转录后加工和蛋白质修饰异常参与系统性红斑狼疮的病理机制

眭维国，侯显良，戴小良，邹贵勉(综述)，戴 勇※(审校)

(1.中国人民解放军第181医院肾脏科，广西 桂林 541002； 2.广西师范大学生命科学学院，广西 桂林 541004；3.中国人民解放军第181医院风湿科,广西 桂林 541002)

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一种累及多系统、多器官，具有多种自身抗体、复发和缓解交替出现的自身免疫性疾病，好发于中青年女性，发病年龄多为15～35岁。目前认为,其发病机制主要与表观遗传修饰、基因表达异常、病毒感染、免疫异常、药物、内分泌物异常、p16基因启动子的甲基化、凋亡细胞的清除以及环境等各种内外因素及其之间的相互作用有关。需长期应用糖皮质激素和免疫抑制剂控制病情，SLE患者极易合并感染[1-3]。目前药物用于SLE患者的治疗虽有一定的效果，但治疗现状不容乐观。基因组学、蛋白质组学、代谢组学及相关新技术的发展为SLE的研究提供了一个新的思维模式和研究平台[4]。异常转录后信使RNA(mRNA)加工和翻译后蛋白质修饰与SLE的发生有密切联系。

1 转录后调节

刚从DNA模板上脱离下来的mRNA称为初级转录本，这种初级转录本往往要经过加工才能成为有功能的RNA分子。加工的内容包括切割、剪接、修剪、修饰和编辑等。RNA编辑是指在mRNA水平上改变遗传信息的过程，具体说来，指基因转录产生的mRNA分子中，由于核苷酸的缺失、插入或置换，基因转录物的序列不与基因编码序列互补，使翻译生成的蛋白质的氨基酸组成，不同于基因序列中的编码信息现象。前体mRNA通过可变剪接过程，将其内含子去掉，外显子被选择性地组合、连接在一起，形成成熟的mRNA。RNA编辑和选择性剪接是转录后RNA水平调控基因表达的重要机制，也是蛋白质组多样性的重要机制。通过这种机制基因可以表达出功能各异，甚至具有相互拮抗的功能和结构的蛋白质亚型，使生物更好地适应生存环境。异常的RNA编辑和剪接导致细胞合成功能紊乱的蛋白质，进而导致疾病[5-6]。

1.1RNA编辑 Laxminarayana等[7-9]和Orlowski等[10]研究表明，在SLE患者T细胞中，磷酸二酯酶8A1、RNA编辑酶(adenosine deaminases acting on RNA，ADAR)2和蛋白激酶A的一个调节亚基(RIα)存在异常的mRNA编辑，发现SLE患者T细胞和用Ⅰ型干扰素激活的正常个体T细胞中的磷酸二酯酶8A1已知编辑位点呈现低编辑现象，ADAR2 mRNA的已知位点和新位点的编辑情况也被揭示，发现在23和24位点A到I编辑下调，在-6和+30位点U到C编辑上调。另外，通过对RIα的cDNA序列和编码区域内相应基因组DNA进行对比分析，结果显示，SLE患者T细胞的RIα转录突变频率为1.22×10-3/bp，比正常个体T细胞的频率高7.5倍。Wu等[11]发现一个新的Fas mRNA编辑位点，在SLE患者中该位点的编辑程度较正常对照者显著增加。这种编辑是通过在特定位点插入一个腺嘌呤，导致一种新的有缺陷的Fas受体产生，而在人体细胞中这种有缺陷的Fas受体不能完成Fas介导的细胞凋亡。虽然产生这些异常mRNA编辑的机制尚不完全清楚，但mRNA编辑酶(ADARs)可能在该过程中发挥至关重要的作用[12]。

1.2选择性剪接 Moulton等[13]发现，在SLE患者T细胞中，可变剪接因子/剪接因子2结合在白细胞分化抗原3 ζ链(CD3ζ)的3′-UTR端参与CD3ζ pre-mRNA剪接过程。CD3ζ mRNA是由8个外显子拼接而成的1.472 kb产物，它由长为492 bp的编码区和1个外显子Ⅷ编码的下游长为906 bp的3′-UTR组成。采用反转录聚合酶链技术对CD3ζ的非编码区进行分析，发现在拼接供体和受体位点间有一个344 bp的选择性剪接产物。位于3′-UTR的剪接体由于使用了两个内在的剪接位点(5′和3′)，使得在CD3ζ pre-mRNA剪接过程中删除562个碱基(核苷酸672～1233)，从而产生了344 bp选择性剪接变体。由于344 bp CD3ζ剪接变体缺乏一个翻译调控序列和两个起关键作用的腺苷酸/尿苷酸富含元件，剪接变体的稳定性和翻译水平显著低于906 bp 野生型(WT)，从而导致CD3ζ在SLE患者T细胞中较正常对照者显著下调。除CD3ζ pre-mRNA外，黏附分子CD44和环磷酸腺苷反应元件调控因子的异常剪接也在SLE发病过程中起重要作用[14-15]。

