p 62/SQSTM 1在破骨細胞中信號傳導(dǎo)通路的研究進展

賴敏鋒 李愛國 董飛 秦勝男 陳鴻輝

p 62/SQSTM 1在破骨細胞中信號傳導(dǎo)通路的研究進展

賴敏鋒 李愛國 董飛 秦勝男 陳鴻輝

p 62/SQSTM 1是一種多功能泛素結(jié)合蛋白及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的支架和適配子蛋白，其分子結(jié)構(gòu)中的多個功能結(jié)構(gòu)域可與其它蛋白質(zhì)相互作用，介導(dǎo)多種細胞功能。在破骨細胞中，p 62/SQSTM 1信號傳導(dǎo)通路對破骨細胞的激活及分化等發(fā)揮重要作用。因此，p 62/SQSTM 1與骨質(zhì)疏松、Paget骨病等的發(fā)病機制密切相關(guān)。本文主要從p 62/SQSTM 1的概述及在破骨細胞中的相關(guān)信號傳導(dǎo)通路等做一綜述，旨在為骨質(zhì)疏松、Paget骨病等相關(guān)骨骼疾病的研究提供參考。

p 62/SQSTM 1；破骨細胞；信號傳導(dǎo)通路；骨質(zhì)疏松；Paget骨病

在人體正常的骨骼組織中，成骨細胞和破骨細胞通過調(diào)節(jié)骨形成與骨吸收共同維持骨骼的動態(tài)平衡；而骨質(zhì)疏松的發(fā)生則是骨吸收和骨形成過程中的動態(tài)平衡被打破，使得骨組織結(jié)構(gòu)和力學特征發(fā)生改變。目前的研究表明，p 62/SQSTM 1通過調(diào)控破骨細胞的信號傳導(dǎo)通路，在骨代謝的調(diào)節(jié)及骨質(zhì)疏松的形成中發(fā)揮重要的作用。

1 p62/SQSTM1的概述及其作用機制

1.1 概述 人類的p 62基因位于5號染色體上，包含8個外顯子，編碼含有440個氨基酸殘基的p 62蛋白。Shin J等[1]在p 62蛋白作用機制的研究中，注意到p 62參與形成細胞內(nèi)多泛素化蛋白質(zhì)聚集體，據(jù)此將p 62蛋白命名為sequestosome 1。p 62/SQSTM 1是一個由SQSTM 1編碼的多功能泛素結(jié)合蛋白，它的一級結(jié)構(gòu)序列中至少包含9個帶有結(jié)構(gòu)性模體(motif)的結(jié)構(gòu)域，可與其它蛋白質(zhì)相互作用。這些結(jié)構(gòu)域包括：N末端的PB 1結(jié)構(gòu)域，結(jié)合aPKC、ERK、NBR 1、MAPKK 5(MEK 5)等，也能與p 62自身結(jié)合；1個ZZ型鋅指結(jié)構(gòu)，可與RIP相互作用；1個與腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TRAF 6)結(jié)合的結(jié)構(gòu)域(TRAF 6-binding domain,TBS)；1個核定位信號(NLS)和核輸出信號(NES)模體；1段與微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(LC 3)相互作用的LC 3作用域(LIR)；2個位于LIR兩側(cè)的PEST序列；1段與Keap 1(Kelch-like ECH-associated protein 1)結(jié)合的Keap 1作用區(qū)域(KIR)；1個與p 38蛋白結(jié)合的結(jié)構(gòu)域和C末端的泛素相關(guān)結(jié)構(gòu)域(UBA)[2]。

1.2 作用機制 p 62作為一種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的支架和適配子蛋白，是細胞內(nèi)多種蛋白復(fù)合物的主要成分。其多個結(jié)構(gòu)域與其它蛋白質(zhì)相互作用，介導(dǎo)多種細胞功能，包括細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、受體內(nèi)化、蛋白更新和基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控等[3]。Morissette J, Laurin N[4]等的研究認為p 62在骨的生理調(diào)控中具有重要的作用。而p 62最明確的功能是其作為細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和NF-B選擇性活化的支架蛋白[5]。P 62作為一個穿梭因素，不論是在靶向泛素化的蛋白質(zhì)降解還是在自體吞噬或蛋白酶體途徑都扮演著重要的角色[6-7]。此外，與眾多的蛋白質(zhì)相互作用，P 62被認為是RANKL激活信號傳播的交換機，從而在破骨細胞起重要的作用[8]。

