泛素-蛋白酶体系统在VHL综合征中的调控失衡：从分子机制到靶向治疗新策略

《Clinical and Experimental Medicine》：Dysregulation of the ubiquitin-proteasome system in von Hippel-Lindau syndrome: molecular insights and clinical perspectives

本综述聚焦von Hippel-Lindau（VHL）综合征这一遗传性肿瘤易感疾病，系统探讨了其核心发病机制——泛素-蛋白酶体系统（UPS）的功能失调。研究人员深入分析了VHL-E3泛素连接酶复合物的结构功能、去泛素化酶（DUBs）的逆向调控作用，以及HIF（缺氧诱导因子）等底物蛋白的异常积累如何驱动肿瘤发生。文章全面总结了针对UPS各组分的治疗策略（如PROTAC、HIF-2α抑制剂Belzutifan等）的最新进展，为VHL综合征的精准治疗提供了重要理论依据和转化方向。

　　

在遗传性肿瘤研究领域，von Hippel-Lindau（VHL）综合征一直是一个引人入胜的谜题。这种常染色体显性遗传疾病犹如一把悬在患者头上的达摩克利斯之剑，患者往往在青壮年时期就面临多器官肿瘤的威胁——从中枢神经系统的血管母细胞瘤到肾细胞癌（RCC），从胰腺神经内分泌肿瘤到嗜铬细胞瘤（PHEOs）。更令人困扰的是，尽管我们已经知道VHL基因突变是罪魁祸首，但不同突变类型导致的临床表现却千差万别，这背后隐藏着怎样的分子秘密？

问题的答案可能就藏在细胞的"蛋白质质量控制系统"——泛素-蛋白酶体系统（UPS）中。在正常细胞中，VHL蛋白扮演着"分子标签师"的关键角色，它作为E3泛素连接酶复合物的核心组分，能够精准识别并标记需要降解的蛋白质，其中最重要的就是缺氧诱导因子（HIF）。当氧气充足时，VHL蛋白会引导HIF进入蛋白酶体被降解，维持细胞内的稳态。然而在VHL综合征患者中，基因突变使得这套精密的降解系统失灵，导致HIF等致癌蛋白异常积累，最终引发肿瘤。

发表在《Clinical and Experimental Medicine》的这篇综述文章，就像一位经验丰富的侦探，带领我们深入探索VHL综合征中UPS系统的每一个犯罪现场。研究人员系统梳理了从E3泛素连接酶到底物识别的整个调控链条，揭示了分子伴侣如何影响VHL蛋白的正确折叠，去泛素化酶（DUBs）又如何与E3酶"唱反调"维持着微妙的平衡。更令人振奋的是，文章还为我们指明了对抗这种疾病的新武器——从直接靶向HIF-2α的Belzutifan，到革命性的PROTAC技术，这些创新疗法正在改写VHL综合征的治疗格局。

研究人员主要通过文献系统回顾和分子机制分析的方法开展本研究。他们整合了临床基因组学数据与结构生物学证据，建立了基因型-表型关联模型；利用蛋白质相互作用网络分析，揭示了UPS各组分的功能联系；通过对临床试验数据的荟萃分析，评估了各种靶向治疗策略的疗效与局限性。这些方法的综合运用使得研究能够从分子、细胞到临床多个层面全面阐释VHL综合征的发病机制和治疗前景。

I. E3泛素化连接酶：核心

pVHL蛋白的正确折叠需要分子伴侣系统的精细调控。TRiC/CCT伴侣蛋白与Hsp70协同作用，确保pVHL形成能够与Elongin C结合的功能构象。当VHL基因发生错义突变时，这种精细的折叠过程就会被打乱，导致蛋白质错误折叠并过早降解。有趣的是，某些位于pVHLβ-折叠结构域的突变虽然不影响与分子伴侣的结合，却会破坏其与HIF的相互作用，这解释了为什么不同突变类型会导致不同的临床表型。

Elongin C作为VHL-E3连接酶复合物的关键桥梁，其稳定性直接影响整个降解系统的功能。研究发现ELOC基因的Tyr79Cys突变会破坏与pVHL Pro154的氢键相互作用，导致复合物组装异常。更令人惊讶的是，携带ELOC突变的肾细胞癌往往表现出比典型VHL突变更温和的临床过程，提示我们可能存在不同的肿瘤发生途径。

