CARMA蛋白家族與疾病關系的研究進展

葉木妹?梁堅?周宇

【摘要】 含半胱天冬酶募集結構域的膜相關鳥苷酸激酶蛋白（CARMA）， 屬于膜相關鳥苷酸激酶家族成員。CARMA蛋白家族有三個成員， 分別是CARMA1、CARMA2和CARMA3。CARMA蛋白家族三個成員均可通過與B細胞淋巴瘤10（BCL10）、黏膜相關淋巴樣組織淋巴瘤基因1（MALT1）組成CARMA1-BCL10-MALT1（CBM）復合體參與人核轉錄因子κB（NF-κB）的激活過程， 從而發揮其生物學功能， 廣泛參與各種人類疾病的發生、發展過程。

【關鍵詞】 含半胱天冬酶募集結構域的膜相關鳥苷酸激酶蛋白；B細胞淋巴瘤10；黏膜相關淋巴樣組織淋巴瘤基因1；人核轉錄因子κB

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2016.02.215

CARMA蛋白家族的生物學功能主要是通過與BCL10、MALT1組成CARMA-BCL10-MALT1復合體后激活轉錄因子NF-κB家族而參與人類多種疾病的發生與發展， 其中包括各種腫瘤、炎癥以及免疫相關性疾病等。近年的研究已發現CARMA蛋白家族在激活NF-κB后， 在眾多疾病的發生、發展過程中起重要作用。以下對CARMA蛋白家族各成員與相關疾病的關系做綜述。

1 CARMA蛋白家族的結構與功能

含半胱天冬酶募集結構域的膜相關鳥苷酸激酶蛋白（CARMA）， 屬于膜相關鳥苷酸激酶（MAGUK）家族成員。MAGUK激酶蛋白家族是一類在特定的細胞膜區域起組裝多分子蛋白復合物作用的支架蛋白， 這類蛋白分子在信號級聯傳導中起重要作用。CARMA蛋白家族有三個成員， 分別是CARMA1、CARMA2和CARMA3， 其結構具有高度同源性及保守性。CARMA多肽鏈的氨基末端包含一個半胱氨酸蛋白酶募集結構域（CARD）和一個卷曲螺旋結構域（CC）。而CARMA羧基末端則包含一個MAGUK區域， 該區域又包含了一個PDZ結構域， 一個SH3結構域， 以及一個GUK結構域。此外， 在CC區域和MAGUK區域中間還存在連接區[1]。CARMA蛋白家族廣泛分布于各種組織及細胞。CARMA1主要表達在淋巴組織， 包括脾、胸腺以及外周血液；而CARMA2主要表達于皮膚以及黏膜， 其中皮膚比其他組織器官的水平高5倍；CARMA3廣泛表達分布心、腎、肝等多種器官組織中[2]。

近年來許多研究發現， CARMA蛋白家族的生物學功能的發揮主要依賴于激轉錄因子NF-κB家族。CARMA蛋白家族最初被確定為BCL10相關蛋白， 其三個成員都能通過一個親同種抗原的相應的CARD區域與BCL10聯合來共同誘導激活NF-κB的轉錄活性。CARMA蛋白通過CARD區域與下游的兩個信號分子BCL10、MALT1結合成CARMA- BCL10-MALT1復合體后募集下游的IKK復合體并激活NF-κB[1]。

2 CARMA1與疾病的關系

許多研究發現， CARMA1通過NF-κB信號傳導參與多種淋巴瘤的發生、發展過程。相關學者通過比較原發性胃B淋巴細胞瘤、胃粘膜相關淋巴組織淋巴瘤以及慢性胃炎等患者胃組織中的CARMA1表達水平， 發現原發性胃B細胞淋巴瘤中CARMA1表達顯著增高， 推測CARMA1的過表達可能與原發性胃B細胞淋巴瘤的進展相關。也有研究發現， 原發性中樞系統淋巴瘤中包含頻繁的CARMA1基因突變， 提示致瘤性突變的CARMA1可能導致NF-κB持續活化而參與中樞系統淋巴瘤的發生。有研究發現， CARMA1獲得性功能突變多集中在CARD區域與CC區域之間的一個區域， 稱之為LATCH區域， 該區域與CARD區域相互作用， 促進CARMA1的自身抑制。而該區域或CARD區域的突變可破壞這種自身抑制作用， 促進與BCL10的結合及誘導BCL10的泛素化進而促進NF-κB依賴的淋巴瘤的發生[3]。

