泛素连接酶FBW7的肿瘤抑制作用和机制_郭晓强
ISSN 1007-7626
CN 11-3870/Q
中国生物化学与分子生物学报http ：//cjbmb．bjmu．edu．cn
Chinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology
2011年11月
27（11）：998 1006
收稿日期：2011-07-22；接受日期：2011-09-20国家自然科学基金（No．30870265）和河北省自然基金项目（No．C2010000410）
*
联系人Tel ：0311-********；E-mail ：xlduan0311@163．com
Received ：July 22，2011；Accepted ：September 20，2011
Supported by National Natural Science Foundation of China （No．30870265）and Natural Science Foundation of Hebei Province （No．C2010000410）
*
Corresponding author Tel ：0311-********；E-mail ：xlduan0311@163．com
·综述·
泛素连接酶FBW7的肿瘤抑制作用和机制
郭晓强
1），2）
，沈永青1），王越甲1），段相林1）*
（
1）
河北师范大学生命科学学院铁代谢分子生物学研究室，河北石家庄
050016；
2）
解放军白求恩军医学院生物化学教研室，河北石家庄
050081）
摘要泛素-蛋白酶体系统是一个主要的蛋白质降解调节通路，在细胞分裂过程中发挥着重要作
用，
其成员在肿瘤中频繁存在着表达异常现象．FBW7又名AGO 、hCDC4、FBXW7和SEL-10，是一种拥有7串联WD40重复结构域的F-box 蛋白，可作为SCF 型泛素连接酶（E3）复合物的底物识别亚基发挥作用．FBW7是一种肿瘤抑制蛋白，其基因在多种肿瘤包括直肠癌、胃癌、卵巢癌和白血病中存在着基因突变或缺失．FBW7可直接结合和靶向作用多种转录激活因子或原癌基因，如周期蛋白E 、c-Myc 、c-Jun 、Notch 、MCL1、KLF5和mTOR 等并对其进行泛素化修饰和随后的26S 蛋白酶体降解．肿瘤抑制蛋白FBW7的研究对肿瘤发生机制的理解具有重要意义，同时也为肿瘤的诊断和治疗提供了新的靶点．本文综述了FBW7的特征、肿瘤抑制作用及机制．关键词
泛素-蛋白酶体系统；泛素连接酶；FBW7；肿瘤抑制蛋白
中图分类号
Q55
Tumor Suppressor Function and Mechanism of Ubiquitin Ligase FBW7
GUO Xiao-Qiang 1），2）
，SHEN Yong-Qing 1），WANG Yue-Jia 1），DUAN Xiang-Lin 1）*
（
1）
Laboratory of Iron Metabolism and Molecular Biology ，College of Life Science ，Hebei Normal University ，Shijiazhuang 050016，China ；
2）
Department of Biochemistry ，Bethune Military Medical College ，Shijiazhuang 050081，China ）
Abstract The ubiquitin-proteasome system （UPS ）is a major regulatory pathway of protein degradation
and plays an important role in cellular division ，whose members are frequently aberrantly expressed in cancer．FBW7（F-box and WD repeat domain-containing domain protein 7），also known as AGO ，hCDC4，SEL-10and FBXW7，is an F-box protein with 7tandemed WD40（tryptophan-aspartic acid 40）
repeats which is a substrate recognition subunit of SCF （SKP1-cullin-1-F-box protein ）-type ubiquitin
ligase （E3）complex．FBW7is a tumor suppressor ，and its gene is frequently mutated or deleted in various human cancers including colorectal ，gastric ，ovarian and leukemias．FBW7can bind directly to and target multiple transcriptional activators and protooncogenes including cyclin E ，c-Myc ，c-Jun ，Notch ，MCL1，KLF5and mTOR for ubiquitylation and subsequent degradation by the 26S proteasome．These studies on FBW7as tumor suppressor are vitally important for understanding of tumorigenesis and provide a novel target of cancer diagnosis and treatment．This review outlined the characteristics ，tumor suppressor function and mechanism of FBW7．
Key words ubiquitin-proteasome system ；ubiquitin ligase ；F-box and WD repeat domain-containing protein 7（FBW7）；tumor suppressor
DOI:10.13865/https://www.wendangku.net/doc/c612451078.html,ki.cjbmb.2011.11.004
第11期郭晓强等：泛素连接酶FBW7的肿瘤抑制作用和机制
泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system，UPS）是一种重要的蛋白质翻译后修饰体系，参与了细胞周期调控、基因转录、细胞信号转导、细胞凋亡和分化及发育等多个生物学过程，UPS系统成员的基因突变或表达异常可导致多种疾病的发生，肿瘤是其中最常见的一种［1］．蛋白质的泛素化修饰需要3类酶，即泛素激活酶（E1）、泛素转移酶（E2）和泛素连接酶（E3）的依次催化完成，其中泛素连接酶的作用最为关键，它负责了蛋白底物的特异性识别和泛素连接，其种类多样性是特定靶蛋白含量调节的有力保证［2］．Cullin-RING复合物构成了最大一类泛素连接酶［3］，其中研究较为广泛的为SCF（Skp-cullin-F-box）复合物，该复合物由4个基本成员构成，即cullin蛋白（结构支架作用）、RING蛋白（与泛素转移酶结合）、F-box蛋白（特异性识别底物）和Skp蛋白（连接cullin蛋白和F-box蛋白）．FBW7（F-box and WD repeat domain-containing protein7）是一种重要的F-box蛋白，可识别多种原癌蛋白并促使其泛素化和后续的蛋白酶体降解，因此，作为一种重要的肿瘤抑制蛋白发挥生物学功能，其基因突变或表达降低可造成多种肿瘤的发生［4］．
