综述：APC/C共激活因子Cdh1与Cdc20：癌症进展的机制见解与治疗机遇

《Cellular Signalling》：APC/C coactivators Cdh1 and Cdc20: Mechanistic insights into cancer progression and therapeutic opportunities

本文系统阐述了APC/C（后期促进复合体/环状体）及其共激活因子Cdc20与Cdh1在细胞周期调控中的核心作用，重点分析了二者在肿瘤发生发展中的双重功能（Cdc20促癌，Cdh1抑癌），并探讨了靶向APC/C通路的新型抑制剂（如Apcin、TAME）与联合治疗策略（如免疫疗法协同），为癌症治疗提供了新视角。

　　

APC/C共激活因子Cdh1与Cdc20：癌症进展的机制见解与治疗机遇

引言

真核细胞的增殖由一系列高度有序的步骤决定，包括间期（G₁期、S期、G₂期）和有丝分裂（M期）。这四个细胞周期时相的进程受到蛋白质的精确调控，这些蛋白质的活性和稳定性可以通过泛素化等翻译后修饰来调节。后期促进复合体（Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome, APC/C）作为一个大型多亚基复合体，是一种环状结构域的E3泛素连接酶，通过控制特定细胞周期调节因子的泛素依赖性降解来调控细胞周期转换。APC/C由19个来自14种蛋白质的亚基组成，这些蛋白质可分为三个子复合体：催化核心（APC2和APC11）、平台（APC1、APC4、APC5和APC15）和四肽重复序列（Tetratricopeptide Repeat, TPR）亚基（APC3、APC6、APC7、APC8、APC10、APC12、APC13和APC16）。APC/C整体呈环状结构，其中央有通道允许底物蛋白通过，以便有效识别和结合。催化核心APC2在复合体的结构支持和功能调节中起重要作用。APC8可能参与APC/C激活过程中的构象变化，尤其是在Cdc20或Cdh1结合时，APC8帮助APC/C从自抑制状态转变为激活状态。APC11是一个具有E3泛素连接酶活性的RING-H2蛋白结构域，负责催化泛素分子从E2转移到底物蛋白，从而启动底物蛋白的泛素化过程，最终导致底物蛋白降解。

底物泛素化过程需要形成APC/C-激活因子-底物复合物，而APC/C活性的调节和底物的特异性识别主要依赖于共激活因子Cdc20和Cdh1。Cdc20和Cdh1都含有WD40蛋白结构域，主要用于招募和识别底物，它们增强E2与APC/C的相互作用，并结合TPR臂结构中的APC3和APC8。APC/C通过破坏底物基序或降解子（如D-boxes、ABBA motifs和KEN-boxes）来招募底物，这些基序与WD40蛋白结构域上共激活因子的相应受体相互作用。

Cdc20和Cdh1负责连接底物并激活APC/C的泛素连接酶活性，形成两种不同的E3泛素连接酶复合体，即APC^Cdc20和APC^Cdh1。在底物招募后，APC/C主要催化在靶蛋白上组装K11连接和K48连接的多聚泛素链，这些链标记它们以便被26S蛋白酶体识别并随后降解。K11泛素链通过一个泛素分子第11位赖氨酸残基与另一个泛素分子C末端甘氨酸残基（G76）之间的异肽键形成，产生线性或短分支的多聚泛素链。这种泛素链结构相对紧凑，更适合被特定的泛素受体（如蛋白酶体相关亚基）识别，而不依赖于传统的泛素结合结构域（Ubiquitin-Binding Domains, UBDs）。K11泛素链的核心功能是靶向底物蛋白被26S蛋白酶体降解，这一降解功能对细胞周期调控具有高度特异性。例如，APC/C^Cdc20介导K11泛素化以降解细胞周期蛋白A（Cyclin A）等底物，促进从中期到后期的转换。

