王允山團隊發現USP48通過穩定gasderminE在癌症中促進焦亡

編者按焦亡是一種程序性細胞死亡，其特徵是炎性半胱天冬酶的激活和gasdermin蛋白的裂解。焦亡可以抑制腫瘤的發展和誘導抗腫瘤免疫，激活焦亡是一種潛在的癌症治療策略。2023年1月6日，山東第一醫科大學附屬省立醫院王允山團隊在Cancer Research 上在線發表題為「USP48 stabilizes gasdermin E to promote pyroptosis in cancer」的研究論文，該研究通過CRISPR-Cas9篩選發現，USP48(一種去泛素化酶)的缺失顯著抑制細胞焦亡。USP48通過穩定gasdermin E (GSDME)促進焦亡。USP48結合GSDME並在K120和K189位置去除k48連接的泛素化。臨床組織檢測證實USP48的表達與GSDME及焦亡相關因子呈正相關。單細胞測序結果顯示，敲除USP48后，腫瘤微環境中T細胞和腫瘤相關巨噬細胞的功能受到抑制。最後，在小鼠模型中，USP48的過表達增強了PD-1抑製劑在腫瘤中的治療效果。總之，這些發現確定了焦亡調控途徑，並表明藥理激活USP48可能提供了一種有效的策略，使癌細胞對焦亡敏感，並提高對免疫治療的反應。

焦亡是近年來發現的一種由gasdermin家族蛋白介導的程序性細胞死亡。不同的蛋白酶或顆粒酶介導gasdermin家族蛋白裂解，釋放N端結構域，轉運至細胞膜形成多聚體孔，引起膜通透性改變，導致細胞腫脹和膜XX。焦亡是機體重要的免疫反應，在對抗感染和內源性危險信號中發揮重要作用，廣泛參與腫瘤、感染性疾病、代謝性疾病、神經系統相關疾病和動脈粥樣硬化性疾病的發生髮展。近年來，研究證明焦亡還能縮小腫瘤，抑制細胞增殖最近的研究發現，在家族性衰老相關聽力損失中突變的gasdermin E (GSDME，也稱為DFNA5)可以被激活的caspase 3切割，從而在表達GSDME的細胞中將非炎性凋亡轉化為焦亡。caspase-3不能通過自剪接或自催化激活，但能被粒酶B或caspase-10在D175位點裂解。

在許多癌症中，GSDME的表達受到抑制。研究表明，在許多癌症患者中，GSDME水平降低與5年生存率降低和轉移有關。這表明GSDME可能是一種腫瘤抑制因子。GSDME可能被用作腫瘤抑制因子的證據還包括，在許多原發性癌症中啟動子DNA甲基化可使GSDME失活；GSDME抑制胃癌、黑色素瘤和結直腸癌細胞的集落形成、增殖和侵襲；GSDME的缺失會降低某些化療藥物的療效。此外，GSDME在抗腫瘤免疫中的作用也得到了更多的關注。最近的研究表明，GSDME的表達增強了腫瘤浸潤性自然殺傷細胞和CD8+ T淋巴細胞的數量和功能。來自自然殺傷細胞的顆粒酶B也可以通過直接在caspase-3的同一位點切割GSDME來激活靶細胞的caspase獨立焦亡。因此，GSDME在腫瘤組織中作為腫瘤抑制因子，通過激活焦亡和增強抗腫瘤免疫。

泛素是一種進化保守的8.5 kDa蛋白，通過泛素激活酶(E1)、泛素偶聯酶(E2)和泛素連接酶(E3)的序列反應與底物蛋白的N15末端或賴氨酸殘基共價連接。泛素鏈可以通過連接泛素本身的賴氨酸48形成，導致底物被蛋白酶體降解。其他類型的多泛素鏈連接和單泛素化可導致底物的降解或不可降解效應，如重定位、促進蛋白-蛋白相互作用和調節信號事件。

USP48參與焦亡的調節（圖源自Cancer Research ）

泛素化受1000多種人類蛋白質調控，約占22蛋白質組的4%，其中包括2種E1、約40種E2、600多種E3和約100種去泛素化酶。據報道，在數千種蛋白質上有超過8000個泛素化位點。研究表明，泛素相關蛋白在細胞周期、DNA損傷、凋亡和自噬等許多生物過程中起著關鍵的調節作用。然而，泛素相關蛋白在焦亡中的作用和分子機制尚未被很好地確定。

CRISPR-Cas9基因篩選技術的最新進展使得以高通量的方式測量人類細胞中的基因重要性、癌細胞依賴性和基因相互作用成為可能。在此，該研究利用CRISPR-Cas9基因篩選技術，結合相關分泌因子的檢測，篩選出並鑒定了在調節細胞焦亡中起重要作用的泛素酶USP48。在分子機制上，USP48通過引起GSDME去泛素化來穩定自身表達，以實現其對焦亡的調節作用。

臨床腫瘤組織檢測證實USP48的表達與GSDME及焦亡相關因子有顯著正相關。單細胞測序結果顯示，敲除USP48基因后小鼠腫瘤組織中的免疫微環境發生明顯改變，焦亡損傷后腫瘤微環境中的T細胞和腫瘤相關巨噬細胞的功能受到不同程度的影響。最後，小鼠成瘤實驗證實過表達USP48可有效提高PD-1抑製劑的治療效果。