1FBW7的基本特征
FBW7，又名AGO（archipelago）、hCDC4、SEL-10和FBXW6/7等，这是因为该蛋白由多家实验室几乎同时发现从而进行不同命名的缘故［5 8］．其中SEL-10最早从酵母中鉴定［5］，AGO最早发现于果蝇［6］，而CDC4则为酵母基因［7］，目前较常用的为FBW7/FBXW7，但其他名称也有应用．人的FBW7基因定位于4号染色体（4q31.3），可在大脑、心脏和睾丸中高表达，而在肝脏、肺和肾脏中表达较少［9］．FBW7基因转录后通过选择性拼接而产生3种mRNA，其表达出的蛋白质在N端存在差异，分别被命名为FBW7α、FBW7β和FBW7γ，3种亚型在组织表达和亚细胞定位上均存在一定差异．FBW7α的mRNA几乎在所有组织中均表达，FBW7β的mRNA 仅在大脑和睾丸中能检测到，而FBW7γ的mRNA 主要存在于心脏和骨骼肌［10］．在定位方面，FBW7α定位于核浆、FBW7β定位于细胞质，而FBW7γ定位于核仁［11］．FBW7α在3种亚型中的作用最为重要，有时可代替另外2种［12］，但β和γ亚型可能在特定条件下也发挥独特作用，因为其定位异常可造成细胞功能缺陷［13］．人的FBW7α由707个氨基酸残基构成，N端含由40个左右氨基酸组成的F-box基序（FBW7α为278到324共47个氨基酸），该基序主要发挥泛素连接酶活性，随后还拥有1个7串联重复的WD40（tryptophan-aspartic acid40）结构域，该结构域为底物识别所必需（Fig.1）
．
Fig．1A schematic structure of FBW7αFBW7αcontains two typical domains of F-box protein family，F-box and WD repeat which are important for enzymatic activity and substrate binding
2FBW7在肿瘤中的抑制作用
2.1动物模型
Ago基因是在筛选果蝇细胞过度增殖突变体中
获得，而人FBW7基因杂合性突变可增加细胞的分
裂优势．这些结果提示，FBW7具有抑制细胞分裂的
作用［6］．Fbw7基因敲除小鼠在胚胎10.5d时死亡，
这些胚胎在造血功能、血管发育和心室成熟等方面
均存在缺陷［14］．杂合型Fbw7缺失小鼠可正常出生
和发育，但对辐射诱导的成瘤具有更大敏感性．由于
小鼠仍有1个正常Fbw7的表达，因此被认为是一
种单倍体不足的肿瘤抑制基因［15］．在Fbw7缺陷小
鼠的胚胎成纤维细胞与进行Fbw7RNA干扰后的正
常小鼠细胞，可观察到细胞增殖显著增加［15，16］；对
染色体不稳定引发的淋巴瘤易感小鼠测序时发现，
其Fbw7存在基因缺失现象［17］．这2项研究表明，小
鼠Fbw7在抑制细胞分裂和保持染色体稳定性方面
具有重要作用．对Fbw7骨髓造血细胞条件性敲除
小鼠的研究发现，小鼠体内存在造血细胞过早性衰
竭现象［18］，并且小鼠最终发展为T-细胞急性淋巴细
胞白血病（T-cell acute lymphoblastic leukemia，T-
ALL）［19］．Fbw7在T细胞系中的条件性敲除可造成
小鼠首先出现胸腺增生，最终导致胸腺淋巴瘤［20］，
意味着Fbw7功能缺失是造成血液系统肿瘤发生的
999
中国生物化学与分子生物学报第27卷
重要因素之一．Fbw7肠道条件敲除小鼠的研究发现，在9 10月龄时出现腺瘤；而在APC （adenomatous polyposis coli）缺陷小鼠中如果丧失Fbw7表达，可大大加速直肠肿瘤的发生［21］，这是因Fbw7缺乏而造成肿瘤细胞的分裂能力增强和分化能力减弱的缘故［22］．一系列研究确定了Fbw7在小鼠模型中的肿瘤抑制作用．更重要的是，在多种人类肿瘤中也发现了FBW7的突变或表达异常．
2.2细胞及临床证据
早期对4个癌细胞系进行FBW7突变分析表明，T-ALL细胞系中FBW7第385位精氨酸发生点突变，其他细胞系则存在拼接位点、缺失和插入突变，从而导致FBW7的F-box结构域或WD40结构域失活，最终影响其生物学功能［7］．进一步对84个人类癌症细胞系中FBW7的遗传改变研究发现，多个细胞系存在FBW7突变，如直肠癌系中存在无义突变和错义突变，卵巢癌细胞系中存在错义突变等［23］．此外，乳腺癌细胞系中也存在FBW7无义突变，造成翻译提前终止并使FBW7识别底物的WD40结构域部分丢失［8］．
对人类直肠癌和癌变前组织检测表明，FBW7突变占有较大比例，如将核型稳定的直肠癌细胞内的FBW7靶向破坏，FBW7的失活可导致细胞内微核和染色体不稳定性增多［24］，这是癌症的典型特征之一［25］．对190例直肠癌的FBW7外显子进行扩增和测序表明，体细胞突变率达到11.6%（22/190），这些突变大多数集中在WD40区［26］．FBW7在遗传性非息肉性大肠癌（hereditary nonpolyposis colorectal cancer，HNPCC）中突变率为9%（3/33），在家族性腺瘤性息肉病（familial adenomatous polyposis，FAP）引发的肿瘤中为9%（3/33），在散发性肿瘤中为10%（7/73）［27］．FBW7在93例直肠癌患者癌组织中表达量显著低于其正常组织，且这种表达模式与直肠癌患者的预后密切相关，表达量越低预后越差．早发性胃癌中FBW7杂合性丢失比例达到32%，而在早发性胃癌和普通胃癌患者中均检测到FBW7表达下降的现象［28］．对100例原发性胃癌患者检测表明，FBW7的低表达与肿瘤恶性潜力密切相关，如淋巴结转移、肿瘤大小和预后差增加等［29］．在186例原发浸润性乳腺癌中FBW7的表达减少与恶化程度成正相关，且FBW7的这种低表达与患者生存率降低成显著正相关［30］；乳腺癌中FBW7表达降低或缺失可造成染色体不稳定性增加，可能是导致乳腺癌中广泛存在的染色体拷贝数异常的一个重要因素［31］．在肾癌中也存在FBW7的基因结构异常，其中染色体异位较为常见［32］．在血液系统肿瘤中FBW7突变也较为普遍，B细胞急性淋巴白血病（B-cell acute lymphocytic leukemias，B-ALL）突变率为3.4%（4/118）、成年T-ALL为 4.2%（1/ 24）［33］，儿童T-ALL可达8%（7/87）．这些突变包括移码突变、关键氨基酸位点的错义突变以及造成翻译提前终止的无义突变等，突变使FBW7的C 端结构域出现缩短或功能缺失［34］．对多种原发性肿瘤进行FBW7突变分析表明，其平均突变率可达6%，其中突变率较高的肿瘤包括胆管肿瘤（35%）、血液肿瘤（T-CLL，31%）、子宫内膜癌（9%）、直肠癌（9%）和胃癌（6%）等．这些突变大部分（43%）集中在2个位点，即精氨酸-465（Arg465）和精氨酸-479（Arg479），这2个氨基酸的突变可造成FBW7无法有效识别底物［35］．大量的证据确定了FBW7是一种重要的肿瘤抑制蛋白，相关研究还确定了FBW7发挥抑癌作用的分子机制．
3FBW7参与肿瘤抑制的作用机制
泛素连接酶一般需要通过影响特定靶蛋白的蛋白含量而发挥生物学作用，其参与癌症过程最常见机制在于调节细胞周期相关因子的含量［36］．FBW7可有效识别多种底物，如细胞周期蛋白E（cyclin E）、c-Myc、c-Jun、Notch、MCL1（myeloid cell leukemia sequence1）、KLF5（kruppel-like factor5）、mTOR （mammalian target of rapamycin）和Aurora-A等（Table1）．
