骨肉瘤(osteosarcoma,OS)是儿童和青少年中最常见的原发性恶性骨肿瘤类型,其恶性程度高,预后不良。因骨肉瘤具有高度侵袭性和早期转移的特点,导致其极易复发并且预后不佳。大约10%-20%的新发骨肉瘤患者中已经出现远处转移,其中肺为最常见转移部位,占90%左右。早期即发生远处转移的患者常常预后极差,易复发且生存期短,综合5年整体生存率仅为50-60%。当下,骨DNA Damage/DNA Repair抑制剂肉瘤的治疗主要为化疗加手术切除的综合治疗模式。由于骨肉瘤患者手术治疗的创伤大和对化疗药物的耐药性以及细胞毒性药物带来的严重副作用等,限制了骨肉瘤患者生存率的进一步提高。目前骨肉瘤的发生病因仍然不明确,骨肉瘤的治疗仍缺乏有效的靶向药物,骨肉瘤患者总体生存期的延长已到了瓶颈期,给患者及其家庭带来了极大的负担。基于以上研究背景,探索寻找骨肉瘤发生发展的关键机制,并进一步开发相关药物,是骨肉瘤基础研究的重点和难点。本研究前半部分,我们通过对骨肉瘤肿瘤及癌旁组medical student织进行蛋白质谱分析,发现PSME3蛋白在骨肉瘤肿瘤组织中显著高表达,一系列细胞动物实验发现PSME3能显著增强骨肉瘤细胞的增殖、转移等恶性肿瘤学行为。进一步细胞蛋白组学与转录组学联合分析发现骨肉瘤细胞中PSME3的关键底物蛋白HUWE1,并在细胞内和体外实验发现PSME3可以调控HUWE1蛋白的稳定性。功能上,我们发现PSME3-HUWE1轴在骨肉瘤的发生发展中扮演了重要的角色。在机制上,PSME3以不依赖于泛素和ATP的方式促进HUWE1的降解,并上调MCL1的表达。研究后半部分,在前期研究基础上我们发现并验证了PSME3-HUWE1轴在骨肉瘤中的重要作用。在此基础上,我们利用计算机模拟分子对接技术,基于PSME3-HUWE1相互作用筛选骨肉瘤治疗的特异性小分子抑制剂。通过蛋白相互作用实验及下游底物实验筛选了特异性小分子抑制剂AH-21,该小分子抑制剂可显著抑制PSME3-HUWE1的相互作用,提高HUWE1的表达量,并且可显著抑制HUWE1下游关键底物蛋白MCL1的表达。细胞水平上,AH-21可显著抑制骨肉瘤细胞的增殖和迁移,其IC_(50)在10μM左右。我们发现作为骨肉瘤发生发展的重要通路HUWE1-MCL1与骨肉瘤铂类药物耐药密切相关,进一步研究发现通过AH-21与顺铂联合使用可显著抑制骨肉瘤体内EPZ-6438纯度肿瘤模型(CDX/PDX)的生长,凸显了两者在治疗骨肉瘤中的协同作用。总之,我们的研究揭示了PSME3-HUWE1轴在骨肉瘤中发生发展过程中的关键机制,并基于此机制研发了一种新型的小分子抑制剂,可以阻止HUWE1的非泛素化依赖降解,增强骨肉瘤对化疗药物的敏感性。