去泛素化酶對氣道黏液高分泌影響的信號調(diào)控機(jī)制

石萌萌綜述，周向東審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸內(nèi)科，重慶400010）

去泛素化酶對氣道黏液高分泌影響的信號調(diào)控機(jī)制

石萌萌綜述，周向東審校

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院呼吸內(nèi)科，重慶400010）

半胱三酸內(nèi)肽酶類；泛素；泛素化；氣管；黏液；信號傳導(dǎo)；綜述

氣道黏液高分泌是慢性阻塞性肺疾病的重要臨床病理特征，由于黏液過度分泌加重氣道狹窄，導(dǎo)致患者病情惡化，甚至引起死亡。高度糖基化的高相對分子質(zhì)量黏蛋白5AC（MUC5AC）是氣道黏液的主要成分。在MUC5AC基因中含有2個核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）結(jié)合位點(diǎn)，各種炎癥因子能引起IκB激酶β（IKKβ）依賴的P65核轉(zhuǎn)運(yùn)，使NF-κB移入核內(nèi)并活化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子激活，啟動子活化，促進(jìn)MUC5AC基因轉(zhuǎn)錄增多、蛋白表達(dá)增強(qiáng)，出現(xiàn)氣道黏液高分泌[1-2]。由于NF-κB信號通路可被多種機(jī)制進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)控，而其中重要的調(diào)節(jié)機(jī)制即為細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的去泛素化酶（DUBs）對關(guān)鍵信號分子的泛素化調(diào)控。本文就DUBs對NF-κB通路的調(diào)控機(jī)制作一簡要綜述。

1 DUBs概述及作用機(jī)制

1.1 DUBs概述 泛素蛋白酶體途徑介導(dǎo)的蛋白降解是機(jī)體調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白水平與功能的一個重要機(jī)制，可調(diào)節(jié)及影響各種細(xì)胞活動，包括基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)、細(xì)胞受體功能、免疫反應(yīng)及腫瘤生長、炎性反應(yīng)過程等[3]。該途徑是一個被嚴(yán)格調(diào)控的可逆性過程，DUBs的調(diào)節(jié)即為其中一個重要環(huán)節(jié)，其通過水解蛋白底物上泛素鏈之間的鏈接，進(jìn)而起到去泛素化的作用，逆向調(diào)節(jié)蛋白的降解，進(jìn)一步影響細(xì)胞的病理生理過程。目前，細(xì)胞內(nèi)主要包括泛素特異性加工酶家族、泛素羧基末端水解酶家族、Ataxin-3、卵巢腫瘤相關(guān)蛋白酶、MPN（+）/ JAMM蛋白酶5種類型的DUBs[4]。

1.2 DUBs的作用機(jī)制 泛素、泛素啟動酶系統(tǒng)和蛋白酶體系統(tǒng)共同構(gòu)成泛素蛋白酶體途徑[5]。DUBs即屬于蛋白酶體系統(tǒng)，通過識別泛素、蛋白底物等的特異性序列，裂解泛素鏈間的連接，使泛素化蛋白底物上的單泛素分子解離，進(jìn)入新的蛋白調(diào)節(jié)循環(huán)，發(fā)揮去泛素化作用[6]。DUBs還可以調(diào)節(jié)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，目前研究較多的即NF-κB信號通路，泛素化調(diào)節(jié)是NF-κB信號通路的主要調(diào)節(jié)機(jī)制，故研究在炎性及免疫反應(yīng)中泛素化酶對NF-κB信號通路的調(diào)控具有十分重要的意義。

2 NF-κB與黏液高分泌

2.1 NF-κB信號通路概述 NF-κB信號通路是調(diào)節(jié)先天免疫、繼發(fā)免疫和炎性反應(yīng)最重要的通路，具有調(diào)節(jié)多種細(xì)胞生物學(xué)功能，如細(xì)胞增殖、凋亡、分化及組織的炎性反應(yīng)等[7]。在大多數(shù)細(xì)胞中，P50和P65是NF-κB活性形式的主要成分。NF-κB特異的結(jié)合位點(diǎn)是κB，通常NF-κB的激活受其細(xì)胞質(zhì)抑制蛋白IκB的調(diào)控，IκB與NF-κB結(jié)合，掩蓋其核定位信號，從而使NF-κB以無活性狀態(tài)滯留在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。IκB也是一類大的抑制分子家族[8]，其在C-端都有一錨蛋白重復(fù)序列；同時，除B淋巴細(xì)胞瘤蛋白3（Bcl-3）外，其他IκB成員均有與降解有關(guān)的PEST區(qū)。另外，在炎性反應(yīng)過程中，當(dāng)促炎性細(xì)胞因子激活NF-κB的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)時，可形成一較大的由白介素-1（IL-1）誘導(dǎo)而成的IKK復(fù)合物。其由IKKα、β、γ 3個亞單位組成，三者功能各不同，IKKα、IKKβ為酶解功能單位，二者都存在一個與降解有關(guān)的kD區(qū)和一個亮氨酸拉鏈，而IKKγ為調(diào)節(jié)單位，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)該復(fù)合物的活性。