这些蛋白底物大部分参与了细胞周期过程调节或细胞内稳态维持，在多种肿瘤中都存在表达升高的现象，是癌基因或潜在癌基因的表达产物．FBW7需与SKP1、CUL1及RBX1构成SCF复合物后作为泛素连接酶发挥生物学功能（Fig.2）．FBW7与特定底物作用时需要底物中一段保守的基序首先磷酸化修饰后方可实现，这段基序因最初在酵母CDC4研究时发现，故命名为CPD（CDC4phosphodegron），在与底物识别并泛素化修饰时还需要FBW7形成同源二聚体［37］，N端结构域为二聚体形成所必需（Fig.1）．FBW7构成SCF催化底物发生泛素化的基本机制为：FBW7特异性识别发生磷酸化的底物，E2将其携带的泛素转移给底物，随后再依次转移泛素而形成多泛素链（Fig.2），多泛素化底物被26S蛋白酶体识别而被降解．
0001
第11期郭晓强等：泛素连接酶FBW7的肿瘤抑制作用和机制Table1The factors targeted by FBW7
Factor Genomic
location
Molecular size
（amino acids）
Function
cyclin E119q12410Essential for the control of the cell cycle at the G1/S（start）transition
c-Myc8q24439Participates in the regulation of gene transcription
Notch46p21.32003Regulates cell-fate determination
c-Jun1p32-p31331Transcription factor which regulates the cell cycle
MCL11q23350Involved in the regulation of apoptosis versus cell survival and in the
maintenance of viability
KLF513q22457Transcription factor associated to development
mTOR1p362549Regulates cell growth and survival in response to nutrient and hormonal
signals
Aurora-A20q13403Contributes to the regulation of cell cycle progression
SREBP17p11.21147Transcriptional activator required for lipid homeostasis
C/EBPα19q13.1358DNA-binding protein involved in lipid
metabolism
Fig．2The functional model of FBW7［2］Schematic representation suggested that SCF complex containing FBW7 can recognize several important oncogenes including c-Myc，c-Jun，Notch1，and MCL1et al and target them for ubiquitylation．Ub：ubiquitin，Pi：Phosphate
3.1FBW7调节周期蛋白E和Aurora-A含量
周期蛋白E可结合并激活细胞周期依赖的蛋白激酶Cdk2（cyclin-dependent kinase2），从而促进细胞分裂过程从G
1
期向S期过渡，其表达增加可引起染色体不稳定而加速癌症发生．周期蛋白E主要在细胞分裂旺盛的组织中表达，而这种表达模式与FBW7正好相反（FBW7主要在非增殖组织中表达）［7］．果蝇FBW7突变后细胞内周期蛋白E蛋白含量增加，但mRNA没有明显变化，这意味着周期蛋白E是一种翻译后调控模式，而FBW7可直接与周期蛋白E结合并催化其泛素化修饰及蛋白酶体降解［6］，从而确定了周期蛋白E是FBW7的1个重要底物．只有周期蛋白E先被磷酸化后，FBW7方可对其进行泛素化修饰［38］．周期蛋白E拥有典型CPD，其中苏氨酸-380（T380）和丝氨酸-384（S384）双位点的磷酸化是必需的，另1位点苏氨酸-62的磷酸化也具有重要意义［14］．FBW7除可降解最常见的周期蛋白E亚型中的E1外，还可催化周期蛋白E2的降解．周期蛋白E2也含有2个典型CPD，可被FBW7特异性识别，其中苏氨酸-392（T392）和丝氨酸-396（S396）的双位点磷酸化启动了进一步泛素化修饰和蛋白酶体降解［39］．周期蛋白E过度激活可造成染色体不稳定和多倍体出现［24］，这解释了原发浸润性乳腺癌中伴有FBW7表达减少和周期蛋白E 的增加而引发大量染色体多倍体的出现［31］．Aurora-A又名丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶15（serine/threonine protein kinase15，STK15），通过调节特定底物磷酸化而参与了有丝分裂和减数分裂过程，其活性在G
2
/S期转化过程中最高．Aurora-A在多种肿瘤中过表达，从而造成中心体异常扩增和染色体不稳定性增加，最终发生致癌性转化．对暴露于长春新碱、紫杉醇、纺锤丝毒素中的FBW7缺陷细胞发现，细胞内发生广泛的有丝分裂延误及核内重复复制，这是导致多倍体出现的重要原因．FBW7缺失可造成周期蛋白E和Aurora A两种蛋白含量均出现增加，单独一种增加都无法造成药物诱导多倍体现象，这说明周期蛋白E和Aurora A含量的增加是引起染色体多倍体化的原因之一［40］．
3.2FBW7调节c-Myc含量
c-Myc蛋白可调节细胞生长和分裂，在人类癌症中发挥了广泛作用，是一种重要的癌基因．研究表
1001
中国生物化学与分子生物学报第27卷
明，c-Myc也是FBW7泛素化修饰的重要底物，FBW7的表达下降可导致细胞内c-Myc蛋白含量显著增加［11］，而FBW7的过表达则促进c-Myc泛素化修饰和蛋白降解［41］．c-Myc在发生泛素化修饰时，其CPD结构域也需要部分氨基酸发生磷酸化修饰，其中糖原合酶激酶3（glycogen synthase kinase3，GSK3）发挥着重要作用．GSK3在细胞增殖、分化和凋亡中发挥重要生物学功能，其作用机制之一是通过催化特定底物的磷酸化而促进该底物的泛素化及蛋白酶体降解．GSK3催化c-Myc的苏氨酸-58磷酸化，这是促进c-Myc与FBW7结合并被泛素化修饰的关键．在淋巴肿瘤细胞系中，c-Myc的T58位点突变最为频繁，这造成FBW7对c-Myc蛋白含量的调节失效，最终导致c-Myc蛋白积累而引发肿瘤［42］．除GSK3外，NLK（Nemo-like kinase）也调节c-Myc 的蛋白含量，NLK可直接与c-Myc结合而催化C端多个位点的磷酸化．这种修饰有利于FBW7泛素化及蛋白酶体降解，这些位点的突变可破坏c-Myc与FBW7的相互作用和蛋白泛素化［43］．FBW7在调节c-Myc蛋白含量时，自身的细胞定位至关重要，定位异常可造成c-Myc蛋白积累而引发肿瘤发生［44］．FBW7对c-Myc蛋白的调节还受到去泛素化酶USP28（ubiquitin specific peptidase28）的影响．USP28可与FBW7结合而抑制后者对c-Myc的泛素化修饰，继而增加了c-Myc蛋白的稳定性［45］．紫外线辐射引起的DNA损伤可造成c-Myc蛋白含量下降，这是因为紫外线可造成USP28与FBW7解离，从而使FBW7介导的c-Myc蛋白泛素化及降解增加．SCFβ-TrCP（β-transducinrepeat-containing protein，β-TrCP）是另一种含有F-box蛋白的SCF型泛素连接酶，它也可催化c-Myc的泛素化，但这种修饰却抑制了FBW7对c-Myc的泛素化作用及降解，有利于c-Myc蛋白含量的增加［46］．由于周期蛋白E和c-Myc均是细胞周期的正向调节因子，因此，它们含量下降可引起细胞周期退出，但FBW7缺陷增加了2种因子的蛋白含量，促使细胞周期的重新进入和G
