胡彩梅 馮家鋼 羅瑜 戚文艷 郭桂君 張劍青

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)二科650032

細胞內(nèi)全部的蛋白質(zhì)和細胞外大多數(shù)的蛋白質(zhì)都在不斷的進行降解更新，蛋白降解過程中任何環(huán)節(jié)出問題，都會導(dǎo)致蛋白蓄積，產(chǎn)生聚集體、包涵體，進一步產(chǎn)生細胞毒性，導(dǎo)致人類產(chǎn)生嚴(yán)重疾病。細胞外蛋白的降解通過蛋白酶體介導(dǎo)，細胞內(nèi)蛋白降解主要通過兩條途徑：自噬和泛素蛋白酶體系統(tǒng) (ubiquitin-proteasome system，UPS)，而細胞內(nèi)幾乎80%的蛋白降解都是通過UPS介導(dǎo)的，相關(guān)研究表明：用特異性抑制劑抑制自噬途徑，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解無明顯影響，證明細胞內(nèi)蛋白質(zhì)主要由UPS 介導(dǎo)，UPS可以特異性的降解細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，UPS功能損傷可導(dǎo)致疾病產(chǎn)生[1]。

1 泛素及泛素化系統(tǒng)

泛素是真核生物細胞內(nèi)高度保守的多肽，因其廣泛分布于細胞中而得名，單個泛素由76個氨基酸組成，跟一般多肽一樣，泛素分C端跟N 端，其C末端具有一定變形能力，其中的甘氨酸 (Gly)位點是泛素與目的蛋白連接的關(guān)鍵，N 端的甲硫氨酸 (Met1)位點以及泛素中的賴氨酸K(如K29和K63)位點都可以發(fā)生泛素化而延伸為泛素鏈，因為泛素有7個賴氨酸殘基，所以可產(chǎn)生多種泛素鏈[2]。

蛋白質(zhì)的泛素化是蛋白質(zhì)翻譯后的主要修飾，主要通過泛素激活酶E1 (ubiquitin-activating enzyme，E1)、泛素結(jié)合酶E2 (ubiquitin-conjugating enzyme，E2)和泛素蛋白質(zhì)連接酶E3 (ubiquitin-ligase enzyme，E3)等相關(guān)酶的作用，以共價鍵的形式單個或多個結(jié)合到目的蛋白的賴氨酸殘基上，促進蛋白質(zhì)降解或發(fā)生功能改變。

泛素化過程涉及多個且數(shù)量不等的酶[3]：(1)E1。E1可以水解ATP，利用ATP 提供的能量將泛素C 端的賴氨酸 (Lys)殘基連接到自身的半胱氨酸 (Cys)殘基上形成高能硫酯鍵，從而激活泛素分子。(2)E2。泛素分子經(jīng)過轉(zhuǎn)硫醇反應(yīng)從E1轉(zhuǎn)移給E2，E2 將泛素轉(zhuǎn)移給E3，也可直接將泛素轉(zhuǎn)移至靶蛋白。 (3)E3。E3 主要是將泛素從E2轉(zhuǎn)移到靶蛋白上，使目的蛋白被蛋白酶體識別降解，泛素化途徑的特異性及時間性主要由E3決定。

泛素化是一個可逆的蛋白質(zhì)修飾過程[4]，在細胞的死亡中起著重要作用[5]。泛素化通過介導(dǎo)各信號通路相關(guān)蛋白的降解與合成調(diào)節(jié)炎癥、氧化應(yīng)激、蛋白質(zhì)降解與合成、自噬等過程，使細胞生命活動有條不紊的進行。泛素化失調(diào)導(dǎo)致多種疾病，有研究顯示可通過干預(yù)蛋白降解的過程治療某些疾病[6]。

2 泛素化與COPD的研究進展

COPD 是一種常見的以持續(xù)的氣流受限和呼吸道癥狀為特征的可以預(yù)防和治療的疾病，呼吸道癥狀和氣流受限是由有毒顆?；驓怏w導(dǎo)致的氣道和/或肺泡異常引起的[7]，主要累及肺，也可累及其他器官[8]。目前認為其發(fā)病機制為蛋白酶-抗蛋白酶失衡機制、氧化應(yīng)激機制及炎癥機制。

2.1 泛素化與蛋白失衡 研究顯示，肺氣腫的嚴(yán)重程度是COPD 患者頻繁發(fā)作的獨立預(yù)測因素，伴肺氣腫的COPD患者其病死率明顯升高[9]。蛋白酶-抗蛋白酶失衡可導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生肺氣腫[10]。研究顯示，COPD 患者蛋白酶體活性增強[11]。重度肺氣腫受試者肺組織中泛素化蛋白質(zhì)和去泛素化酶積聚，運用調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)失衡藥物“salubrinal”可以降低泛素化蛋白質(zhì)的積累，減輕肺部炎癥以及細胞凋亡。在COPD 伴嚴(yán)重肺氣腫的吸煙患者肺組織中，與蛋白質(zhì)泛素化相關(guān)的基因富集[12]。

