综述：揭示MARCH6在癌症进展和代谢中的作用：从蛋白质稳态到肿瘤发生

《Pharmacological Research》：Unraveling MARCH6's Role in Cancer Progression and Metabolism from Protein Homeostasis to Oncogenesis

　　

恶性肿瘤是全球范围内主要的发病和死亡原因，尽管检测和治疗方法有所进步，但其发病率仍在上升。本综述探讨了内质网驻留E3泛素连接酶MARCH6 (Membrane-Associated RING-CH finger 6) 在癌症生物学和疾病调控中的多方面作用。MARCH6表现出复杂的、依赖于环境背景的双重作用：它在甲状腺乳头状癌 (Papillary Thyroid Carcinoma, PTC) 和肝细胞癌 (Hepatocellular Carcinoma, HCC) 中作为促癌驱动因子发挥作用，促进细胞增殖和转移潜能；同时，在非恶性病理状况下，包括调节铁依赖的脂质过氧化驱动的细胞死亡即铁死亡 (Ferroptosis)，以及抗病毒免疫中发挥保护作用。特别地，新出现的证据表明，MARCH6可以通过选择性降解p53和ACSL4等关键调节因子来调控铁死亡，从而将泛素介导的蛋白质稳态与氧化还原平衡和脂质代谢联系起来。本综述综合了当前对MARCH6的结构、底物特异性和组织特异性功能结果的理解，强调了其在不同细胞环境中依赖背景发挥活性的分子决定因素。特别关注了MARCH6对胆固醇和脂质代谢、氧化应激反应以及细胞死亡机制的调节影响，其中铁死亡是MARCH6可能影响肿瘤进展和治疗反应的核心机制轴。尽管在这些机制上取得了进展，但关于其在不同癌症类型中的底物选择性、功能极性的分子基础以及治疗可行性方面，仍然存在关键的知识空白。本综述旨在为未来研究提供指导，以利用MARCH6作为癌症和应激相关疾病（特别是铁死亡调控背景下的）生物标志物和选择性治疗靶点的潜力，同时认识到靶向其依赖环境背景功能所固有的挑战。

论文主体内容总结

1. 引言

全球范围内，恶性肿瘤是主要的发病和死亡原因，其发病率和死亡率持续上升。MARCH6 (又称TEB4) 是一个内质网 (Endoplasmic Reticulum, ER) 驻留的E3泛素连接酶，属于MARCH蛋白家族。其最初因其通过泛素化和降解角鲨烯单加氧酶 (Squalene Monooxygenase, SM/SQLE) 等关键酶来调节胆固醇生物合成的作用而被认识。新出现的证据表明，MARCH6在癌症生物学中扮演着依赖环境背景的复杂角色。在PTC和HCC中，MARCH6表现出促癌功能，但值得注意的是，这些效应具有高度的环境依赖性，而非在不同肿瘤类型中普遍保守。在PTC中，MARCH6通过靶向DExD/H-box解旋酶9 (DHX9) 进行蛋白酶体降解，从而异常激活AKT/mTOR信号轴来促进癌症进展。在HCC中，MARCH6会上调激活转录因子2 (ATF2)，从而促进肝癌发生，但其精确的分子机制尚需阐明。此外，MARCH6在非恶性病理条件下也显示出保护作用。2025年的研究表明，MARCH6通过破坏p53和ACSL4蛋白的稳定性来抑制急性肾损伤期间肾小管上皮细胞的铁死亡。MARCH6还参与抗病毒免疫，通过介导TOLLIP依赖的病毒蛋白选择性自噬来限制病毒复制。尽管如此，MARCH6在癌症生物学中仍存在几个关键的知识空白，包括其背景依赖性促癌与抑癌活性的分子机制、在肿瘤发生背景下系统性研究铁死亡调控的“变阻器”模型、以及缺乏与临床结果相关性的泛癌分析和靶向治疗的探索。

