SHIP及其相關(guān)信號通路與炎癥性腸病

蔣巍亮 綜述 鄭 萍 審校

上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院消化科1(200080) 同濟大學(xué)附屬東方醫(yī)院消化醫(yī)學(xué)部2

人類 SHIP［Src homology 2(SH2)domain-containing inositol 5’-phosphatase］蛋白為肌醇磷酸酶家族成員之一，主要表達于造血細胞中，在造血細胞的生長、分化和功能發(fā)揮方面起關(guān)鍵性負向調(diào)控作用，可抑制細胞增殖和存活，過度表達時可引起細胞凋亡增加。炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)是一種病因尚不十分清楚的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn’s disease，CD)。近年國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)SHIP可能在IBD的發(fā)病中發(fā)揮不容忽視的作用，為IBD治療靶點的選擇提供了一種新思路。本文就SHIP及其相關(guān)信號通路與IBD的關(guān)系作一綜述，并展望SHIP在IBD中可能的臨床意義。

一、SHIP的基本結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能

1996年，Damen等［1］應(yīng)用多種細胞因子刺激鼠類造血細胞后，首次發(fā)現(xiàn)了一種新的酪氨酸磷酸化蛋白——SHIP。人類SHIP蛋白由定位于染色體2q37.1的INPP5D基因編碼，是一種含Src同源序列2(SH2)結(jié)構(gòu)域的肌醇5’-磷酸酶，包括SHIP1、sSHIP、SHIP2等成員。通常所稱的SHIP系指最常見的SHIP1。SHIP1相對分子質(zhì)量為145 kDa(1 Da=0.9921 u)，由1188個氨基酸組成，僅表達于血細胞，如淋巴細胞、粒細胞、單核巨噬細胞、肥大細胞、血小板等［2，3］。

位于氨基末端的SH2結(jié)構(gòu)域是SHIP蛋白的特征性結(jié)構(gòu)域，對生長因子介導(dǎo)的蛋白/蛋白相互作用具有重要意義，可特異性地識別、結(jié)合蛋白質(zhì)分子中的磷酸化酪氨酸殘基。SHIP蛋白中部由400～500個氨基酸組成的序列構(gòu)成具有去磷酸化作用的肌醇5’-磷酸酶活性區(qū)域，可使肌醇多磷酸鹽的5’位磷酸發(fā)生水解。位于羧基末端的兩個NPXY單元在發(fā)生酪氨酸磷酸化后與銜接蛋白SH2攜帶蛋白(Shc)的磷酸酪氨酸結(jié)合域以及磷脂酰肌醇(PI)3-激酶(PI3K)p85亞基的SH2結(jié)構(gòu)域相互作用。此外，SHIP蛋白羧基末端還存在數(shù)個富含脯氨酸的區(qū)域(proline rich region)，其中一個是銜接蛋白生長因子受體結(jié)合蛋白2(Grb2)SH3結(jié)構(gòu)域的結(jié)合位點。作為一種信號蛋白，SHIP的功能由其結(jié)構(gòu)特征和酶活性決定［1，3，4］。

二、SHIP相關(guān)信號通路及其作用

SHIP可在多種細胞因子、生長因子的刺激下發(fā)生酪氨酸磷酸化，參與這些因子介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。SHIP能與銜接蛋白Shc和Grb2結(jié)合，提示其為與c-fms/CSF-1通路相關(guān)的磷酸酶。B細胞和肥大細胞上的SHIP能被抑制性IgG受體FcγRⅡB激活，證實其為細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制分子。FcγRⅡB胞質(zhì)部分的免疫受體酪氨酸相關(guān)抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif，ITIM)磷酸化后能募集SHIP于胞膜，SHIP通過抑制含血小板-白細胞C激酶底物同源序列(pleckstrin homology)結(jié)構(gòu)域蛋白的募集，阻止細胞外鈣離子內(nèi)流，從而抑制細胞因子轉(zhuǎn)錄激活和釋放［5，6］。此外，SHIP尚能調(diào)控淋巴細胞、骨髓細胞中的多種細胞因子相關(guān)以及抗原、抗體相關(guān)信號通路。SHIP能否在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮作用取決于以下三點:①細胞是否表達以及以何種水平表達SHIP;②SHIP須從胞質(zhì)被募集至胞膜，方能發(fā)揮其去磷酸化作用;③SHIP的酶活性區(qū)域需要變構(gòu)激活［7］。