相比之下，K48泛素链是26S蛋白酶体降解途径的经典“降解信号”。它通过一个泛素分子第48位赖氨酸残基（K48）与另一个泛素分子的G76之间的异肽键形成。K48链采用“延伸”结构，其暴露的特定氨基酸序列（如Ile44疏水斑块）可以被26S蛋白酶体的泛素受体亚基（如Rpn10和Rpn13）有效识别。由于K48泛素链由各种E2连接酶（Ube2D家族）和E3连接酶（SCF和HECT家族）催化，它们几乎存在于细胞周期和生理过程的所有阶段，使其成为一种“通用”的降解泛素链。例如，细胞周期调控中细胞周期蛋白E（Cyclin E）的K48泛素化和降解促进了从G₁期到S期的转换。值得注意的是，K11和K48泛素化都不会改变底物蛋白的亚细胞定位，降解信号（蛋白酶体靶向）优先于定位信号。总的来说，这两种泛素连接确保了快速且不可逆的底物周转，从而驱动有序的细胞周期进程。

在有丝分裂期间，Cdc20或Cdh1与APC/C之间的结合通过翻译后修饰进行精确和动态的调节，以确保细胞分裂的正确顺序。对于Cdc20，其与APC/C的结合取决于APC/C亚基（APC3、APC8）的磷酸化。这种磷酸化改变了APC/C的构象，为Cdc20创建了一个结合位点。相比之下，Cdh1在整个有丝分裂期间由于被CDK激酶高度磷酸化而保持失活状态，阻止其与APC/C结合。Cdc20和Cdh1之间的功能转换被视为细胞周期中的“接力控制”机制，核心开关发生在有丝分裂后期。在M期从中期到后期的转换过程中，APC/C^Cdc20被激活，导致分离酶抑制蛋白（Securin）和部分细胞周期蛋白B（Cyclin B）的降解，从而降低成熟促进因子（Maturation-promoting factor, MPF）的活性。在有丝分裂后期，当MPF活性降至阈值水平以下时，Cdc14/PP2A使Cdh1去磷酸化，同时Emi1被降解。这使得Cdh1能够替代Cdc20与APC/C结合，形成APC/C^Cdh1复合体。最终，APC/C^Cdh1通过组成性靶向细胞周期蛋白和S期启动因子进行降解来维持G₁期。进入G₁期后期的标志是Cdk2-CyclinE活性的上升，该活性磷酸化Cdh1从而使其失活并关闭APC/C。随之而来的细胞周期蛋白的重新积累是S期进入的先决条件。有趣的是，Cdh1的Ser-39/40/42残基可以进行O-GlcNAc糖基化。这种修饰与磷酸化存在拮抗关系：O-GlcNAc糖基化阻断了Cdh1上的磷酸化位点，从而间接促进其非磷酸化状态。因此，这增强了Cdh1与APC/C的结合潜力，也调节了APC/C^Cdh1复合体的活性。

总体而言，在早前期，活化的Cdc20结合磷酸化的APC/C以降解有丝分裂底物；APC^Cdc20在后期泛素化分离酶抑制蛋白/细胞周期蛋白B，随着Cdk1活性下降，去磷酸化的Cdh1替代Cdc20，使APC/C保持活性直至G₁期早期，确保G₁期稳定。APC/C通过与Cdc20和Cdh1结合以及磷酸化等机制调节其活性和底物识别，在细胞周期中发挥关键作用。

Cdc20在细胞周期调控中的作用

Cdc20在细胞周期调控中起核心作用，是真核生物有丝分裂正确完成所必需的。Cdc20的表达和活性受到严格调控，其mRNA和蛋白水平在整个细胞周期中呈现动态变化。Cdc20的mRNA水平在因添加α因子而停滞在G₁期的细胞中较高，但在S期降低，在G₂期和有丝分裂期增加。Cdc20蛋白水平在S期增加，在有丝分裂期间达到峰值，然后降低。

Cdc20在肿瘤中的作用

Cdc20的精确调控对于维持有丝分裂保真度和保持基因组稳定性至关重要。研究表明，Cdc20在人类肿瘤发生中具有致癌功能。在各种癌细胞中，Cdc20的表达水平高于正常细胞，尤其是在肺癌、胃癌和乳腺癌中。这种异常的高表达与不良的临床预后密切相关。Cdc20的过表达使得癌细胞能够绕过纺锤体组装检查点，导致染色体错误分离和非整倍体，从而促进肿瘤发生。此外，Cdc20通过调节p53、BubR1和Survivin等关键蛋白的稳定性，影响细胞凋亡和化疗耐药性。