2. MARCH6的结构基础

MARCH6是MARCH家族中结构最复杂的成员之一，包含14个跨膜结构域 (Transmembrane Domains, TMDs)，定位于内质网膜。其N端位于胞质侧，含有一个特征性的C₄HC₃型半胱氨酸-组氨酸结构，即RING-CH结构域，这是其作为E3泛素连接酶功能的核心，负责特异性识别和结合底物蛋白，同时招募E2泛素结合酶以启动泛素化过程。C端也位于胞质侧，作为MARCH6调节区 (MARCH6 Regulatory Region, MRR)，包含一个高度保守的C末端元件 (C-terminal Element, CTE)。研究表明，C端MRR与N端RING结构域直接相互作用，共同形成一个结构稳定的“柱状”构象。根据AlphaFold3预测，MARCH6采用“头对尾”的环状拓扑结构，形成一个具有中心空腔的环形架构。这个由RING结构域及其周围跨膜螺旋共同形成的空腔，可能作为动态的底物结合和催化口袋。MARCH6的跨膜支架通过特定的结合位点与内质网膜脂质相互作用，这有助于维持整个催化复合物的构象稳定性。此外，MARCH6分子内部存在一个动态的门控螺旋，其构象变化可能优化E2~Ub与底物之间的空间排列效率。MARCH6通过其多个结构域实现精确协调，包括跨膜区的膜锚定和支架功能、RING结构域的催化和识别功能、MRR区的调节和稳定功能，以及与膜脂和E2酶的不同相互作用，这共同确保了泛素化复合物的正确组装和泛素转移的高效进行。破坏特定MARCH6结构域会显著改变其酶活性和底物选择性。例如，RING-CH结构域内的突变会破坏E2酶招募和泛素转移；改变Ac/N识别C5区 (残基541–632) 会损害对N端乙酰化底物的识别；破坏MRR内CTE的结构会破坏其与N端RING结构域的相互作用，损害“柱状”结构的形成。这些发现强调了RING结构域、C5区和CTE的完整性不仅对催化活性至关重要，而且对底物辨别也很重要。

3. MARCH6的生物学功能

MARCH6作为位于内质网的关键E3泛素连接酶，通过泛素-蛋白酶体系统 (Ubiquitin-Proteasome System, UPS) 在维持细胞内蛋白质稳态方面发挥着核心生物学作用。内质网相关降解 (ER-associated Degradation, ERAD) 通路负责清除内质网腔和膜中错误折叠、异常组装或过剩的蛋白质，MARCH6在此过程中通过识别特定底物蛋白并启动泛素化级联反应，最终将这些蛋白导向26S蛋白酶体降解，发挥着不可或缺的作用。从分子机制角度看，MARCH6通过其RING结构域特异性结合E2-泛素复合物，催化泛素分子从E2转移到底物蛋白的特定赖氨酸残基上。此过程通常涉及连续的泛素化反应，在底物上形成不同连接类型的泛素链。最常见的K48连接的多聚泛素链通常作为被26S蛋白酶体识别和降解的信号，而K63连接可能参与非降解途径，如信号转导和内吞作用。此外，MARCH6是哺乳动物中主要的Ac/N识别蛋白，能够通过其Ac/N结构域 (约残基552-600) 识别N端乙酰化底物，并促进其泛素-蛋白酶体介导的降解。典型的底物包括RGS2和PLIN2。2024年对MARCH6的酵母同源物Doa10的研究为其功能机制提供了重要见解。Doa10主要在ERAD-Cytosol (ERAD-C) 通路中发挥作用。在泛素化级联中，Doa10的RING结构域特异性招募E2 UBC6和UBC7，三者共同完成底物泛素化。研究表明此过程遵循有序的泛素化机制。在哺乳动物细胞中，UBE2G2作为UBC7的同源物，在MARCH6介导的ERAD通路中执行类似功能。重要的是，MARCH6在体内表现出与Doa10高度相似的代谢调节机制。MARCH6与其酵母同源物Doa10都作为内质网相关的E3泛素连接酶具有保守作用，但它们已知的底物谱在广度、定义和生物学重点上有所不同。Doa10主要靶向带有胞质暴露降解决定子的蛋白质，其底物谱与蛋白质质量控制密切相关。相比之下，MARCH6在保留这种保守的质量控制功能的同时，还在哺乳动物细胞中靶向更广泛的代谢和信号相关底物。总的来说，机制框架是进化上保守的，但底物选择的功能输出在哺乳动物MARCH6中似乎更广泛且更具生理特异性。

