泛素化修饰+多组学技术强强联合！中山大学马俊院士团队解锁USP18-TRIM21-TRIM29调控轴，揭秘鼻咽癌放疗抵抗核心机制
发布时间：
2026-01-27
鼻咽癌在我国南方高发，放疗是主要治疗手段，但约五分之一患者因放疗抵抗复发，预后不佳。DNA 损伤修复（DDR）异常激活是放疗抵抗核心，泛素化修饰起关键调控作用，而去泛素化酶（DUBs）的相关机制尚不清楚。
本文由中山大学马俊院士团队通过蛋白质组学、CRISPR/Cas9、免疫沉淀、泛素化实验等技术，揭示 USP18 以非催化依赖方式招募 TRIM21，促进 TRIM29 的 K27 链泛素化及核转位，增强 DDR 活性，最终导致鼻咽癌放疗抵抗，为临床治疗提供新靶点。
标题：USP18 promotes nasopharyngeal carcinoma radioresistance via TRIM29 oligomerization and ubiquitination.
译名：泛素特异性肽酶 18（USP18）通过诱导 TRIM29 寡聚化及泛素化修饰，促进鼻咽癌放疗抵抗。
期刊：Cell death and differentiation
影响因子：IF=15.4
发表时间：2025.11.11
通讯作者: Jun Ma、Yin Zhao、Rui Guo
研究思路
1.先通过蛋白质组学和转录组学筛选鼻咽癌放疗抵抗相关的去泛素化酶；
2.再利用 CRISPR/Cas9 技术构建基因敲除细胞系，在体内外验证目标分子对鼻咽癌放疗敏感性的影响；
3.随后通过免疫沉淀 - 质谱（IP-MS）鉴定目标分子的相互作用蛋白，明确其调控靶点；
4.接着通过泛素化实验、截短体突变实验等，阐明目标分子调控靶点的具体方式（泛素化类型、关键位点、依赖结构域）；
5.最后通过细胞功能实验和临床样本分析，验证该调控轴在鼻咽癌放疗抵抗中的作用及临床意义。
文章主要内容
1. USP18 在鼻咽癌中高表达，与放疗抵抗相关
蛋白质组学及公共数据集显示，USP18 在放疗抵抗型鼻咽癌组织中高表达，且与 DDR 通路正相关（Fig.1A-F）。体外实验中，USP18 敲除显著降低鼻咽癌细胞克隆形成率，增加放疗后凋亡和 DNA 损伤（Fig.1G-J）；体内实验显示，USP18 敲除可抑制放疗后裸鼠皮下肿瘤生长（Fig.1K-M），证实 USP18 削弱鼻咽癌放疗敏感性。
Fig1、USP18 在鼻咽癌中高表达且削弱放疗敏感性
2. USP18 与 TRIM29 相互作用
IP-MS 鉴定出 TRIM29 为 USP18 潜在相互作用蛋白（Fig.2A），内源性 Co-IP 和 FRET 实验证实二者直接结合并共定位于细胞质（Fig.2B-D）。截短体突变实验显示，USP18 通过 UCH 结构域，TRIM29 通过 OmpH 结构域相互作用，且 TRIM29 的 CC 结构域缺失可增强该相互作用（Fig.2E-H）。
Fig2、USP18 与 TRIM29 相互作用
3. USP18 以非催化依赖方式促进 TRIM29 的 K27 链泛素化
USP18 野生型和催化失活突变体（C64S）均能增强 TRIM29 泛素化，且不依赖其去泛素化酶活性（Fig.3A）。USP18 敲除可显著降低 TRIM29 的泛素化水平（Fig.3B），链特异性实验证实 USP18 主要促进 TRIM29 的 K27 链泛素化（Fig.3C-D）。IP-MS 及突变体实验明确 K561 位点是泛素化关键位点，该位点在不同物种中高度保守（Fig.3F-I）。
Fig3、USP18 以非催化依赖方式促进 TRIM29 的 K27 链泛素化
