘤中表达异常升高，而敲除ABLIM1，CRC细胞的生长、迁移和转移则受到了抑制。ABLIM1通过泛素化iĸbα，促进nf-κb信号通路活化，从而诱导CCL20表达，进而导致CRC细胞的生长和转移(6)。
视网膜母细胞瘤结合蛋白 6（RBBP6）是一种 200 kDa 的蛋白质，含有一个保守的无名指结构域，其功能是肿瘤抑制因子p53和 Rb24的负调节因子。研究发现，与正常结直肠粘膜组织相比，RBBP6在CRC组织中明显上调，并且发现RBBP6过表达与CRC患者的组织学分级、TNM分期和远处转移呈正相关，这可作为CRC患者的独立预测因素来判断CRC患者的预后(7)。
E3 泛素蛋白酶 UBR5 与多种生物学功能的调节有关，最近已成为癌症中泛素-蛋白酶体系统（UPS）的关键调节因子，研究发现UBR5在CRC中经常升高，在体内动物模型中敲低 UBR5可减少结直肠癌肿瘤的生长(8)。
同时有一些研究发现，部分E3在CRC中起到抑癌作用，例如SMURF2、TRIM21。
Smad泛素化调节因子2(SMURF2)属于E3泛素连接酶同源的E6-AP羧基末端 (HECT) 家族，通过数据库探索和表达分析，发现E3连接酶SMURF 2的水平与癌组织和细胞系中糖类应答元件结合蛋白（ChREBP）的水平呈负相关。费·克鲁普等证实了SMURF 2通过与ChREBP相互作用，促进 ChREBP 泛素化和降解，进而降低结直肠癌细胞的有氧糖酵解，导致细胞增殖减少，以此来抑制CRC(9)。
肿瘤抑制基因TP53是CRC中最常见的突变基因，突变体 p53 （mutp53） 蛋白通常在CRC中积累到非常高的水平，以通过功能获得（GOF）机制促进癌症进展，而泛素连接酶TRIM21直接与 mutp53 相互作用，导致 mutp53 泛素化和降解，抑制GOF，从而抑制CRC的发生(10)。
因为E3的种类多，有关其在CRC中作用的研究也较多，具体机制也更为深入。从目前的研究来看，E3在CRC中能够通过UPS降解相关原癌或抑癌蛋白，达到其抑制或促进肿瘤进展的作用。当然也有研究显示部分，E3酶可以在CRC中通过非泛素连接酶的作用影响肿瘤的进展。
3. 去泛素化酶 DUBs与CRC
泛素化与磷酸化相似，它们都属于可逆过程，通过DUBs来逆转泛素化过程，来维持人体内环境的稳态。在人类中，大约有100种不同的DUBs，可以大致分为七个结构不同的超家族。通过切割附着在底物上或Ub链内的Ub，来调节基本细胞过程。既可以作为去除Ub信号的开关，也可以作为变阻器来微调泛素化的数量和类型。
近来的一些研究发现，一些DUBs的异常激活会促进CRC的发生发展，例如USP21、OTUB2、USP43、USP47等。
Sun-Il Yun等实验证明了泛素特异性蛋白酶 21 （USP21）是 Fra-1 的去泛素化酶（DUB）），通过增加Fra-1蛋白的表达水平来促进Fra-1-mediated MMP-1表达，进而促进结肠癌细胞的侵袭和迁移(11)。
OTUB2（一种 OTU 去泛素化酶）在CRC中上调，直接与丙酮酸激酶M2 （PKM2）相互作用，并通过阻断PKM2与其泛素连接酶E3 Parkin之间的相互作用来抑制其泛素化，从而增强PKM2活性并促进糖酵解。在葡萄糖饥饿应激下，OTUB2对PKM2的作用增强，从而赋予CRC细胞代谢优势，而敲除OTUB2的CRC细胞增殖和迁移能力减弱，以及细胞凋亡水平升高，这表明OTUB2有望成为结直肠癌治疗的新靶点(12)。
在目前的研究中发现USP43在结直肠癌组织中高表达，并通过泛素化途径调节ZEB1降解，促进结直肠癌的增殖、迁移和侵袭。USP47的上调与CRC 临床患者的肿瘤发生和不良预后有关，且USP47与CCSCs（CRC干细胞）的干性维持密切相关(13)，这可能是其失调从而导致CRC发生发展的一个重要原因。
有关DUBs在肿瘤中的作用最近成为研究热点，其在CRC中绝大多数起到促进肿瘤进展的作用，并且与肿瘤的转移相关。
结语与展望
综上所述，UPS在结肠癌发生发展过程中发挥着重要作用。它可调节细胞的基本功能，包括有丝分裂、DNA复制和修复、细胞分化和转录调节。展望未来，有可能在结肠癌中识别越来越多的UPS底物及其特异性E2、E3复合物。为了更好地了解UPS的生物学功能及CRC的发病机制，开发新的治疗靶点和抗肿瘤药物，还需要我们进一步更深入的研究。