4. MARCH6在脂质代谢和胆固醇稳态中的作用

MARCH6在调节脂质代谢中起着至关重要的作用，这一功能与其独特的结构特征密切相关。MARCH6跨膜螺旋独特的空间构象能够容纳脂质分子，这为其感知脂质代谢状态提供了结构基础。MARCH6通过泛素修饰精确调节多种关键脂质代谢酶的稳定性，从而在胆固醇合成、甘油三酯平衡和脂质储存等生理过程中发挥重要的调节功能。在胆固醇合成途径中，催化角鲨烯转化为2,3-氧化角鲨烯的关键酶——角鲨烯单加氧酶，受到MARCH6的精确调节。研究表明，在胆固醇过量或低氧诱导角鲨烯积累的条件下，SM会通过蛋白酶体途径降解，这一过程完全依赖于MARCH6的参与。MARCH6特异性识别并结合SM N端的胆固醇感应结构域，靶向该区域进行泛素化修饰，从而启动SM降解。MARCH6过表达会以RING结构域依赖的方式显著降低SM蛋白丰度，并伴有SM酶活性降低和上游甲羟戊酸通量减少。值得注意的是，胆固醇本身通过稳定MARCH6蛋白来增强其活性，从而建立了一个精细的反馈调节机制。除了SM，胆固醇生物合成途径中的另一个关键限速酶HMGCR同样受MARCH6调节。MARCH6直接与HMGCR相互作用，并通过泛素修饰调节其稳定性。研究表明，敲低MARCH6会显著增加HMGCR蛋白水平，从而增强胆固醇合成通路的整体通量。尽管其他E3连接酶可能在固醇依赖的HMGCR降解中发挥更大作用，但不可否认的是，HMGCR通过MARCH6介导的途径经历蛋白酶体降解。除了直接调节胆固醇合成酶，MARCH6还参与调节胆固醇合成的主要转录机制。新证据表明，MARCH6作为NADPH依赖的、氧敏感的胆固醇稳态调节因子。在缺氧条件下，当氧依赖的固醇生物合成受到限制时，细胞内NADPH积累并被报道可增强MARCH6活性，从而促进固醇调节元件结合蛋白2 (Sterol Regulatory Element-Binding Protein 2, SREBP2) 的泛素化和降解。通过这种机制，MARCH6抑制了SREBP2的加工和下游胆固醇生成基因的表达，有效地覆盖了低氧环境下的典型固醇感应反应。

5. MARCH6在氧化应激和铁死亡调控中的作用

氧化应激是一种由于细胞氧化与抗氧化系统失衡而产生的病理生理状态，其特征是活性氧 (Reactive Oxygen Species, ROS) 的过度积累，随后诱导脂质、蛋白质和DNA的损伤。这种情况与包括癌症、神经退行性疾病和代谢性疾病在内的众多疾病的发生和发展密切相关。最近的研究表明，MARCH6在细胞对氧化应激的反应中起着关键的调节作用，特别是在铁死亡这种新型细胞死亡的调控中占据核心位置。铁死亡是一种铁依赖的、脂质过氧化驱动的调节性细胞死亡形式，细胞NADPH状态是铁死亡敏感性的关键决定因素。MARCH6是泛素系统中第一个被鉴定的能够直接感知细胞内NADPH水平的E3泛素连接酶。通过其C端结构域，MARCH6检测NADPH可用性的波动，并动态调节其泛素连接酶活性。在肺癌细胞中，在NADPH充足的条件下，MARCH6促进铁死亡相关效应物 (包括ACSL4和p53) 的泛素依赖性降解，从而限制脂质过氧化并抑制铁死亡性细胞死亡。同时，MARCH6通过支持NADPH代谢平衡来促进氧化还原稳态。相反，MARCH6功能丧失会导致这些促铁死亡因子的积累、氧化应激增强以及肿瘤和胚胎组织对铁死亡的易感性增加。这些发现确立了MARCH6是NADPH代谢和铁死亡调控之间的重要分子连接。然而，在巨噬细胞中，MARCH6似乎通过一种不同的机制间接影响铁死亡。磷脂过氧化物的积累促进Toll样受体2 (Toll-like Receptor 2, TLR2) 在内质网中的滞留，并促进MARCH6募集到该区室。然后MARCH6泛素化TLR2并将其靶向蛋白酶体降解，从而降低巨噬细胞吞噬铁死亡细胞的能力。在肿瘤微环境中，这种MARCH6依赖性通路可能通过损害巨噬细胞介导的铁死亡细胞清除，间接有利于肿瘤存活。在神经系统中，MARCH6同样发挥着不可或缺的调节功能。在下丘脑阿黑皮素原 (Proopiomelanocortin, POMC) 神经元中，MARCH6特异性识别并促进胞质滞留的POMC前体的蛋白酶体降解，从而防止其异常积累。在缺乏MARCH6的情况下，滞留的POMC会隔离HSPA5，加速GPX4降解，并增加脂质过氧化，最终触发与内质网应激相关的铁死亡。因此，MARCH6介导的异常POMC的泛素依赖性清除对于维持神经元稳态和抑制铁死亡性损伤至关重要。

