泛素化和去泛素化參與核因子κB信號通路在炎癥性肺部疾病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

王 丹，玄承鸞，李 聰，盧艷紅

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院 1.麻醉科；2.二部手術(shù)室，吉林 長春130031)

炎癥性肺部疾病包括肺炎、支氣管炎、慢性阻塞性肺疾病(COPD)及哮喘等，在世界范圍內(nèi)具有發(fā)病率高，死亡率高的特點(diǎn)。盡管對炎癥性肺部疾病的防治已有安全有效的抗生素和疫苗，但仍是全球第三大死亡原因及美國第六大死亡原因[1-2]，發(fā)達(dá)國家兒童炎癥性肺部疾病發(fā)病率估計(jì)為 0.05 次/人/年，發(fā)展中國家為 0.29 次/人/年，嚴(yán)重威脅人類的健康。目前，抗生素和糖皮質(zhì)激素是治療炎癥性肺部疾病的基本方法。盡管引起炎癥性肺部疾病的因素多種多樣，但最重要的病理生理特征都是炎癥，以巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞為代表的炎癥細(xì)胞過度激活，大量的促炎介質(zhì)參與肺部的炎癥反應(yīng)，造成肺泡上皮、血管內(nèi)皮及肺泡間質(zhì)等的損傷，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)放大和失控，進(jìn)而造成肺臟的嚴(yán)重?fù)p傷[3]。為此，早年所采取種種抗感染和清除病原菌的措施，起到了不錯(cuò)的效果。近年來，由于抗生素的廣泛大量使用甚至濫用，耐藥細(xì)菌越來越多，大量使用抗生素不但沒有控制炎癥的發(fā)展，同時(shí)也減弱了機(jī)體的免疫防御能力，使肺部炎癥遷延不愈，組織損傷進(jìn)一步加重[4-5]。雖然炎癥性肺部疾病并非不治之癥，但大量患者接受抗生素治療效果欠佳甚至無效，致使病情加劇而導(dǎo)致預(yù)后不良，而大量糖皮質(zhì)激素的應(yīng)用則給患者帶來嚴(yán)重的并發(fā)癥。因此對炎癥性肺部疾病的發(fā)病機(jī)制、有效改善炎性反應(yīng)所帶來的不良預(yù)后以及非抗生素類藥物對炎癥性肺部疾病的治療作用的進(jìn)一步探討，具有非常重要的意義。

核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)是一種多效性的轉(zhuǎn)錄因子，受細(xì)胞因子、趨化因子、氧化應(yīng)激、細(xì)菌脂多糖等刺激而活化后，參與機(jī)體炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和腫瘤等多種生物進(jìn)程[6-7]。大量研究表明，NF-κB在炎癥性肺部疾病，如ARDS、COPD及支氣管哮喘等疾病的進(jìn)展中起著重要作用[8-9]。研究發(fā)現(xiàn)，炎癥性肺部疾病中NF-κB信號通路呈高度激活狀態(tài)，導(dǎo)致大量腫瘤壞死因子α(TNF-α)、IL-1β以及IL-6的釋放，進(jìn)而促進(jìn)炎癥反應(yīng)放大[10]。Park JW等人發(fā)現(xiàn)，在COPD和哮喘患者體內(nèi)，NF-κB高表達(dá)誘導(dǎo)炎性介質(zhì)TNF-α，IL-1β，IL-6以及黏附分子的釋放，進(jìn)而加快COPD和哮喘炎癥反應(yīng)的發(fā)生；相反，抑制NF-κB的活化，可緩解COPD和哮喘患者的癥狀[11]。目前已知，NF-κB的活化主要由經(jīng)典的和非經(jīng)典的NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)的，其中經(jīng)典信號通路與炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)及細(xì)胞增殖等相關(guān)[12]。在靜息狀態(tài)下，NF-κB通常以RelA/p50異二聚體形式與抑制蛋白κB(IκB)結(jié)合成三聚體而滯留在胞質(zhì)中。研究表明，當(dāng)受到細(xì)菌、病毒抗原、細(xì)胞因子等胞外多種刺激后，TNF受體(TNFR)超家族、B細(xì)胞受體、 T細(xì)胞受體(TCR)及Toll樣受體(TLR)構(gòu)象發(fā)生改變，引起一系列的酶促反應(yīng)，進(jìn)而激活NF-κB經(jīng)典信號通路[13]。然而，NF-κB的非經(jīng)典信號通路不需要IKKβ活化和IκBα的降解，而是需要NFκB2基因編碼產(chǎn)物p100的加工[14]。越來越多的證據(jù)表明，泛素化修飾是一種翻譯后修飾，在NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中起著重要的作用[15-16]。本文綜述了近年來在炎癥性肺部疾病中泛素化和去泛素化在NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的重要性方面的研究進(jìn)展。