2.2 NF-κB信號通路的誘導(dǎo)激活 NF-κB信號傳導(dǎo)通路十分復(fù)雜，目前有研究認(rèn)為，各種細(xì)胞外刺激信號，包括細(xì)胞因子（IL-1β、IL-2、IL-6、IL-8、TNF-α）、病毒、脂多糖（LPS）、蛋白激酶C活化劑、血小板活化因子和佛波醇酯、白三烯B4、紫外線、活性氧、生長因子和變應(yīng)原等經(jīng)由不同的方式激活I(lǐng)KK復(fù)合物，IKK復(fù)合物進(jìn)一步將IκB磷酸化[9]。然后在泛素連接酶的作用下，使 IκB因某些分子的泛素化而被蛋白酶體水解，受其抑制的NF-κB發(fā)生核移位，特異的啟動靶基因轉(zhuǎn)錄，引起黏液高分泌[10]。當(dāng)NF-κB激活進(jìn)入核內(nèi)后，即與MUC5AC基因啟動子上的NF-κB結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)MUC5AC基因轉(zhuǎn)錄。目前研究已證實(shí)，NF-κB在黏液高分泌中有一定的作用[11]。

2.3 抑制NF-κB信號通路的激活 靜息時，NF-κB與抑制蛋白IκB以無活性的三聚體復(fù)合物存在，細(xì)胞因子、LPS、細(xì)菌、病毒、氧化劑、低氧、紫外線等使細(xì)胞活化時，IκB降解，NF-κB釋放，進(jìn)入核內(nèi)與靶基因上的κB位點(diǎn)結(jié)合，誘導(dǎo)和激活相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄而引起基因的表達(dá)。NF-κB可通過調(diào)控炎癥相關(guān)因子及炎癥介質(zhì)間的效應(yīng)，在炎性反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[12]。在肺炎癥性損傷中，分泌型白細(xì)胞蛋白酶抑制劑（SLPI）作用的細(xì)胞內(nèi)分子機(jī)制是調(diào)節(jié)NF-κB的活性，通過保護(hù)IκBβ的表達(dá)抑制其降解，從而抑制NF-κB的活性。SLPI能對抗LPS介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和分泌產(chǎn)物。轉(zhuǎn)染SLPI的巨噬細(xì)胞能抑制細(xì)菌產(chǎn)物L(fēng)PS的致炎癥活性，此系通過抑制IκB蛋白的降解而抑制NF-κB的活性，同時還通過抑制NO和TNF-α的產(chǎn)生來實(shí)現(xiàn)。在IgG免疫復(fù)合物沉積觸發(fā)大鼠急性炎性反應(yīng)的研究中[13]，由肺泡巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的內(nèi)源性抗炎性細(xì)胞因子IL-10、IL-13通過減少肺TNF-α的產(chǎn)生并妨礙IκBα的降解提高IκBα水平而削弱NF-κB的活化，SLPI能阻止IκBβ的降解，從而提高IκBβ蛋白水平，進(jìn)而抑制NF-κB的活化，但是其對IκBβ mRNA表達(dá)的影響并不明顯[14]。

3 DUBs對氣道黏液高分泌中NF-κB信號通路的調(diào)控

3.1 DUBs對NF-κB信號通路調(diào)控的概述 在NF-κB信號傳導(dǎo)通路中，蛋白的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控是通路激活和信號傳導(dǎo)所必需的，其中泛素化是一種重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[15]。蛋白的泛素化調(diào)節(jié)由泛素化酶和DUBs共同作用完成，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)NF-κB信號通路中的DUBs主要有圓柱瘤蛋白（CYLD）和鋅指蛋白A20，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高表達(dá)的鋅指蛋白A20或CYLD可以通過抑制NF-κB活化對氣道黏液高分泌起到一定的治療作用[16]。CYLD和鋅指蛋白20可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的炎性反應(yīng)，在Toll樣受體（TLR）介導(dǎo)的炎癥和免疫反應(yīng)中起著至關(guān)重要的作用[17]，一方面，通過TLR-2、TLR-5和TLR-9受體配體結(jié)合，經(jīng)由c-Jun氨基末端激酶（JNK）和NF-κB傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)活化，可使DUBs的表達(dá)顯著增加；另一方面，過表達(dá)DUBs可通過負(fù)反饋明顯抑制TLR-2和TLR-4所調(diào)節(jié)的JNK、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶和NF-κB傳導(dǎo)通路炎性反應(yīng)，最終起到負(fù)反饋調(diào)節(jié)的作用[18]。