Cdc20在免疫微环境调控中的作用

作为细胞周期调控的核心分子，Cdc20最近被发现通过多种机制参与肿瘤免疫逃逸和微环境重塑。在前列腺癌中，抑制细胞周期调节蛋白Cdc20可以激活GSDME（gasdermin E），从而诱导肿瘤细胞发生焦亡——一种促炎性的程序性细胞死亡。焦亡过程中释放的免疫刺激信号，如DAMPs和PAMPs，增强了肿瘤微环境中的免疫浸润，并可能逆转免疫抑制状态。此外，Cdc20通过调节PD-L1的稳定性影响T细胞功能，为免疫检查点抑制剂联合靶向Cdc20治疗提供了理论依据。

APC/C^Cdh1在细胞周期调控中的作用

来自UbiBrowser网站的分析表明，Cdh1调控的大部分底物是细胞周期相关蛋白。Cappell等人报道，Cdh1失活是进入S期的关键步骤。在G₁期，EMI1最初作为APC/C^Cdh1的底物被降解，导致其水平较低，而APC/C^Cdh1保持高活性，从而维持细胞静止。当细胞准备进入S期时，EMI1水平上升，使其能够抑制APC/C^Cdh1，并允许细胞周期蛋白积累以启动DNA复制。

APC/C^Cdh1在肿瘤中的作用

细胞周期的严格调控确保细胞在生长和分裂过程中为每个子细胞获得一套完整的染色体。染色体分离错误可能导致非整倍体，这可能引发肿瘤抑制因子的丢失或癌基因的过表达。此外，DNA复制的误差可能导致突变，进而使肿瘤抑制因子失活。细胞周期调节因子的突变导致基因组不稳定性，这是恶性细胞的一个关键特征。Cdh1作为APC/C的共激活因子和肿瘤抑制因子，通过靶向多种癌蛋白（如Aurora A、PLK1和Skp2）进行降解来维持基因组稳定性。Cdh1的表达下调或功能丧失在许多癌症中被观察到，并与肿瘤进展和不良预后相关。

APC/C抑制剂研发现状

APC/C的功能障碍与多种癌症相关，包括结直肠癌、乳腺癌和肺癌等。Cdc20和Cdh1是APC/C的两个主要共激活因子，Cdc20的异常高表达与多种癌症的发生发展相关，而Cdh1通常表现为肿瘤抑制因子。因此，靶向APC/C及其共激活因子的抑制剂是癌症治疗中的一个重要研究方向。目前研究的抑制剂包括针对Cdc20-APC/C相互作用的Apcin、TAME（tosyl-L-arginine methyl ester）及其前药ProTAME。这些抑制剂通过破坏Cdc20与APC/C的结合或稳定APC/C的失活状态来发挥作用，诱导有丝分裂停滞和细胞死亡。此外，针对Cdh1功能恢复的策略，如使用CDK抑制剂来促进Cdh1的活化，也显示出治疗潜力。联合治疗，例如将APC/C抑制剂与微管靶向药物或免疫检查点抑制剂结合，正在探索中以增强疗效并克服耐药性。

结论与展望

后期促进复合体/环状体（APC/C）最初在20世纪90年代末被鉴定为一种保守的E3泛素连接酶，因其在调节有丝分裂中期至后期转换中的作用而闻名。当前研究揭示，其共激活因子Cdc20和Cdh1在癌症中表现出双重作用：Cdc20通过促进有丝分裂退出和基因组不稳定性，在肺、胃和乳腺等肿瘤中充当致癌驱动因子；而Cdh1则通过降解癌蛋白和维持G₁/S检查点来发挥肿瘤抑制功能。针对APC/C通路的治疗干预，如小分子抑制剂Apcin/TAME和联合策略，显示出克服化疗耐药和激活抗肿瘤免疫的潜力。未来的研究需要解决APC/C抑制剂的选择性、递送方法和耐药机制等挑战。利用生物标志物（如Cdc20/Cdh1比率）进行患者分层，以及探索APC/C在细胞周期之外的功能（如代谢和神经元发育），将为癌症和其他疾病开辟新的治疗途径。