中国医科院刘芝华团队揭示去泛素化酶 OTUB2 的抑癌机制

美国东部时间 10 月 25 日上午 11 点，国际学术期刊 Cell Reports 发表了来自中国医学科学院/北京协和医学院刘芝华团队题为 OTUB2 exerts tumor-suppressive roles via STAT1-mediated CALML3 activation and increased phosphatidylserine synthesis 的研究论文。

该研究揭示了去泛素化酶 OTUB2 在舌及食管鳞状细胞癌中的重要抑癌功能，并发现该功能是通过促进转录因子 STAT1 的磷酸化及二聚体形成而实现的。通过代谢组学研究，作者们发现磷脂酰丝氨酸合成增加是介导 OTUB2 抑癌功能的关键代谢事件，并且临床前研究结果提示经口服用磷脂酰丝氨酸可能会为抑制舌及食管鳞状细胞癌的发生发展带来帮助。

泛素化修饰是一种动态并且可逆的蛋白翻译后修饰过程，受到 E3 泛素连接酶及去泛素化酶的平衡调控。近年来越来越多的去泛素化酶被报道在肿瘤发生发展中发挥重要的功能。然而，随着研究的进展，很多去泛素化酶被揭示在不同的肿瘤类型中可能会发挥不同的功能，甚至是完全相反的促癌或抑癌功能。去泛素化酶 OTUB2 是已知的促癌蛋白，曾被发现促进肺癌的进展及乳腺癌细胞的转移等恶性表型。然而，关于 OTUB2 的肿瘤抑制功能尚未有报道。

鳞状细胞癌发生率约占头颈部恶性肿瘤的 90%，而口腔鳞状细胞癌是全球头颈部鳞状细胞癌的主要类型。对烟酒的减少摄入显著减少了口腔癌的发生率，然而研究表明近年来舌癌的发病率呈上升趋势，特别是年轻女性的比例，提示存在着其他未知的致癌因素。食管癌作为另一种上消化道恶性肿瘤，是导致肿瘤相关死亡的主要癌种之一。食管鳞状细胞癌是食管癌的主要病理类型，并且主要发生于中国及其他亚洲发展中国家。烟酒摄入被认为是导致食管鳞状细胞癌发生的生活因素之一，但不足以完全解释食管鳞状细胞癌的地区分布。因此，导致食管鳞状细胞癌的其他生活因素还有待揭示。

为了研究 OTUB2 在上消化道鳞状细胞癌中的功能，作者们首先检测了其在正常食管上皮及食管鳞状细胞癌组织中的表达情况。通过对免疫组化结果进行分析，作者们惊讶地发现这个被认为是促癌蛋白的 OTUB2 在食管鳞状细胞癌中的表达存在广泛的缺失，并且预后分析表明具有 OTUB2 高表达的食管鳞状细胞癌患者有更长的总生存期。

为了进一步验证 OTUB2 在上消化道鳞状细胞癌中的抑癌功能，刘芝华团队与蛋白质组学国家重点实验室张令强教授合作开发了 Otub2 基因敲除小鼠模型，并采用致癌剂 4NQO 诱导小鼠舌及食管鳞状细胞癌的发生。作者们发现经过致癌剂诱导后，Otub2 敲除小鼠舌及食管鳞状细胞癌的发生率较野生型小鼠显著升高。此外，一系列应用人肿瘤细胞的小鼠体内实验也进一步验证了 OTUB2 在上消化道鳞状细胞癌发生发展中的抑癌功能。

在接下来的研究中，作者们通过转录组学、蛋白组学以及后续分子生物学实验验证，揭示了 OTUB2 发挥抑癌功能的关键下游基因 CALML3。然而，OTUB2 本身的蛋白结构没有作为转录因子的特点，因此作者们进一步通过质谱鉴定并锁定了 STAT1 是介导 OTUB2 对 CALML3 转录激活的关键转录因子。

泛素化实验证实 STAT1 是去泛素化酶 OTUB2 的直接底物。然而，与保护底物蛋白不被降解的一般去泛素化作用不同，OTUB2 对 STAT1 的去泛素化修饰在不影响其蛋白稳定性的情况下促进了 STAT1 的 Tyr701 位点磷酸化修饰及进一步的二聚体形成。这些结果揭示了非降解型泛素化、去泛素化修饰对转录因子 STAT1 活性的调控，并提出了之后进一步研究介导该修饰类型的 E3 泛素化连接酶的重要性。

最后，通过脂质组学研究，作者们发现过表达 OTUB2 的肿瘤细胞中磷脂酰丝氨酸含量显著升高，提示这可能是介导 OTUB2 抑癌功能的关键代谢事件。磷脂酰丝氨酸作为细胞膜的重要功能成分，对神经系统的功能至关重要，并已被多个国家批准用于食品添加。然而，关于在食物中补充磷脂酰丝氨酸的抗肿瘤研究尚未有报道。为了进一步验证口服磷脂酰丝氨酸对上消化道鳞状细胞癌的抑制功能，作者们利用鳞状细胞癌人源肿瘤组织异种移植模型（patient-derived xenotransplantation, PDX）进行了临床前研究，并发现口服磷脂酰丝氨酸显著抑制了 OTUB2 低表达鳞状细胞癌的发展以及增强了其对化疗药物的敏感性。综上，该研究为后续进一步探索应用磷脂酰丝氨酸预防及治疗人类恶性肿瘤提供了重要的前期基础。

中国医学科学院肿瘤医院刘芝华教授为该文章通讯作者，中国医学科学院肿瘤医院常婉博士、美国 Dana-Farber 癌症研究所罗擎宇博士及吴晓巍博士为共同第一作者。该研究受国家重点研发计划、国家自然科学基金、医科院创新工程等项目资助。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.celrep.2022.111561

转自：“丁香学术”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！