轉(zhuǎn)錄后加工和蛋白質(zhì)修飾異常參與系統(tǒng)性紅斑狼瘡的病理機(jī)制

眭維國，侯顯良，戴小良，鄒貴勉(綜述)，戴 勇※(審校)

(1.中國人民解放軍第181醫(yī)院腎臟科，廣西 桂林 541002； 2.廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004；3.中國人民解放軍第181醫(yī)院風(fēng)濕科,廣西 桂林 541002)

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種累及多系統(tǒng)、多器官，具有多種自身抗體、復(fù)發(fā)和緩解交替出現(xiàn)的自身免疫性疾病，好發(fā)于中青年女性，發(fā)病年齡多為15～35歲。目前認(rèn)為,其發(fā)病機(jī)制主要與表觀遺傳修飾、基因表達(dá)異常、病毒感染、免疫異常、藥物、內(nèi)分泌物異常、p16基因啟動(dòng)子的甲基化、凋亡細(xì)胞的清除以及環(huán)境等各種內(nèi)外因素及其之間的相互作用有關(guān)。需長期應(yīng)用糖皮質(zhì)激素和免疫抑制劑控制病情，SLE患者極易合并感染[1-3]。目前藥物用于SLE患者的治療雖有一定的效果，但治療現(xiàn)狀不容樂觀?；蚪M學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)及相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展為SLE的研究提供了一個(gè)新的思維模式和研究平臺(tái)[4]。異常轉(zhuǎn)錄后信使RNA(mRNA)加工和翻譯后蛋白質(zhì)修飾與SLE的發(fā)生有密切聯(lián)系。

1 轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)

剛從DNA模板上脫離下來的mRNA稱為初級(jí)轉(zhuǎn)錄本，這種初級(jí)轉(zhuǎn)錄本往往要經(jīng)過加工才能成為有功能的RNA分子。加工的內(nèi)容包括切割、剪接、修剪、修飾和編輯等。RNA編輯是指在mRNA水平上改變遺傳信息的過程，具體說來，指基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失、插入或置換，基因轉(zhuǎn)錄物的序列不與基因編碼序列互補(bǔ)，使翻譯生成的蛋白質(zhì)的氨基酸組成，不同于基因序列中的編碼信息現(xiàn)象。前體mRNA通過可變剪接過程，將其內(nèi)含子去掉，外顯子被選擇性地組合、連接在一起，形成成熟的mRNA。RNA編輯和選擇性剪接是轉(zhuǎn)錄后RNA水平調(diào)控基因表達(dá)的重要機(jī)制，也是蛋白質(zhì)組多樣性的重要機(jī)制。通過這種機(jī)制基因可以表達(dá)出功能各異，甚至具有相互拮抗的功能和結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)亞型，使生物更好地適應(yīng)生存環(huán)境。異常的RNA編輯和剪接導(dǎo)致細(xì)胞合成功能紊亂的蛋白質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致疾病[5-6]。

1.1RNA編輯 Laxminarayana等[7-9]和Orlowski等[10]研究表明，在SLE患者T細(xì)胞中，磷酸二酯酶8A1、RNA編輯酶(adenosine deaminases acting on RNA，ADAR)2和蛋白激酶A的一個(gè)調(diào)節(jié)亞基(RIα)存在異常的mRNA編輯，發(fā)現(xiàn)SLE患者T細(xì)胞和用Ⅰ型干擾素激活的正常個(gè)體T細(xì)胞中的磷酸二酯酶8A1已知編輯位點(diǎn)呈現(xiàn)低編輯現(xiàn)象，ADAR2 mRNA的已知位點(diǎn)和新位點(diǎn)的編輯情況也被揭示，發(fā)現(xiàn)在23和24位點(diǎn)A到I編輯下調(diào)，在-6和+30位點(diǎn)U到C編輯上調(diào)。另外，通過對(duì)RIα的cDNA序列和編碼區(qū)域內(nèi)相應(yīng)基因組DNA進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果顯示，SLE患者T細(xì)胞的RIα轉(zhuǎn)錄突變頻率為1.22×10-3/bp，比正常個(gè)體T細(xì)胞的頻率高7.5倍。Wu等[11]發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的Fas mRNA編輯位點(diǎn)，在SLE患者中該位點(diǎn)的編輯程度較正常對(duì)照者顯著增加。這種編輯是通過在特定位點(diǎn)插入一個(gè)腺嘌呤，導(dǎo)致一種新的有缺陷的Fas受體產(chǎn)生，而在人體細(xì)胞中這種有缺陷的Fas受體不能完成Fas介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。雖然產(chǎn)生這些異常mRNA編輯的機(jī)制尚不完全清楚，但mRNA編輯酶(ADARs)可能在該過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[12]。

