Neddylation 是一种翻译后修饰过程，类似于泛素化，可控制多种生物学过程。值得注意的是，它经常在肿瘤中被异常激活，并在肿瘤微环境 （TME） 的复杂动力学中起着关键作用。Neddylation 的这种调节影响广泛而深刻地渗透到 TME 中，影响肿瘤细胞、免疫细胞、血管生成和细胞外基质的行为。通常，Neddylation会促进肿瘤向恶性程度增加的方向进展。
2024年1月8日，由大连医科大学附属第一医院吴广圳教授、车翔宇教授共同通讯，大连医科大学博士研究生刘德权为第一作者在Biomarker Research 杂志在线发表了题目为“Deciphering the Role of Neddylation in Tumor Microenvironment Modulation: Common Outcome of Multiple Signaling Pathways”的论文，该杂志JCR期刊分区一区，影响因子11.1。
近年来，Neddylation修饰治疗领域取得了重大进展，特别是MLN4924与化疗或靶向治疗的结合。这种联合方法在治疗各种血液肿瘤和实体瘤方面取得了显着的成功。作者通过回顾总结近年来的研究进展，研究了MLN4924对Neddylation的抑制作用，并总结了目前MLN4924对各种肿瘤的治疗效果，对Neddylation修饰进行了全面、彻底的概述。
Neddylation是一种类似于泛素化的可逆翻译后修饰，其特征是神经前体细胞表达的发育下调蛋白8（NEDD8）与特定底物蛋白的可逆共价偶联。NEDD8是真核生物中一种高度保守的蛋白质，最初由Kumar等人于1992年克隆，与泛素具有60%的同一性和80%的相似性，使其成为所有泛素样蛋白中最与泛素相似的分子。 在NEDD8研究中，最初作为底物的非Cullin蛋白与乳腺癌相关蛋白3（BCA3）相关，BCA3是一种酵母衍生蛋白。然而，研究最广泛的底物是Cullin-RING连接酶，它构成了最大的泛素E3连接酶家族。CRL由600多个人类基因编码，其中518个是蛋白激酶基因。泛素-蛋白酶体系统促进细胞内约 20% 蛋白质的泛素化和降解。这种机制显着影响多种细胞过程，并与各种人类疾病有关。1998 年，研究人员发现 Cullin 蛋白和 NEDD8 在结肠癌和白血病细胞等多种癌细胞类型中均高度表达，从而加强了 Neddylation 与癌症进展的关联。2009 年，Soucy T. A. 等人认为 MLN4924 是一种有效的 NAE 抑制剂，可破坏 Cullin-RING 连接酶介导的蛋白质转换，并诱导肿瘤细胞凋亡。MLN4924通过与NAE酶结合来抑制Neddylation，导致其降解。这种抑制作用阻止了 NEDD8 蛋白的激活，从而阻碍了整个 Neddylation 过程。这种阻断导致未修饰的Cullin蛋白的积累，随后抑制泛素-蛋白酶体系统（UPS）的活性。这一系列事件最终导致泛素化蛋白的积累，并触发肿瘤细胞中的DNA损伤反应，导致细胞周期停滞、凋亡、衰老、自噬和线粒体功能改变。
癌症的病因与TME的复杂性有着内在的联系。这种环境的特征是细胞实体（如免疫细胞、成纤维细胞和内皮细胞）嵌入复杂的细胞外基质（ECM）中，对肿瘤进化具有深远的影响。TME内复杂的细胞间和基质相关相互作用是肿瘤个体发生的基础，并且是增加治疗难治性的重大因素，如耐药性。从历史上看，传统的治疗方式在解决TME为恶性细胞提供的保护性庇护所方面是短视的。作者旨在概括和探讨Neddylation机制对TME的影响以及基于Neddylation的MLN4924的抗肿瘤作用。通过这一分析，试图对癌症生物学的这一重要领域进行全面概述（图1）。
图 1. Neddylation 是一个复杂的多步骤过程，涉及 NEDD8 蛋白与靶蛋白的翻译后修饰，执行各种细胞功能和蛋白质降解。
TME是一个围绕肿瘤细胞的复杂环境，由肿瘤细胞与各种TME成分之间错综复杂的相互作用来定义。作者对Neddylation 通过各种信号通路调节 TME进行了全面的前沿信息总结：
肿瘤细胞内Neddylation的调控机制：来自p53和PI3K/AKT/ mTOR通路的见解