2 破骨細胞中p62/SQSTM1的信號傳導(dǎo)通路

2.1 P 62介導(dǎo)NF-κB的激活，促進破骨細胞的形成及活化 連接RANKL與TRAF 6介導(dǎo)NF-κB激活是P 62支架蛋白的功能之一[9]。P 62蛋白支架在RANK誘導(dǎo)信號中通過聚集和形成信號復(fù)合物，與其結(jié)合并激活TRAF 6發(fā)揮著重要的作用[10]。RANKL與其受體RANK的結(jié)合導(dǎo)致TRAF 6聚集；而后TRAF 6通過激活I(lǐng)B激酶（IKK）復(fù)合體來使NF-κB活化[11]。而p 62與TRAF 6結(jié)合后，P 62-TRAF 6復(fù)合體將與非典型蛋白激酶C（aPKC）蛋白相互作用，通過IB激酶B的磷酸化（IKKb）調(diào)節(jié)NF-κB的活化[10,12-13]。此外，TRAF 6也和TGFB激活的蛋白激酶1（TAK 1）及接頭蛋白TAB 1、TAB 2形成復(fù)合物[14]。當TAK 1被激活時，它反過來磷酸化NF-κB誘導(dǎo)激酶（NIK），激活I(lǐng)KK復(fù)合物，使NF-κB通路活化[15-16]。Liu W,Xu D等[17]的研究顯示3個RANK-TRAF結(jié)合基序參與了破骨細胞的形成和活化。此外，Shinohara M，Wada T等[18-19]的研究也證實上述信號分子促進破骨細胞分化，存活和活動。

2.2 P62與CYLD作用，負調(diào)節(jié)破骨細胞 p 62作為一個接頭蛋白，能與CYLD相互作用，促進CYLD與TRAF 6的結(jié)合，增加CYLD對TRAF 6分子的去泛素化作用[20]。CYLD通過降低TRAF 6自身泛素化負調(diào)控NF-κB的活性[21-22]。而Kovalenko A[23]等通過泛素化實驗進一步證實CYLD通過抑制NEMO、TRAF 2、TRAF 6分子的泛素化，從而抑制NF-κB信號通路的活性。CYLD負調(diào)節(jié)IKK和JNK的活化，并且在RANKL誘導(dǎo)的破骨細胞形成的條件下顯著上調(diào)它的表達[24]。因此，CYLD似乎是RANK在破骨細胞的信號通路中的一個關(guān)鍵的負調(diào)節(jié)點。此外，Jin W,Chang M等[24]的實驗還證實，由于CYLD缺陷型小鼠對RANKL過度敏感，表現(xiàn)出嚴重的骨質(zhì)疏松癥與異常的破骨細胞分及更大更多的破骨細胞。

2.3 P 62調(diào)控NFATc 1和ERK，調(diào)節(jié)破骨細胞的分化 RANKL特異且強烈地誘導(dǎo)T細胞核因子（NFATc 1的或NFAT 2）的活化，它是破骨細胞分化的主要調(diào)節(jié)器[25]。這種誘導(dǎo)與TRAF 6、c-Fos等通路有關(guān)。而TRAF 6的活性是受p 62交互影響的，因此，p 62在某種程度上間接控制NFATc 1的信號。在RANKL存在時,NFATc 1的表達升高,并引起破骨細胞的終末分化；NFATc 1與c 2Fos協(xié)同促進了諸如TRAP和降鈣素受體等破骨細胞特異性基因的表達[26]。Takayanagi H[27]等在體外使用胚胎干細胞的破骨細胞分化實驗中發(fā)現(xiàn)NFATc 1缺失的細胞表現(xiàn)出破骨細胞生成的缺陷。而Matsuo K等[28]的報告還進一步指出一種活性形式的NFAT 可以重建在Fos缺陷細胞中觀察到的破骨細胞生成的損傷。由此可知,NFATc 1在RANK信號傳導(dǎo)引起破骨細胞分化的過程中起著重要的作用。此外，Ang ES等[29]的研究顯示RANKL也誘導(dǎo)有助于破骨細胞分化和存活的MEK/ERK通路。而P 62在NF-κB、NFAT的活化及ERK的磷酸化中起著重要作用[30]。

2.4 P 62和破骨細胞中PDK 1/aPKC的活化 Duran A等[31]有關(guān)小鼠實驗?zāi)Ｐ偷难芯恐赋觯簩ANKL的刺激可誘導(dǎo)TRAF 6、P 62和非典型PKCS（aPKCs）之間形成三元復(fù)合物，并認為p 62是破骨細胞形成中的一個重要因素。與此結(jié)果相符的是，在人類破骨細胞培養(yǎng)物中，通過RANKL刺激，發(fā)現(xiàn)PKCζ、P-PKCζ/λ及P-PDK 1與P 62有關(guān)聯(lián)[32]。根據(jù)對PKCζ的了解，像其他aPKCs一樣，是PDK 1的基板，表明了PDK 1在P 62-aPKC信號通路中的作用，但也許還有其他的TRAF 6-P 62信號通路。事實上，PDK 1是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，是公認的調(diào)控多種細胞信號傳導(dǎo)通路的主蛋白激酶，并且可以通過酪氨酸磷酸化（Tyr 9和Tyr 373/376）進一步激活。PDK 1也被發(fā)現(xiàn)具有磷酸化，通過cAMP、cGMP依賴蛋級白激酶C激酶家族中的蛋白質(zhì)包括新的和非典型PKCS，p 70 S 6K等的激活其他成員[33]。

