SKP1-CUL1-F-Box (SCF) 复合物：影响疾病进展的关键分子靶点综述

本文是一篇发表于《The FASEB Journal》2025年第39卷的综述文章，标题为“SKP1-CUL1-F-Box: Key Molecular Targets Affecting Disease Progression”。作者团队包括曾祥荣、曹佳颖、徐娟、周子华、龙晨、周艳红和唐静琼，他们分别来自中南大学湘雅二医院老年病科、中南大学基础医学院肿瘤研究所、中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院（湖南省肿瘤医院）重症监护室、娄底市中心医院肿瘤科以及中南大学湘雅二医院普外科。通讯作者为中南大学湘雅二医院老年病科的唐静琼教授和中南大学基础医学院的周艳红教授。该项工作得到了湖南省自然科学基金（编号：2021JJ30915， 2022JJ70032）的支持。

这篇综述系统性地阐述了SKP1-CUL1-F-Box (SCF) E3泛素连接酶复合物的功能特性、调控机制及其在多种细胞生理过程和疾病病理学中的核心作用。SCF复合物是Cullin-RING E3泛素连接酶 (CRL) 家族的重要成员，通过介导特定底物蛋白的泛素化，引导其被26S蛋白酶体降解，从而在维持细胞稳态中扮演关键角色。文章旨在通过对当前知识的整合，为全面、系统地理解SCF复合物及其在细胞生理和疾病发生中的多功能性提供新视角。

SCF复合物的核心结构与功能特征 SCF复合物由四个基本组件构成：支架蛋白CUL1、接头蛋白SKP1、底物识别蛋白F-Box蛋白以及RING蛋白RBX1/ROC1。CUL1的N端结合SKP1和F-Box蛋白，C端结合RBX1，后者与E2泛素结合酶相互作用。F-Box蛋白根据其结构域分为三个亚家族：FBXL（富含亮氨酸重复序列）、FBXW（WD-40氨基酸重复序列）和FBXO（其他未明确表征的结构域）。人类基因组中大约有69个F-Box蛋白，它们的多样性决定了SCF复合物底物识别的特异性。例如，SCF(FBXW7)特指以FBXW7为底物识别组件的复合物。

SCF的功能运作具有高度复杂性。首先，细胞内的SCF复合物在发生Nedd8修饰（Neddylation）后，可与其他CRL以及E3连接酶ARIH1形成“E3-E3”超级组装体，这可能是实现广泛泛素化的基础。其次，SCF介导的多聚泛素化需要E2酶CDC34从单体转化为高活性的异源二聚体形式。第三，在26S蛋白酶体降解SCF标记的底物过程中，泛素化或Nedd8修饰的CUL1亚基会依次与蛋白酶体的20S和19S亚复合体结合。最后，SKP1亚基的特定螺旋结构对于识别和锁定F-Box蛋白至关重要，而F-Box蛋白本身的磷酸化修饰是其功能调节的关键环节。

SCF复合物的组装、解离及其影响因素 SCF复合物的动态平衡受多种因素调控。蛋白质CAND1在SCF组装中起核心作用：它结合并异构调节无活性的SCF复合物，促使CUL1与RBX1和SKP1分离，从而回收CUL1；同时，CAND1促进SKP1-F-Box蛋白底物受体模块的交换，以刺激新SCF复合物的组装。值得注意的是，SCF复合物的活化需要CAND1自身的降解。干扰素诱导的抗增殖蛋白Rig-G通过下调COP9信号体（CSN）的关键组分CSN5，以及降低CUL1和β-TrCP的水平，来抑制SCF（β-TrCP）的组装和活性。相反，在线虫中，蛋白SmRBX通过与CUL1结合促进SCF组装。

