砷以非SUMO依赖的方式诱导PLCE1的去泛素化修饰，从而影响膀胱上皮细胞的恶性行为

《Journal of Hazardous Materials》：Arsenic induced deubiquitination modification of PLCE1 in a de-SUMO-dependent manner to affect malignant behavior in bladder epithelial cells

　　

曹思岩|陈泽宇|王世文|周秦|裴亮|习书华

中国辽宁省沈阳市110122，中国医科大学，教育部环境压力与慢性病防控重点实验室

摘要

砷作为一种常见的环境污染物，对健康构成严重威胁，已成为全球性的公共卫生问题。长期接触砷与多种癌症的发病有关，尤其是膀胱癌。本研究中，通过联合使用N-甲基-N-亚硝基脲（MNU）和亚砷酸钠（NaAsO?）建立了大鼠膀胱肿瘤模型，其中MNU作为致癌物，NaAsO?作为促癌剂。此外，我们还利用SV-HUC-1人尿路上皮细胞系构建了经砷处理的细胞模型，该细胞系被NaAsO?处理了40周。研究表明，砷会促进MNU诱导的大鼠膀胱肿瘤发生。在经砷处理的膀胱上皮细胞中，PLCE1蛋白的表达显著升高，而抑制PLCE1表达可有效改善砷引起的恶性表型。从机制上来看，PLCE1蛋白水平的上升是由OTUD7B介导的去泛素化作用和SENP1介导的去SUMO化作用共同调控的。值得注意的是，SENP1介导的去SUMO化作用还会进一步促进PLCE1的去泛素化修饰。功能实验表明，抑制OTUD7B酶活性（C194S突变）或敲低SENP1表达，均可显著减轻无机砷诱导的膀胱上皮细胞的恶性行为。这种“双重修饰”模型为研究环境毒物的致癌机制提供了新的思路。

引言

砷是一种具有致癌性的物质，对全球公共卫生构成严重威胁。人类接触环境中的砷的主要途径是饮用受砷污染的地下水[1]。砷可通过多种机制引发癌症，包括调节氧化应激过程、导致基因损伤、引发多种类型的DNA损伤以及诱发表观遗传改变[2]。在泌尿系统肿瘤方面，砷已被确定为膀胱癌的风险因素。流行病学研究显示，砷暴露水平与膀胱癌的发病率之间存在明显的剂量-反应关系[3]。尽管砷的致癌效应已在多种器官系统和癌症类型中得到证实，但膀胱癌发生的具体分子机制尚未完全阐明，还需进一步深入研究。

作为磷脂酶C家族的重要成员，PLCE1在多种恶性肿瘤中存在表达异常，包括膀胱癌、胃癌和食管癌[4]、[5]、[6]。PLCE1在膀胱癌组织中表达，并通过多种信号通路推动肿瘤进展。一方面，PLCE1可通过激活ATM/EXO1信号轴增强膀胱癌细胞的DNA损伤修复能力，这可能是癌细胞抵抗基因毒性应力并存活的机制之一[7]；另一方面，PLCE1可通过信号转导级联反应下调上皮标志物E-钙黏素的表达，从而促进膀胱癌细胞的侵袭和迁移[8]。正是由于这些多方面的作用，PLCE1成为极具潜力的治疗靶点，也是本研究的核心关注对象[9]。泛素-蛋白酶体系统在细胞周期、DNA损伤响应和程序性细胞死亡等重要生物过程中起着关键作用，它能通过特异性降解关键的调控蛋白来实现这些功能[10]。研究表明，长期接触无机砷会抑制皮肤和肺细胞系中由蛋白酶体系统介导的蛋白质降解[11]。泛素化是一种高度精确的翻译后修饰，它通过酶促级联反应将泛素共价结合到目标蛋白上，从而以高特异性调节各种细胞生命活动[12]。OTU家族的成员被认为是参与多种疾病（包括癌症）的重要调控性去泛素化酶。OTUD7B是该家族中的重要成员，已有研究指出它在肺癌[13]、乳腺癌[14]和前列腺癌[15]等多种癌症的发生发展中起重要作用。在胃癌组织中，OTUD7B在蛋白质和mRNA水平上都呈现过表达现象，其表达水平升高与肿瘤的TNM分期更晚、组织学等级更高以及淋巴血管侵犯更严重相关[16]。然而，OTUD7B在膀胱癌中的具体作用及作用机制尚不清楚。