PI3K信號級聯(lián)是一條關(guān)鍵性的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與調(diào)控細胞的存活、黏附、遷移、代謝活性、增殖、分化、激活等大量生物學(xué)過程，對免疫系統(tǒng)功能的調(diào)控亦具有重要意義。PI3K接受各種生長信號的刺激被激活后，催化PI-4，5-二磷酸鹽(PI-4，5-P2)生成 PI-3，4，5-三磷酸鹽(PI-3，4，5-P3，PIP3)，PIP3作為第二信使激活下游信號分子Akt，Akt通過NF-κB 抑制蛋白激酶 α(IKKα)活化 NF-κB［3］。PI3K-PIP3-Akt-NF-κB信號通路在細胞存活和凋亡過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用，與炎癥、自身免疫介導(dǎo)的病變以及腫瘤發(fā)生、發(fā)展等密切相關(guān)。而位于SHIP蛋白中部的肌醇5’-磷酸酶活性區(qū)域能特異性地催化PI肌醇環(huán)上的5’位磷酸發(fā)生脫磷酸化反應(yīng)，使PIP3水解為PI-3，4-P2。SHIP通過此種酶催化作用下調(diào)生長信號誘導(dǎo)的PI3K依賴性Akt激活，負向調(diào)控PI3KAkt信號通路，進而抑制下游NF-κB等信號分子活化。目前國內(nèi)外對SHIP的認識主要集中在血液病領(lǐng)域，關(guān)于其在包括IBD在內(nèi)的自身免疫性和炎癥性疾病中的表達及其意義仍處于探索階段，尚未形成系統(tǒng)性認識。下文將著重概述SHIP及其相關(guān)信號通路在IBD中的表達和意義。

三、SHIP與IBD

IBD是一種病因不明的慢性非特異性自身免疫性疾病，目前觀點認為腸道微生物在IBD的發(fā)病中起重要作用［8］。腸道微生物(主要是革蘭陰性桿菌)細胞壁中所含的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)在細菌死亡或破壞后被釋放，對腸黏膜造成損傷，故亦稱為內(nèi)毒素，其主要毒性成分為類脂質(zhì)A。大量研究證實LPS的刺激是觸發(fā)IBD相關(guān)炎癥通路的起始信號。LPS被腸上皮細胞、樹突細胞、巨噬細胞表面的Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)識別并結(jié)合后，炎癥通路即正式啟動［9，10］。在腸道炎癥反應(yīng)中處于中心地位的巨噬細胞激活后分泌大量炎癥因子和生物活性物質(zhì)，在促進和維持炎癥反應(yīng)中起重要作用?；顒悠贗BD患者腸黏膜巨噬細胞明顯增加［11］，映證了其與IBD發(fā)病有密切聯(lián)系。

腸道細菌胞壁LPS釋放后，與可溶性LPS結(jié)合蛋白(LBP)結(jié)合形成復(fù)合體，被細胞表面的CD14分子(廣泛表達于單核巨噬細胞、中性粒細胞、肥大細胞、淋巴細胞表面)識別并結(jié)合，其后CD14將LPS/LBP復(fù)合體呈遞至TLR4并導(dǎo)致其構(gòu)象發(fā)生改變?？缒さ鞍譚LR4激活后，其胞質(zhì)部分開始聚集多種銜接蛋白，包括MyD88、TIRAP、TICAM-1。之后的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分為兩條通路，分別為MyD88依賴性和非依賴性通路。MyD88依賴性通路即MyD88與TIRAP共同激活下游IRAK家族，主要是IRAK-1和IRAK-4，引起其自身磷酸化;磷酸化的 IRAK脫離TLR4復(fù)合體，結(jié)合并激活下游TRAF6;至此，腸道炎癥級聯(lián)信號通路得以啟動，p38 MAPK、ERK、c-Jun、AP1逐級激活，最后活化的 NF-κB進入細胞核，與特異性κB序列結(jié)合，誘導(dǎo)相關(guān)炎癥因子基因如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6)等轉(zhuǎn)錄，繼而大量合成、釋放。MyD88非依賴性通路即 TICAM-1通過 TBK-1、IKKε激活A(yù)P1和NF-κB。值得注意的是，MyD88非依賴性通路可通過轉(zhuǎn)錄因子——干擾素調(diào)節(jié)因子3(IRF3)上調(diào)干擾素-β(IFN-β)表達，后者以自分泌方式通過胞膜受體激活另一條重要炎癥通路——JAK/STAT1通路，在誘導(dǎo)生成誘生型一氧化氮合酶(iNOS)以及NO的同時，協(xié)同NF-κB通路促進炎癥發(fā)展［10，12］。