3 與p62/SQSTM1相關(guān)骨骼疾病

3.1 骨質(zhì)疏松 眾所周知，骨質(zhì)疏松是由成骨細胞與破骨細胞失穩(wěn)態(tài)所引起的骨骼疾病。研究表明，成骨細胞可參與破骨細胞的分化和激活，而這些過程是由兩個信號通路：一個通過M-CSF及NF-κB配體（RANKL）的受體激活劑激活；一個由ITAM介導(dǎo)的共刺激信號[34]。RANKL是由成骨細胞、基質(zhì)細胞和活化的淋巴細胞表達的能與膜結(jié)合的TNF相關(guān)因子,其主要與破骨細胞表面的特異性受體RANK結(jié)合，進而刺激破骨細胞分化、活化和成熟，同時抑制破骨細胞凋亡。目前的研究已證實p 62參與了NF-κB的激活。因此，p 62/SQSTM 1通過參與的信號傳導(dǎo)通路激活破骨細胞，與骨質(zhì)疏松的發(fā)生及形成密切相關(guān)。

3.2 Paget骨病 Paget骨病(PDB)是以骨更新異常為主要特征的人類慢性代謝性骨骼疾病，它主要表現(xiàn)為：骨無序代謝增加和破骨細胞過度活躍。Cundy T,Naot D等[35]的報告指出40%的家族性或偶發(fā)PDB病例被檢測出p 62突變體。而Sarah L Rea等[36]的報告更是顯示：到目前為止，已有28個PDB相關(guān)的p 62突變體被發(fā)現(xiàn)。許多PDB突變體位于p 62的UBA結(jié)構(gòu)域，UBA結(jié)構(gòu)域的突變導(dǎo)致p 62與泛素化的TRAF 6的相互作用受損，或p 62與泛素化的TRAF 6的去泛素化酶CYLD的相互作用受損，進一步促進RANKL刺激NF-κB的激活，結(jié)果造成破骨細胞生成量增加[37-38]。進而導(dǎo)致Paget骨病的發(fā)生。

4 結(jié)語與展望

p 62/SQSTM 1通過介導(dǎo)NF-κB的激活、NFATc 1和ERK的調(diào)控等信號通路，促進破骨細胞的激活及分化，在骨質(zhì)疏松、Paget骨病等相關(guān)骨骼疾病的發(fā)生及發(fā)展中起重要的作用。任何直接或間接調(diào)節(jié)p 62的機制，其對破骨細胞活化的重要性是毋庸置疑的；但p 62在破骨細胞中影響的確切機制仍有待充分確定。然而，p 62/SQSTM 1作為一個多功能蛋白分子，其結(jié)構(gòu)中的多個特殊功能結(jié)構(gòu)域可與其它蛋白質(zhì)相互作用，顯示出p 62蛋白的多功能特征及調(diào)節(jié)機制的多樣性。因此，進一步研究和探討p 62復(fù)雜而嚴密的調(diào)控機制，能幫助我們更深入地認識骨質(zhì)疏松、Paget骨病等相關(guān)骨骼疾病的生理和病理機制，從而為相關(guān)骨骼疾病的防治提供新的思路及方向。

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p 62/SQSTM 1 is a multifunctional ubiquitin binding proteins，a signal transduction pathway of stent and aptamer proteins. Multiple functional domains in the molecular structure may interact with other proteins, mediated by a variety of cellular functions. In osteoclasts, p 62/ SQSTM 1 signaling pathway plays an important role in the activation and differentiation of osteoclasts. Thus,osteoporosis，Paget's bone disease and other pathogenesis are closely related to p 62/SQSTM 1.In this paper, we do a review from the Overview of p 62/SQSTM 1 and related signal transduction pathways in osteoclasts, which are intended to provide a reference for the study of osteoporosis, Paget bone disease and other related bone diseases.

p 62/SQSTM 1; Osteoclasts; Signal transduction; Osteoporosis; Paget's bone disease

10.3969/j.issn.1009-4393.2016.2.006

廣東 510000 暨南大學附屬廣州市紅十字會醫(yī)院骨科 （賴敏鋒李愛國 董飛 秦勝男 陳鴻輝）

陳鴻輝 E-mail:honghchen@21 cn.com