SCF在细胞周期与生物节律调控中的作用 SCF复合物精准调控细胞周期的各个阶段。在G0/G1期，SCF（β-TrCP）通过降解Mis18β来限制中心粒功能；同时，SCF（FBX4-αB crystallin）促进磷酸化Cyclin D1的降解以加速G1进程，但其他研究也指出CRL4（AMBRA1）可能是Cyclin D1降解的主要调控者。进入S期，SCF（FBX6）降解检查点激酶CHK1以终止S期检查点；SCF（SKP2）影响p21和p27的降解；DNA损伤时，ATM/ATR激活CHK1/2磷酸化CDC25A，触发SCF（β-TrCP）介导的CDC25A降解，使细胞停滞于S期以维持基因组稳定。在G2/M期，SCF（β-TrCP）通过识别非磷酸化的CDC25B基序促进其降解，从而推进细胞周期；而SCF（Cyclin F）则介导转录因子E2F1的降解，防止DNA复制错误。此外，SCF也参与生物节律调节，例如SCF（FBXL3）通过泛素化降解隐花色素（CRY）蛋白来调控昼夜节律，而β-TrCP则通过降解PER1来稳定生物钟。

SCF对细胞增殖、迁移和DNA修复的调控 SCF复合物通过影响有丝分裂进入速率和细胞行为来调控增殖与迁移。例如，SCF（β-TrCP）通过降解早期有丝分裂抑制因子1（EMI1）来增强APC/C活性，促进有丝分裂。F-Box蛋白POF1和POF3可能通过降解Wee1激酶促进细胞进入分裂期。在癌症中，FBXW7缺失导致Cyclin E、c-Myc等癌蛋白积累，驱动癌细胞生长；SCF（β-TrCP）则通过降解USP33等蛋白来促进癌细胞增殖和侵袭。在细胞迁移方面，SCF（β-TrCP）降解EMT（上皮-间质转化）关键诱导因子Twist可抑制癌细胞转移；而FBXL19通过降解小G蛋白Rac1来抑制细胞迁移前沿的形成和细胞迁移。

在DNA损伤应答中，SCF复合物扮演着修复协调者的角色。SCF（β-TrCP）通过降解CREP蛋白，诱导eIF2α磷酸化并促进DNA修复蛋白的表达，同时降低整体翻译水平以利于修复过程。SCF（FBXW7）的底物NONO是一种参与DNA修复的RNA结合蛋白。SCF（FBH1）复合物具有解旋酶和泛素连接酶活性，可泛素化DNA结合蛋白以促进后续修复过程。此外，SCF（FBXL12）在DNA双链断裂（DSB）修复中通过去除Ku80来解除其对同源重组的抑制。

SCF在干细胞特性维持、细胞分化与组织发育中的功能 SCF复合物对细胞命运决定和组织形成至关重要。FBXW7是大脑干细胞活力和分化的关键调节因子，通过降解Krüppel样因子7（KLF7）和Notch（Notch1/Notch3）受体来调控神经分化。FBXW7缺失导致Notch信号异常，使神经干细胞倾向于分化为星形胶质细胞而非神经元。在心脏发育中，FBXO25通过降解NKX2-5、ISL1等关键心脏转录因子来调节心肌蛋白稳态。FBXW7对于血管网络的正常形成也必不可少，其缺失导致Notch4积累，阻碍血管发育。此外，FBXW7还通过靶向降解OASIS和BBF2H7来调控骨和软骨的形成。

SCF对氧化应激、细胞凋亡和自噬的影响 SCF复合物参与细胞应激反应和死亡程序的调控。FBXL17通过调节转录抑制因子BACH1来设定NRF2依赖性基因激活的阈值，影响氧化应激反应。FBXW7β的过表达能增强神经元对氧化应激的抵抗力。