與此同時，在受LPS刺激的免疫細胞中，PI3K亦得以激活(通過與MyD88或IRAK-1相互作用)。研究［13］發(fā)現(xiàn)在小鼠巨噬細胞中，LPS刺激可通過TLR4使PI3K與MyD88形成復(fù)合體，進而選擇性誘導(dǎo)下游細胞因子產(chǎn)生。無論PI3K以何種方式活化，PI3K-Akt-NF-κB信號通路對于炎癥因子、NO等的產(chǎn)生都是必需的。因此，SHIP對該信號通路活性的抑制作用在細胞生理活動過程中具有重要意義。實驗證明SHIP－/－骨髓源性巨噬細胞和肥大細胞由LPS刺激產(chǎn)生的TNF-α、IL-6、IL-1β、NO 濃度明顯高于 SHIP+/+細胞，證實SHIP 對 PI3K-Akt-NF-κB 信號通路具有抑制作用［2］。NOD2在細菌感染時促炎反應(yīng)和抗微生物應(yīng)答的激活中起重要作用，是最早被發(fā)現(xiàn)的CD易感基因。研究［14］顯示SHIP－/－巨噬細胞中NOD2、NF-κB活化增強，由LPS刺激產(chǎn)生的TNF-α、IFN-γ等的濃度明顯高于 SHIP+/+細胞，表明 SHIP對NOD2-NF-κB信號通路同樣具有抑制作用。

人類腸道黏膜對細菌內(nèi)毒素的損傷作用存在下述保護機制:巨噬細胞初次受小劑量LPS刺激后，會出現(xiàn)短暫不應(yīng)期(2～3周)，在這段時間內(nèi)，即使再度受大劑量LPS刺激，產(chǎn)生的炎癥因子、NO亦大幅減少，該現(xiàn)象稱為內(nèi)毒素耐受(endotoxin tolerance)。內(nèi)毒素耐受可使宿主免于巨噬細胞或其他免疫細胞過度活化所致的損傷，并使免疫細胞適應(yīng)持續(xù)性細菌感染。體外實驗發(fā)現(xiàn)SHIP－/－骨髓源性巨噬細胞和肥大細胞不存在內(nèi)毒素耐受現(xiàn)象，而相應(yīng)野生型細胞初次受LPS刺激后，SHIP水平明顯增高，且經(jīng)證實為內(nèi)毒素耐受的發(fā)生所必須;應(yīng)用SHIP－/－和SHIP+/+小鼠模型的動物實驗證實了上述發(fā)現(xiàn)，并顯示SHIP水平增高與內(nèi)毒素耐受時間相關(guān)［15］。該研究結(jié)果表明SHIP在腸道微生態(tài)平衡的維持中起重要作用。

巨噬細胞和肥大細胞初次受LPS刺激而激活后，產(chǎn)生大量具有自分泌作用的細胞因子如轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、IL-10、IFN-β［2，16］，三者均可使細胞內(nèi) SHIP 表達上調(diào)，從而參與內(nèi)毒素耐受。盡管TGF-β、IL-10、IFN-β的作用機制可能各不相同，但三者極有可能協(xié)同促進SHIP激活，從而負向調(diào)控巨噬細胞以及其他免疫細胞功能，減輕其再次暴露于LPS刺激時產(chǎn)生的炎癥應(yīng)答，下調(diào)促炎細胞因子的產(chǎn)生和釋放，甚至可能誘導(dǎo)抗炎細胞因子產(chǎn)生和釋放［2］。

Arijs等［17］觀察了SHIP在IBD患者腸道中的表達，發(fā)現(xiàn)UC和CD腸黏膜的SHIP表達明顯高于正常對照者，但CD時SHIP僅在結(jié)腸中表達增高，回腸表達正常。鑒于SHIP mRNA表達與調(diào)節(jié)性 T細胞(Treg細胞)標記物 FOXP3 mRNA表達呈顯著正相關(guān)，推測其機制可能與Treg細胞的作用有關(guān)。Kerr等［18］發(fā)現(xiàn)SHIP缺陷小鼠發(fā)生典型CD樣回腸炎伴腸壁纖維化，腸黏膜中性粒細胞數(shù)量明顯增多，大量多形核白細胞浸潤末端回腸固有層，引起黏膜損傷;移植野生型小鼠骨髓的 SHIP－/－小鼠回腸炎明顯減輕，證明SHIP在腸道免疫中起關(guān)鍵作用，可抑制粒細胞在外周組織過度增殖。SHIP缺陷小鼠的回腸炎可能與局部黏膜T細胞免疫不足有關(guān)，SHIP缺陷導(dǎo)致小腸黏膜局部CD4、CD8 T細胞數(shù)量明顯減少，但Treg細胞數(shù)量不變，使粒-單核細胞對腸腔抗原產(chǎn)生異常免疫應(yīng)答，發(fā)生粒-單核細胞炎癥。值得注意的是，此種CD樣病變僅局限于末端回腸而不累及結(jié)腸。兩項研究中CD患者回腸SHIP表達正常以及SHIP缺陷可致小鼠回腸炎的結(jié)果或許并不是一種巧合，其間的聯(lián)系有待進一步研究。