2 蛋白修饰组

20种氨基酸组成自然界中绝大多数的蛋白质。然而值得注意的是，人体中50%～90%的蛋白质需要经过翻译后修饰，最常见的蛋白质修饰方式有磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化和瓜氨酸化。翻译后修饰从多个方面调节蛋白质的物理和化学性质，包括一级和三级结构、生物学功能(如酶的活性)等，以维持蛋白质正常的结构和生理活性。然而，一些异常的翻译后修饰会产生新的抗原决定簇，从而使免疫系统对自身多肽失去免疫耐受性，产生自身免疫[16]。且越来越多的证据表明异常的翻译后修饰参与SLE的病理过程。

2.1翻译后修饰与信号通路异常 蛋白质磷酸化是最常见、最重要的一种蛋白质翻译后修饰方式，通过蛋白质的磷酸化与去磷酸化，调控信号转导、基因表达、细胞周期等诸多细胞过程，并可能参与和调控生物体内的许多疾病。Taher等[17]应用激酶微阵列技术建立SLE患者和健康对照组B淋巴细胞的激酶图谱，结果显示，大多数SLE患者B淋巴细胞的蛋白质磷酸化图谱呈现异常，与健康对照组相比，27种蛋白质的磷酸化水平增高，34种蛋白质的磷酸化水平降低，并进一步研究发现SLE患者B淋巴细胞的磷脂酰肌醇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、凋亡信号调节激酶1、细胞周期蛋白依赖性激酶1、蛋白激酶C、蛋白激酶A、肝癌组织中表达的酪氨酸激酶和抗凝血酶受体活性发生改变，其中调节细胞存活和分化的磷脂酰肌醇3-激酶的活性增加，调控细胞周期的抗凝血酶受体酶活性下降。此外，转录因子Elf-1的异常翻译后修饰使得SLE患者T细胞中的CD3ζ表达水平下调和Fc受体γ链(FcRγ)水平上调，进而导致异常的信号转导[18-19]。Elf-1的翻译初始产物是相对分子质量为68×103的蛋白质，对其进行序列分析发现它存在多个糖基化位点和蛋白激酶C磷酸化位点。Elf-1经过部分磷酸化和O-糖基化修饰后转变成相对分子质量为80×103的蛋白质，这种形式的Elf-1停留在细胞质中，在细胞质中可以进一步磷酸化和O-糖基化修饰，转变为相对分子质量为98×103的蛋白质形式并转运到细胞核中。在细胞核中，转录因子Elf-1绑定到CD3ζ和FcRγ启动子的GGAA原件上，促进CD3ζ的转录而抑制FcRγ的转录。然而在SLE患者T细胞中，相对分子质量为80×103的Elf-1没能正常地完成后续的修饰，使相对分子质量为98×103形式的Elf-1减少或缺乏，从而使SLE患者T细胞中CD3ζ的表达减少，FcRγ的表达增加。

2.2翻译后修饰与自身抗原 异常的蛋白质翻译后修饰是机体对自身蛋白质丧失免疫耐受能力的一个重要原因。在细胞应激、细胞凋亡、炎症和老化等情况下，机体蛋白质的化学修饰程度增加。蛋白质的修饰受到严格的调节，即使产生了异常修饰的蛋白质，细胞也可通过各种蛋白酶加以降解，以免对人体自身造成损伤。然而，有些异常修饰后的蛋白质，在被蛋白酶降解过程中，改变酶的作用位点，出现新的抗原表位而形成新的自身抗原，导致人体针对这些抗原的异常免疫应答，出现各种自身免疫病。同样，一些没有实现正常的翻译后修饰的蛋白质也会影响免疫识别，如在SLE患者的血清中检测到磷酸化和非磷酸化的SR蛋白(mRNA前体的剪接因子)的抗体[20]。另有研究发现，SLE小鼠的一些肾脏蛋白存在异常的N-糖基化[21]。该异常是由于SLE小鼠的α-甘露糖苷酶Ⅱ存在缺陷，使蛋白质缺乏复杂的N-聚糖分支，从而影响免疫系统对自身抗原的识别。

3 小 结

SLE是一种复杂的自身免疫性疾病，生物学调控网络中的各个环节对狼疮的发生、发展有重要影响。转录后RNA水平调控增加了蛋白质组的多样性，蛋白质翻译后修饰使蛋白质的结构更为复杂，调节更为精细。然而，异常的转录后mRNA加工和翻译后蛋白质修饰与人类疾病的发生有着密切的联系。通过对这一领域进行研究，可以揭示SLE疾病发生和发展过程中基因表达的方式和蛋白质修饰信号通路的开关机制，以获得参与SLE发病的新关键因子，为SLE的诊断和治疗提供新的方法和依据，并有助于作为新靶点开发临床诊断试剂盒和临床治疗药物。

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