Smurf2与肿瘤关系的研究进展

郭晓玲 曹 勤* 蔡 瑜 沈锡中

上海中医药大学附属普陀医院消化科1(200062) 复旦大学附属中山医院消化科2

Smad泛素化调节因子2(Smurf2)属于泛素蛋白水解酶途径中的E3泛素连接酶，在调节胚胎发育以及转化生长因子-β(TGF-β)信号通路介导的多种细胞反应中发挥重要作用[1]。泛素蛋白水解酶途径可通过特异性泛素化修饰与靶蛋白精密结合，选择性降解细胞内蛋白质，参与细胞生命活动调节[2]。泛素蛋白水解酶途径由泛素、E1泛素活化酶、E2泛素结合酶、E3泛素连接酶、26S蛋白酶体以及泛素解离酶等组成。泛素由E1泛素活化酶激活，传递至E2泛素结合酶，在E3泛素连接酶的作用下与特异性底物结合，形成与靶蛋白连接的多泛素链，从而导致靶蛋白被蛋白水解酶识别和降解。E3泛素连接酶是其中最为关键的因子，可对不同底物进行特异性识别，呈现蛋白降解的高度选择性[3]。近来研究显示，Smurf2在肿瘤的发生、发展过程中发挥一定作用，本文就Smurf2与肿瘤关系的最新研究进展作一综述。

一、Smurf2的结构与功能

E3泛素连接酶类是一个庞大的蛋白家族，主要包括含有E6-相关蛋白羧基末端同源结构域(HECT)的E3酶、含有环指状结构域的E3酶以及含有U-box结构域的E3酶。Smurf2是Smurf家族成员之一，具有C2-WW-HECT结构。C2-WW-HECT E3酶的结构特征为N-端有一个钙依赖性磷脂结合区域，用于介导E3酶膜定位，其后跟随2～4个WW结构域，为蛋白质间相互作用的区域，可识别富含脯氨酸PPXY结构的底物或调节子，C-端为HECT结构域，可催化泛素与底物分子间的硫酯键形成。Smurf2的WW结构域决定其作用底物的特异性[4]。

既往研究[5-7]发现，Smurf2的底物蛋白Smad2、Smad7、TGF-βⅠ型受体以及Smad核转录共抑制因子(SnoN)均参与TGF-β信号通路的转导过程，Smurf2通过调节Smad蛋白依赖的TGF-β信号通路参与多种疾病的发生、发展过程，TGF-β亦可诱导Smurf2 mRNA转录和蛋白质合成增加。此外，Carpentier等[8]的研究发现，Smurf2对肿瘤坏死因子(TNF)信号转导通路亦存在调控作用，Smurf2属于肿瘤坏死因子受体相关因子2(TRAF2)的结合蛋白，TRAF2过表达可诱导Smurf2泛素化，形成TNF-R2/Smurf2复合体，而Smurf2过表达可促进TNF-R2泛素化。

二、Smurf2在肿瘤发生、发展中的作用

1. Smurf2对细胞增殖的作用：Krüppel样因子5(KLF5)属于含锌指结构的转录因子家族，作为肿瘤抑制因子在细胞生长、分化、肿瘤形成以及胚胎发育中起有重要作用。Du等[9]的研究结果显示，Smurf2可通过与KLF5羧基端的PY模体以及锌指DNA结合域结合，促进KLF5蛋白降解。敲除Smurf2基因后KLF5蛋白泛素化水平降低，并伴有KLF5靶基因细胞周期素D1和血小板衍生生长因子A的表达增加，提示Smurf2可通过抑制KLF5促进肿瘤细胞生长。然而，Dornhoff等[10]的研究显示，T细胞特异性Smurf2剪接变异体(ΔE2Smurf2)过表达可抑制结肠癌细胞中Smurf2表达，增强TGF-β信号转导通路，并伴随TGF-βⅡ型受体表达增加、白细胞介素(IL)-6表达减少，从而抑制肿瘤细胞增殖。上述研究提示Smurf2在肿瘤发生、发展过程中起双向调控作用。

2. Smurf2对细胞生长的作用：Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin )信号转导通路在胚胎发育、肿瘤形成等过程中发挥重要作用，其异常活化与多种肿瘤密切相关。抑癌基因Axin作为Wnt信号转导途径的抑制因子可通过调节β-catenin蛋白水平，对Wnt/β-catenin信号通路起负性调节作用。Kim等[11]的研究显示，Smurf2通过泛素介导的蛋白酶体降解途径调控Axin蛋白表达水平。Smurf2瞬时过表达可增加Axin蛋白泛素化，使其表达水平下降，从而促进肿瘤细胞生长。敲除内源性Smurf2可增加Axin蛋白表达水平，使β-catenin/T细胞因子信号活性降低，从而抑制肿瘤细胞生长。