在细胞凋亡方面，某些F-Box蛋白具有促凋亡作用。例如，FBXW7通过降解NRF1促进内质网应激下的神经元凋亡；FBXL7通过泛素化降解存活蛋白（Survivin）来诱导线粒体功能紊乱和细胞凋亡。另一方面，一些F-Box蛋白的功能失活也会促进凋亡或影响肿瘤细胞存活。例如，JFK（含Kelch结构域的F-Box蛋白）缺失导致p53稳定，引发细胞周期阻滞和凋亡；FBXO25在套细胞淋巴瘤中的重新表达会诱导细胞凋亡；而FBXO31则在食管鳞状细胞癌中发挥抗凋亡作用。SCF（FBXO22）通过降解BAG3来抑制肿瘤生长，此过程需要ERK先磷酸化BAG3。

在自噬调控中，FBXL2通过识别并降解非磷酸化的p85亚基，削弱PI3K信号通路，从而促进自噬。DNA损伤后，活化的p53促进SCF（FBXL20）降解VPS34，抑制自噬。FBXO27通过靶向受损溶酶体上的糖蛋白进行泛素化修饰，诱导线粒体自噬（Lysophagy）。SCF（FBXL4）则通过降解线粒体自噬受体Nix和BNip3来抑制非应激状态下的线粒体自噬。

SCF在免疫反应调控中的作用 SCF复合物是炎症通路和抗病原感染的重要调节器。SCF（FBXO3）通过泛素化自身免疫调节因子（AIRE）增强其转录活性，确保胸腺中组织特异性抗原的表达，对建立免疫耐受至关重要。脂多糖（LPS）通过促进SCF（β-TrCP）降解PKD1来恢复I-κBα水平，从而抑制TLR炎症信号，表明β-TrCP是该通路的负调控因子。SCF（FBXL19）作为ISG15 E3连接酶，通过对p65进行ISGylation修饰来减轻肺部炎症和损伤。

在抗病毒防御中，FBXW11缺失可稳定蛋白激酶R（PKR）的磷酸化，阻断裂谷热病毒（RVFV）的蛋白合成。FBXO2通过识别A族链球菌（GAS）的GlcNAc侧链，促进细菌的异源自噬性降解。FBXO21则在病毒感染期间介导凋亡信号调节激酶1（ASK1）的泛素化和激活，促进I型干扰素（IFNα/β）的产生。

SCF功能的上游调控因素 SCF的功能受到多层次调控。首先，直接靶向其组分可调节其功能。例如，小分子Brusatol通过靶向SKP1抑制非小细胞肺癌的生长和转移；En884通过靶向SKP1促进SCF对BRD4和雄激素受体的降解。蛋白因子Glomulin（GLMN）通过插入CUL1和RBX1之间来抑制其连接酶活性。MicroRNA-770可通过靶向FBXW7的3‘非翻译区抑制其表达。一些蛋白如HSF1诱导的αB晶状体蛋白与FBX4结合，促进Cyclin D1和p53的降解；而SLP-1结合FBXW7-γ可促进c-Myc的降解。

其次，底物蛋白的磷酸化状态是SCF识别和降解的关键开关。在大多数情况下，磷酸化促进SCF的功能。例如，在葡萄糖代谢中，SNF1激酶磷酸化PFK27以促进SCF（GRR1）对其的降解；有丝分裂初期，PLK1和CDC2磷酸化Wee1以促进SCF（β-TrCP）对其的降解；GSK3激酶磷酸化SOX9的Thr236，促进SCF（FBXW7α）对其的识别和降解。然而，也有磷酸化抑制SCF功能的情况，如NEK7磷酸化TRF1的Ser114可阻止FBX4对其的识别，从而保护端粒。

第三，微生物病原体通过模拟F-Box蛋白或影响SCF功能来调控宿主细胞。一些细菌病原体将真核生物样F-Box效应蛋白注入宿主细胞，泛素化宿主特异性靶标以促进病原体增殖。病毒也利用此机制：轮状病毒感染下调β-TrCP以抑制I-κBα的降解，从而逃避免疫；HIV-1的Vpu蛋白通过降解或结合β-TrCP来抑制NF-κB通路，并阻止p53的降解，促进T细胞凋亡；慢性乙肝病毒（HBV）的HBx蛋白可能阻断SCF对PTTG1的识别以稳定该癌蛋白。