1
/S期过渡，从而有利于细胞分裂的进行，这是FBW7突变造成癌症发生的一个重要原因．
3.3FBW7调节c-Jun含量
c-Jun是激活蛋白1（activation protein1，AP-1）转录因子家族的成员，其在多种类型肿瘤中均存在表达增加，它通过增加特定因子表达而参与癌症发生，而c-Jun也是FBW7的底物之一［4］．FBW7可将磷酸化修饰的c-Jun进行泛素化修饰而促使其降解，FBW7的缺失可造成磷酸化c-Jun积累［47］．GSK3参与了c-Jun的磷酸化修饰，这种修饰需要c-Jun的丝氨酸-243（S243）位点首先磷酸化，病毒的Jun蛋白（v-Jun）在该位点往往发生氨基酸突变，因此无法被FBW7完成泛素化修饰而引起v-Jun细胞内积累［48］．
3.4FBW7调节Notch含量
Notch是一种在多细胞生物中高度保守的信号系统，在细胞增殖、分化和凋亡等过程中发挥重要作用．哺乳动物拥有4种Notch受体，它们均为单跨膜受体，N端位于胞外，占整个结构的大部分，只有小部分（即C端）在胞内．当配体与Notch受体胞外域结合后，可诱导蛋白酶解反应，而将细胞内结构域（intracellular domain，IC）释放．Notch受体的IC进入细胞核可作为一种转录因子调节特定基因的表达，Notch细胞通路的过度激活可造成细胞异常增殖和癌症发生［49］．
线虫Fbw7（Sel-10）是Notch信号的重要负调节因子，而小鼠的Fbw7可与Notch1的IC结合并促使其泛素化，缺乏F-盒结构域的Fbw7突变使Notch1的IC稳定性增加，受其调节的靶基因转录活性增强［5］．体外实验表明，人FBW7可将小鼠Notch1的IC泛素化，进一步证明Notch1的IC也是FBW7的底物之一［50］．FBW7对Notch1和Notch4的IC泛素化显著消弱了Notch信号转导，抑制FBW7的活性则增强了Notch对下游信号的激活［51］．Fbw7基因敲除可导致小鼠胚胎血管发育异常并在胚胎11d左右死亡，原因是破坏了Notch4信号传导，并造成血管发育异常［52］．大脑特异性Fbw7敲除小鼠在出生后死亡，这是因小鼠大脑内Notch1和Notch3蛋白出现积累，造成靶基因表达增加和神经干细胞分化异常，最终小鼠大脑发育形态异常［53］．
3.5FBW7调节MCL1含量
MCL1是一种BCL2家族的抗凋亡蛋白，可通过减少细胞凋亡而促进癌症发生［54］．在Mcl1血液系统条件性敲除小鼠中发现，B细胞和T细胞的前体细胞数量降低，外周中2种细胞含量衰竭［55］，这意味着MCL1对于干细胞和多种前体细胞生存都是必需的．在多种血液系统肿瘤，如B细胞淋巴瘤和慢性粒细胞白血病等都存在MCL1异常升高的现象，这被认为是引发肿瘤化疗抗性的重要原因之一．正常细胞内MCL1蛋白半衰期极短，很容易被泛素化修饰而降解，但在肿瘤细胞中，MCL1蛋白含量却出现增加，对这种机制一直缺乏详细了解．MCL1可被GSK3进行磷酸化修饰，而这种作用有利于MCL1的
2001
第11期郭晓强等：泛素连接酶FBW7的肿瘤抑制作用和机制
泛素化和降解［56］，MCL1中也含有CPD序列，该基序可被FBW7有效识别，这说明MCL1有可能是FBW7的底物之一．人的T-ALL细胞系内FBW7缺失会伴有MCL1的含量增加，这种细胞系对多种激酶抑制剂如索拉非尼（sorafenib）敏感，但对BCL2抑制剂ABT-737具有抗性．当恢复FBW7功能或缺失MCL1后可恢复对ABT-737的敏感性，从而确定FBW7缺陷引起的MCL1蛋白含量增加是产生肿瘤化疗抗性的原因之一［57］．MCL1还在肿瘤抗微管蛋白化疗过程中发挥作用．微管是一种基本的细胞结构，在细胞分裂等过程中发挥作用，肿瘤临床治疗常用的微管靶向药物，如紫杉醇和长春新碱等可将细胞阻止在有丝分裂期并启动细胞凋亡．研究发现，紫杉醇等的治疗可诱导MCL1的磷酸化修饰，这种修饰可被FBW7识别并进行泛素化进而将其降解，因此细胞内MCL1蛋白含量显著下降，细胞凋亡增加．当肿瘤中FBW7失活或表达下降则引起MCL1蛋白稳定性增加，此时肿瘤患者对微管靶向药物的抗性增加，化疗效果明显降低［58］．MCL1蛋白含量还受到去泛素化酶USP9X的影响．在人滤泡性淋巴瘤和弥漫性大B细胞性淋巴瘤（diffuse large B-cell lymphomas，DLBCL）中存在USP9X过表达和MCL1蛋白含量增加的现象，与此对应的是患者预后较差，由于USP9X与MCL1的结合可减少后者的泛素化修饰并增加其稳定性，因此下调USP9X而减少MCL1蛋白含量可使肿瘤细胞对ABT-737治疗敏感性升高［59］．这说明，MCL1的可逆泛素化修饰对自身蛋白含量具有重要的调节作用．增加FBW7活性或减少USP29X活性，可降低细胞内MCL1的含量，对增加多种肿瘤化疗敏感性具有实际意义．
3.6FBW7调节mTOR含量
mTOR是1种蛋白激酶，通过调节蛋白质合成和细胞自嗜而促进细胞生长和分裂，其含量和活性增加是肿瘤发生的常见特征，而以其作为药物靶点也广泛应用于肿瘤治疗［60］．研究发现，mTOR也是FBW7的1个靶蛋白，可被泛素化修饰并被蛋白酶体降解．人乳腺癌细胞系和原发乳腺癌患者中FBW7存在基因缺失或功能失活性突变，将导致mTOR蛋白含量增加和下游信号通路激活．含野生型FBW7的乳腺癌细胞对雷帕霉素（rapamycin）治疗敏感性明显较高，意味着FBW7功能丧失是肿瘤患者对mTOR通路抑制剂产生抗性的一个原因［61］．3.7FBW7调节KLF5含量
KLF5是与发育相关的转录因子，可促进多个发育相关基因的表达，在细胞增殖、细胞周期、凋亡、迁移和分化等多个过程中发挥作用［62］，且在肿瘤中出现频繁的含量增加现象，如KLF5可促进乳腺细胞的增殖和恶化．KLF5是一种短寿命蛋白，可被泛素化修饰后而迅速降解，但具体机制不详．研究发现，KLF5中存在3个可被FBW7识别的CPD，这些位点的同时突变可破坏FBW7与KLF5的相互作用和泛素化修饰，而FBW7的缺陷可显著延迟KLF5蛋白降解，导致细胞内KLF5的积累［63］．KLF5与FBW7的结合及泛素化修饰依赖于GSK3β对KLF5磷酸化修饰，其中KLF5的303位丝氨酸（S303）是修饰的靶点［64］．肿瘤细胞中，FBW7的突变或活性异常造成KLF5的泛素化修饰及蛋白降解量减少，过量积累的KLF5通过增加靶基因的表达而促进癌症发生．
3.8FBW7调节脂类代谢相关因子含量
肝脏特异性Fbw7敲除可造成小鼠肝肿大和脂肪性肝炎，机体甘油三酯大量堆积，小鼠表现出类似人的非酒精性脂肪性肝炎症状，说明Fbw7在调节脂类代谢方面发挥着作用［65］．由于肝炎是肝癌发生的前提，因此Fbw7的肝脏敲除小鼠具有肝癌发生潜能．固醇调节元件结合蛋白（sterol regulatory element-binding protein，SREBP）是一类重要的转录因子，控制着胆固醇和脂类的代谢，在脂肪细胞分化过程中发挥作用．SREBP1也含有CPD，其苏氨酸-426（T426）和丝氨酸-420（S430）可被GSK-3β磷酸化，这种修饰一方面有利于SREBP1与靶基因启动子的结合，另一方面还有利于其被Fbw7识别和泛素化［66］，Fbw7基因失活可导致SREBP1的蛋白稳定性增加和靶基因表达增强，有利于胆固醇和脂肪酸的合成［67］．CCAAT/增强子结合蛋白α（CCAAT/ enhancer binding proteinα，C/EBPα）也是脂肪细胞分化过程中的关键因子之一，也是Fbw7的重要识别底物，Fbw7失活可有效增加C/EBPα含量，从而促进小鼠前脂肪细胞的成熟；与此一致的是，在脂肪细胞分化过程中Fbw7表达下调［68］．许多癌症组织中存在脂类合成相关基因表达上调现象，这有利于癌症发生和进展［69］，这意味着FBW7还可通过抑制脂类合成而发挥肿瘤抑制功能．