CARMA1對NF-κB激活的作用除了與淋巴瘤的發生有關外， 也和其他免疫相關疾病有關。Medoff等[4]通過構建CARMA1基因缺陷小鼠動物模型進行研究發現， CARMA1缺失后小鼠不發生支氣管哮喘， 無氣道增高反應和嗜酸性細胞無明顯增多， T細胞在氣道和肺里聚集和激活明顯減少， 并且細胞因子白介素（IL）-4、IL-5、IL-13以及免疫球蛋白E（IgE）的水平降低。說明CARMA1通過促進T細胞中NF-κB的激活而在支氣管哮喘氣道變性應炎癥的發生中起重要作用。也有研究指出， 即使在已有慢性哮喘患者中， 通過降低CARMA1的水平或者活性可能起治療哮喘作用。也有研究發現， CARMA1與關節炎有關。應用CARMA1 SiRNA療膠原誘導性關節炎的小鼠可減輕其炎癥， CARMA1 SiRNA可阻止CARMA1/BCL10的組裝以及隨后的NF-κB的激活， 使促炎因子IL-1β、IL-6及IL-17減低， 血清抗-CII抗體及Th17細胞也減少。說明CARMA1可通過組裝CARMA1/BCL10復合體以及增加Th17細胞的反應參與膠原誘導性關節的發病機制[5]。

3 CARMA2與疾病的關系

CARMA2主要在皮膚和黏膜中表達。目前關于CARMA2與疾病的關系多集中在皮膚病， 其中研究最多的是CARMA2與銀屑病的關系。運用基因捕獲和DNA測序的方法從銀屑病患者中分離出CARMA2的突變體。與野生型CARMA2相比， 突變的CARMA2可導致NF-κB激活增加， 并上調角質細胞中的一群銀屑病相關基因。突變的CARMA2還可通過激活NF-κB及招募炎癥細胞浸潤而增加炎癥反應。說明CARMA2可參與皮膚炎癥過程， CARMA2突變參與銀屑病的發病機制[6]。也有研究發現， 常染色體顯性遺傳的毛發紅糠疹與家族性銀屑病存在等位基因， 其發病機制也與CARMA2突變有關[2]。Qin等[7]通過分析漢族人群中CARMA2突變體的情況， 發現CARMA2突變與漢族人的銀屑病相關， 提示突變的CARMA2可能在膿皰性銀屑病的發病中起重要作用。

4 CARMA3與疾病的關系

CARMA3主要參與G蛋白偶聯受體（GPCR）及生長因子受體（EGFR）誘導的NF-κB激活過程。而CARMA3參與的GPCP或EGFR誘導的NF-κB異常活化可引起各種腫瘤、炎癥以及動脈粥樣硬化的發生、發展。

CARMA3參與腫瘤的增殖、生存、浸潤及轉移等生物學行為。Li等[8]發現， CARMA3在非小細胞肺癌樣本中表達明顯升高并與腫瘤的TNM分期、患者生存率有關， 敲除CARMA3可抑制腫瘤細胞的增殖與浸潤， 并且使細胞周期停滯。Miao等[9]也證實， 在結腸癌中CARMA3存在過度表達， 并且可通過NF-κB介導細胞周期蛋白D1上調， 從而促進細胞周期進程， 加速癌細胞的生長。在乳腺癌、膀胱癌以及胰腺癌中， 同樣存在CARMA3過度表達以及CARMA3通過NF-κB信號通路促進腫瘤生長、浸潤而抑制其凋亡的情況。CARMA3也在神經膠質瘤中過度表達， 并與腫瘤分級相關， 且通過基質金屬肽酶9（MMP9）參與調節腫瘤的浸潤[10]。CARMA3與胃癌也有關。Crone等[11]研究發現， 在胃癌中microRNA-146a可通過作用于CARMA3而抑制GPCR誘導的NF-κB活化， 從而減少促腫瘤細胞因子及生長因子的分泌。

在炎癥方面， 應用溶血磷脂酸（LPA）刺激誘導NF-κB激活可促進氣道上皮細胞（AECs）分泌胸腺基質淋巴生成素（TSLP）和趨化因子CCL20而發生氣道變應性炎癥， 而抑制CARMA3的活性后可減少LPA誘導的NF-κB激活以及TSLP和CCL20的產生， 說明CARMA3介導NF-κB的激活參與氣道炎癥的發生[12]。研究發現， 減少正常人AECs中CARMA3的水平可減少過敏原誘導的促哮喘介質產生， 而在氣道過敏性氣道炎癥的小鼠模型中， CARMA3缺陷的AECs分泌促炎細胞因子減少， 而肺中的樹突狀細胞也出現成熟受損而導致抗原提呈障礙， 說明CARMA3參與調節氣道炎癥， 并且在固有免疫和適應性免疫之間充當重要信號連接分子[13]。另外， 相關學者發現血小板活化因子誘導的腸上皮細胞炎癥也涉及CARMA3-BCL10-MALT1的相互作用。

