《International Journal of Molecular Sciences》：Balancing Ubiquitination and Deubiquitination in Apoptotic Protein Stability and Cancer Cell Survival
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程序性细胞死亡对于维持细胞稳态至关重要，其逃逸是癌症的一个标志性特征。凋亡的阈值很大程度上由促凋亡和抗凋亡蛋白的稳定性决定，而这些蛋白的稳定性受到泛素-蛋白酶体系统（UPS）的严密调控。在该系统中，E1、E2和E3酶依次连接泛素链，标记底物以供26S蛋白酶体降
程序性细胞死亡对于维持细胞稳态至关重要，其逃逸是癌症的一个标志性特征。凋亡的阈值很大程度上由促凋亡和抗凋亡蛋白的稳定性决定，而这些蛋白的稳定性受到泛素-蛋白酶体系统（UPS）的严密调控。在该系统中，E1、E2和E3酶依次连接泛素链，标记底物以供26S蛋白酶体降解，而去泛素化酶（DUBs）则通过逆转这些修饰来稳定特定的底物。因此，E3泛素连接酶和DUBs的相反作用形成了一个动态网络，精细调控关键凋亡调节因子的丰度，并最终决定细胞的生存或死亡。在本综述中，研究人员总结了DUBs如何控制内源性及外源性凋亡途径核心组分的稳定性，包括p53通路、BCL-2家族蛋白（如MCL-1），以及抗凋亡调节因子如细胞FLICE样抑制蛋白（c-FLIP）和凋亡抑制蛋白（IAPs）。研究人员还讨论了死亡受体复合物处连接特异性泛素编辑如何影响生存与凋亡之间的平衡。最后，研究人员探讨了DUB介导的蛋白质稳定性失调如何在癌症中促进凋亡逃逸，并强调了靶向DUB策略的治疗潜力，包括催化抑制剂以及诸如去泛素化酶靶向嵌合体（DUBTACs）等稳定化方法。
1. 引言
细胞死亡对维持细胞稳态和防止肿瘤形成至关重要。细胞死亡通路的逃逸使得受损或基因组不稳定的细胞得以存活，从而促进肿瘤发生。这些通路中的蛋白质稳态主要由泛素-蛋白酶体系统（UPS）调控，而泛素的共价结合作为信号决定了主要蛋白质的稳定性和功能活性。去泛素化酶（DUBs）通过特异性地从目标底物上移除泛素来对抗这一过程，并充当调节促凋亡与抗凋亡因子平衡的分子开关。DUBs的功能失调不仅与恶性肿瘤相关，还与其它泛素稳态被破坏的疾病有关，包括神经退行性疾病和炎症性疾病。在癌症中，异常的DUB活性关键地影响着肿瘤细胞的存活和疾病进展。不同于广泛综述DUB功能的文献，本综述采用以凋亡阈值为中心的框架，考察确定的DUB-E3调控关系如何控制关键凋亡底物的稳定性和活性，并整合了内源性和外源性凋亡通路。同时，评估了支持个体DUB-底物关系的实验证据强度，区分直接生化遗传学验证与间接药理学或相关性观察。最后，评估了这些调控机制的治疗意义，包括DUB抑制剂的选择性和环境依赖性，以及去泛素化酶靶向嵌合体（DUBTACs）等靶向蛋白稳定化方法的潜力和转化挑战。
2. UPS概述
UPS包括三个主要过程：泛素化、去泛素化和蛋白酶体降解。泛素化由E1、E2和E3酶级联介导。当多个泛素分子顺序连接时，形成多聚泛素链，可被26S蛋白酶体识别。多聚泛素链的连接类型决定了底物命运，例如K48连接链是典型的降解信号，而K63连接链主要参与信号转导等非蛋白水解功能。DUBs通过从底物蛋白上移除连接特异性的泛素链来对抗蛋白水解，从而微调蛋白质稳定性。DUBs包含九个结构不同的亚家族，其功能多样性很大程度上由其针对不同泛素连接类型的特异性决定。
3. 经典凋亡通路
经典凋亡通路分为内源性和外源性途径。内源性途径由细胞内应激触发，导致BAX和BAK等促凋亡蛋白激活，释放细胞色素c，形成凋亡体并激活半胱天冬酶（caspases）。外源性途径中，死亡配体与其受体结合触发死亡诱导信号复合体（DISC）组装，直接激活caspase-8。两条通路汇聚于统一的凋亡级联反应。外源性途径可通过caspase-8切割Bid产生截短型Bid（tBid）与内源性途径发生交叉对话，诱导线粒体外膜通透化（MOMP）。起始caspase激活执行caspase，介导细胞的系统性解体。
4. DUB介导的凋亡蛋白稳定性调控
4.1. 稳定促凋亡和抑癌蛋白的DUBs：p53轴与BAX