4. USP18 招募 TRIM21 介导 TRIM29 泛素化
IP-MS 及数据库交叉分析发现 TRIM21 为三元复合物中的 E3 泛素连接酶（Fig.4A），Co-IP 和 FRET 实验证实三者相互作用（Fig.4B-C）。TRIM21 通过 PRY 结构域结合 USP18 和 TRIM29（Fig.4D-F），USP18 作为脚手架招募 TRIM21（Fig.4G-H），TRIM21 野生型可促进 TRIM29 的 K27 链泛素化，敲除后 USP18 无法调控该过程（Fig.4I-L）。
Fig4、USP18 招募 TRIM21 以增加 TRIM29 的 K27 链泛素化
5. TRIM29 泛素化促进其寡聚化和核转位
交联实验和天然 PAGE 实验显示，USP18 或 TRIM21 过表达可增强 TRIM29 寡聚化，CC 结构域是关键（Fig.5A-F）。MD 模拟显示 K561 位点泛素化稳定 TRIM29 二聚体（Fig.5I-J）。细胞分馏和免疫荧光实验表明，放疗后 TRIM29 核转位并与 γH2AX 共定位，USP18 敲除、TRIM21 敲除或 TRIM29-K561R 突变均抑制该过程（Fig.5K-P）。
Fig5、TRIM29 的泛素化促进其寡聚化并利于核转位
6. USP18 通过 TRIM29 增强 DDR 活性，导致放疗抵抗
功能挽救实验显示，USP18 过表达可降低放疗诱导的 γH2AX 焦点数量，减少 DNA 损伤和凋亡，增强克隆形成能力，而 TRIM29 敲除可逆转这些效应（Fig.6A-H）。体内实验显示，USP18 过表达促进放疗后裸鼠皮下肿瘤生长，TRIM29 敲除可抑制该优势（Fig.6I-K），证实 USP18 通过 TRIM29 增强 DDR 活性。
Fig6、USP18 通过 TRIM29 促进 DNA 损伤修复，削弱放疗敏感性
7. USP18 高表达与鼻咽癌患者不良预后相关
免疫组化分析 200 例鼻咽癌组织显示，USP18 高表达与局部复发率升高相关（Fig.7A-B）。Kaplan–Meier 分析表明，USP18 高表达患者的总生存期、无病生存期和无局部复发生存期更短，多因素 Cox 回归分析证实 USP18 是鼻咽癌预后的独立危险因素（Fig.7C-E）。
Fig7、USP18 高表达与鼻咽癌患者不良预后相关
文章总结
1.首次发现 USP18 在鼻咽癌放疗抵抗中发挥关键作用，其高表达与患者不良预后相关；
2. 揭示 USP18 以非催化依赖方式发挥脚手架功能，招募 TRIM21 介导 TRIM29 的 K27 链泛素化；
3. 明确 TRIM29 的 K561 位点是泛素化关键位点，泛素化可促进 TRIM29 寡聚化和核转位；
4. 阐明 USP18-TRIM21-TRIM29 轴通过增强 DDR 活性驱动鼻咽癌放疗抵抗，为临床治疗提供了全新靶点。
该研究不仅拓展了去泛素化酶在肿瘤放疗抵抗中的作用认知，还揭示了泛素化修饰调控 DDR 通路的新机制，为逆转鼻咽癌放疗抵抗提供了科学依据和潜在治疗策略。
本文能发表于核心在于其 “临床问题导向 + 机制创新” 的研究特色：以鼻咽癌放疗抵抗这一临床难题为切入点，通过多组学筛选锁定关键去泛素化酶 USP18；结合分子生物学、生物信息学等多种技术，层层递进阐明 USP18 作为脚手架蛋白调控 TRIM29 泛素化的分子机制；同时通过体内外功能实验和临床样本分析，全面验证该调控轴的生物学功能和临床意义，结果可靠且具有转化价值。
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