去泛素化酶對氣道黏液高分泌影響的信號調控機制

石萌萌綜述，周向東審校

（重慶醫科大學附屬第二醫院呼吸內科，重慶400010）

去泛素化酶對氣道黏液高分泌影響的信號調控機制

石萌萌綜述，周向東審校

（重慶醫科大學附屬第二醫院呼吸內科，重慶400010）

半胱三酸內肽酶類；泛素；泛素化；氣管；黏液；信號傳導；綜述

氣道黏液高分泌是慢性阻塞性肺疾病的重要臨床病理特征，由于黏液過度分泌加重氣道狹窄，導致患者病情惡化，甚至引起死亡。高度糖基化的高相對分子質量黏蛋白5AC（MUC5AC）是氣道黏液的主要成分。在MUC5AC基因中含有2個核轉錄因子-κB（NF-κB）結合位點，各種炎癥因子能引起IκB激酶β（IKKβ）依賴的P65核轉運，使NF-κB移入核內并活化，導致轉錄因子激活，啟動子活化，促進MUC5AC基因轉錄增多、蛋白表達增強，出現氣道黏液高分泌[1-2]。由于NF-κB信號通路可被多種機制進行嚴格調控，而其中重要的調節機制即為細胞內廣泛存在的去泛素化酶（DUBs）對關鍵信號分子的泛素化調控。本文就DUBs對NF-κB通路的調控機制作一簡要綜述。

1 DUBs概述及作用機制

1.1 DUBs概述 泛素蛋白酶體途徑介導的蛋白降解是機體調節細胞內蛋白水平與功能的一個重要機制，可調節及影響各種細胞活動，包括基因轉錄、細胞周期調節、細胞受體功能、免疫反應及腫瘤生長、炎性反應過程等[3]。該途徑是一個被嚴格調控的可逆性過程，DUBs的調節即為其中一個重要環節，其通過水解蛋白底物上泛素鏈之間的鏈接，進而起到去泛素化的作用，逆向調節蛋白的降解，進一步影響細胞的病理生理過程。目前，細胞內主要包括泛素特異性加工酶家族、泛素羧基末端水解酶家族、Ataxin-3、卵巢腫瘤相關蛋白酶、MPN（+）/ JAMM蛋白酶5種類型的DUBs[4]。

1.2 DUBs的作用機制 泛素、泛素啟動酶系統和蛋白酶體系統共同構成泛素蛋白酶體途徑[5]。DUBs即屬于蛋白酶體系統，通過識別泛素、蛋白底物等的特異性序列，裂解泛素鏈間的連接，使泛素化蛋白底物上的單泛素分子解離，進入新的蛋白調節循環，發揮去泛素化作用[6]。DUBs還可以調節細胞信號轉導，目前研究較多的即NF-κB信號通路，泛素化調節是NF-κB信號通路的主要調節機制，故研究在炎性及免疫反應中泛素化酶對NF-κB信號通路的調控具有十分重要的意義。

2 NF-κB與黏液高分泌

2.1 NF-κB信號通路概述 NF-κB信號通路是調節先天免疫、繼發免疫和炎性反應最重要的通路，具有調節多種細胞生物學功能，如細胞增殖、凋亡、分化及組織的炎性反應等[7]。在大多數細胞中，P50和P65是NF-κB活性形式的主要成分。NF-κB特異的結合位點是κB，通常NF-κB的激活受其細胞質抑制蛋白IκB的調控，IκB與NF-κB結合，掩蓋其核定位信號，從而使NF-κB以無活性狀態滯留在細胞質內。IκB也是一類大的抑制分子家族[8]，其在C-端都有一錨蛋白重復序列；同時，除B淋巴細胞瘤蛋白3（Bcl-3）外，其他IκB成員均有與降解有關的PEST區。另外，在炎性反應過程中，當促炎性細胞因子激活NF-κB的信號轉導時，可形成一較大的由白介素-1（IL-1）誘導而成的IKK復合物。其由IKKα、β、γ 3個亞單位組成，三者功能各不同，IKKα、IKKβ為酶解功能單位，二者都存在一個與降解有關的kD區和一個亮氨酸拉鏈，而IKKγ為調節單位，負責調節該復合物的活性。

2.2 NF-κB信號通路的誘導激活 NF-κB信號傳導通路十分復雜，目前有研究認為，各種細胞外刺激信號，包括細胞因子（IL-1β、IL-2、IL-6、IL-8、TNF-α）、病毒、脂多糖（LPS）、蛋白激酶C活化劑、血小板活化因子和佛波醇酯、白三烯B4、紫外線、活性氧、生長因子和變應原等經由不同的方式激活IKK復合物，IKK復合物進一步將IκB磷酸化[9]。然后在泛素連接酶的作用下，使 IκB因某些分子的泛素化而被蛋白酶體水解，受其抑制的NF-κB發生核移位，特異的啟動靶基因轉錄，引起黏液高分泌[10]。當NF-κB激活進入核內后，即與MUC5AC基因啟動子上的NF-κB結合位點結合，促進MUC5AC基因轉錄。目前研究已證實，NF-κB在黏液高分泌中有一定的作用[11]。