傳統(tǒng)觀點認為巨噬細胞活化在IBD病程中起不可或缺的作用，但近年研究發(fā)現(xiàn)該結(jié)論必須建立在巨噬細胞系以經(jīng)典方式活化的基礎(chǔ)之上，此類巨噬細胞稱為M1型巨噬細胞。然而，越來越多的實驗證據(jù)表明巨噬細胞尚可經(jīng)由替代途徑活化為M2型巨噬細胞，后者的作用為減少NO等因子釋放，減輕炎癥反應(yīng)。有學(xué)者指出，由于SHIP－/－小鼠骨髓祖細胞PIP3水平長期增高，其巨噬細胞傾向于活化為M2型［19］。Weisser等［20］以葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)小鼠腸道炎癥，發(fā)現(xiàn)SHIP－/－小鼠的炎癥程度明顯輕于野生型小鼠，表現(xiàn)為直腸出血延遲以及腸道結(jié)構(gòu)破壞和免疫細胞浸潤減輕等，且證實該保護作用系由巨噬細胞所介導(dǎo)，證實SHIP缺陷可使小鼠體內(nèi)的巨噬細胞經(jīng)由替代途徑活化為M2型，M2型巨噬細胞對腸道炎癥起保護作用。該研究結(jié)果與Kerr等［18］研究結(jié)果的矛盾之處在于，SHIP－/－小鼠易患CD樣回腸炎，卻對DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥產(chǎn)生抵抗，相關(guān)機制有待進一步探討。

PI3K通路雖已被證實在IBD的發(fā)病中起關(guān)鍵作用，但關(guān)于其確切作用，各文獻報道卻大相徑庭。Aman等［21］的研究顯示SHIP可水解PIP3產(chǎn)生PI-3，4-P2以抑制Akt活性，從而負向調(diào)控PI3K-PIP3-Akt-NF-κB信號通路，抑制炎癥因子基因轉(zhuǎn)錄。Franke等［22］卻發(fā)現(xiàn) SHIP水解 PIP3產(chǎn)生的PI-3，4-P2可通過與Akt的血小板-白細胞C激酶底物結(jié)構(gòu)域相互作用而激活下游Akt，其作用甚至強于PIP3。因此，SHIP在IBD中的作用究竟是抑制PIP3-Akt通路從而抑制炎癥，還是激活PIP2-Akt通路從而促進炎癥，尚待深入研究。Imielinski等［23］在研究 IBD易感基因位點時，發(fā)現(xiàn)2q37位點——即SHIP基因位點多態(tài)性與IBD早期發(fā)病顯著相關(guān)。這一證據(jù)有力支持SHIP參與了IBD的發(fā)病，并在其中起重要作用。

四、結(jié)語和展望

目前臨床上IBD的治療手段仍以傳統(tǒng)5-氨基水楊酸制劑、糖皮質(zhì)激素制劑和免疫抑制劑為主，但存在療效不理想或長期使用不良反應(yīng)較嚴重等問題，新型生物制劑價格昂貴，多數(shù)患者難以承受。因此，尋找新的經(jīng)濟、有效的IBD治療藥物成為研究者關(guān)注的熱點。2012年，Blunt和Ward提出了一個全新的觀點:以PI3K抑制劑治療炎癥和自身免疫性疾?。?4］。SHIP為PI3K信號通路的有效調(diào)控因子，且局限性表達于造血細胞，故引導(dǎo)以SHIP為靶點的藥物在免疫系統(tǒng)內(nèi)發(fā)揮作用是一種可行的方法，SHIP有望成為理想的IBD治療靶點。相信圍繞SHIP的研究及其發(fā)現(xiàn)將引領(lǐng)我們從全新的角度重新審視IBD的治療。

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