泛素特异性蛋白酶 18（USP18）通过 POU4F1/PRKAA2 轴调控肺腺癌进展：机制与潜在治疗靶点

《BMC Cancer》：Deubiquitinase USP18 mediates cell migration, apoptosis and ferroptosis in lung adenocarcinoma by depending on POU4F1/PRKAA2 axis

为探究肺腺癌（LUAD）发病机制，研究人员研究 USP18，发现其通过 POU4F1/PRKAA2 轴影响细胞进程，可作治疗靶点。

　　肺腺癌（Lung adenocarcinoma，LUAD）作为肺癌中常见的类型，约占肺癌病例的 40% ，其高发病率、频繁复发和耐药性给全球健康带来了沉重负担，患者预后往往不佳。在肿瘤治疗领域，探寻肿瘤恶性发展的生物学机制，对开发先进的治疗策略至关重要。铁死亡（Ferroptosis）作为一种铁依赖的调节性细胞死亡（Regulated cell death，RCD）方式，由脂质过氧化引发，靶向铁死亡有望成为肺癌治疗的新方向，因此寻找铁死亡相关的生物标志物意义重大。

泛素化修饰在人体蛋白质反应中起着关键作用，去泛素化酶（Deubiquitinating enzymes，DUBs）能去除蛋白质上的泛素（Ub）分子，维持蛋白质稳定性，在多种疾病中发挥重要作用，也被视为肺癌治疗的潜在靶点。泛素特异性蛋白酶（Ubiquitin-specific proteases，USPs）是 DUBs 的常见类型，在肺癌发展中具有重要调控作用。其中，USP18 在多种自身免疫疾病和癌症发生发展中扮演重要角色，但其在肺腺癌中的功能及调控机制尚不明确。此外，Pou 结构域第 4 类转录因子 1（Pou domain, class 4, transcription factor 1，POU4F1）在多种癌症中异常表达，在肺腺癌中的作用却未被深入研究；AMP 激活蛋白激酶 α2（AMP-activated protein kinase-α2，PRKAA2）参与肺腺癌的侵袭和迁移，还与铁死亡相关，但 USP18、POU4F1 和 PRKAA2 之间的关系在肺腺癌中完全未知。

为了深入了解肺腺癌的发病机制，探索潜在的治疗靶点，定西市人民医院的研究人员开展了相关研究。研究成果发表在《BMC Cancer》上，为肺腺癌的治疗提供了新的思路和潜在方向。

在本次研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。通过收集定西市人民医院 35 例接受手术治疗的肺腺癌患者的样本及正常对照样本，为研究提供了基础材料。运用实时定量聚合酶链反应（Real-time quantitative polymerase chain reaction，RT-qPCR）和蛋白质免疫印迹法（Western blot）检测基因和蛋白表达水平；利用免疫沉淀测定（Immunoprecipitation assay，IP）、泛素化测定、染色质免疫沉淀（Chromatin immunoprecipitation，ChIP）和双荧光素酶报告基因测定等技术，分析基因之间的相互作用关系；构建裸鼠异种移植模型，探究 USP18 在体内的功能；采用集落形成实验、划痕愈合实验、流式细胞术、氧化应激分析和铁离子水平检测等方法，评估细胞的增殖、迁移、凋亡和铁死亡情况。

研究结果如下：

1. USP18 在肺腺癌组织和细胞中上调：通过 Timer 和 Ualcan 数据集预测，结合组织样本的免疫组化（Immunohistochemistry，IHC）分析、RT-qPCR 和 Western blot 检测，发现 USP18 在肺腺癌组织和细胞（如 H1299 和 A549 细胞）中表达上调。
2. 敲低 USP18 促进肺腺癌细胞凋亡和铁死亡：在 H1299 和 A549 细胞中转染 sh-USP18，集落形成实验显示细胞增殖能力下降，划痕愈合实验表明细胞迁移能力受到抑制，同时细胞凋亡率增加，活性氧（Reactive oxygen species，ROS）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）和铁离子（Fe²⁺）水平升高，谷胱甘肽（Glutathione，GSH）水平降低，说明敲低 USP18 抑制了细胞增殖和迁移，促进了细胞凋亡和铁死亡。
3. USP18 通过去泛素化稳定 POU4F1 蛋白表达：Ubibrowser 数据集预测 POU4F1 是 USP18 的底物，IP 实验证实了两者的相互作用。敲低 USP18 降低了 POU4F1 蛋白表达，增加了其泛素化水平，且缩短了 POU4F1 蛋白的半衰期。过表达 POU4F1 可逆转敲低 USP18 对肺腺癌细胞的影响，表明 USP18 通过去泛素化稳定 POU4F1 蛋白水平。
4. USP18 通过去泛素化 POU4F1 影响 PRKAA2 蛋白表达：Timer 数据集预测 PRKAA2 在肺腺癌组织中上调，经实验验证确实如此。Jaspar 数据集显示 POU4F1 与 PRKAA2 启动子区域存在结合位点，ChIP 和双荧光素酶报告基因实验进一步证实了两者的相互作用。敲低 POU4F1 降低了 PRKAA2 蛋白表达，而过表达 PRKAA2 可逆转这种影响，同时敲低 USP18 对 PRKAA2 蛋白表达的影响也可通过过表达 POU4F1 得到缓解，说明 POU4F1 可促进 PRKAA2 转录，USP18 通过去泛素化 POU4F1 上调 PRKAA2 表达。
5. PRKAA2 过表达逆转 POU4F1 敲低对肺腺癌细胞的影响：敲低 POU4F1 抑制了肺腺癌细胞的增殖和迁移，促进了细胞凋亡、ROS 和 MDA 水平升高，降低了 GSH 水平并增加了 Fe²⁺水平，而过表达 PRKAA2 可逆转这些影响，表明 POU4F1 通过影响 PRKAA2 表达参与肺腺癌细胞进程的调控。
6. 沉默 USP18 通过介导 POU4F1/PRKAA2 轴抑制体内肿瘤生长：在裸鼠异种移植模型中，敲低 USP18 或 POU4F1 可减小肿瘤体积和重量，降低肿瘤组织中 PRKAA2 蛋白水平，而过表达 POU4F1 或 PRKAA2 可分别挽救敲低 USP18 或 POU4F1 对肿瘤生长的抑制作用，说明 USP18 通过介导 POU4F1 影响 PRKAA2 来调控肺腺癌肿瘤生长。

研究结论和讨论部分指出，USP18 通过稳定 POU4F1 蛋白增强 PRKAA2 表达，进而调节肺腺癌的多种细胞进程，包括增殖、迁移、凋亡和铁死亡，在肺腺癌中发挥癌基因的作用。这一研究首次揭示了 USP18 靶向 POU4F1/PRKAA2 轴在肺腺癌中的功能，为肺腺癌的治疗提供了潜在的新靶点。不过，该研究也存在一些局限性，如 POU4F1 的泛素化位点尚未确定，USP18 是否通过某些信号通路经 POU4F1/PRKAA2 轴影响肺腺癌进展尚不清楚，USP18 对肺腺癌中 SLC7A11 的调控潜力也有待探索。尽管如此，该研究成果为深入理解肺腺癌的发病机制和治疗策略提供了重要的理论依据，有望推动肺腺癌治疗领域的进一步发展。