CARMA3-BCL10-MALT1信號小體還參與調節凝血酶依賴的NF-κB激活及其單核細胞向內皮細胞粘附， 這對凝血酶的促動脈粥樣硬化效應起重要作用[14]。McAllister-Lucas等[15]發現CARMA3-BCL10-MALT1依賴的NF-κB激活可調節血管緊張素Ⅱ誘導的非免疫細胞的炎癥信號傳導， 并在后續實驗中證明CBM依賴的信號傳遞可促進血管緊張素Ⅱ誘導的血管炎癥及動脈粥樣硬化形成。

5 小結

CARMA蛋白家族分布涉及的組織廣泛， 并主要通過組合CARMA-BCL10-MALT1復合體參與激活NF-κB而發揮其生物學功能， 廣泛參與各種疾病（如腫瘤、炎癥、免疫性疾病等）的發生、發展過程。雖然目前研究已發現CARMA蛋白家族各成員通過激活NF-κB參與人類多種疾病， 但其中許多對疾病關系的研究僅局限于動物模型， 而對CARMA蛋白家族與人類疾病的具體作用機制也有待進一步研究。

參考文獻

[1] Blonska M， Lin X. NF-kappaB signaling pathways regulated by CARMA family of scaffold proteins. Cell Res， 2011， 21（1）：55-70.

[2] Fuchs-Telem D， Sarig O， van Steensel MA， et al. Familial pityriasis rubra pilaris is caused by mutations in CARD14. Am J Hum Genet， 2012， 91（1）：163-170.

[3] Chan W， Schaffer TB， Pomerantz JL. A quantitative signaling screen identifies CARD11 mutations in the CARD and LATCH domains that induce Bcl10 ubiquitination and human lymphoma cell survival. Mol Cell Biol， 2012， 33（2）：429-443.

[4] Medoff BD， Seed B， Jackobek R， et al. CARMA1 is critical for the development of allergic airway inflammation in a murine model of asthma. J Immunol， 2006， 176（12）：7272-7277.

[5] Wang H， Zhao J， Zhang H， et al. CARD11 blockade suppresses murine collagen-induced arthritis via inhibiting CARD11/Bcl10 assembly and T helper type 17 response. Clin Exp Immunol， 2014， 176（2）：238-245.

[6] Jordan CT， Cao L， Roberson ED， et al. Rare and common variants in CARD14， encoding an epidermal regulator of NF-kappaB， in Psoriasis. Am J Hum Genet， 2012， 90（5）：796-808.

[7] Qin P， Zhang Q， Chen M， et al. Variant analysis of CARD14 in a Chinese Han population with psoriasis vulgaris and generalized pustular psoriasis. J Invest Dermatol， 2014， 134（12）：2994-2996.

[8] Li Z， Qu L， Dong Q， et al. Overexpression of CARMA3 in non-small-cell lung cancer is linked for tumor progression. PLoS One， 2012， 7（5）：e36903.

[9] Miao Z， Zhao T， Wang Z， et al. CARMA3 is overexpressed in colon cancer and regulates NF-κB activity and cyclin D1 expression. Biochem Biophys Res Commun， 2012， 425（4）：781-787.

[10] Feng X， Miao G， Han Y， et al. CARMA3 is overexpressed in human glioma and promotes cell invasion through MMP9 regulation in A172 cell line. Tumour Biol， 2014， 35（1）：149-154.

[11] Crone SG， Jacobsen A， Federspiel B， et al. microRNA-146a inhibits G protein-coupled receptor-mediated activation of NF-κB by targeting CARD10 and COPS8 in gastric cancer. Mol Cancer， 2012， 11（7）：1-14.

[12] Medoff BD， Landry AL， Wittbold KA， et al. CARMA3 mediates lysophosphatidic acid-stimulated cytokine secretion by bronchial epithelial cells. Am J Respir Cell Mol Biol， 2009， 40（3）：286-294.

[13] Causton B， Ramadas RA， Cho JL， et al. CARMA3 is critical for the initiation of allergic airway inflammation. J Immunol， 2015， 195（2）： 683-694.

[14] Delekta PC， Apel IJ， Gu S， et al. Thrombin-dependent NF-κB activation and monocyte/endothelial adhesion are mediated by the CARMA3-Bcl10-MALT1 signalosome. J Biol Chem， 2010， 285（53）： 41432-41442.

[15] McAllister-Lucas LM， Jin X， Gu SF， et al. The CARMA3-Bcl10-MALT1 signalosome promotes angiotensin Ⅱ-dependent vascular inflammation and atherogenesis. J Biol Chem， 2010， 285（34）： 25880-25884.

[收稿日期：2015-08-07]