去泛素化酶对气道黏液高分泌影响的信号调控机制

石萌萌综述，周向东审校

（重庆医科大学附属第二医院呼吸内科，重庆400010）

去泛素化酶对气道黏液高分泌影响的信号调控机制

石萌萌综述，周向东审校

（重庆医科大学附属第二医院呼吸内科，重庆400010）

半胱三酸内肽酶类；泛素；泛素化；气管；黏液；信号传导；综述

气道黏液高分泌是慢性阻塞性肺疾病的重要临床病理特征，由于黏液过度分泌加重气道狭窄，导致患者病情恶化，甚至引起死亡。高度糖基化的高相对分子质量黏蛋白5AC（MUC5AC）是气道黏液的主要成分。在MUC5AC基因中含有2个核转录因子-κB（NF-κB）结合位点，各种炎症因子能引起IκB激酶β（IKKβ）依赖的P65核转运，使NF-κB移入核内并活化，导致转录因子激活，启动子活化，促进MUC5AC基因转录增多、蛋白表达增强，出现气道黏液高分泌[1-2]。由于NF-κB信号通路可被多种机制进行严格调控，而其中重要的调节机制即为细胞内广泛存在的去泛素化酶（DUBs）对关键信号分子的泛素化调控。本文就DUBs对NF-κB通路的调控机制作一简要综述。

1 DUBs概述及作用机制

1.1 DUBs概述 泛素蛋白酶体途径介导的蛋白降解是机体调节细胞内蛋白水平与功能的一个重要机制，可调节及影响各种细胞活动，包括基因转录、细胞周期调节、细胞受体功能、免疫反应及肿瘤生长、炎性反应过程等[3]。该途径是一个被严格调控的可逆性过程，DUBs的调节即为其中一个重要环节，其通过水解蛋白底物上泛素链之间的链接，进而起到去泛素化的作用，逆向调节蛋白的降解，进一步影响细胞的病理生理过程。目前，细胞内主要包括泛素特异性加工酶家族、泛素羧基末端水解酶家族、Ataxin-3、卵巢肿瘤相关蛋白酶、MPN（+）/ JAMM蛋白酶5种类型的DUBs[4]。

1.2 DUBs的作用机制 泛素、泛素启动酶系统和蛋白酶体系统共同构成泛素蛋白酶体途径[5]。DUBs即属于蛋白酶体系统，通过识别泛素、蛋白底物等的特异性序列，裂解泛素链间的连接，使泛素化蛋白底物上的单泛素分子解离，进入新的蛋白调节循环，发挥去泛素化作用[6]。DUBs还可以调节细胞信号转导，目前研究较多的即NF-κB信号通路，泛素化调节是NF-κB信号通路的主要调节机制，故研究在炎性及免疫反应中泛素化酶对NF-κB信号通路的调控具有十分重要的意义。

2 NF-κB与黏液高分泌

2.1 NF-κB信号通路概述 NF-κB信号通路是调节先天免疫、继发免疫和炎性反应最重要的通路，具有调节多种细胞生物学功能，如细胞增殖、凋亡、分化及组织的炎性反应等[7]。在大多数细胞中，P50和P65是NF-κB活性形式的主要成分。NF-κB特异的结合位点是κB，通常NF-κB的激活受其细胞质抑制蛋白IκB的调控，IκB与NF-κB结合，掩盖其核定位信号，从而使NF-κB以无活性状态滞留在细胞质内。IκB也是一类大的抑制分子家族[8]，其在C-端都有一锚蛋白重复序列；同时，除B淋巴细胞瘤蛋白3（Bcl-3）外，其他IκB成员均有与降解有关的PEST区。另外，在炎性反应过程中，当促炎性细胞因子激活NF-κB的信号转导时，可形成一较大的由白介素-1（IL-1）诱导而成的IKK复合物。其由IKKα、β、γ 3个亚单位组成，三者功能各不同，IKKα、IKKβ为酶解功能单位，二者都存在一个与降解有关的kD区和一个亮氨酸拉链，而IKKγ为调节单位，负责调节该复合物的活性。

2.2 NF-κB信号通路的诱导激活 NF-κB信号传导通路十分复杂，目前有研究认为，各种细胞外刺激信号，包括细胞因子（IL-1β、IL-2、IL-6、IL-8、TNF-α）、病毒、脂多糖（LPS）、蛋白激酶C活化剂、血小板活化因子和佛波醇酯、白三烯B4、紫外线、活性氧、生长因子和变应原等经由不同的方式激活IKK复合物，IKK复合物进一步将IκB磷酸化[9]。然后在泛素连接酶的作用下，使 IκB因某些分子的泛素化而被蛋白酶体水解，受其抑制的NF-κB发生核移位，特异的启动靶基因转录，引起黏液高分泌[10]。当NF-κB激活进入核内后，即与MUC5AC基因启动子上的NF-κB结合位点结合，促进MUC5AC基因转录。目前研究已证实，NF-κB在黏液高分泌中有一定的作用[11]。