SCF与疾病发生、预后及治疗的关系 大量证据表明SCF复合物的异常与多种疾病密切相关。 在癌症中，FBXO6缺失促进卵巢癌细胞增殖、迁移和侵袭；SCF（β-TrCP）无法降解AEBP2会导致卵巢癌患者对顺铂耐药。FBXW7在多种癌症（如胶质母细胞瘤、肾细胞癌、髓母细胞瘤）中下调或突变，与肿瘤进展、转移、不良预后和化疗耐药相关。FBXL6通过稳定c-Myc促进肝癌发展。FBXO2通过激活STAT3信号通路促进骨肉瘤进展。FBXO31过表达通过下调Snail1抑制胃癌细胞EMT和体内定植。FBXW11高表达通过激活NF-κB和β-catenin通路促进淋巴细胞白血病增殖。

在非肿瘤性疾病中，CCNF（Cyclin F基因）错义突变可能通过增加VCP的ATP酶活性导致TDP-43聚集，与肌萎缩侧索硬化症（ALS）的发生相关。肝细胞特异性过表达FBXW5会加剧肝脏代谢紊乱并激活MAPK通路，导致非酒精性脂肪性肝炎（NASH）。FBXL22敲除导致α-肌动蛋白积累，与严重收缩功能障碍和心肌病相关。β-TrCP缺失导致Snail1积累，引起生精小管细胞粘附缺陷和精子发生异常。FBXW11表达增加与阿尔茨海默病的发展相关。FBXW7的R465C突变可导致小鼠肺发育缺陷和腭裂。

SCF组分或相关蛋白的表达变化具有重要的预后价值。例如，FBXW7低表达与肾细胞癌、胶质母细胞瘤的不良预后相关。FBXO28的高表达和磷酸化是乳腺癌的不良预后指标。Cyclin F在肝细胞癌中的低表达与肿瘤大小、临床分期、血清AFP水平正相关，与肿瘤分化负相关，是独立的预后不良标志物。FBXO6高表达与晚期卵巢癌患者总生存期（OS）差相关。

鉴于SCF在疾病中的关键作用，其成为潜在治疗靶点。针对特定F-Box蛋白的小分子抑制剂正在探索中，如Genistein通过上调FBXW7诱导胰腺癌细胞凋亡。蛋白酶体靶向嵌合体（PROTAC）技术利用SCF机制选择性降解疾病相关蛋白（如雄激素受体），在癌症治疗中显示出前景。此外，靶向SCF上下游通路（如PI3K/AKT/mTOR通路影响SOX9稳定性）或恢复特定F-Box蛋白（如FBXO28）功能也成为新的治疗策略。

总结与展望 本综述系统性地总结了SCF E3泛素连接酶复合物在细胞周期、DNA修复、应激反应、细胞命运决定、免疫调节等几乎所有核心细胞生理过程中的中心作用，并详细阐述了其异常在恶性肿瘤及多种非肿瘤性疾病发生、发展中的机制。文章不仅梳理了SCF的组装、调控和功能框架，还列举了大量具体的F-Box蛋白及其底物，揭示了其作用机制的复杂性。

然而，庞大的F-Box蛋白家族中仍有大量成员的功能未知。未来研究需要进一步阐明如POF1/POF3如何通过降解Wee1促进有丝分裂、DIA2蛋白在DNA修复和克服脆弱位点中的具体机制等关键科学问题。对磷酸化调控网络，特别是低亲和力位点作用的理解，将有助于揭示生物学过程中磷酸化阈值的普遍机制。

最重要的是，SCF复合物与疾病的密切关联使其成为极具前景的治疗靶点。开发特异性SCF抑制剂或调节剂，有望为癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病等多种病症提供全新的治疗策略。因此，持续深入研究SCF复合物和F-Box蛋白，不仅将深化我们对基本细胞生物学的理解，也将为转化医学和精准医疗开辟新的道路。