PTP1B在常見組織炎癥中的研究進(jìn)展

楊 磊，孫瑩茵，黃 成，李 俊

(安徽醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,安徽省天然藥物活性研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；重大自身免疫性疾病安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230032)

炎癥是機(jī)體對不同刺激因子的生理防御反應(yīng)，適度的炎癥能夠加強(qiáng)機(jī)體的自身免疫能力，過度的炎癥能夠激活免疫細(xì)胞對正常細(xì)胞產(chǎn)生損傷，進(jìn)而對組織產(chǎn)生損害。細(xì)胞接受刺激可以增殖分化，分泌炎癥因子、趨化因子等促進(jìn)組織炎癥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展[1]。蛋白酪氨酸磷酸化過程涉及到細(xì)胞增殖、凋亡、分化、遷移等生命活動各個方面，細(xì)胞蛋白磷酸化穩(wěn)定狀態(tài)由蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinases，PTKs)及蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatases，PTPs)兩個作用相反的酶共同維持[2]。PTP1B是PTPs超家族中經(jīng)典的一種，能夠介導(dǎo)許多細(xì)胞信號，大量研究發(fā)現(xiàn)其在炎癥過程中發(fā)揮重要的作用，且在不同組織炎癥中具有不同的調(diào)控作用。近年來有許多文獻(xiàn)報道，PTP1B在大腦、肺部、肝臟等組織炎癥疾病中發(fā)揮著不可或缺的作用，本文將對PTP1B在不同炎癥中的功能作用進(jìn)行闡述，并對可能的作用機(jī)制進(jìn)行討論[3-4]。

1 PTP1B的結(jié)構(gòu)與功能調(diào)節(jié)

PTPs超家族有許多種結(jié)構(gòu)類型，其中經(jīng)典磷酸酪氨酸(pTyr)PTPs應(yīng)用最為廣泛，后者可以分為受體型PTPs (RPTPs) 和非受體型PTPs (NRPTPs)兩類。PTP1B屬于NRPTPs，因此PTP1B又稱為蛋白酪氨酸磷酸酶非受體1型，包含具有N-或C-端擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)，其中N端具有磷酸酶催化結(jié)構(gòu)域(殘基序列1～300)，調(diào)控區(qū)約為80～100殘基，發(fā)生突變可對酶活性造成影響，而C端為膜定位區(qū)(殘基400～435)將酶定位于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，可對信號轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)行負(fù)調(diào)節(jié)[2]。其他同類組分與其具有相似的結(jié)構(gòu)，但每種酶又具有不同的生物學(xué)活性[5]。

PTP1B能夠?qū)⒗野彼釟埢系牧姿崦撊ィ绊懠?xì)胞蛋白分子的功能作用，從而對細(xì)胞信號通路進(jìn)行調(diào)控，例如通過調(diào)控Toll樣受體調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的激活和炎癥因子的分泌[6]。PTP1B在發(fā)揮作用的同時自身活性也被系統(tǒng)嚴(yán)密地調(diào)控，包括四個機(jī)制：①氧化PTP1B在體內(nèi)通過其活性位點(diǎn)Cys 215殘基的可逆氧化進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以短暫的消除酶活性，該殘基在生理pH下被去質(zhì)子化，從而增強(qiáng)其親核活性，但也使得酶極易被活性氧類(ROS)去活性。②磷酸化：PTP1B上多個位點(diǎn)的絲氨酸和酪氨酸可被磷酸化，但與氧化作用相比，磷酸化作用的效果太過微弱，例如PTP1B在S378位點(diǎn)被蛋白激酶C (PKC)磷酸化后并不顯著改變其活性。③泛素化：泛素修飾可調(diào)節(jié)蛋白的定位、穩(wěn)定性、相互作用和活性，研究發(fā)現(xiàn)PTP1B與SUMO E3連接酶相互作用可改變其活性。④蛋白水解：鈣介導(dǎo)的PTP1B C端靶向區(qū)域的水解發(fā)生在活化的血小板中，產(chǎn)生活化的可溶性酶；因此，在嚙齒類中鈣的破壞可影響蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸化水平?？偟膩碚f，正是這些機(jī)制和調(diào)節(jié)共同維持細(xì)胞生命活動的正常進(jìn)行[7-9]。