3.2 CYLD對NF-κB信號通路的調(diào)節(jié) CYLD是一種可特異性去除連接泛素鏈的DUBs，屬于USP亞家族成員之一。當(dāng)細(xì)胞受到胞外信號刺激時，其表面受體的空間構(gòu)象改變[19-20]，導(dǎo)致自身降解或者開啟NF-κB的下游信號通路。NF-κB信號通路與免疫和炎性反應(yīng)直接相關(guān)，DUBs CYLD負(fù)責(zé)調(diào)控NF-κB的活性，阻止下游信號的傳導(dǎo)，在各種免疫反應(yīng)及炎性反應(yīng)中有重要的功能[21]。由于Bcl-3可與核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子 P50和P52作用激活NF-κB信號通路，在各種外界刺激下，CYLD定位于核膜，與Bcl-3相互作用抑制其泛素化與入核，從而抑制NF-κB信號通路的激活。CYLD能與多個信號分子相互作用進(jìn)而終止NF-κB信號通路激活。

3.3 鋅指蛋白A20對NF-κB信號通路的調(diào)控 鋅指蛋白A20是典型的修改泛素連接類型的泛素編輯酶，其N端的卵巢腫瘤結(jié)構(gòu)域具有DUBs的活性，可以切割靶蛋白上的多聚泛素化鏈，而其C端的7個重復(fù)鋅指結(jié)構(gòu)則可結(jié)合多聚泛素化鏈至靶蛋白，起到泛素連接酶的功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)泛素-蛋白降解過程。研究發(fā)現(xiàn)，鋅指蛋白A20基因缺陷小鼠可因?qū)δc道共生菌群異?？浯蟮姆磻?yīng)而使TLR信號通路持續(xù)活化，NF-κB信號通路失控[22-23]。若特異性敲除多種免疫細(xì)胞中的鋅指蛋白A20基因，小鼠雖然有自身免疫現(xiàn)象的出現(xiàn)，但炎癥表現(xiàn)較鋅指蛋白A20基因完全缺陷的小鼠輕。如在巨噬細(xì)胞中特異性地敲除鋅指蛋白A20基因會引起NF-κB信號通路活化增強(qiáng)，并出現(xiàn)促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生[24]。另外，IKKβ也可以直接磷酸化 鋅指蛋白A20，促進(jìn)其NF-κB抑制功能[25]，但機(jī)制尚不清楚。由此可見，CYLD主要是抑制本底的NF-κB活化，鋅指蛋白A20則主要是抑制活化誘導(dǎo)產(chǎn)生的NF-κB。

綜上所述，DUBs是NF-κB信號通路的關(guān)鍵負(fù)性調(diào)節(jié)因子，在氣道黏液高分泌過程中至關(guān)重要。DUBs是迄今為止泛素系統(tǒng)中成員最多的調(diào)節(jié)酶家族，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，NF-κB信號通路中的CYLD和鋅指蛋白A20可通過抑制NF-κB活化對氣道黏液高分泌起到一定的治療作用。近年研究雖有所進(jìn)展，但有關(guān)不同DUBs在下調(diào)NF-κB信號通路時各自的作用仍知之甚少。在NF-κB信號通路中是否還有別的DUBs，其特異性由什么決定，而非經(jīng)典的多聚泛素化鏈在NF-κB信號通路中有何作用。因此，充分理解氣道黏液高分泌中NF-信號通路的去泛素化過程及泛素化酶的作用機(jī)制，有助于加深對氣道炎癥疾病的認(rèn)識，為氣道炎癥性疾病的治療提供新的思路。

[1]Nie Y，Wu H，Li PB，et al.Naringin attenuates EGF-induced MUC5AC secretion in A549 cells by suppressing the cooperative activities of MAPKs-AP-1 and IKKs-IκB-NF-κB signaling pathways[J].Eur J Pharmacol，2012，690（1/3）：207-213.

[2]Batra S，Balamayooran G，Sahoo MK.Nuclear factor-κB：a key regulator in health and disease of lungs[J].Arch Immunol Ther Exp：Warsz，2011，59（5）：335-351.

[3]Shang F，Taylor A.Ubiquitin-proteasome pathway and cellular responses to oxidative stress[J].Free Radic Biol Med，2011，51（1）：5-16.

[4]Nijman SM，Luna-Vargas MP，Velds A，et al.A genomic and functional inventory of deubiquitinating enzymes[J].Cell，2005，123（5）：773-786.