2.3 抑制NF-κB信號通路的激活 靜息時，NF-κB與抑制蛋白IκB以無活性的三聚體復合物存在，細胞因子、LPS、細菌、病毒、氧化劑、低氧、紫外線等使細胞活化時，IκB降解，NF-κB釋放，進入核內與靶基因上的κB位點結合，誘導和激活相關基因的轉錄而引起基因的表達。NF-κB可通過調控炎癥相關因子及炎癥介質間的效應，在炎性反應中發揮關鍵作用[12]。在肺炎癥性損傷中，分泌型白細胞蛋白酶抑制劑（SLPI）作用的細胞內分子機制是調節NF-κB的活性，通過保護IκBβ的表達抑制其降解，從而抑制NF-κB的活性。SLPI能對抗LPS介導的信號轉導和分泌產物。轉染SLPI的巨噬細胞能抑制細菌產物LPS的致炎癥活性，此系通過抑制IκB蛋白的降解而抑制NF-κB的活性，同時還通過抑制NO和TNF-α的產生來實現。在IgG免疫復合物沉積觸發大鼠急性炎性反應的研究中[13]，由肺泡巨噬細胞產生的內源性抗炎性細胞因子IL-10、IL-13通過減少肺TNF-α的產生并妨礙IκBα的降解提高IκBα水平而削弱NF-κB的活化，SLPI能阻止IκBβ的降解，從而提高IκBβ蛋白水平，進而抑制NF-κB的活化，但是其對IκBβ mRNA表達的影響并不明顯[14]。

3 DUBs對氣道黏液高分泌中NF-κB信號通路的調控

3.1 DUBs對NF-κB信號通路調控的概述 在NF-κB信號傳導通路中，蛋白的轉錄后調控是通路激活和信號傳導所必需的，其中泛素化是一種重要的轉錄后調控[15]。蛋白的泛素化調節由泛素化酶和DUBs共同作用完成，現已發現NF-κB信號通路中的DUBs主要有圓柱瘤蛋白（CYLD）和鋅指蛋白A20，實驗證實，高表達的鋅指蛋白A20或CYLD可以通過抑制NF-κB活化對氣道黏液高分泌起到一定的治療作用[16]。CYLD和鋅指蛋白20可調節巨噬細胞的炎性反應，在Toll樣受體（TLR）介導的炎癥和免疫反應中起著至關重要的作用[17]，一方面，通過TLR-2、TLR-5和TLR-9受體配體結合，經由c-Jun氨基末端激酶（JNK）和NF-κB傳導通路誘導活化，可使DUBs的表達顯著增加；另一方面，過表達DUBs可通過負反饋明顯抑制TLR-2和TLR-4所調節的JNK、細胞外調節蛋白激酶和NF-κB傳導通路炎性反應，最終起到負反饋調節的作用[18]。

3.2 CYLD對NF-κB信號通路的調節 CYLD是一種可特異性去除連接泛素鏈的DUBs，屬于USP亞家族成員之一。當細胞受到胞外信號刺激時，其表面受體的空間構象改變[19-20]，導致自身降解或者開啟NF-κB的下游信號通路。NF-κB信號通路與免疫和炎性反應直接相關，DUBs CYLD負責調控NF-κB的活性，阻止下游信號的傳導，在各種免疫反應及炎性反應中有重要的功能[21]。由于Bcl-3可與核內轉錄因子 P50和P52作用激活NF-κB信號通路，在各種外界刺激下，CYLD定位于核膜，與Bcl-3相互作用抑制其泛素化與入核，從而抑制NF-κB信號通路的激活。CYLD能與多個信號分子相互作用進而終止NF-κB信號通路激活。

3.3 鋅指蛋白A20對NF-κB信號通路的調控 鋅指蛋白A20是典型的修改泛素連接類型的泛素編輯酶，其N端的卵巢腫瘤結構域具有DUBs的活性，可以切割靶蛋白上的多聚泛素化鏈，而其C端的7個重復鋅指結構則可結合多聚泛素化鏈至靶蛋白，起到泛素連接酶的功能，進而實現泛素-蛋白降解過程。研究發現，鋅指蛋白A20基因缺陷小鼠可因對腸道共生菌群異常夸大的反應而使TLR信號通路持續活化，NF-κB信號通路失控[22-23]。若特異性敲除多種免疫細胞中的鋅指蛋白A20基因，小鼠雖然有自身免疫現象的出現，但炎癥表現較鋅指蛋白A20基因完全缺陷的小鼠輕。如在巨噬細胞中特異性地敲除鋅指蛋白A20基因會引起NF-κB信號通路活化增強，并出現促炎性細胞因子的產生[24]。另外，IKKβ也可以直接磷酸化 鋅指蛋白A20，促進其NF-κB抑制功能[25]，但機制尚不清楚。由此可見，CYLD主要是抑制本底的NF-κB活化，鋅指蛋白A20則主要是抑制活化誘導產生的NF-κB。

綜上所述，DUBs是NF-κB信號通路的關鍵負性調節因子，在氣道黏液高分泌過程中至關重要。DUBs是迄今為止泛素系統中成員最多的調節酶家族，現已發現，NF-κB信號通路中的CYLD和鋅指蛋白A20可通過抑制NF-κB活化對氣道黏液高分泌起到一定的治療作用。近年研究雖有所進展，但有關不同DUBs在下調NF-κB信號通路時各自的作用仍知之甚少。在NF-κB信號通路中是否還有別的DUBs，其特異性由什么決定，而非經典的多聚泛素化鏈在NF-κB信號通路中有何作用。因此，充分理解氣道黏液高分泌中NF-信號通路的去泛素化過程及泛素化酶的作用機制，有助于加深對氣道炎癥疾病的認識，為氣道炎癥性疾病的治療提供新的思路。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.15.012

A

1009-5519（2015）15-2282-03

2015-04-02）

國家自然科學基金資助項目（81370111）。

石萌萌（1990-），女，山東淄博人，碩士研究生，主要從事氣道黏液高分泌方面研究；E-mail：cherry0423@126.com。

周向東（E-mail：zxd999@263.net）。