1 泛素化和去泛素化

泛素是一種進(jìn)化保守的8.5 kDa的蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)底物蛋白的穩(wěn)定性和定位，從而廣泛調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能。泛素化過程是由泛素激活酶(E1)、泛素偶聯(lián)酶(E2)和泛素連接酶(E3)催化的級聯(lián)酶反應(yīng)進(jìn)行的。三種酶依次介導(dǎo)泛素分子與靶蛋白賴氨酸殘基相連接[17]。首先，E1酶水解ATP并將泛素分子腺苷酸化后轉(zhuǎn)移到E1的活性中心的半胱氨酸殘基上，將激活的泛素分子轉(zhuǎn)移到E2酶上啟動(dòng)泛素偶聯(lián)過程。隨后，E3酶與靶蛋白和E2泛素復(fù)合物連接，介導(dǎo)泛素分子轉(zhuǎn)移到靶蛋白的賴氨酸殘基上[18]。靶蛋白可以是單泛素化、單鏈泛素化和多聚泛素化。根據(jù)泛素修飾類型不同泛素化可分為線性、Lys63、Lys48、Lys11等。泛素修飾的類型可不同程度地影響底物蛋白的功能，如調(diào)節(jié)信號通路、蛋白間的相互作用、蛋白的定位，以及溶酶體和蛋白酶體的降解[19-20]。去泛素化是由去泛素化酶(DUBs)介導(dǎo)的，而DUBs是一種半胱氨酸蛋白酶，可從泛素結(jié)合的蛋白底物中裂解泛素分子[21]。由于其逆轉(zhuǎn)泛素化的能力，DUBs可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞的功能，并且維持泛素分子池的恒定[22]。泛素化和去泛素化之間的動(dòng)態(tài)平衡是蛋白質(zhì)間轉(zhuǎn)化和功能所必需。

2 泛素E3連接酶在炎癥性肺部疾病中通過調(diào)節(jié)NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(UPS)是細(xì)胞內(nèi)依賴ATP的蛋白質(zhì)選擇性降解系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)NF-κB的活性中扮演重要角色。有文獻(xiàn)報(bào)道，UPS可識別并結(jié)合到磷酸化并泛素化的 IκB蛋白，使其降解釋放出NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄，從而發(fā)揮促炎作用。E3連接酶RNF183通過增加IκB的泛素化和降解，激活NF-κB信號通路，進(jìn)而促進(jìn)腸道炎癥反應(yīng)[23]。同樣地，蛋白酶抑制劑MG-132通過抑制IκB的降解而中斷NF-κB信號通路，從而減少炎性相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[24]。另一方面，E3連接酶通過靶向作用于IκB激酶(IKK)從而抑制了NF-κB的釋放，起到抗炎作用。Gao等人報(bào)道了RNF8，一種E3泛素連接酶，通過作用于IKK抑制了TNFα介導(dǎo)的NF-κB[25]。在卵清蛋白致敏并刺激的大鼠哮喘模型中，PS-519可抑制IκB蛋白被UPS降解，使肺組織中NF-κB的活性顯著降低，從而減輕氣道炎癥細(xì)胞的浸潤和氣道高反應(yīng)[26]。總之，泛素蛋白酶或其抑制劑主要通過泛素-蛋白酶體途徑調(diào)節(jié)IκB蛋白的磷酸化和泛素化，或者是作用于IKK，使NF-κB信號分子呈活化或非活化狀態(tài)，從而發(fā)揮促炎或抗炎的作用。

3 去泛素化酶在炎癥性肺部疾病中調(diào)節(jié)NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

泛素特異性蛋白酶14(USP14)屬于半胱氨酸水解酶，是泛素特異性蛋白酶家族(USPs)中唯一一個(gè)位于19S蛋白酶體上的去泛素化酶[27]。最近Rachel K Mialki等人研究發(fā)現(xiàn)，USP14通過去泛素化作用調(diào)節(jié)NF-κB·IκB通路，促進(jìn)細(xì)胞因子的釋放，在炎癥反應(yīng)中起到重要作用[28]。另外有研究表明，USP14通過增加ERK1/2磷酸化和NF-κB活化調(diào)控LPS誘導(dǎo)的炎癥[29]，而USP14的抑制劑IU1顯著增加IκB的表達(dá)，進(jìn)而減輕呼吸機(jī)誘導(dǎo)性肺損傷[30]。Uematsu 等人發(fā)現(xiàn)，E3連接酶MIB2通過促進(jìn)去泛素化酶CYLD蛋白酶體降解，從而激活NF-κB信號通路，進(jìn)而促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生[31]。CBP是一種在炎癥性疾病中起重要作用的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶，可以控制組蛋白的修飾和細(xì)胞因子編碼基因的表達(dá)。Wei等人發(fā)現(xiàn)，E3連接酶FBXL19針對CBP特異性泛素化和蛋白酶體降解，進(jìn)而減少LPS依賴性組蛋白乙酰化和細(xì)胞因子的釋放，而USP14通過使其去泛素化穩(wěn)定CBP，促進(jìn)肺部炎癥的發(fā)生[32]。另一方面，Karine等人發(fā)現(xiàn)去泛素化酶Cezanne通過靶向作用于RIP1信號媒介去泛素化抑制NF-κB信號通路的活化，進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)的發(fā)生[33]。

4 總結(jié)

綜上所述，NF-κB是一種調(diào)節(jié)多種炎癥基因表達(dá)的重要轉(zhuǎn)錄因子。其信號通路的持續(xù)激活可誘導(dǎo)與肺部炎癥性疾病相關(guān)的炎性介質(zhì)及細(xì)胞因子的分泌，加重炎癥惡化。因此，中斷NF-κB信號通路的活化可有效緩解NF-κB介導(dǎo)的炎癥性疾病。泛素化酶和去泛素化酶通過調(diào)節(jié)NF-κB信號通路，使NF-κB信號分子呈活化或非活化狀態(tài)，從而發(fā)揮促炎或抗炎的作用。