泛素化和去泛素化参与核因子κB信号通路在炎症性肺部疾病发病机制中的研究进展

王 丹，玄承鸾，李 聪，卢艳红

(吉林大学第一医院 1.麻醉科；2.二部手术室，吉林 长春130031)

炎症性肺部疾病包括肺炎、支气管炎、慢性阻塞性肺疾病(COPD)及哮喘等，在世界范围内具有发病率高，死亡率高的特点。尽管对炎症性肺部疾病的防治已有安全有效的抗生素和疫苗，但仍是全球第三大死亡原因及美国第六大死亡原因[1-2]，发达国家儿童炎症性肺部疾病发病率估计为 0.05 次/人/年，发展中国家为 0.29 次/人/年，严重威胁人类的健康。目前，抗生素和糖皮质激素是治疗炎症性肺部疾病的基本方法。尽管引起炎症性肺部疾病的因素多种多样，但最重要的病理生理特征都是炎症，以巨噬细胞和中性粒细胞为代表的炎症细胞过度激活，大量的促炎介质参与肺部的炎症反应，造成肺泡上皮、血管内皮及肺泡间质等的损伤，导致炎症反应放大和失控，进而造成肺脏的严重损伤[3]。为此，早年所采取种种抗感染和清除病原菌的措施，起到了不错的效果。近年来，由于抗生素的广泛大量使用甚至滥用，耐药细菌越来越多，大量使用抗生素不但没有控制炎症的发展，同时也减弱了机体的免疫防御能力，使肺部炎症迁延不愈，组织损伤进一步加重[4-5]。虽然炎症性肺部疾病并非不治之症，但大量患者接受抗生素治疗效果欠佳甚至无效，致使病情加剧而导致预后不良，而大量糖皮质激素的应用则给患者带来严重的并发症。因此对炎症性肺部疾病的发病机制、有效改善炎性反应所带来的不良预后以及非抗生素类药物对炎症性肺部疾病的治疗作用的进一步探讨，具有非常重要的意义。

核转录因子-κB(NF-κB)是一种多效性的转录因子，受细胞因子、趋化因子、氧化应激、细菌脂多糖等刺激而活化后，参与机体炎症反应、免疫反应、细胞凋亡和肿瘤等多种生物进程[6-7]。大量研究表明，NF-κB在炎症性肺部疾病，如ARDS、COPD及支气管哮喘等疾病的进展中起着重要作用[8-9]。研究发现，炎症性肺部疾病中NF-κB信号通路呈高度激活状态，导致大量肿瘤坏死因子α(TNF-α)、IL-1β以及IL-6的释放，进而促进炎症反应放大[10]。Park JW等人发现，在COPD和哮喘患者体内，NF-κB高表达诱导炎性介质TNF-α，IL-1β，IL-6以及黏附分子的释放，进而加快COPD和哮喘炎症反应的发生；相反，抑制NF-κB的活化，可缓解COPD和哮喘患者的症状[11]。目前已知，NF-κB的活化主要由经典的和非经典的NF-κB信号转导通路介导的，其中经典信号通路与炎症反应、免疫调节及细胞增殖等相关[12]。在静息状态下，NF-κB通常以RelA/p50异二聚体形式与抑制蛋白κB(IκB)结合成三聚体而滞留在胞质中。研究表明，当受到细菌、病毒抗原、细胞因子等胞外多种刺激后，TNF受体(TNFR)超家族、B细胞受体、 T细胞受体(TCR)及Toll样受体(TLR)构象发生改变，引起一系列的酶促反应，进而激活NF-κB经典信号通路[13]。然而，NF-κB的非经典信号通路不需要IKKβ活化和IκBα的降解，而是需要NFκB2基因编码产物p100的加工[14]。越来越多的证据表明，泛素化修饰是一种翻译后修饰，在NF-κB信号转导通路中起着重要的作用[15-16]。本文综述了近年来在炎症性肺部疾病中泛素化和去泛素化在NF-κB信号转导通路中的重要性方面的研究进展。