4FBW7表达的调节
FBW7一方面影响多种底物的泛素化状态和蛋白含量，另一方面自身含量和活性也受到严格控制，以保证正常细胞分裂和静息之间的平衡．FBW7表
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中国生物化学与分子生物学报第27卷
达调节可在多个水平实现，包括多种转录因子在转录水平的调节和小RNA在转录后水平的调节等．转录因子p53可调节FBW7的表达，在胃癌患者中p53突变可引起FBW7含量降低，FBW7进一步突变引起的2种因子双失活较单一失活对肿瘤患者预后差的影响更为明显［29］．另一方面FBW7的缺陷也减弱了p53信号通路对肿瘤的抑制作用［40］，因此二者之间可能是一种协调效应，共同发挥了肿瘤抑制作用．炎症和缺氧均可加速肿瘤的恶化进展，而C/ EBPδ是一种炎症反应因子，可直接抑制FBW7的基因表达，从而使mTOR信号活化，增加肿瘤细胞的适应性［70］．通过筛选，可增加细胞内周期蛋白E含量和活性的microRNA为miR-223，而miR-223可与FBW7的mRNA3'-非翻译区结合引起后者mRNA 的降解，因此miR-223过表达可显著减少FBW7的mRNA含量，这增加了周期蛋白E的含量和基因组的不稳定性；在小鼠原代胚胎成纤维细胞中，减少miR-223表达则会升高Fbw7的mRNA含量，从而说明FBW7是miR-223的1个调节靶分子［71］．目前，对FBW7的分子调节机制了解较少，但这些研究将对药物开发具有现实意义．
5研究意义和展望
特定蛋白质泛素化修饰在肿瘤发生、发展、转移以及化疗抗性中发挥着十分关键的作用．目前，针对泛素修饰相关分子设计出的靶向药物在肿瘤治疗方面有较好的应用前景［72］．FBW7在多种肿瘤中被证实具有肿瘤抑制作用，其突变或活性降低一方面促进了肿瘤发生和进展，另一方面还增加了肿瘤的化疗抗性，这些进展对肿瘤发生机制的认识、诊断试剂的开发和治疗药物的设计与优化等均有重要的意义，在临床上具有广阔的应用前景．
针对FBW7的研究，尚有一系列重要问题亟待深入，如是否还存在未鉴定的FBW7底物？FBW7的多底物调节是否存在一个网络化机制？FBW7自身精确调节的机制有哪些？此外，小鼠胚胎成纤维细胞（mouse embryonic fibroblasts，MEF）中Fbw7的条件性敲除却出现了细胞周期静息和细胞凋亡，而不是细胞增殖效应［73］，这说明Fbw7的调节机制和生理作用较为复杂［74］，尚需深入研究．
对FBW7作为泛素连接酶和肿瘤抑制蛋白的研究仅短短10余年，但已经对FBW7在肿瘤抑制中的作用（多种肿瘤鉴定出存在FBW7基因突变或表达异常）及分子机制（发现了受FBW7调节的多种转录激活因子或原癌基因）有了较为全面的了解，这将对探讨肿瘤发生机制和肿瘤治疗研究具有积极推动作用．
参考文献（References）
［1］Crusio KM，King B，Reavie LB，et al．The ubiquitous nature of cancer：the role of the SCF（Fbw7）complex in development and
transformation［J］．Oncogene，2010，29（35）：4865-4873
［2］郭晓强，贡树基，姜红．Cullin7：一种多功能的泛素连接酶亚基［J］．生命的化学（Guo Xiao-Qiang，Gong Shu-Ji，Jiang Hong．
Cullin7：a multifunctional subunit of ubiquitin-ligating enzyme
［J］．Chem Life），2010，30（6）：898-901
［3］Petroski MD et al．Function and regulation of cullin-RING ubiquitin ligases［J］．Nat Rev Mol Cell Biol，2005，6（1）：9-20［4］Welcker M，Clurman BE．FBW7ubiquitin ligase：a tumour suppressor at the crossroads of cell division，growth and
differentiation［J］．Nat Rev Cancer，2008，8（2）：83-93
［5］Gupta-Rossi N，Le Bail O，Gonen H，et al．Functional interaction between SEL-10，an F-box protein，and the nuclear
form of activated Notch1receptor［J］．J Biol Chem，2001，276
（37）：34371-34378
［6］Moberg KH，Bell，DW，Wahrer DCR，et al．Archipelago regulates cyclin E levels in Drosophila and is mutated in human
cancer cell lines［J］．Nature，2001，413（6853）：311-316［7］Strohmaier H，Spruck CH，Kaiser P，et al．Human F-box protein hCdc4targets cyclin E for proteolysis and is mutated in a breast
cancer cell line［J］．Nature，2001，413（6853）：316-322
［8］Maruyama S，Hatakeyama S，Nakayama K，et al．Characterization of a mouse gene（Fbxw6）that encodes a
homologue of Caenorhabditis elegans SEL-10［J］．Genomics，
2001，78（3）：214-222
［9］Jin J，Cardozo T，Lovering RC，et al．Systematic analysis and nomenclature of mammalian F-box proteins［J］．Genes Dev，
2004，18（21）：2573-2580
［10］Matsumoto A，Onoyama I，Nakayama KI．Expression of mouse Fbxw7isoforms is regulated in a cell cycle-or p53-dependent
manner［J］．Biochem Biophys Res Commun，2006，350（1）：
114-119
［11］Welcker MA，Orian JA，Grim RN．A nucleolar isoform of the Fbw7ubiquitin ligase regulates c-Myc and cell size［J］．Curr
Biol，2004，14（20）：1852-1857
［12］Grim JE，Gustafson MP，Hirata RK，et al．Isoform-and cell cycle-dependent substrate degradation by the Fbw7ubiquitin
ligase［J］．J Cell Biol，2008，181（6）：913-920
［13］Welcker M，Larimore EA，Frappier L，et al．Nucleolar targeting of the fbw7ubiquitin ligase by a pseudosubstrate and glycogen