在凋亡阈值处，抑癌蛋白p53作为促凋亡基因的主要转录激活因子，其丰度由E3泛素连接酶和DUBs的相反活性决定。USP7可直接去泛素化并稳定p53及其E3连接酶MDM2，其对p53的净效应具有环境依赖性。OTU家族的OTUD5也能通过直接机制稳定p53，移除K48连接的泛素链。此外，USP5的遗传抑制会导致未锚定多聚泛素链积累，从而促进p53稳定化。BAX作为内源性通路的核心促凋亡效应子，其直接的DUB介导调控相对较少。USP12和USP49通过编辑BAX上的非降解性泛素链来调节其功能，而不影响其蛋白酶体周转。
4.2. 稳定抗凋亡蛋白的DUBs：MCL-1
在内源性凋亡通路中，MCL-1以其极快的周转率著称，其稳定性受UPS严格控制。E3连接酶如Mule/HUWE1和FBW7促进MCL-1的多聚泛素化和降解。DUBs则对抗此过程以增强细胞存活。USP9X能直接结合并去泛素化MCL-1，其敲低会降低MCL-1水平。此外，USP13、DUB3/USP17和OTUD1也被报道可稳定MCL-1，但证据力度各不相同。MCL-1或其稳定化DUBs的过表达导致MOMP持续抑制，使癌细胞获得对化疗和BH3模拟物（如维奈托克）的耐药性。
4.3. 调控凋亡抑制因子的DUBs：c-FLIP和IAPs
在外源性凋亡通路中，c-FLIP通过干扰DISC处caspase-8的激活来负调控死亡受体信号。USP8可直接去泛素化并稳定c-FLIP的长亚型（FLIPL）。IAP家族提供额外的凋亡保护层，其中XIAP是唯一能直接有效抑制caspases的成员。USP9X通过移除XIAP上的K48连接多聚泛素链来稳定它。cIAP1和cIAP2主要作为信号调节因子，其稳定性受UPS自身调控。OTUB1和USP19通过移除K48连接链来稳定cIAP1，而USP36则优先移除cIAP1上的K11连接降解链和survivin上的K48连接链。SMAC/DIABLO的内源性IAP拮抗功能已被治疗性地开发为Smac模拟物，但DUB活性可能影响细胞对这些药物的敏感性。
4.4. TNFR复合物处的连接特异性泛素编辑
在外源性凋亡通路中，肿瘤坏死因子受体（TNFR）信号复合物内的动态泛素化决定细胞命运。TNF-α刺激后，cIAP1/2催化RIPK1的K63连接多聚泛素化，招募线性泛素链组装复合体（LUBAC）添加M1连接链，促进促生存的NF-κB信号。当CYLD或OTULIN等DUBs移除这些链时，复合体I变得不稳定，促使RIPK1释放进入复合体II，启动外源性凋亡。A20通过移除K63链并结合M1链来抑制此转变。因此，LUBAC介导的线性泛素化与DUB介导的去泛素化之间的动态平衡是决定TNF信号导向细胞生存还是凋亡的关键分子开关。
5. 靶向DUBs以恢复凋亡能力的治疗策略
小分子可通过直接调控凋亡中的蛋白质-蛋白质相互作用来控制癌细胞存活，例如BH3模拟物。与传统的占据型抑制剂相比，靶向蛋白降解技术如PROTACs和SNIPERs提供了不同的策略。相反，去泛素化酶靶向嵌合体（DUBTACs）通过招募DUB来移除降解性泛素链，从而稳定目标蛋白，这对于恢复在癌症中失稳的肿瘤抑制因子具有概念上的吸引力，但其应用存在局限性，包括可招募的DUB种类有限、对底物泛素化状态和亚细胞定位的依赖性，以及临床转化的挑战。药理学靶向DUBs已成为一种通过直接操控细胞降解机器来诱导凋亡的独特方式，例如USP7抑制剂可在TP53野生型背景下稳定p53。然而，临床转化面临挑战，如广谱DUB抑制剂WP1130缺乏选择性，而靶向蛋白酶体相关DUB的药物VLX1570因毒性在临床试验中被终止。除了凋亡中心机制，DUBs也调控涉及基因组维护、转录调控和细胞器质量控制蛋白的稳定性，例如USP1抑制在特定DNA损伤反应依赖性的肿瘤中具有治疗价值。
6. 结论
总之，E3泛素连接酶和DUBs的相反活性构成了调控凋亡蛋白稳定性的决定性调控层，而癌细胞常利用这种平衡来逃避程序性细胞死亡。给定DUB的生物学功能高度依赖于环境，其效果由其调控的特定底物和周围细胞环境决定。这种功能复杂性以及DUB催化域的高度结构保守性，为开发底物选择性抑制剂带来了重大挑战。克服这些障碍需要全面的蛋白质组范围底物鉴定、连接和位点特异性泛素化分析，以及生物标志物指导的患者分层。同时，催化抑制剂和靶向蛋白稳定化策略都面临着独特的设计挑战。