Cul2和Rbx1作为E3连接酶的支架蛋白，其nedd化修饰是激活整个泛素化级联反应的关键步骤。某些VHL突变（如K159E）会干扰Cul2的nedd化，从而破坏VCB-Cul2复合物的稳定性。与此同时，E2泛素结合酶E2-EPF UCP的过表达被发现能促进pVHL的降解，这为治疗那些保留部分功能的pVHL错义突变提供了新的靶点思路。

II. 去泛素化酶：调控

去泛素化酶（DUBs）如同UPS系统的"刹车装置"，能够逆向移除底物蛋白上的泛素链。USP20（VDU2）被证实能够直接与HIF-1α相互作用，通过去泛素化稳定HIF-1α蛋白。而当pVHL的β-结构域发生特定突变（如Y98H、Y112H）时，会破坏与这些DUBs的相互作用，导致II型VHL疾病的发生。

USP51则通过直接结合Elongin C来拮抗HIF-1α的泛素化降解，在缺氧条件下，HIF-1α的激活又会反过来上调USP51表达，形成促进癌症的正反馈循环。相反，OTUD6B能够增强pVHL与Elongin B的相互作用，保护pVHL免于降解。这些发现揭示了DUBs在VHL疾病中的复杂作用网络：它们既可能是促进肿瘤发生的"敌人"，也可能是维持pVHL功能的"朋友"。

III. 底物蛋白：影响疾病表现的因素

HIF

作为VHL-E3连接酶复合物的经典底物，HIF家族是调节缺氧适应性反应的核心转录因子。在正常氧条件下，PHD家族（EGLN1-3）介导HIFα亚基保守脯氨酸残基的羟基化修饰，这是pVHL特异性识别HIF的分子开关。临床研究表明，VHL基因的功能丧失性突变破坏了这一精细调控机制，导致稳定的HIF与HIF-1β形成异源二聚体，激活包括GLUT1、VEGF、EPO等下游靶基因的表达。

值得注意的是，不同突变类型对HIF调控能力的影响存在显著差异。基于突变位点的功能特征，患者可分为HIF-α结合位点错义突变组（HM）、非HIF-α结合位点错义突变组（nHM）和截短突变组（TR）。统计分析显示HM组患者发生中枢神经系统血管母细胞瘤（CHB）和肾细胞癌（RCC）的风险显著更高。某些VHL突变体（如R167Q、D121G）甚至保留部分HIF调控能力，这种"剂量效应"而非"全或无"的调控模式为了解VHL疾病临床表现的异质性提供了新视角。

在HIF家族成员中，HIF-1α和HIF-2α的相对贡献一直是学术争议的焦点。早期研究证明HIF-2α的激活对透明细胞肾细胞癌（ccRCC）的恶性转化至关重要，而HIF-1α可能具有肿瘤抑制功能。然而随着临床研究的深入，发现HIF-1α在ccRCC中高表达与不良临床结局显著相关，提示在ccRCC发展过程中可能存在HIF亚型的动态转换机制：HIF-1α在肿瘤发生早期占主导地位，促进肿瘤发生但限制增殖；随着肿瘤进展，HIF-2α表达上调，驱动更具侵袭性的表型。

其他底物蛋白

除了HIF家族，其他关键底物蛋白在VHL发病机制中也扮演重要角色。非典型蛋白激酶C（aPKC）可直接与pVHL的β-结构域结合，进而被VCB-Cul2复合物介导泛素化降解。在ccRCC中，PKCδ的异常激活被证明能够促进肿瘤细胞迁移和侵袭。

RNA聚合酶II（RNAPII）的最大亚基RPB1在DNA损伤或紫外线辐射条件下会发生P1465位点的羟基化修饰，这一修饰由脯氨酰羟化酶PHD1催化，作为pVHL识别和泛素化降解的信号。临床样本分析显示，VHL缺陷的ccRCC肿瘤表现出独特的RPB1羟基化模式。

FOXA2作为重要的转录因子，被发现与pVHL E3泛素连接酶直接相互作用，并能通过该机制调节HIF2α的表达水平。FOXA2第264位赖氨酸（K264）突变为精氨酸（R）会显著降低其泛素化修饰，从而增强其对HIF2α转录活性的促进作用。B-Myb作为重要的细胞周期调控蛋白，在pVHL功能丧失的肿瘤中，其表达下调与G2/M期阻滞、有丝分裂缺陷等细胞表型密切相关，提示其可能通过HIF非依赖性途径发挥癌基因功能。

