泛素特异性蛋白酶7通过去泛素化LRRK2促进急性髓系白血病细胞生长及致癌潜能的研究

本研究揭示了泛素特异性蛋白酶7(USP7)作为LRRK2的新型去泛素化酶，通过去除K48连接的多聚泛素链稳定LRRK2蛋白，在急性髓系白血病(AML)中发挥促癌作用。研究人员发现USP7与LRRK2直接相互作用，抑制其通过泛素-蛋白酶体系统(UPS)降解，促进AML细胞增殖、侵袭和抗凋亡能力。该发现为AML治疗提供了新的潜在靶点，具有重要临床意义。

　　

在癌症研究领域，蛋白质稳态调控一直是科学家们关注的焦点。泛素-蛋白酶体系统(UPS)作为细胞内重要的蛋白质质量控制机制，通过泛素化-去泛素化的动态平衡精确调控关键蛋白的稳定性。近年来，越来越多的证据表明，这一调控系统的异常与多种恶性肿瘤的发生发展密切相关。其中，富含亮氨酸重复激酶2(LRRK2)作为一种具有多重功能的大分子蛋白，不仅与帕金森病(PD)密切相关，还被发现与多种癌症的进展有关。然而，关于LRRK2在急性髓系白血病(AML)中的作用及其调控机制，特别是其与去泛素化酶(DUBs)的相互关系，仍是一个亟待解决的科学问题。

AML是一种恶性血液系统疾病，其特征是骨髓中异常髓系前体细胞的快速增殖，严重威胁患者生命。尽管近年来靶向治疗取得一定进展，但AML患者的预后仍然不理想，亟需发现新的治疗靶点。LRRK2在多种癌症中被发现高表达，但其在AML中的表达模式及功能意义尚不清楚。同时，作为重要的去泛素化酶家族成员，泛素特异性蛋白酶7(USP7)已被证实在多种癌症中发挥促癌或抑癌的双重作用，但其是否通过调控LRRK2参与AML的发生发展仍是一个未解之谜。

为回答这些问题，韩国延世大学的Joon Hyung Park和Kwang Chul Chung研究团队在《Journal of Biological Chemistry》上发表了一项重要研究。研究人员采用了一系列先进的实验技术，包括基因表达谱交互分析(GEPIA2)、免疫共沉淀(co-IP)、蛋白质印迹、Phos-tag SDS-PAGE、邻近连接实验(PLA)、细胞活力检测(CCK-8)、乳酸脱氢酶(LDH)释放实验、TUNEL凋亡检测、软琼脂集落形成实验和Trans-well侵袭实验等。研究使用了多种AML细胞系(THP-1、U937、MV4-11等)和来自TCGA数据库的临床样本数据。

研究结果部分，首先在"LRRK2和USP7基因在AML细胞中的表达升高"中发现，通过GEPIA2分析和NCI数据库挖掘，证实LRRK2和USP7在AML细胞中显著高表达。qRT-PCR和免疫印迹进一步验证了这一发现，且高表达与患者不良预后相关。

在"USP7与LRRK2在哺乳动物细胞中的相互作用"部分，研究人员通过co-IP、Ni/Co-NTA pull-down和PLA等多种方法证实了USP7与LRRK2存在直接物理相互作用。结构域分析显示LRRK2主要结合USP7的TRAF结构域和C端UBL3-5结构域。

"USP7上调LRRK2表达水平"的研究表明，USP7以剂量依赖性和酶活性依赖的方式增加LRRK2蛋白水平。siRNA敲低USP7显著降低内源性LRRK2表达，而LRRK2过表达不影响USP7水平，表明调控是单向的。

"USP7增加LRRK2蛋白稳定性"实验通过环己酰亚胺(CHX)追踪证实，USP7-WT将LRRK2半衰期从5.7小时延长至33.5小时，而催化失活突变体USP7-CS仅轻微延长至10.3小时，说明USP7的酶活性对LRRK2稳定至关重要。

在"USP7降低LRRK2的K48连接泛素化水平"部分，研究人员发现USP7-WT能显著减少LRRK2的K48连接多聚泛素化(减少约90%)，而对K63连接泛素化影响较小(减少<12%)，表明USP7主要通过抑制K48连接泛素化来阻止LRRK2经UPS降解。

功能研究部分，"USP7抑制抑制AML细胞生长，该效应可被LRRK2减弱"显示，USP7抑制剂P5091和HBX19818处理显著抑制AML细胞增殖、增加凋亡、减少集落形成和侵袭能力，而这些效应可被LRRK2过表达部分逆转。类似地，"USP7敲低抑制AML细胞生长及其致癌特性可被LRRK2过表达部分恢复"实验也证实了上述发现。

在"USP7增强LRRK2介导的HDAC3磷酸化"部分，研究发现USP7通过上调LRRK2水平间接促进HDAC3 S424位点磷酸化，而不直接与HDAC3相互作用，提示USP7-LRRK2-HDAC3轴可能在AML表观遗传调控中发挥重要作用。

最后，在"USP7增强野生型LRRK2和两种PD相关突变体(D1994A和R1441C)水平，但不影响LRRK2-G2019S突变体"中发现，USP7对不同LRRK2突变体的调控存在差异，为理解LRRK2突变在癌症中的作用提供了新视角。

讨论部分强调，该研究首次鉴定USP7是LRRK2的新型去泛素化酶，揭示了USP7-LRRK2分子轴在AML中的促癌作用机制。研究发现USP7通过去除K48连接泛素链稳定LRRK2，进而促进AML细胞增殖、抗凋亡和侵袭能力。这一发现不仅丰富了我们对蛋白质稳态调控与白血病关系的认识，还为AML治疗提供了新的潜在靶点。特别是，研究证实USP7抑制剂可有效抑制AML细胞生长，而这一效应与LRRK2水平密切相关，提示靶向USP7-LRRK2相互作用可能成为AML治疗的新策略。

值得注意的是，研究还发现USP7通过LRRK2增强HDAC3磷酸化，这可能通过表观遗传调控参与AML进展，为理解AML的表观遗传异常提供了新线索。此外，研究观察到USP7对不同LRRK2突变体的调控存在差异，特别是对PD相关突变体G2019S无明显影响，这一发现为理解LRRK2突变在癌症中的作用提供了重要参考。

该研究的创新性在于首次阐明了USP7-LRRK2相互作用在AML中的生物学意义，揭示了蛋白质去泛素化修饰与白血病发生发展的新机制。未来研究可进一步探索USP7抑制剂在AML动物模型中的治疗效果，以及USP7-LRRK2下游信号通路的详细机制，为开发新型AML靶向药物奠定基础。