1 泛素化和去泛素化

泛素是一种进化保守的8.5 kDa的蛋白质，调节底物蛋白的稳定性和定位，从而广泛调节细胞的功能。泛素化过程是由泛素激活酶(E1)、泛素偶联酶(E2)和泛素连接酶(E3)催化的级联酶反应进行的。三种酶依次介导泛素分子与靶蛋白赖氨酸残基相连接[17]。首先，E1酶水解ATP并将泛素分子腺苷酸化后转移到E1的活性中心的半胱氨酸残基上，将激活的泛素分子转移到E2酶上启动泛素偶联过程。随后，E3酶与靶蛋白和E2泛素复合物连接，介导泛素分子转移到靶蛋白的赖氨酸残基上[18]。靶蛋白可以是单泛素化、单链泛素化和多聚泛素化。根据泛素修饰类型不同泛素化可分为线性、Lys63、Lys48、Lys11等。泛素修饰的类型可不同程度地影响底物蛋白的功能，如调节信号通路、蛋白间的相互作用、蛋白的定位，以及溶酶体和蛋白酶体的降解[19-20]。去泛素化是由去泛素化酶(DUBs)介导的，而DUBs是一种半胱氨酸蛋白酶，可从泛素结合的蛋白底物中裂解泛素分子[21]。由于其逆转泛素化的能力，DUBs可以调节多种细胞的功能，并且维持泛素分子池的恒定[22]。泛素化和去泛素化之间的动态平衡是蛋白质间转化和功能所必需。

2 泛素E3连接酶在炎症性肺部疾病中通过调节NF-κB信号转导通路

泛素-蛋白酶体系统(UPS)是细胞内依赖ATP的蛋白质选择性降解系统，在调节NF-κB的活性中扮演重要角色。有文献报道，UPS可识别并结合到磷酸化并泛素化的 IκB蛋白，使其降解释放出NF-κB进入细胞核，调节相关靶基因的转录，从而发挥促炎作用。E3连接酶RNF183通过增加IκB的泛素化和降解，激活NF-κB信号通路，进而促进肠道炎症反应[23]。同样地，蛋白酶抑制剂MG-132通过抑制IκB的降解而中断NF-κB信号通路，从而减少炎性相关基因的转录和表达[24]。另一方面，E3连接酶通过靶向作用于IκB激酶(IKK)从而抑制了NF-κB的释放，起到抗炎作用。Gao等人报道了RNF8，一种E3泛素连接酶，通过作用于IKK抑制了TNFα介导的NF-κB[25]。在卵清蛋白致敏并刺激的大鼠哮喘模型中，PS-519可抑制IκB蛋白被UPS降解，使肺组织中NF-κB的活性显著降低，从而减轻气道炎症细胞的浸润和气道高反应[26]。总之，泛素蛋白酶或其抑制剂主要通过泛素-蛋白酶体途径调节IκB蛋白的磷酸化和泛素化，或者是作用于IKK，使NF-κB信号分子呈活化或非活化状态，从而发挥促炎或抗炎的作用。

3 去泛素化酶在炎症性肺部疾病中调节NF-κB信号转导通路

泛素特异性蛋白酶14(USP14)属于半胱氨酸水解酶，是泛素特异性蛋白酶家族(USPs)中唯一一个位于19S蛋白酶体上的去泛素化酶[27]。最近Rachel K Mialki等人研究发现，USP14通过去泛素化作用调节NF-κB·IκB通路，促进细胞因子的释放，在炎症反应中起到重要作用[28]。另外有研究表明，USP14通过增加ERK1/2磷酸化和NF-κB活化调控LPS诱导的炎症[29]，而USP14的抑制剂IU1显著增加IκB的表达，进而减轻呼吸机诱导性肺损伤[30]。Uematsu 等人发现，E3连接酶MIB2通过促进去泛素化酶CYLD蛋白酶体降解，从而激活NF-κB信号通路，进而促进炎症反应的发生[31]。CBP是一种在炎症性疾病中起重要作用的组蛋白乙酰转移酶，可以控制组蛋白的修饰和细胞因子编码基因的表达。Wei等人发现，E3连接酶FBXL19针对CBP特异性泛素化和蛋白酶体降解，进而减少LPS依赖性组蛋白乙酰化和细胞因子的释放，而USP14通过使其去泛素化稳定CBP，促进肺部炎症的发生[32]。另一方面，Karine等人发现去泛素化酶Cezanne通过靶向作用于RIP1信号媒介去泛素化抑制NF-κB信号通路的活化，进而抑制炎症反应的发生[33]。

4 总结

综上所述，NF-κB是一种调节多种炎症基因表达的重要转录因子。其信号通路的持续激活可诱导与肺部炎症性疾病相关的炎性介质及细胞因子的分泌，加重炎症恶化。因此，中断NF-κB信号通路的活化可有效缓解NF-κB介导的炎症性疾病。泛素化酶和去泛素化酶通过调节NF-κB信号通路，使NF-κB信号分子呈活化或非活化状态，从而发挥促炎或抗炎的作用。