[5]Amerik AY，Hochstrasser M.Mechanism and function of deubiquitinating enzymes[J].Biochim Biophys Acta，2004，1695（1/3）：189-207.

[6]Kessler BM，Edelmann MJ.PTMs in conversation：activity and function of deubiquitinating enzymes regulated via post-translational modifications[J]. Cell Biochem Biophys，2011，60（1/2）：21-38.

[7]Shishodia S，Aggarwal BB.Nuclear factor-κB activation mediates cellular transformation，proliferation，invasion angiogenesis and metastasis of cancer[J].Cancer Treat Res，2004，119：139-173.

[8]Catz SD，Johnson JL.Transcriptional regulation of bcl-2 by nuclear factorkappa B and its significance in prostate cancer[J].Oncogene，2001，20（50）：7342-7351.

[9]Brand K，Page S，Rogler G，et al.Activated transcription factor nuclear factor-kappa B is present in the atherosclerotic lesion[J].J Clin Invest，1996，97（7）：1715-1722.

[10]Sethi G，Sung B，Aggarwal BB.Nuclear factor-κB activation：from bench to bedside[J].Exp Biol Med：Maywood，2008，233（1）：21-31.

[11]Wang YD，Chen WD，Yu D，et al.The G-Protein-coupled bile acid receptor，Gpbar1（TGR5），negatively regulates hepatic inflammatory response through antagonizing nuclear factor kappa light-chain enhancer of activated B cells（NF-κB）in mice[J].Hepatology，2011，54（4）：1421-1432.

[12]Sarkar SA，Kutlu B，Velmurugan K，et al.Cytokine-mediated induction of anti-apoptotic genes that are linked to nuclear factor kappa-B（NF-κB）signalling in human islets and in a mouse beta cell line[J].Diabetologia，2009，52（6）：1092-1101.

[13]Gadgeel SM，Ali S，Philip PA，et al.Genistein enhances the effect of epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitors and inhibits nuclear factor kappa B in nonsmall cell lung cancer cell lines[J].Cancer，2009，115（10）：2165-2176.

[14]Checker R，Sharma D，Sandur SK，et al.Anti-inflammatory effects of plumbagin are mediated by inhibition of NF-kappaB activation in lymphocytes[J]. Int Immunopharmacol，2009，9（7/8）：949-958.

[15]Chen ZJ.Ubiquitin signalling in the NF-κB pathway[J].Nat Cell Biol，2005，7（8）：758-765.

[16]Skaug B，Jiang X，Chen ZJ.The role of ubiquitin in NF-κB regulatory pathways[J].Annu Rev Biochem，2009，78：769-796.

[17]Ramakrishna S，Suresh B，Baek KH.The role of deubiquitinating enzymes in apoptosis[J].Cell Mol Life Sci，2011，68（1）：15-26.

[18]Boone DL，Turer EE，Lee EG，et al.The ubiquitin-modifying enzyme A20 is required for termination of Toll-like receptor responses[J].Nat Immunol，2004，5（10）：1052-1060.

[19]Reiley WW，Zhang M，Jin W，et al.Regulation of T cell development by the deubiquitinating enzyme CYLD[J].Nat Immunol，2006，7（4）：411-417.

[20]Trompouki E，Hatzivassiliou E，Tsichritzis T，et al.CYLD is a deubiquitinating enzyme that negatively regulates NF-κB activation by TNFR family members[J].Nature，2003，424（6950）：793-796.

[21]Kovalenko A，Chable-Bessia C，Cantarella G，et al.The tumour suppressor CYLD negatively regulates NF-κB signalling by deubiquitination[J]. Nature，2003，424（6950）：801-805.

[22]Turer EE，Tavares RM，Mortier E，et al.Homeostatic MyD88-dependent signals cause lethal inflammation in the absence of A20[J].J Exp Med，2008，205（2）：451-464.

[23]Spehlmann ME，Eckmann L.Nuclear factor-kappa B in intestinal protection and destruction[J].Curr Opin Gastroenterol，2009，25（2）：92-99.

[24]Lin SC，Chung JY，Lamothe B，et al.Molecular basis for the unique deubiquitinating activity of the NF-κB inhibitor A20[J].J Mol Biol，2008，376（2）：526-540.

[25]Hutti JE，Turk BE，Asara JM，et al.Ikappa Bkinase beta Phosphorylates the K63 deubiquitinase A20 to cause feedback inhibition of the NF-kappa B pathway[J].Mol Cell Biol，2007，27（21）：7451-7461.

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.15.012

A

1009-5519（2015）15-2282-03

2015-04-02）

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81370111）。

石萌萌（1990-），女，山東淄博人，碩士研究生，主要從事氣道黏液高分泌方面研究；E-mail：cherry0423@126.com。

周向東（E-mail：zxd999@263.net）。