2 PTP1B與腦組織炎癥的關(guān)系

腦部炎癥是機(jī)體的一種先天免疫反應(yīng)，包括大腦固有免疫細(xì)胞(小膠質(zhì)細(xì)胞)的激活和巨噬細(xì)胞浸潤以及炎癥介質(zhì)的釋放，如一氧化氮(NO)、細(xì)胞因子和趨化因子，常可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。其中小膠質(zhì)細(xì)胞的活化被認(rèn)為是神經(jīng)炎癥疾病進(jìn)展的重要病理機(jī)制；因此，嚴(yán)格控制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，是維持大腦功能穩(wěn)態(tài)和預(yù)防神經(jīng)炎性疾病所必需的。有文獻(xiàn)報道，PTP1B的過表達(dá)可以增強(qiáng)內(nèi)毒素(lipopolysaccharide，LPS)誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，促進(jìn)其炎癥因子如TNF-α、iNOS和IL-6的分泌，進(jìn)而延長神經(jīng)炎癥的進(jìn)程，使用一種高效的選擇性PTP1B抑制劑(PTP1Bi)能夠減少iNOS、COX-2、TNF-α和IL-1β的表達(dá)，進(jìn)而明顯改善腦部炎癥的狀況；其機(jī)制為PTP1B在一個負(fù)調(diào)控位點(diǎn)去磷酸化Src蛋白來激活Src進(jìn)而增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞的促炎反應(yīng)[10]。在高脂喂食(high fat diet，HFD)誘導(dǎo)的小鼠下丘腦炎癥中，PTP1B基因敲除(knock-out，KO)小鼠表現(xiàn)出增加的STAT3磷酸化，伴隨著減少的TNF-α、增加的IL-10表達(dá)；此外，注射瘦素可增加下丘腦神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞的STAT3磷酸化，但不影響炎癥：表明PTP1B缺陷通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞中的JAK2-STAT3信號通路改善HFD誘導(dǎo)的下丘腦炎癥[11]。

3 PTP1B與肺組織炎癥的關(guān)系

肺部細(xì)胞主要包括肺上皮細(xì)胞、肺泡細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。上皮細(xì)胞可以分泌趨化因子CCL2、CCL5、CCL11、CXCL1、CXCL5 等，集聚淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等炎癥細(xì)胞，引起氣道組織的炎癥浸潤，在支氣管哮喘等肺部炎癥疾病發(fā)揮著重要作用[12]。有文獻(xiàn)報道轉(zhuǎn)基因谷胱甘肽過氧化物酶1 (glutathione peroxidase-1，GPx-1)小鼠顯著增加了PTP1B和蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase-2A，PP2A)的活性，并阻止了慢性吸煙引起的氣道炎癥和肺泡破壞；而PTP1B通過催化蛋白的酪氨酸307位點(diǎn)去磷酸化來激活PP2A，在小鼠肺及人氣道上皮細(xì)胞通過PTP1BKO可阻止GPx-1激活PP2A，減弱GPx-1在肺中的抗炎作用：表明GPx 1-PTP1B- PP2A關(guān)系軸在氣道炎癥中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[13]。

肺嗜酸性粒細(xì)胞增多是過敏性肺部炎癥的一個特征，有研究指出PTP1BKO后能夠加重呼吸合胞體病毒(respiratory syncytial viral，RSV)感染的慢阻肺病情程度，表現(xiàn)為免疫細(xì)胞浸潤嚴(yán)重、上皮細(xì)胞屏障受損、細(xì)胞因子和細(xì)胞凋亡增加，提示在肺部感染中蛋白磷酸酶具有一定的抗炎作用。在卵清蛋白(ovalbumin，OVA)刺激的小鼠肺組織中發(fā)現(xiàn)PTP1B缺乏會加重肺部的過敏性炎癥、白細(xì)胞招募，具體機(jī)制包括增加造血細(xì)胞的產(chǎn)生、局部組織炎性細(xì)胞的募集，上調(diào)細(xì)胞趨化因子、細(xì)胞因子受體和Th2細(xì)胞因子等。這些數(shù)據(jù)表明，PTP1B能夠負(fù)性調(diào)節(jié)肺部組織炎癥反應(yīng)[14-15]。

4 PTP1B與肝組織炎癥的關(guān)系

肝臟在一系列損傷因素的誘導(dǎo)下發(fā)生炎癥，常見于肝病的初始階段，研究表明肝細(xì)胞凋亡、巨噬細(xì)胞活化等過程在肝臟炎癥中發(fā)揮著重要作用。有文獻(xiàn)報道使用PTP1B抑制劑后能夠減少棕櫚酸誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡，具體為促進(jìn)Akt的磷酸化，而活化的Akt通過抑制Bcl-2和Caspase-9的表達(dá)減少細(xì)胞程序性死亡，從而減弱脂質(zhì)氧化對肝細(xì)胞的損害。Sangwan等發(fā)現(xiàn)PTP1BKO小鼠對Fas誘導(dǎo)的肝損傷和炎癥具有抵抗力，其機(jī)制為通過平衡促凋亡因子和抗凋亡因子減少肝細(xì)胞凋亡、降低循環(huán)肝酶水平來實(shí)現(xiàn)[16-17]。