3. Smurf2对细胞凋亡的作用：热休克蛋白(HSP)作为分子伴侣参与蛋白质的折叠、装配、修饰，使细胞中的蛋白质维持正常空间结构，增强对应激的耐受性。HSP27是HSP亚家族中的一员，参与细胞增殖、分化、抗凋亡等过程，与肿瘤的发生密切相关。Sun等[12]的研究结果显示，在人类肺腺癌上皮细胞株A549中，Smurf2和HSP27共定位于细胞质，Smurf2过表达可改变HSP27的亚细胞定位和分布，并介导泛素依赖性途径降解HSP27蛋白，促进细胞凋亡，抑制肿瘤发展。然而，Nie等[13]的研究显示，Smurf1/2可通过提高E3泛素连接酶MDM2的活性，促进抑癌基因p53降解，抑制细胞凋亡。

4. Smurf2参与细胞周期调控：Smurf2是细胞有丝分裂周期的调节子[14]。泛素蛋白水解酶系统失调可导致细胞无限增殖、基因不稳定以及癌症发生，细胞周期调节子泛素化是多种人类恶性肿瘤的病因[15]。多功能衔接蛋白NEDD9/HEF1/Cas-L在细胞有丝分裂中发挥调节作用。NEDD9定位于细胞中心体，Smurf2可与NEDD9结合，稳定NEDD9的蛋白结构。Smurf2缺失可导致NEDD9蛋白泛素化和蛋白酶体降解，使NEDD9蛋白水平显著降低。Smurf2与NEDD9形成的复合体通过激活Aurora A激酶，使细胞进入有丝分裂周期。Smurf2缺失的细胞中有丝分裂延迟，肿瘤进展受到抑制[16]。

5. Smurf2保持基因组稳定性：Smurf2可通过控制由环指蛋白20(RNF20)进行的组蛋白化学修饰的表观遗传来保持基因组的稳定性，抑制肿瘤的形成。在小鼠体细胞中，Smurf2通过靶向作用于RNF20，调节组蛋白H2B单泛素化和组蛋白H3-Lys4/Lys79甲基化，诱发蛋白酶体降解，保持基因组的稳定性。在小鼠体内Smurf2基因组消融可导致DNA损伤和基因组稳定性调节异常，最终增加小鼠对肿瘤的易感性[17]。

6. Smurf2对细胞迁移的作用：Jin等[18]的研究显示，在乳腺癌细胞中Smurf2表达上调，Smurf2过表达可增加乳腺癌细胞的迁移和侵袭能力，而增加Smurf2突变体Smurf2CG的表达可抑制肿瘤细胞迁移。进一步以siRNA敲除转移性乳腺癌细胞中的Smurf2基因，结果显示肿瘤细胞变圆、重构肌动蛋白骨架，细胞的迁移性和侵袭性明显降低。然而，Fukunaga等[19]的研究显示，Smurf2对乳腺癌细胞迁移具有抑制作用。Smurf1通过促进哺乳动物Rho蛋白泛素化，调节细胞运动能力。Smurf2可对Smurf1进行翻译后调节，使其泛素化降解，抑制肿瘤细胞迁移。在人类乳腺癌细胞株MDA-MB-231中，敲除Smurf2基因可导致Smurf1蛋白表达上调，使肿瘤细胞迁移能力增加。

7. Smurf2对细胞衰老的影响：进行性端粒短缺、激活复制性衰老能阻止体细胞无限增殖，被认为是抑制肿瘤形成的一种机制。Zhang等[20]的研究发现，在早期人类成纤维细胞中，Smurf2表达上调伴随端粒耗损，导致细胞衰老。进一步研究显示，Smurf2表达上调诱导细胞衰老不依赖于泛素连接酶活性，而与p53-p21-pRb信号通路相关。

p16是定位克隆于染色体9p21的多肿瘤抑制基因，与细胞衰老密切相关，其过表达可引起细胞在成熟前发生衰老，从而抑制肿瘤发生[21]。研究[22]发现，细胞衰老时p16 mRNA转录和蛋白表达水平升高，导致有丝分裂原刺激反应受到抑制以及Rb蛋白磷酸化，从而使细胞周期阻滞，维持衰老细胞处于不可逆的生长停滞状态。Ramkumar等[23]的研究发现，Smurf2缺陷小鼠体内p16表达下调，小鼠胚胎成纤维细胞衰老功能受损，小鼠对肿瘤尤其是B细胞淋巴瘤的易感性明显增加。Kong等[24]的研究显示，在衰老细胞中Smurf2泛素化以及分化抑制因子Id家族成员的降解参与调节细胞衰老，Id表达水平与细胞衰老程度呈正相关。Smurf2可通过作用于Id调节p16的表达，促进细胞衰老。

三、结语

综上所述，Smurf2在肿瘤发生、发展过程中的作用存在争议。泛素蛋白水解酶途径参与细胞因子信号转导过程存在反馈和负反馈的双向调节机制，且多数信号通路在肿瘤中的作用具备双面性和交互作用。Smurf2在肿瘤中的作用并不单纯依赖于泛素连接酶活性，亦可通过其他方式参与细胞增殖、凋亡、衰老、肿瘤转移等过程，调控肿瘤的发生和发展。因此，不能简单定义Smurf2是一种抑癌因子或促癌因子。肿瘤发生发展时机不同、肿瘤特性不同以及机体反应性不同导致Smurf2在肿瘤中的作用有所差异，准确寻找肿瘤发展阶段中的治疗靶点，阻断肿瘤发展的关键通路，发挥分子生物学在肿瘤治疗中的作用是未来的研究重点。

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