蛋白質(zhì)的合成與降解失衡可能導(dǎo)致肺氣腫的形成，Min等[13]用免疫組織化學(xué)法檢測不同程度COPD 患者肺組織中蛋白質(zhì)的合成與凋亡，結(jié)果顯示，在伴有肺氣腫的受試者肺組織中檢測到泛素化蛋白質(zhì)的不溶性聚集。UPS通過降解錯誤折疊或功能受損的蛋白質(zhì)以及調(diào)節(jié)一些壽命較短的蛋白質(zhì)周期來維持細胞蛋白的穩(wěn)定，有研究顯示，在嚴(yán)重肺疾病如COPD、肺氣腫、肺纖維化中UPS 的功能受損。

大約1/3的成年未吸煙者都暴露于二手煙的環(huán)境而間接吸煙，這會通過誘導(dǎo)炎癥、細胞凋亡/衰老、肺功能下降等引起COPD。香煙煙霧可誘導(dǎo)泛素化蛋白質(zhì)的聚集，產(chǎn)生細胞毒性，促進肺的衰老，加速肺的老齡化。香煙煙霧提取物可以誘導(dǎo)泛素化蛋白質(zhì)聚集體和炎癥形成，而利用自噬誘導(dǎo)藥 “卡馬西平”誘導(dǎo)自噬，使泛素化蛋白質(zhì)聚集體降解，可顯著減少肺泡間隙的擴大，減少細胞毒性，控制肺氣腫的形成[14]，卡馬西平的潛在作用為其作為將來減輕肺氣腫發(fā)病的藥物奠定了理論基礎(chǔ)。

2.2 泛素化與骨骼肌萎縮的研究進展 肌肉質(zhì)量的動態(tài)平衡中，UPS起主要調(diào)節(jié)作用，通過控制蛋白的合成與分解來維持肌肉質(zhì)量的穩(wěn)定。在各種疾病導(dǎo)致的骨骼肌萎縮中，發(fā)現(xiàn)與肌肉消耗有關(guān)的E3泛素連接酶Atrogin-1和Mu RF1特異性表達增加，通過將泛素連接到肌肉細胞，并對肌肉細胞中的蛋白質(zhì)進行降解。

近年來，COPD 的常見肺外表現(xiàn)骨骼肌萎縮，受到了越來越多的關(guān)注，研究顯示，24%～71%的COPD 患者合并營養(yǎng)不良。有研究表明，COPD 患者UPS活性增強，并使骨骼肌降解萎縮，且E3泛素連接酶Atrogin-1和Mu RF1表達增加[15]。缺氧的COPD 患者，UPS 活性明顯增強，肌肉萎縮程度更高。缺氧與泛素蛋白酶體活性增高有密切聯(lián)系，Chaudhary等[16]在2011年發(fā)現(xiàn)慢性缺氧條件下小鼠骨骼肌中的UPS活性被進一步加強，導(dǎo)致了更強的蛋白分解，證實了在慢性缺氧條件下UPS 加強了蛋白的轉(zhuǎn)化速率。在GOLD 分級Ⅰ、Ⅱ級的COPD 患者中，膈肌纖維中的肌球蛋白下降30%，而特異性E3泛素連接酶MAFbx的m RNA 水平明顯升高，泛素結(jié)合的蛋白水平升高，進一步證明了泛素化過程參與了COPD 骨骼肌的萎縮[17]。研究表明，COPD 患者長期處于慢性缺氧狀態(tài)，缺氧抑制了空腹后腺苷酸激活蛋白激酶介導(dǎo)的糖皮質(zhì)激素受體信號，并加重禁食引起的肌肉消耗[18]。此外，具有肺氣腫表型的COPD患者似乎更容易出現(xiàn)骨骼肌萎縮[19]，我們更有理由相信泛素化參與了肺氣腫的發(fā)生、發(fā)展。

3 泛素化與自噬

研究顯示，COPD 患者的肺組織在電鏡下自噬泡的數(shù)量較對照組顯著增加，證明自噬與COPD 的發(fā)生密切相關(guān)。

泛素化過程中的E3 泛素連接酶 (tripartite motif 13，TRIM13)，是TRIM 家族的一員，位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，在泛素化過程中發(fā)揮重要作用，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的蛋白質(zhì)降解有關(guān)，可將未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)移到其他細胞器進行降解。泛素在自噬和細胞死亡中起調(diào)節(jié)作用，含環(huán)指狀結(jié)構(gòu)域的TRIM13在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中可誘導(dǎo)細胞死亡，有研究顯示，人胚胎腎293T 自噬細胞中TRIM13 表達較正常細胞明顯降低，有可能是在自噬過程中消耗所致。TRIM13使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的自噬增加，使細胞對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的死亡敏感，敲除TRIM13的細胞能更好的避免死亡，并能避免內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)劑衣霉素誘導(dǎo)的細胞死亡[20]，TRIM13可以誘導(dǎo)自噬，同時抑制細胞的增殖能力，推測TRIM13可能是通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)自噬導(dǎo)致細胞死亡，用自噬抑制劑或敲除自噬途徑的重要調(diào)節(jié)因子自噬蛋白5，顯著挽救了TRIM13介導(dǎo)的細胞死亡。半胱天冬酶在細胞的死亡中具有重要作用，TRIM13作為一個新型調(diào)節(jié)因子，介導(dǎo)半胱天冬酶8 在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激中的活化，TRIM13存在時，半胱天冬酶8與自噬選擇性底物P62蛋白和溶酶體共定位形成自噬溶酶體，TRIM13 敲除時，自噬溶酶體形成減少[20]。也有研究顯示，泛素化在自噬受體SQSTM1介導(dǎo)的選擇性自噬中是一個重要的生物過程，只有泛素化的蛋白質(zhì)可通過SQSTM1 轉(zhuǎn)移到自噬體進行降解[21]。通過對泛素化過程的調(diào)節(jié)，可間接影響自噬活性[22-23]。