6. 脂质代谢与铁死亡的整合与耦合

胆固醇状态显著影响MARCH6的稳定性和底物降解，建立了脂质代谢和铁死亡调控之间的直接耦合通路。高胆固醇水平可以稳定MARCH6，减少自身降解，增强底物降解 (包括SM和HMGCR)，并改变铁死亡相关网络的平衡。胆固醇不仅增加降解活性，还可能通过改变MARCH6的通道构象和脂质结合支架来重新配置底物特异性，形成一个“胆固醇状态-MARCH6活性-铁死亡易感性”的代谢-蛋白质稳态轴。MARCH6作为铁死亡的关键调节因子，通过感知NADPH水平和降解关键效应分子，在细胞死亡决策中起着至关重要的作用。鉴于在肿瘤细胞中诱导铁死亡已成为一种抗肿瘤策略，未来一个关键的研究方向将是开发靶向MARCH6的特异性抑制剂/激动剂。精确调节MARCH6活性可能能够在肿瘤细胞中特异性诱导铁死亡，从而可能在癌症治疗中取得突破，同时也为治疗其他氧化应激相关疾病开辟新途径。

7. MARCH6在癌症中作为底物选择性E3连接酶的双重作用

RING指蛋白家族成员介导泛素修饰，在细胞周期调节、信号转导和蛋白质降解等多种细胞过程中发挥着关键作用。该家族的功能障碍，特别是由遗传改变引起的表达异常或活性改变，已被证明与多种癌症的发生和发展密切相关。研究人员首先利用TCGA数据库分析了MARCH6在多种癌症类型的肿瘤组织与配对癌旁正常组织之间的差异表达，以系统描述MARCH6的泛癌表达谱。结果显示MARCH6的表达模式具有明显的癌症类型依赖性。具体而言，在膀胱尿路上皮癌、宫颈鳞状细胞癌和腺癌、胆管癌、食管癌、头颈部鳞状细胞癌、肝细胞癌、肺腺癌、肺鳞状细胞癌、胃腺癌和子宫体子宫内膜癌中，肿瘤组织的MARCH6表达水平显著高于正常组织。相反，在多形性胶质母细胞瘤、肾乳头状细胞癌、皮肤黑色素瘤和甲状腺癌中，肿瘤组织的MARCH6表达水平相对于正常组织显著下调。这些发现不仅证实了MARCH6在肝细胞癌等高表达癌症类型中的促癌潜力，也为MARCH6在肾细胞癌和KIRP等MARCH6表达降低的癌症类型中可能具有的肿瘤抑制功能提供了初步的生物信息学证据。研究人员进一步通过单变量Cox回归分析评估了MARCH6表达水平与泛癌队列的总生存期和进展无病生存期的预后关联。森林图分析一致显示，MARCH6的预后意义表现出明显的癌症类型特异性。在OS分析中，MARCH6高表达是肾上腺皮质癌的显著风险因素，而在肾透明细胞癌中则是显著的保护因素。在LIHC和间皮瘤中也观察到MARCH6高表达预后不良的趋势。这些关联在PFS分析中得到了进一步证实，其中MARCH6高表达预示着ACC和LIHC的PFS显著缩短，而KIRC的PFS则显著延长。在其余检查的癌症类型中，未观察到MARCH6表达水平与OS或PFS之间存在统计学显著相关性。这些发现共同表明，尽管在某些癌症类型中MARCH6存在差异表达，但其作为通用独立预后生物标志物的效用有限。最近的许多研究现已证实了MARCH6的致癌作用。在HCC中，与癌旁正常组织相比，MARCH6表达水平显著升高，其过表达通过增强转录因子ATF2的稳定性来促进HCC细胞增殖和侵袭能力。在BRCA和PTC中也报道了类似的致癌效应。特别是在PTC中，研究表明MARCH6通过与RNA解旋酶DHX9相互作用激活AKT/mTOR信号通路，从而促进PTC细胞生长和迁移能力。尽管如此，新出现的证据表明，MARCH6在特定的肾癌中可能具有潜在的肿瘤抑制作用。在RCC中，据报道MARCH6泛素化脂滴相关蛋白PLIN2，而TRIB3通过与PLIN2相互作用干扰MARCH6介导的泛素化，从而增强PLIN2的稳定性。鉴于PLIN2的积累与RCC进展相关，MARCH6活性受损可能通过失调的脂滴代谢导致恶性行为。与这种可能性一致，基于TCGA的表达分析显示KIRP中MARCH6表达降低，为MARCH6在至少某些肾癌环境中的抑制意义提供了相关性支持。MARCH6作为E3泛素连接酶，在癌症中扮演着复杂且具有组织特异性的双重角色。这种功能可塑性主要源于几个因素。首先，MARCH6在不同的肿瘤微环境中识别不同的底物库。其次，其活性受到多种翻译后修饰的精细调节。最后，不同癌症类型中特定相互作用蛋白的存在也影响着MARCH6的最终功能输出。