synthase kinase3［J］．Mol Cell Biol，2011，31（6）：1214-1224［14］Tetzlaff MT，Yu W，Li M，et al．Defective cardiovascular development and elevated cyclin E and Notch proteins in mice
lacking the Fbw7F-box protein［J］．Proc Natl Acad Sci USA，
2004，101（10）：3338-3345
4001
第11期郭晓强等：泛素连接酶FBW7的肿瘤抑制作用和机制
［15］Mao JH，Perez-Losada J，Wu D，et al．Fbxw7/Cdc4is a p53-dependent，haploinsufficient tumour suppressor gene［J］．Nature，
2004，432（7018）：775-779
［16］Thompson BJ，Jankovic V，Gao J，et al．Control of hematopoietic stem cell quiescence by the E3ubiquitin ligase
Fbw7［J］．J Exp Med，2008，205（6）：1395-1408
［17］Maser RS，Choudhury B，Campbell PJ，et al．Chromosomally unstable mouse tumours have genomic alterations similar to
diverse human cancers［J］．Nature，2007，447（7147）：966-971［18］Matsuoka S，Oike Y，Onoyama I，et al．Fbxw7acts as a critical fail-safe against premature loss of hematopoietic stem cells and
development of T-ALL［J］．Genes Dev，2008，22（8）：986-991［19］Onoyama I，Tsunematsu R，Matsumoto A，et al．Conditional inactivation of Fbxw7impairs cell-cycle exit during T cell
differentiation and results in lymphomatogenesis［J］．J Exp Med，
2007，204（12）：2875-2888
［20］Perry JM，Li L．Self-renewal versus transformation：Fbxw7 deletion leads to stem cell activation and leukemogenesis［J］．
Genes Dev，2008，22（9）：1107-1109
［21］Babaei-Jadidi R，Li N，Saadeddin A，et al．FBXW7influences murine intestinal homeostasis and cancer，targeting Notch，Jun，
and DEK for degradation［J］．J Exp Med，2011，208（2）：295-312［22］Sancho R，Jandke A，Davis H，et al．F-box and WD repeat domain-containing7regulates intestinal cell lineage commitment
and is a haploinsufficient tumor suppressor［J］．
Gastroenterology，2010，139（3）：929-941
［23］Gu Z，Inomata K，Ishizawa K，et al．The FBXW7beta-form is suppressed in human glioma cells［J］．Biochem Biophys Res
Commun，2007，354（4）：992-998
［24］Rajagopalan H，Jallepalli PV，Rago C，et al．Inactivation of hCDC4can cause chromosomal instability［J］．Nature，2004，428
（6978）：77-81
［25］Hanahan D，Weinberg RA．Hallmarks of cancer：the next generation［J］．Cell，2011，144（5）：646-674
［26］Miyaki M，Yamaguchi T，Iijima T，et al．Somatic mutations of the CDC4（FBXW7）gene in hereditary colorectal tumors［J］．
Oncology，2009，76（6）：430-434
［27］Iwatsuki M，Mimori K，Ishii H，et al．Loss of FBXW7，a cell cycle regulating gene，in colorectal cancer：clinical significance
［J］．Int J Cancer，2010，126（8）：1828-1837
［28］Milne AN，Leguit R，Corver WE，et al．Loss of CDC4/FBXW7 in gastric carcinoma［J］．Cell Oncol，2010，32（5-6）：347-359［29］Yokobori T，Mimori K，Iwatsuki M，et al．p53-Altered FBXW7 expression determines poor prognosis in gastric cancer cases［J］．
Cancer Res，2009，69（9）：3788-3794
［30］Ibusuki M，Yamamoto Y，Shinriki S，et al．Reduced expression of ubiquitin ligase FBXW7mRNA is associated with poor
prognosis in breast cancer patients［J］．Cancer Sci，2011，102
（2）：439-445
［31］Byrd KN，Huey B，Roydasgupta R，et al．FBXW7and DNA copy number instability［J］．Breast Cancer Res Treat，2008，109
（1）：47-54［32］Kuiper RP，Vreede L，Venkatachalam R，et al．The tumor suppressor gene FBXW7is disrupted by a constitutional t（3；4）
（q21；q31）in a patient with renal cell cancer［J］．Cancer
Genet Cytogenet，2009，195（2）：105-111
［33］Song JH，Schnittke N，Zaat A，et al．FBXW7mutation in adult T-cell and B-cell acute lymphocytic leukemias［J］．Leuk Res，
2008，32（11）：1751-1755
［34］Thompson BJ，Buonamici S，Sulis ML，et al．The SCFFBW7 ubiquitin ligase complex as a tumor suppressor in T cell leukemia