1.2選擇性剪接 Moulton等[13]發(fā)現(xiàn)，在SLE患者T細(xì)胞中，可變剪接因子/剪接因子2結(jié)合在白細(xì)胞分化抗原3 ζ鏈(CD3ζ)的3′-UTR端參與CD3ζ pre-mRNA剪接過程。CD3ζ mRNA是由8個(gè)外顯子拼接而成的1.472 kb產(chǎn)物，它由長為492 bp的編碼區(qū)和1個(gè)外顯子Ⅷ編碼的下游長為906 bp的3′-UTR組成。采用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈技術(shù)對(duì)CD3ζ的非編碼區(qū)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在拼接供體和受體位點(diǎn)間有一個(gè)344 bp的選擇性剪接產(chǎn)物。位于3′-UTR的剪接體由于使用了兩個(gè)內(nèi)在的剪接位點(diǎn)(5′和3′)，使得在CD3ζ pre-mRNA剪接過程中刪除562個(gè)堿基(核苷酸672～1233)，從而產(chǎn)生了344 bp選擇性剪接變體。由于344 bp CD3ζ剪接變體缺乏一個(gè)翻譯調(diào)控序列和兩個(gè)起關(guān)鍵作用的腺苷酸/尿苷酸富含元件，剪接變體的穩(wěn)定性和翻譯水平顯著低于906 bp 野生型(WT)，從而導(dǎo)致CD3ζ在SLE患者T細(xì)胞中較正常對(duì)照者顯著下調(diào)。除CD3ζ pre-mRNA外，黏附分子CD44和環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件調(diào)控因子的異常剪接也在SLE發(fā)病過程中起重要作用[14-15]。

2 蛋白修飾組

20種氨基酸組成自然界中絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)。然而值得注意的是，人體中50%～90%的蛋白質(zhì)需要經(jīng)過翻譯后修飾，最常見的蛋白質(zhì)修飾方式有磷酸化、糖基化、乙?；?、泛素化和瓜氨酸化。翻譯后修飾從多個(gè)方面調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，包括一級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能(如酶的活性)等，以維持蛋白質(zhì)正常的結(jié)構(gòu)和生理活性。然而，一些異常的翻譯后修飾會(huì)產(chǎn)生新的抗原決定簇，從而使免疫系統(tǒng)對(duì)自身多肽失去免疫耐受性，產(chǎn)生自身免疫[16]。且越來越多的證據(jù)表明異常的翻譯后修飾參與SLE的病理過程。

