Cell Death Differ︱龙建纲/刘健康/张令强合作报道前列腺特异性癌基因OTUD6A促进前列腺癌发生机制

撰文︱姚海龙，刘俊辉，李东霖，邹正

责编︱王思珍 

前列腺癌（prostate cancer，PrCa）是男性特有疾病，高居全球男性癌症发病率第二位。MYC是PrCa的重要驱动癌基因[1]。MYC基因的扩增是PrCa中最常见的染色体改变之一，也是导致PrCa患者的低生存率的重要因素[2]。此外，在PrCa患者中还已经检测到c-Myc mRNA和蛋白质的过表达，其中包括80-90%的原发性PrCa患者[3]。与PTEN和p53的丢失相比，c-Myc的激活发生在PrCa早期的前列腺上皮内瘤变期[4]，仅c-Myc 的过度表达就足以使人类前列腺上皮细胞永生化[5]。

c-Myc是一种不稳定的蛋白质，其稳定性受泛素化与去泛素化调节，改变c-Myc蛋白稳定性是一种治疗PrCa的潜在策略。目前在乳腺癌、结肠癌和肺癌中，都已鉴定出了调控c-Myc稳定性的去泛素化酶包括USP22[6]、USP28[7]、USP36[8]和USP37[9]。然而在PrCa中是否存在特异性调控Myc的去泛素化酶，从而推进PrCa的靶向治疗仍不清楚。

2022年2月25日，西安交通大学的龙建纲、刘健康课题组与军事医学科学院的张令强课题组合作于Cell Death & Differentiation杂志发表了题为“Prostate-specific Oncogene OTUD6A Promotes Prostatic Tumorigenesis via Deubiquitinating and Stabilizing c-Myc”的研究论文。这项工作首次在人前列腺癌组织、前列腺癌细胞和转基因前列腺癌小鼠中证实，抑制去泛素化酶OTUD6A可以通过重编程前列腺癌中MYC驱动的代谢重塑，实现抑制前列腺肿瘤的效果。

一、前列腺癌患者的高 c-Myc 表达由转录和翻译后修饰调节

在癌症基因组图谱（the Cancer Genome Atlas，TCGA）数据库中，大约8%的PrCa患者的致癌基因MYC存在扩增，扩增的MYC与PrCa患者较差的生存境况相关。此外，PrCa 患者中c-Myc的mRNA 和蛋白质水平之间没有相关性，这表明至少在PrCa环境中，c-Myc蛋白同时受到转录和翻译后调节（图1）。SPOP是原发性PrCa中最常见的体细胞突变，然而，SPOP 突变与PrCa患者中c-Myc蛋白水平升高无关。此外作者还检测了已报道的其他几种癌症中c-Myc的去泛素化酶在PrCa细胞中的作用，发现已报道的集中去泛素化酶修饰并不是PrCa 的可能诱因。因此也激励了作者进一步去筛选在PrCa中真正靶向c-Myc的去泛素化酶。

图1：c-Myc在前列腺癌中的过表达由转录和翻译后修饰所调节。

（图源：Peng et al., Cell Death Differ, 2022）

二、确定OTUD6A为PrCa中c-Myc的生理性DUB

基于USPs家族在前列腺癌中与c-Myc表达水平无明显联系，研究将重心放在了DUBs的第二大家族OTU上。生物信息学方法加上生化实验，筛选出去泛素化酶OTUD6A能去除c-Myc的多聚泛素化链。此外，对OTUD6A的结构域分析也确定了OTU结构域在OTUD6A与c-Myc相互作用中的关键性。OTUD6A的过表达延长了c-Myc在前列腺癌细胞中的半衰期，而OTUD6A突变型则不具备此功能。确定了OTUD6A是前列腺癌中c-Myc的生理性去泛素化酶。

三、OTUD6A在PrCa中特异性扩增，且OTUD6A蛋白水平与c-Myc丰度呈正相关

为进一步OTUD6A作为致癌基因在前列腺癌中的功能，作者系统分析了OTUD6A在不同癌症中的基因多样性（图2），发现OTUD6A在前列腺癌组织中特异性地表达增高，这在转移性前列腺癌患者中更明显。OTUD6A的高表达所导致的OTUD6A mRNA水平的上升与前列腺癌患者预后显著相关，因此，作者认为OTUD6A可能是一种前列腺癌新的生物标记物和治疗靶点。人前列腺癌样本的免疫染色结果显示OTUD6A蛋白表达水平与c-Myc表达水平成正相关。通过比较OTUD6A和其他OTU家族成员在小鼠不同组织中的分布，可以明显看到OTUD6A在小鼠性器官或组织中的表达量较高，这与OTUD6A在人体中的表达相一致。进一步证明了OTUD6A在前列腺肿瘤发生中的重要作用。

图2：OTUD6A仅在PrCa中显著扩增，OTUD6A蛋白水平与PrCa患者中的c-Myc表达正相关

（图源：Peng et al., Cell Death Differ, 2022）

四、敲除OTUD6A可抑制体外和异种移植小鼠的前列腺肿瘤发生

为了进一步确定OTUD6A是否促进前列腺肿瘤的发生，作者在PrCa细胞系中利用对OTUD6A进行了敲低和敲除，体外实验表明OTUD6A可以在调节PrCa细胞中c-Myc蛋白的稳定性。在前列腺癌异种移植小鼠模型中的结果也证实OTUD6A在体外和异种移植小鼠中促进前列腺肿瘤的发生。作者进一步比较了OTUD6A对野生型c-Myc和非磷酸化突变体的影响，在细胞实验和异种移植小鼠中均证实，OTUD6A的缺失只显著降低了野生型c-Myc的蛋白质和细胞增殖水平，而非磷酸化突变体不受影响。这些数据共同表明：OTUD6A主要通过去泛素化和稳定c-Myc癌蛋白来促进前列腺肿瘤的发生。