SUMO化是一种与泛素化类似的翻译后修饰，同样通过酶促级联反应实现[17]。这种修饰通过影响蛋白质的亚细胞定位、蛋白质-蛋白质相互作用以及蛋白质稳定性来发挥调控功能[18]。SENP1介导的去SUMO化作用可有效逆转SUMO化修饰带来的生物学效应。SENP1是肿瘤发生过程中的重要调控因子，在膀胱癌中，尿液中的SENP1浓度可能可作为监测疾病复发的潜在生物标志物[19]。泛素化与SUMO化修饰之间存在极为复杂且动态的相互作用。泛素化通常会将目标蛋白标记出来，通过蛋白酶体途径将其降解，而SUMO化则主要负责稳定蛋白质结构、调节蛋白质的亚细胞定位以及调控蛋白质-蛋白质相互作用[20]。SUMO化既可能竞争同一底物蛋白上的泛素化位点，从而抑制其通过泛素介导的降解，也可能作为特定泛素连接酶的识别平台，进而促进该蛋白的泛素化及其后续降解，这一过程被称为SUMO导向的泛素化[21]。

本研究旨在阐明无机砷暴露如何通过调控机制诱导PLCE1蛋白表达升高。我们系统地研究了泛素化与SUMO化修饰对PLCE1蛋白稳定性的影响，并明确了去泛素化酶OTUD7B和去SUMO化酶SENP1在此过程中的作用。该研究为揭示无机砷促进膀胱癌进展的分子机制提供了理论依据，也为寻找相关的干预靶点奠定了基础。

章节节选

动物模型与处理方法

由于建立无机砷的动物致癌模型较为困难，本研究建立了同时暴露于无机砷和膀胱癌致癌物MNU的大鼠模型，用于观察膀胱肿瘤的发生情况。雌性大鼠对无机砷的敏感度高于雄性大鼠[22]。在之前的大鼠模型研究中，大鼠在饮用浓度为50毫克/升的含砷水3个月后，会出现膀胱上皮增生和增厚现象[23]，因此本研究也采用了50毫克/升的砷浓度

NaAsO?可促进MNU诱导的大鼠膀胱壁增生与肿瘤形成

为了检测体内砷的暴露情况，在第12周时，使用代谢笼收集每组大鼠的24小时尿液样本，随后测定对照组、无机砷组、MNU组以及MNU与无机砷联合处理组尿液中各类砷化合物的浓度。与对照组和MNU组相比，无机砷组、MNU与无机砷联合处理组尿液中的iAs、MMA、DMA和TAs浓度显著升高（见图1B）。此外，还通过彩色多普勒超声检查来评估

讨论

在孟加拉国等20多个国家，有数亿人不同程度地接触到砷，由此带来的健康风险亟需重视[25]。在人类的生活和生产环境中，砷可通过摄入、吸入和皮肤接触等多种途径进入人体[26]。流行病学研究显示，持续接触砷不仅会增加患癌症的风险，还会

结论

砷通过抑制PLCE1蛋白的泛素化介导的降解，并特异性去除其K48位点的多聚泛素链，从而稳定该蛋白。这一过程受到去泛素化酶OTUD7B的负向调控，OTUD7B会降低PLCE1的泛素化水平，进而促使细胞表现出恶性特征。此外，去SUMO化酶SENP1也参与调控PLCE1的泛素化状态，并在砷诱导的SV-HUC-1细胞恶性行为中发挥作用。

环境意义

砷是一种广泛存在于环境中的类金属元素，它可通过饮用水等方式进入人体，是被国际癌症研究机构认定为人类I类致癌物的物质。长期接触无机砷会严重危害人类健康，引发多种癌症，包括膀胱癌、心血管疾病、糖尿病、高血压等多种疾病。本研究揭示了

研究伦理审批情况

本研究中的所有动物实验均遵循ARRIVE指南，并按照英国1986年《动物（科学实验）法案》及相关规定进行。所有实验流程均获得了中国医科大学动物伦理委员会的批准（动物伦理委员会编号：CMU2022111）

补充材料

包括材料与方法部分，以及表S1-S2。

资金支持

本研究得到了国家自然科学基金的支持（项目编号：82373701）。

作者贡献说明

曹思岩：撰写原始稿件、方法部分、正式分析、数据整理、概念设计。裴亮：撰写审阅与编辑稿件、项目监督、概念设计。习书华：撰写审阅与编辑稿件、项目管理、资金筹集、概念设计。王世文：负责方法部分工作。周秦：负责正式分析工作。陈泽宇：负责方法部分工作。

关于写作过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

作者声明，在撰写本稿件时未使用任何AI生成的文本。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

利益冲突声明

作者声明存在以下可能被视为利益冲突的财务利益/个人关系：习书华表示其研究工作得到了国家自然科学基金的资金支持。其他作者则声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系