野生型小鼠進(jìn)行蛋氨酸/膽堿缺乏飲食出現(xiàn)肝細(xì)胞脂肪變性、非實(shí)質(zhì)細(xì)胞浸潤，F(xiàn)GF21、IL-6和IL-1beta的 mRNA水平升高，敲除PTP1B后加劇這種狀況的發(fā)生，而在正常飲食恢復(fù)期PTP1B KO小鼠能夠迅速還原肝炎狀態(tài)；這些結(jié)果說明蛋白磷酸酶抑制后能夠促進(jìn)炎癥因子表達(dá)，從而加重肝細(xì)胞損傷及肝臟炎癥。大鼠進(jìn)行酒精喂食后檢測到模型組相對于對照組肝內(nèi)PTP1B表達(dá)上升，與之一致的是血漿LDL、膽固醇、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AST)水平升高，并且肝組織病理改變，功能受損；在使用生姜提取物后，這些指標(biāo)改善，肝內(nèi)PTP1B水平下降[18-19]。體外研究發(fā)現(xiàn)PTP1B能夠抑制Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)激活，減少巨噬細(xì)胞炎性細(xì)胞因子和IFN-β的產(chǎn)生，并且抑制TLR配體誘導(dǎo)的MAPKs、NF-κB和IRF3活化[6]。 綜上，PTP1B可能通過負(fù)調(diào)控巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)起到調(diào)節(jié)的作用，表明肝組織炎癥與PTP1B有密切的關(guān)系。

5 PTP1B與其他組織炎癥的關(guān)系

5.1 PTP1B與肥胖的關(guān)系有文獻(xiàn)報道，肥胖是一種慢性炎癥狀態(tài)，表現(xiàn)為肥胖組織中有大量巨噬細(xì)胞浸潤，并伴有脂肪細(xì)胞增生、肥大并分泌大量炎癥因子(IL-6、TNF-α)。這些因素可引起胰島素抵抗，導(dǎo)致2型糖尿病與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展。在PTP1B KO小鼠中發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞數(shù)量下降，促炎細(xì)胞因子下降，表明目的基因缺陷可改善肥胖的炎癥狀態(tài)；與之一致的是過表達(dá)PTP1B后可增加高脂喂食小鼠脂肪組織中巨噬細(xì)胞標(biāo)志物CD68和TNF-α的表達(dá)。應(yīng)用核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)通路抑制劑可下調(diào)TNF-α誘導(dǎo)的脂肪細(xì)胞中PTP1B的表達(dá)，提示TNF-α通過調(diào)節(jié)NF-κB通路改變PTP1B的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[20-21]。

5.2 PTP1B與心血管炎癥的關(guān)系膿毒血癥是一種全身性炎癥反應(yīng)，其可以導(dǎo)致心血管功能障礙。文獻(xiàn)報道應(yīng)用內(nèi)毒素或細(xì)菌刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞可引起TNF-α、 IL-1β、IL-6、iNOS、Cox-2等的表達(dá)上調(diào)，從而加重炎癥，損壞血管收縮活性。應(yīng)用PTP1B KO可減少小鼠膿毒血癥誘導(dǎo)的心血管功能障礙和死亡，并可以降低炎癥，說明目的基因的表達(dá)變化能改變心血管炎癥疾病的發(fā)展[22]。

5.3 PTP1B與腸道炎癥的關(guān)系在糖酐酯(dextran sulfate sodium，DSS)誘導(dǎo)的小鼠大腸炎動物模型中發(fā)現(xiàn)PTP1B缺陷小鼠能夠減少DSS誘導(dǎo)的炎癥，具體表現(xiàn)為：較慢的體重下降、更高存活率、減少的腸道免疫細(xì)胞浸潤，這些益處與PTP1B缺陷引起的髓源抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)擴(kuò)張有關(guān)[23]。

6 結(jié)語

綜上所述，炎癥參與到機(jī)體常見的基本病理過程中并發(fā)揮了重要的作用。在神經(jīng)炎癥中，大腦固有的免疫細(xì)胞(小膠質(zhì)細(xì)胞)激活和巨噬細(xì)胞浸潤以及炎癥介質(zhì)的釋放，可導(dǎo)致神經(jīng)元死亡，這些因素綜合進(jìn)一步引起神經(jīng)退行性病變包括阿爾茨海默病、帕金森病等。而在非酒精性脂肪肝中，研究認(rèn)為脂肪喂食可引起肝細(xì)胞脂質(zhì)氧化，巨噬細(xì)胞激活，產(chǎn)生炎癥、肝細(xì)胞壞死，持續(xù)的慢性炎癥可導(dǎo)致肝臟發(fā)生纖維化甚至肝硬化。在這些炎癥疾病的初始階段，一方面PTP1B通過不同信號途徑影響肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞凋亡對疾病進(jìn)行直接調(diào)節(jié)；另一方面PTP1B通過調(diào)控肝、腦中巨噬細(xì)胞活化，改變炎癥反應(yīng)程度，影響肝細(xì)胞、腦細(xì)胞的凋亡進(jìn)程，從而對肝臟炎癥、腦炎等疾病進(jìn)行間接調(diào)節(jié)(Fig 1)。本文從PTP1B的結(jié)構(gòu)、功能到其在不同炎癥疾病中的不同作用詳細(xì)進(jìn)行了闡述，表明其在炎癥的初始階段發(fā)揮著重要的作用，并可能作為藥物的靶點(diǎn)，具有廣闊的研究潛力及應(yīng)用前景。

Fig 1 Review of PTP1B in inflammatory diseases

(致謝：本綜述在重大自身免疫性疾病安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，特別感謝李俊老師和黃成老師的指導(dǎo)及同學(xué)們的幫助。)