五、敲除Otud6a可抑制Hi-Myc转基因小鼠中Myc诱导的前列腺肿瘤发生

为了评估Otud6a的缺失是否在体内抑制Myc诱导的前列腺肿瘤，作者将Otud6a基因敲除小鼠与Hi-Myc-PrCa小鼠杂交。Hi-Myc Otud6a^+/y小鼠中c-Myc的过度表达导致严重前列腺癌表型，而Hi-Myc OTUD6a^-/y小鼠的侵袭性前列腺癌表型显著降低（图3）。作者将前列腺肿瘤分为不同的组分，发现Hi-Myc OTUD6a^-/y中所有组分的重量都明显低于Hi-Myc Otud6a^+/y中的重量。组织学分析表明，Hi-Myc Otud6a^+/y小鼠在前列腺具有浸润性癌表型，相比之下，Hi-Myc Otud6a^-/y小鼠显著减少了侵袭性病变，仅有轻度增生表型。进一步的免疫染色分析表明，c-Myc蛋白在Hi-Myc Otud6a^+/y小鼠上皮细胞的细胞核和细胞质中都有高表达，在Hi-Myc OTUD6a^-/y小鼠中，c-Myc主要表达于上皮细胞的细胞核中，且信号强度弱于Hi-Myc Otud6a^+/y小鼠，进一步支持OTUD6A在调节前列腺中c-Myc蛋白的稳定性和丰度方面的作用。总之，在转基因PrCa小鼠中的结果表明，OTUD6A调控前列腺中的c-Myc稳定性和表达水平，并且OTUD6A的缺失抑制了体内由c-Myc诱导的前列腺肿瘤发生。

图3：Otud6a基因敲除小鼠与Hi-Myc转基因小鼠杂显著抑制Myc驱动的前列腺肿瘤发生。

（图源：Peng Y, et al., Cell Death Differ, 2022）

六、敲除OTUD6A可以逆转Myc诱导的PrCa代谢重塑

c-Myc是一系列基因的关键转录因子，这为其在各种癌症（包括乳腺癌和PrCa）中的致癌作用提供了机制上的解释。为了进一步探索OTUD6A/c-Myc是如何调节前列腺肿瘤发生的，对Otud6a^+/y、Otud6a^-/y、Hi-Myc; Otud6a^+/y和Hi-Myc; Otud6a^-/y小鼠的前列腺组织/肿瘤样品的转录谱进行了分析（图4）。通路主要富集于代谢调控功能，包括三羧酸循环、糖酵解等。与转录组学结果一致，在一组人类PrCa细胞系中敲除内源OTUD6A导致糖酵解限速酶HK2和LDHA的mRNA水平下降，XF24 Seahorse细胞能量代谢测定仪检测结果显示PrCa细胞内源OTUD6A的缺失导致糖酵解能力下降。另一证据是，在人类PrCa样本中，HK2和LDHA的mRNA水平与c-Myc表达呈正相关。以上结果表明：代谢异常是Myc驱动的PrCa的一个重要表型，OTUD6A可能是对抗c-Myc过表达和代谢异常的PrCa的一个有希望的治疗靶点。

图4：OTUD6A/c-Myc重塑前列腺癌代谢

（图源：Peng et al., Cell Death Differ, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

通过调控c-Myc蛋白的稳定性是合理治疗Myc导致的癌症的重要策略。这项研究首次发现去泛素化酶家族成员OTUD6A是前列腺癌中特异性扩增的原癌基因，是前列腺中特有的c-Myc去泛素化酶，其高表达是促进前列腺癌发生的重要原因。研究首先在人前列腺癌样本中证实c-Myc的高表达维持在翻译后水平，确定OTUD6A是前列腺癌中c-Myc的生理性去泛素化酶，其蛋白水平与c-Myc丰度呈正相关。在体外和异种移植小鼠模型中，OTUD6A敲除能够抑制前列腺肿瘤的发生，同时Otud6a基因敲除小鼠与Hi-Myc转基因小鼠杂交后，显著抑制了Myc驱动的前列腺肿瘤发生。这项研究揭示OTUD6A可能是前列腺癌早期诊断和治疗中的关键靶分子，靶向OTUD6A可能是治疗Myc驱动的PrCa的一种有潜力的治疗方法。

成果是2021年该团队在基于能量代谢重编程进行癌症防治研究在Cell Research发表了“Skp2 dictates cell cycle-dependent metabolic oscillation between glycolysis and TCA cycle”论文后，又一突破性发现，为前列腺癌的预防和治疗带来了希望。

原文链接： https://www.nature.com/articles/s41418-022-00960-x

通讯作者：龙建纲（左10），刘健康（居中）

（照片提供自：西安交通大学龙建纲/刘健康课题组）

西安交通大学龙建纲教授、刘健康教授和军事医学科学院张令强教授为本论文的共同通讯作者。西安交通大学青年教师彭韵桦副教授、哈佛医学院刘静博士、西安交大博士研究生王珍、军事医学科学院崔春萍研究员为共同第一作者，参与这项工作的还包括哈佛医学院魏文毅教授、西安交大刘华东教授和温玉荣教授、中山大学郭剑平教授、武汉大学张金方教授、西安交大生命学院研究生张田田、张爽曦、高佩佩、侯占武。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后基金等项目的资助。

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（图源：西安交通大学线粒体生物医学研究所）

往期文章精选

参考文献（上下滑动查看）  

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制版︱王思珍

本文完