p53通路是Neddylation调控癌细胞的重要机制。一般来说，p53通路是调节癌细胞响应DNA损伤的核心。根据损伤的严重程度，p53停止细胞周期进行修复，或者诱导细胞凋亡，防止不受控制的细胞生长。然而，核糖体蛋白L11（RPL11）通常参与蛋白质合成，影响p53通路。 当核糖体生物活性受到干扰时，RPL11与MDM2结合，MDM2是一种靶向 的E3泛素连接酶，从而通过阻止其降解来保留p53。 值得注意的是，Neddylation 通过抑制 RPL11 的核仁释放来干预该途径，从而保护其免受降解。这种干预阻碍了RPL11-MDM2复合物的形成，有效地将p53通路转向肿瘤恶性程度增加的方向（图2）。
Neddylation 通过 PI3K/AKT/mTOR 信号通路对肿瘤细胞行为也具有类似的调节作用。该通路由RTK或GPCR结合启动，激活PI3K，将PIP2转化为PIP3。这种转化使AKT激酶通过PDK1激活。激活的AKT抑制TSC，增强mTORC1活性，这是各种疾病的病理标志，并允许Rheb激活mTORC1。然而，该通路由PTEN调节，PTEN将PIP3恢复为PIP2，从而否定AKT的激活信号。最近的研究表明，PTEN经历了Neddylation，可能促进其向细胞核的易位。这种调制随后放大了PI3K/AKT/mTOR通路内的信号转导。值得注意的是，由NEDP1介导的PTEN的Deneddylation化可以减弱PI3K/AKT/mTOR通路中的信号传导（图2）。
图2. RPL11-MDM2-p53 和 PI3K/AKT/mTOR 通路之间的相互作用可以通过 Neddylation 进行调节。
浸润免疫细胞中Neddylation的调控机制：来自NF-κB和EGFR通路的见解
NF-κB通路在免疫功能中起着举足轻重的作用。当检测到危险信号时，先天免疫细胞激活NF-κB，通过释放炎性细胞因子促进抗肿瘤活性。Neddylation涉及 NEDD8 与 Cul1 共价连接的过程，可放大 SCF 复合物的活性。 这种增强使SCF复合物能够更有效地泛素化其靶蛋白，如IκB蛋白。活化的 IKK 复合物可以将 IκB 磷酸化为 pIκB，使其能够被泛素结合酶 SCF 识别，并通过泛素化和蛋白酶降解。Neddylation过程可能通过激活Cul1来增强SCF活性，从而间接调节NF-κB通路的表达。扩增的Neddylation可促进IκB蛋白的多泛素化和蛋白酶体降解，从而将TME的免疫反应引导至癌症促进（图3）。
同样，EGFR显着调节免疫细胞行为。配体结合后，EGFR激活刺激Treg激活，形成促进肿瘤生长的免疫抑制微环境。 它还会促使自磷酸化，调节细胞因子基因的转录，包括IL-6、IL-8、IL-10和VEGF。这些细胞因子阻碍树突状细胞的成熟和功能，从而降低其杀瘤能力。此外，EGFR/PI3K/AKT/mTOR通路将巨噬细胞极化引导至M2表型，M2表型分泌EGF、血小板衍生生长因子（PDGF）和转化生长因子（TGF）-β等生长因子，有利于肿瘤细胞增殖和存活。 该途径进一步降低了CD8+T细胞的细胞毒性，减弱了对癌细胞的免疫应答，并促进了肿瘤进展。c-Cbl扩增了EGFR通路，c-Cbl是一种泛素连接酶，利用泛素样分子NEDD8修饰EGFR。这一作用触发EGFR内化，导致EGFR的内化和通路表达的进一步增强。综上所述，EGFR的Neddylation通过调节TME中各种免疫细胞的表达间接促进肿瘤的发生和发展（图3）。
图 3. Neddylation 在调节 NF-κB 通路和 EGFR 通路中起着至关重要的作用，影响多种免疫细胞。
肿瘤组织血管生成中Neddylation的调控机制：来自缺氧诱导因子（HIF）通路的见解
HIF通路是肿瘤血管生成的关键。HIF-1主要由HIF-1α和HIF-1β组成，其活性对氧敏感。HIF-1调节缺氧条件下葡萄糖代谢和细胞存活所必需的基因。值得注意的是，VHL是一个Neddylation靶标。当发生Neddylation时，它会抑制HIF-1α的后续降解，从而促进其稳定。这种情况可能会增加肿瘤恶性程度。因此，维持 Neddylation 过程的稳态可以通过调节 HIF-1α 来增强 TME 内的血管生成。这反过来又深刻地影响了肿瘤的发展（图4）。
图 4. HIF信号通路通过根据氧气可用性调节HIF-1α水平，而Neddylation通过抑制HIF-1α降解，可以促进肿瘤生长和血管生成。