［J］．J Exp Med，2007，204（8）：1825-1835
［35］Akhoondi S，Sun D，von der Lehr N，et al．FBXW7/hCDC4is a general tumor suppressor in human cancer［J］．Cancer Res，
2007，67（19）：9006-9012
［36］Nakayama KI，Nakayama K．Ubiquitin ligases：cell-cycle control and cancer［J］．Nat Rev Cancer，2006，6（5）：369-381
［37］Hao B，Oehlmann S，Sowa ME，et al．Structure of a Fbw7-Skp1-cyclin E complex：multisite-phosphorylated substrate
recognition by SCF ubiquitin ligases［J］．Mol Cell，2007，26
（1）：131-143
［38］Koepp DM，Schaefer LK，Ye X，et al．Phosphorylation-dependent ubiquitination of cyclin E by the SCFFbw7ubiquitin
ligase［J］．Science，2001，294（5540）：173-177
［39］Klotz K，Cepeda D，Tan Y，et al．SCF（Fbxw7/hCdc4）targets cyclin E2for ubiquitin-dependent proteolysis［J］．Exp Cell Res，
2009，315（11）：1832-1839
［40］Finkin S，Aylon Y，Anzi S，et al．Fbw7regulates the activity of endoreduplication mediators and the p53pathway to prevent drug-
induced polyploidy［J］．Oncogene，2008，27（32）：4411-4421［41］Yada M，Hatakeyama S，Kamura T，et al．Phosphorylation-dependent degradation of c-Myc is mediated by the F-box protein
Fbw7［J］．EMBO J，2004，23（10）：2116-2125
［42］Welcker M，Orian A，Jin J，et al．The Fbw7tumor suppressor regulates glycogen synthase kinase3phosphorylation-dependent
c-Myc protein degradation［J］．Proc Natl Acad Sci USA，2004，
101（24）：9085-9090
［43］Kanei-Ishii C，Nomura T，Takagi T，et al．Fbxw7acts as an E3 ubiquitin ligase that targets c-Myb for nemo-like kinase（NLK）-
induced degradation［J］．J Biol Chem，2008，283（45）：30540-
30548
［44］Bonetti P，Davoli T，Sironi C，et al．Nucleophosmin and its AML-associated mutant regulate c-Myc turnover through Fbw7
gamma［J］．J Cell Biol，2008，182（1）：19-26
［45］Popov N，Wanzel M，Madiredjo M，et al．The ubiquitin-specific protease USP28is required for MYC stability［J］．Nat Cell Biol，
2007，9（7）：765-774
［46］Popov N，Schülein C，Jaenicke LA，et al．Ubiquitylation of the amino terminus of Myc by SCF（β-TrCP）antagonizes SCF
（Fbw7）-mediated turnover［J］．Nat Cell Biol，2010，12（10）：
973-981
［47］Nateri AS，Riera-Sans L，Da Costa C，et al．The ubiquitin ligase SCFFbw7antagonizes apoptotic JNK signaling［J］．Science，
2004，303（5662）：1374-1378
5001
中国生物化学与分子生物学报第27卷
［48］Wei W，Jin J，Schlisio S，et al．The v-Jun point mutation allows c-Jun to escape GSK3-dependent recognition and destruction by
the Fbw7ubiquitin ligase［J］．Cancer Cell，2005，8（1）：25-33［49］Pancewicz J，Taylor JM，Datta A，et al．Notch signaling contributes to proliferation and tumor formation of human T-cell
leukemia virus type1-associated adult T-cell leukemia［J］．Proc
Natl Acad Sci USA，2010，107（38）：16619-16624
［50］Oberg C，Li J，Pauley A，et al．The Notch intracellular domain is ubiquitinated and negatively regulated by the mammalian Sel-10
homolog［J］．J Biol Chem，2001，276（38）：35847-35853
［51］Wu G，Lyapina S，Das I，et al．SEL-10is an inhibitor of notch signaling that targets notch for ubiquitin-mediated protein
degradation［J］．Mol Cell Biol，2001，21（21）：7403-7415
［52］Tsunematsu R，Nakayama K，Oike Y，et al．Mouse Fbw7/Sel-10/Cdc4is required for notch degradation during vascular
development［J］．J Biol Chem，2004，279（10）：9417-9423［53］Matsumoto A，Onoyama I，Sunabori T，et al．Fbxw7-dependent degradation of Notch is required for control of"stemness"and
neuronal-glial differentiation in neural stem cells［J］．J Biol
Chem，2011，286（15）：13754-13764．
［54］Yang-Yen HF．Mcl-1：a highly regulated cell death and survival controller［J］．J Biomed Sci，2006，13（2）：201-204