IV. 药物治疗

蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）

作为双功能分子，PROTAC由靶蛋白配体、连接链和E3连接酶配体三部分组成。基于VHL机制的PROTAC仍然是主导策略，研究人员已开发出靶向ALK酪氨酸激酶的PROTAC来抑制小细胞肺癌肿瘤生长，靶向雄激素受体（AR）以缓解前列腺癌患者的耐药性，以及靶向EZH2酶亚基并介导其降解，为淋巴瘤提供潜在治疗策略。虽然尚未有针对VHL综合征的PROTAC药物进入临床开发，但其分子病理学为这类降解剂提供了理想的应用场景。

蛋白稳态调节剂

组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACis）能够通过抑制HDAC6-Hsp90伴侣轴，稳定具有E3泛素酶活性的错义突变pVHL的功能。临床研究显示，vorinostat等HDACis能够阻断Hsp90对突变pVHL的降解，调节蛋白稳态，在患者肿瘤基质细胞中提高pVHL表达，进而抑制HIF相关通路。这为临床VHL治疗提供了新思路，但干预时机和治疗持续时间仍需大量临床观察来明确。

蛋白酶体抑制剂

蛋白酶体抑制剂（如bortezomib和carfilzomib）代表了一种间接的"合成致死"策略。当这些药物抑制蛋白酶体功能时，会阻止大量蛋白质的正常清除，引发严重的细胞内应激，最终诱导肿瘤细胞凋亡。然而由于其广谱、非特异性以及对实体瘤疗效有限，这类药物尚未成为VHL综合征的主流疗法。

缺氧诱导因子-2α（HIF-2α）抑制剂

Belzutifan（MK-6482）是迄今为止唯一获得FDA批准用于治疗VHL相关性和散发性RCC的第二代HIF-2α抑制剂。它通过选择性破坏HIF转录复合物的异源二聚化，影响下游转录因子表达，从而阻止肿瘤发生。从2021年的首次人体I期研究到随后的II期研究，再到III期试验，belzutifan在既往治疗过的晚期RCC患者中表现出优于mTOR抑制剂everolimus的缓解率。此外，belzutifan在VHL疾病相关的中枢神经系统肿瘤中也显示出抗肿瘤活性，可能需要持续治疗超过3年，提示它可能也是VHL疾病相关中枢神经系统肿瘤的系统治疗选择。

Hsp90抑制剂

Hsp90抑制剂能够在早期抑制HIF的转录活性，在后期促进HIF-1α的降解。研究证明，临床上Hsp90抑制剂可用于减少与ccRCC相关的血管分布。pimitespib（PIM）作为一种ATP竞争性HSP90抑制剂，能够通过下调下游信号中的VEGFR2来抑制VEGFR通路，并抑制ccRCC细胞系的生长。

V. 总结与展望

本综述系统阐明了UPS关键组分（包括泛素化酶、DUBs和26S蛋白酶体）在VHL综合征调控中的作用。研究表明，pVHL作为E3泛素连接酶的核心组分，表现出双重功能特性：它既能发挥肿瘤抑制作用，又在特定条件下表现促肿瘤活性。这种功能双重性使其成为极具前景的治疗靶点。

目前，PROTAC技术因其能够精确调控靶蛋白降解的能力，比传统的E3连接酶激动剂和抑制剂显示出更大的临床转化前景。值得注意的是，UPS系统内存在多个动态平衡调控节点，包括：（i）突变pVHL的泛素化降解平衡；（ii）HIF-1α的泛素化-去泛素化稳态；（iii）HIF-1α和HIF-2α之间的功能拮抗。这些平衡系统的失调共同驱动肿瘤发展，也解释了当前HIF-2α抑制剂（如Belzutifan）在临床治疗中的主导地位。

从系统生物学视角看，pVHL处于UPS网络的核心位置，既受到上游调节因子的精细调控，又通过多个下游效应分子影响疾病表型。未来研究应更加关注UPS系统的整体调控网络，这将为阐明VHL综合征中基因型-表型关联的复杂性提供新的理论框架，并为开发精准治疗策略开辟创新途径。