ECM、CAF以及EMT中 Neddylation 的调控机制：来自 TGF-β 与Hippo-YAP通路的见解
TGF-β显著调节TME内的ECM。它刺激关键ECM蛋白的产生，导致许多实体瘤中更致密的ECM沉积和特征性基质刚性。 此外，TGF-β调节ECM重塑酶，影响ECM完整性并促进肿瘤细胞侵袭。TGF-β通过促进EMT，增强上皮细胞运动性和侵袭性，促进肿瘤进展。除了对 ECM 的直接影响外，TGF-β还通过激活 CAF 间接影响 ECM 重塑。因此，TGF-β诱导成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，肌成纤维细胞是一种CAF亚型，可产生大量的ECM成分和ECM重塑酶。最近的一项研究表明， TGFβRII的磷酸化会引发RING E3连接酶c-CBL激活，从而稳定并延长其信号传导。该机制靶向TGFβRII在内源性条件下进行网格蛋白介导的内吞作用，由Neddylation调节。因此，Neddylation 间接调节 TGF-β 通路的表达。增强的Neddylation导致TGF-β通路表达增强，增加肿瘤的侵袭性和迁移能力，从而增加肿瘤恶性程度（图5）。
Hippo-YAP信号通路是 EMT 的关键调节因子，在正常条件下协调组织稳态，并在失调时驱动肿瘤的形成和进展。YAP与TEA结构域和其他转录因子形成复合物，促进促增殖和抗凋亡基因的转录，从而促进肿瘤的发生、进展和耐药性。这种调控格局也受到Neddylation的影响，其中NEDD8底物CUL7和CUL4（均为泛素连接酶）促进哺乳动物STE20样蛋白激酶1的泛素化，并可能促进大肿瘤抑制激酶1和2（LATS1/2）的泛素化。这些事件激活了YAP信号转导，表明Neddylation可以扩增促进增殖和抑制细胞凋亡的基因的转录。除了在肿瘤发生中的作用外，YAP 还协调癌症转移，通过重塑肌动蛋白细胞骨架和促进 EMT 来指导肿瘤细胞侵袭和迁移等关键过程。YAP激活控制细胞迁移、侵袭和EMT的基因的转录，如结缔组织生长因子、成纤维细胞生长因子和MMP。它们在肿瘤细胞中的表达上调是肿瘤细胞转移过程中的关键参与者，强调了它们在癌症扩散中的关键作用（图5）。
图 5. 受 NEDD8 调节的 TGF-β 和 Hippo-YAP信号通路共同形成了一个影响肿瘤发展的复杂网络。
之后作者还针对MLN4924的治疗效果进行了最新总结：MLN4924，也称为Pevonedistat，是一种靶向NAE的小分子抑制剂，NAE是Neddylation途径中的关键酶。MLN4924专注于其作用机制，独特地抑制NAE，NAE是激活CRLs的Neddylation途径的关键促进剂。MLN4924对NAE的抑制阻碍了CRLs的激活，导致CRL底物的积累和常规细胞过程的破坏。该化合物通过选择性地形成与NAE活性位点结合的共价NEDD8-MLN4924复合物来抑制NAE，从而保持其活性。这种选择性和几种癌症中经常失调的Neddylation通路凸显了MLN4924的治疗潜力。
该化合物具有诱导细胞周期停滞、细胞凋亡、衰老和自噬的能力，因此在多种癌症类型（包括淋巴瘤、白血病和实体瘤）的临床前研究中显示出前景。其治疗效果和安全性目前正在临床试验中进行评估。尽管MLN4924（Pevonedistat）在临床前和临床研究中都有潜力作为各种癌症类型的新疗法，但它并非没有局限性。其中一个问题是耐药性，它可能由 NAE1 的突变引起。这些突变改变了药物的结合位点，从而阻碍了其抑制作用。此外，在一些耐MLN4924癌细胞中观察到NEDD8偶联蛋白的表达增加。I期试验也报道了疲劳、恶心、呕吐、腹泻和贫血等不良副作用。
作者认为，虽然MLN4924选择性地抑制NAE，但它可能无法完全阻断所有NEDD8偶联通路。目前MLN4924已在临床前模型中证明有效，但作为独立疗法可能并不是足够的。某些癌症类型可能需要与其他治疗方法联合，以提高其治疗效果。
参考消息：
https://biomarkerres.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40364-023-00545-x
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