［55］Opferman JT，Iwasaki H，Ong CC，et al．Obligate role of anti-apoptotic MCL-1in the survival of hematopoietic stem cells［J］．
Science，2005，307（5712）：1101-1104
［56］Maurer U，Charvet C，Wagman AS，et al．Glycogen synthase kinase-3regulates mitochondrial outer membrane permeabilization
and apoptosis by destabilization of MCL-1［J］．Mol Cell，2006，
21（6）：749-760
［57］Inuzuka H，Shaik S，Onoyama I，et al．SCFFBW7regulates cellular apoptosis by targeting MCL1for ubiquitylation and
destruction［J］．Nature，2011，471（7336）：104-109
［58］Wertz IE，Kusam S，Lam C，et al．Sensitivity to antitubulin chemotherapeutics is regulated by MCL1and FBW7［J］．Nature，
2011，471（7336）：110-114
［59］Schwickart M，Huang X，Lill JR，et al．Deubiquitinase USP9X stabilizes MCL1and promotes tumour cell survival［J］．Nature，
2010，463（7277）：103-107
［60］Guertin DA，Sabatini DM．An expanding role for mTOR in cancer［J］．Trends Mol Med，2005，11（8）：353-361
［61］Mao JH，Kim IJ，Wu D，et al．FBXW7targets mTOR for degradation and cooperates with PTEN in tumor suppression［J］．
Science，2008，321（5895）：1499-1502
［62］Dong JT，Chen C．Essential role of KLF5transcription factor in
cell proliferation and differentiation and its implications for human
diseases［J］．Cell Mol Life Sci，2009，66（16）：2691-2706［63］Liu N，Li H，Li S，et al．The Fbw7/human CDC4tumor suppressor targets proproliferative factor KLF5for ubiquitination
and degradation through multiple phosphodegron motifs［J］．J Biol
Chem，2010，285（24）：18858-18867
［64］Zhao D，Zheng HQ，Zhou Z，et al．The Fbw7tumor suppressor targets KLF5for ubiquitin-mediated degradation and suppresses
breast cell proliferation［J］．Cancer Res，2010，70（11）：4728-
4738
［65］Onoyama I，Suzuki A，Matsumoto A，et al．Fbxw7regulates lipid metabolism and cell fate decisions in the mouse liver［J］．J
Clin Invest，2011，121（1）：342-354
［66］Punga T，Bengoechea-Alonso MT，Ericsson J．Phosphorylation and ubiquitination of the transcription factor sterol regulatory
element-binding protein-1in response to DNA binding［J］．J Biol
Chem，2006，281（35）：25278-25286
［67］Sundqvist A，Bengoechea-Alonso MT，Ye X，et al．Control of lipid metabolism by phosphorylation-dependent degradation of the
SREBP family of transcription factors by SCF（Fbw7）［J］．Cell
Metab，2005，1（6）：379-391
［68］Bengoechea-Alonso MT，Ericsson J．The ubiquitin ligase Fbxw7 controls adipocyte differentiation by targeting C/EBPalpha for
degradation［J］．Proc Natl Acad Sci USA，2010，107（26）：
11817-11822
［69］Hirsch HA，Iliopoulos D，Joshi A，et al．A transcriptional signature and common gene networks link cancer with lipid
metabolism and diverse human diseases［J］．Cancer Cell，2010，
17（4）：348-361
［70］Balamurugan K，Wang JM，Tsai HH，et al．The tumour supp-ressor C/EBPδinhibits FBXW7expression and promotes mammary
tumour metastasis［J］．EMBO J，2010，29（24）：4106-4117
［71］Xu Y，Sengupta T，Kukreja L，et al．MicroRNA-223regulates cyclin E activity by modulating expression of F-box and WD-40
domain protein7［J］．J Biol Chem，2010，285（45）：34439-
34446
［72］Hoeller D，Dikic I．Targeting the ubiquitin system in cancer therapy［J］．Nature，2009，458（7237）：438-444
［73］Ishikawa Y，Onoyama I，Nakayama KI，et al．Notch-dependent cell cycle arrest and apoptosis in mouse embryonic fibroblasts
lacking Fbxw7［J］．Oncogene，2008，27（47）：6164-6174
［74］Masuda K，Ishikawa Y，Onoyama I，et al．Complex regulation of cell-cycle inhibitors by Fbxw7in mouse embryonic fibroblasts
［J］．Oncogene，2010，29（12）：1798-1809
6001