8. MARCH6–DHX9–AKT/mTOR轴作为驱动PTC进展的核心致癌环路

在PTC中，MARCH6已成为一个致癌因子。与邻近正常甲状腺实质和良性结节相比，PTC组织中MARCH6显著上调，且MARCH6水平升高与侵袭性肿瘤特征相关，包括细胞增殖增加、细胞周期进程加速、迁移能力增强和较差的临床结果。从机制上讲，MARCH6通过泛素介导的降解DHX9 (一种具有肿瘤抑制特性的多功能RNA/DNA解旋酶) 来发挥其促肿瘤作用。通过其RING指结构域，MARCH6催化DHX9的K48连接的多聚泛素化，并促进其蛋白酶体降解，从而解除对下游致癌信号传导的抑制性约束。DHX9的减少伴随着AKT/mTOR通路的激活，该通路是细胞生长、存活和恶性进展的核心调节因子。更具体地说，DHX9耗竭导致PI3K/AKT/mTOR信号轴的异常过度激活，从而增强c-Myc和细胞周期蛋白D1等致癌蛋白的翻译，抑制细胞凋亡，并促进上皮-间质转化。值得注意的是，基于TCGA数据库的泛癌分析显示，在THCA队列中MARCH6表达总体下调，这与PTC中的实验观察结果似乎不一致。这种差异可能反映了THCA队列内的异质性，该队列不仅包括主要的PTC成分，还包括其他甲状腺癌亚型，如滤泡性甲状腺癌，以及缺乏BRAF V600E突变的分子亚组，从而稀释了总体表达信号。

9. MARCH6–ATF2轴作为HCC进展和不良临床结果的核心致癌驱动因子

在HCC中，MARCH6已成为一个具有重要临床意义的关键致癌驱动因子。全面的表达谱分析显示，与邻近非肿瘤肝实质相比，MARCH6在HCC组织中显著上调，其表达水平升高与不良临床结果密切相关。在HCC细胞系和异种移植模型中的功能研究最终证明，MARCH6过表达促进包括细胞增殖增强、细胞周期进程加速、DNA合成增加和体内致瘤性增强在内的恶性表型。从机制上讲，与在甲状腺癌中通过底物降解发挥作用的方式不同，MARCH6在HCC中主要通过转录上调ATF2 (一种属于AP-1超家族的应激反应转录因子) 来发挥其促肿瘤作用。由MARCH6驱动的高水平ATF2激活了下游的致癌转录程序，支持HCC细胞的存活、增殖和对凋亡的抵抗，从而确立了MARCH6-ATF2调节轴是肝癌发生的核心致癌环路。然而，与PTC中描述的机制不同，HCC中现有的数据并未证明MARCH6直接泛素化或破坏ATF2的稳定性。相反，目前的证据表明MARCH6与ATF2表达增加相关，并且ATF2促进了MARCH6驱动的恶性表型。因此，将HCC中的MARCH6–ATF2轴解释为功能性的下游关系，而非直接建立的底物-连