2.1翻譯后修飾與信號(hào)通路異常 蛋白質(zhì)磷酸化是最常見、最重要的一種蛋白質(zhì)翻譯后修飾方式，通過蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化，調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、基因表達(dá)、細(xì)胞周期等諸多細(xì)胞過程，并可能參與和調(diào)控生物體內(nèi)的許多疾病。Taher等[17]應(yīng)用激酶微陣列技術(shù)建立SLE患者和健康對(duì)照組B淋巴細(xì)胞的激酶圖譜，結(jié)果顯示，大多數(shù)SLE患者B淋巴細(xì)胞的蛋白質(zhì)磷酸化圖譜呈現(xiàn)異常，與健康對(duì)照組相比，27種蛋白質(zhì)的磷酸化水平增高，34種蛋白質(zhì)的磷酸化水平降低，并進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)SLE患者B淋巴細(xì)胞的磷脂酰肌醇3-激酶、促分裂素原活化蛋白、大鼠肉瘤蛋白同系物、黏附斑激酶、凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶1、蛋白激酶C、蛋白激酶A、肝癌組織中表達(dá)的酪氨酸激酶和抗凝血酶受體活性發(fā)生改變，其中調(diào)節(jié)細(xì)胞存活和分化的磷脂酰肌醇3-激酶的活性增加，調(diào)控細(xì)胞周期的抗凝血酶受體酶活性下降。此外，轉(zhuǎn)錄因子Elf-1的異常翻譯后修飾使得SLE患者T細(xì)胞中的CD3ζ表達(dá)水平下調(diào)和Fc受體γ鏈(FcRγ)水平上調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致異常的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[18-19]。Elf-1的翻譯初始產(chǎn)物是相對(duì)分子質(zhì)量為68×103的蛋白質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行序列分析發(fā)現(xiàn)它存在多個(gè)糖基化位點(diǎn)和蛋白激酶C磷酸化位點(diǎn)。Elf-1經(jīng)過部分磷酸化和O-糖基化修飾后轉(zhuǎn)變成相對(duì)分子質(zhì)量為80×103的蛋白質(zhì)，這種形式的Elf-1停留在細(xì)胞質(zhì)中，在細(xì)胞質(zhì)中可以進(jìn)一步磷酸化和O-糖基化修飾，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)分子質(zhì)量為98×103的蛋白質(zhì)形式并轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核中。在細(xì)胞核中，轉(zhuǎn)錄因子Elf-1綁定到CD3ζ和FcRγ啟動(dòng)子的GGAA原件上，促進(jìn)CD3ζ的轉(zhuǎn)錄而抑制FcRγ的轉(zhuǎn)錄。然而在SLE患者T細(xì)胞中，相對(duì)分子質(zhì)量為80×103的Elf-1沒能正常地完成后續(xù)的修飾，使相對(duì)分子質(zhì)量為98×103形式的Elf-1減少或缺乏，從而使SLE患者T細(xì)胞中CD3ζ的表達(dá)減少，F(xiàn)cRγ的表達(dá)增加。

2.2翻譯后修飾與自身抗原 異常的蛋白質(zhì)翻譯后修飾是機(jī)體對(duì)自身蛋白質(zhì)喪失免疫耐受能力的一個(gè)重要原因。在細(xì)胞應(yīng)激、細(xì)胞凋亡、炎癥和老化等情況下，機(jī)體蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾程度增加。蛋白質(zhì)的修飾受到嚴(yán)格的調(diào)節(jié)，即使產(chǎn)生了異常修飾的蛋白質(zhì)，細(xì)胞也可通過各種蛋白酶加以降解，以免對(duì)人體自身造成損傷。然而，有些異常修飾后的蛋白質(zhì)，在被蛋白酶降解過程中，改變酶的作用位點(diǎn)，出現(xiàn)新的抗原表位而形成新的自身抗原，導(dǎo)致人體針對(duì)這些抗原的異常免疫應(yīng)答，出現(xiàn)各種自身免疫病。同樣，一些沒有實(shí)現(xiàn)正常的翻譯后修飾的蛋白質(zhì)也會(huì)影響免疫識(shí)別，如在SLE患者的血清中檢測(cè)到磷酸化和非磷酸化的SR蛋白(mRNA前體的剪接因子)的抗體[20]。另有研究發(fā)現(xiàn)，SLE小鼠的一些腎臟蛋白存在異常的N-糖基化[21]。該異常是由于SLE小鼠的α-甘露糖苷酶Ⅱ存在缺陷，使蛋白質(zhì)缺乏復(fù)雜的N-聚糖分支，從而影響免疫系統(tǒng)對(duì)自身抗原的識(shí)別。

3 小 結(jié)

SLE是一種復(fù)雜的自身免疫性疾病，生物學(xué)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)狼瘡的發(fā)生、發(fā)展有重要影響。轉(zhuǎn)錄后RNA水平調(diào)控增加了蛋白質(zhì)組的多樣性，蛋白質(zhì)翻譯后修飾使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，調(diào)節(jié)更為精細(xì)。然而，異常的轉(zhuǎn)錄后mRNA加工和翻譯后蛋白質(zhì)修飾與人類疾病的發(fā)生有著密切的聯(lián)系。通過對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行研究，可以揭示SLE疾病發(fā)生和發(fā)展過程中基因表達(dá)的方式和蛋白質(zhì)修飾信號(hào)通路的開關(guān)機(jī)制，以獲得參與SLE發(fā)病的新關(guān)鍵因子，為SLE的診斷和治療提供新的方法和依據(jù)，并有助于作為新靶點(diǎn)開發(fā)臨床診斷試劑盒和臨床治療藥物。

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