4 泛素化與氧化應(yīng)激、炎癥

氧化應(yīng)激及炎癥機制是COPD 的主要發(fā)病機制，研究顯示，核因子κB (nuclear factor kappa B，NF-κB)炎癥通路的活化是COPD 發(fā)病的重要機制，而泛素化通過誘導(dǎo)NF-κB炎癥通路的激活參與COPD 的發(fā)生、發(fā)展。

NF-κB作為一種核轉(zhuǎn)錄因子，與細胞免疫、炎癥反應(yīng)、細胞的增生及凋亡等過程息息相關(guān)，參與多種炎癥因子如IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子α的基因調(diào)控，在慢性氣道炎癥發(fā)病機制中起重要作用。NF-κB 參與了氣道慢性炎癥反應(yīng)的多個步驟，最終導(dǎo)致氣管受損以及炎癥反應(yīng)反復(fù)發(fā)作甚至遷延不愈。多項研究顯示NF-κB在COPD 小鼠氣管組織中隨氣道、肺血管重塑的發(fā)展而增加，使用NF-κB抑制劑吡咯烷二硫代氨基甲酸鹽可抑制炎癥因子的表達，早期防治COPD 的發(fā)生、發(fā)展[24-26]。

泛素化調(diào)節(jié)NF-κB通路的各個環(huán)節(jié)。研究表明，IκBa激酶復(fù)合體是腫瘤壞死因子誘導(dǎo)NF-κB通路激活的指標(biāo)之一，TRIM13通過介導(dǎo)NF-κB重要調(diào)節(jié)因子的泛素化降解，影響IκBa激酶復(fù)合體的組裝，從而抑制腫瘤壞死因子誘導(dǎo)的NF-κB激活，并負性調(diào)節(jié)細胞的克隆增殖能力，而敲低TRIM13具有相反的作用[27]。TRIM13抑制NF-κB 的激活可降低細胞克隆能力，進一步證明TRIM13作為腫瘤抑制因子的意義[27]。另一研究顯示，TRIM13過表達使NF-κB失活，在非小細胞肺癌組織和細胞系中TRIM13 m RNA 和蛋白表達降低，NF-κB激活，而暴露于NF-κB 抑制劑吡咯烷二硫代氨基甲酸鹽下，顯著影響TRIM13表達降低對細胞增殖和凋亡的影響，表明TRIM13在非小細胞肺癌細胞中的功能是由NF-κB途徑介導(dǎo)的[28]。然而，也有研究結(jié)果顯示相反，TRIM13依靠其E3泛素連接酶活性，利用K29連接的多聚泛素鏈?zhǔn)鼓[瘤壞死因子受體相關(guān)因子6泛素化降解，進一步促進NF-κB 激活，敲低TRIM13 可阻止NF-κB的 激 活，證 明TRIM13 是NF-κB 激 活 的 正 調(diào) 節(jié)劑[29]。盡管各研究結(jié)果有不同，但有限的研究結(jié)論也有一定的臨床借鑒價值?？傊?，E3 鏈接酶TRIM13 與NF-κB相關(guān)，并可能通過參與其通路相關(guān)環(huán)節(jié)參與COPD 發(fā)生。

以上研究表明泛素化可能通過參與蛋白質(zhì)降解與合成失衡、氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)、自噬等多個過程影響COPD的發(fā)生、發(fā)展。

5 結(jié)語與展望

泛素化是一種常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，廣泛參與真核細胞各種生命過程，泛素化過程失調(diào)可以導(dǎo)致各種疾病。如上所述，泛素化參與了蛋白質(zhì)的降解、炎癥及氧化應(yīng)激，此外，還與自噬息息相關(guān)，我們推測泛素化可能通過上述機制參與COPD 的發(fā)生、發(fā)展，TRIM13是一個新型的E3泛素連接，作為泛素化過程的一員，參與NF-κB 信號通路，介導(dǎo)細胞自噬，并與腫瘤發(fā)生、發(fā)展有關(guān)，但與COPD 的關(guān)系目前尚無報道，還需進一步研究證實。流調(diào)顯示，我國40歲以上的人群COPD 患病率高達13.7%[30]，目前仍無有效治療手段，因此進一步研究其發(fā)病機制尤為重要，接下來以期通過進一步實驗研究發(fā)現(xiàn)兩者關(guān)系。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突