2.3 抑制NF-κB信号通路的激活 静息时，NF-κB与抑制蛋白IκB以无活性的三聚体复合物存在，细胞因子、LPS、细菌、病毒、氧化剂、低氧、紫外线等使细胞活化时，IκB降解，NF-κB释放，进入核内与靶基因上的κB位点结合，诱导和激活相关基因的转录而引起基因的表达。NF-κB可通过调控炎症相关因子及炎症介质间的效应，在炎性反应中发挥关键作用[12]。在肺炎症性损伤中，分泌型白细胞蛋白酶抑制剂（SLPI）作用的细胞内分子机制是调节NF-κB的活性，通过保护IκBβ的表达抑制其降解，从而抑制NF-κB的活性。SLPI能对抗LPS介导的信号转导和分泌产物。转染SLPI的巨噬细胞能抑制细菌产物LPS的致炎症活性，此系通过抑制IκB蛋白的降解而抑制NF-κB的活性，同时还通过抑制NO和TNF-α的产生来实现。在IgG免疫复合物沉积触发大鼠急性炎性反应的研究中[13]，由肺泡巨噬细胞产生的内源性抗炎性细胞因子IL-10、IL-13通过减少肺TNF-α的产生并妨碍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，从而提高IκBβ蛋白水平，进而抑制NF-κB的活化，但是其对IκBβ mRNA表达的影响并不明显[14]。

3 DUBs对气道黏液高分泌中NF-κB信号通路的调控

3.1 DUBs对NF-κB信号通路调控的概述 在NF-κB信号传导通路中，蛋白的转录后调控是通路激活和信号传导所必需的，其中泛素化是一种重要的转录后调控[15]。蛋白的泛素化调节由泛素化酶和DUBs共同作用完成，现已发现NF-κB信号通路中的DUBs主要有圆柱瘤蛋白（CYLD）和锌指蛋白A20，实验证实，高表达的锌指蛋白A20或CYLD可以通过抑制NF-κB活化对气道黏液高分泌起到一定的治疗作用[16]。CYLD和锌指蛋白20可调节巨噬细胞的炎性反应，在Toll样受体（TLR）介导的炎症和免疫反应中起着至关重要的作用[17]，一方面，通过TLR-2、TLR-5和TLR-9受体配体结合，经由c-Jun氨基末端激酶（JNK）和NF-κB传导通路诱导活化，可使DUBs的表达显著增加；另一方面，过表达DUBs可通过负反馈明显抑制TLR-2和TLR-4所调节的JNK、细胞外调节蛋白激酶和NF-κB传导通路炎性反应，最终起到负反馈调节的作用[18]。

3.2 CYLD对NF-κB信号通路的调节 CYLD是一种可特异性去除连接泛素链的DUBs，属于USP亚家族成员之一。当细胞受到胞外信号刺激时，其表面受体的空间构象改变[19-20]，导致自身降解或者开启NF-κB的下游信号通路。NF-κB信号通路与免疫和炎性反应直接相关，DUBs CYLD负责调控NF-κB的活性，阻止下游信号的传导，在各种免疫反应及炎性反应中有重要的功能[21]。由于Bcl-3可与核内转录因子 P50和P52作用激活NF-κB信号通路，在各种外界刺激下，CYLD定位于核膜，与Bcl-3相互作用抑制其泛素化与入核，从而抑制NF-κB信号通路的激活。CYLD能与多个信号分子相互作用进而终止NF-κB信号通路激活。

3.3 锌指蛋白A20对NF-κB信号通路的调控 锌指蛋白A20是典型的修改泛素连接类型的泛素编辑酶，其N端的卵巢肿瘤结构域具有DUBs的活性，可以切割靶蛋白上的多聚泛素化链，而其C端的7个重复锌指结构则可结合多聚泛素化链至靶蛋白，起到泛素连接酶的功能，进而实现泛素-蛋白降解过程。研究发现，锌指蛋白A20基因缺陷小鼠可因对肠道共生菌群异常夸大的反应而使TLR信号通路持续活化，NF-κB信号通路失控[22-23]。若特异性敲除多种免疫细胞中的锌指蛋白A20基因，小鼠虽然有自身免疫现象的出现，但炎症表现较锌指蛋白A20基因完全缺陷的小鼠轻。如在巨噬细胞中特异性地敲除锌指蛋白A20基因会引起NF-κB信号通路活化增强，并出现促炎性细胞因子的产生[24]。另外，IKKβ也可以直接磷酸化 锌指蛋白A20，促进其NF-κB抑制功能[25]，但机制尚不清楚。由此可见，CYLD主要是抑制本底的NF-κB活化，锌指蛋白A20则主要是抑制活化诱导产生的NF-κB。

综上所述，DUBs是NF-κB信号通路的关键负性调节因子，在气道黏液高分泌过程中至关重要。DUBs是迄今为止泛素系统中成员最多的调节酶家族，现已发现，NF-κB信号通路中的CYLD和锌指蛋白A20可通过抑制NF-κB活化对气道黏液高分泌起到一定的治疗作用。近年研究虽有所进展，但有关不同DUBs在下调NF-κB信号通路时各自的作用仍知之甚少。在NF-κB信号通路中是否还有别的DUBs，其特异性由什么决定，而非经典的多聚泛素化链在NF-κB信号通路中有何作用。因此，充分理解气道黏液高分泌中NF-信号通路的去泛素化过程及泛素化酶的作用机制，有助于加深对气道炎症疾病的认识，为气道炎症性疾病的治疗提供新的思路。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.15.012

A

1009-5519（2015）15-2282-03

2015-04-02）

国家自然科学基金资助项目（81370111）。

石萌萌（1990-），女，山东淄博人，硕士研究生，主要从事气道黏液高分泌方面研究；E-mail：cherry0423@126.com。

周向东（E-mail：zxd999@263.net）。