泛素-蛋白酶体系统在类风湿关节炎研究中的应用进展

李朝辉，孙忠义，张峻玮，聂伟志

(山东省文登整骨医院，山东 威海 264400)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种由自身免疫介导的慢性关节炎性疾病，随着病情进展可出现关节软骨和软骨下骨质破坏，病情严重可导致患者残疾甚至死亡[1]。RA的发生可能与环境、生活方式和遗传等因素有关，但其具体发生机制目前尚未完全明确[2]。机体自身免疫调节失衡可引起炎症细胞浸润，造成局部炎症细胞密度增加，最终可在滑膜成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞和淋巴细胞的相互作用下导致炎症发生[3-4]。表观遗传修饰(包括DNA、蛋白质等的修饰)进程异常，也与RA的发生发展有关[5]。如Fas蛋白质家族泛素化修饰后，可诱导与RA有关的滑膜成纤维细胞凋亡[6]。泛素-蛋白酶体系统是细胞内蛋白质降解的主要途径，其涉及多种细胞周期进程，与免疫调节失衡、炎症细胞浸润等密切相关，对RA的发生发展有重要影响[7]。探索RA的潜在致病因素对全面认识和治疗RA至关重要。本文对泛素-蛋白酶体系统在RA研究中的应用进展进行了综述，以期为RA的治疗提供参考。

1 泛素-蛋白酶体系统概述

泛素是一种由76个氨基酸组成的多肽，广泛存在于真核细胞中，主要功能是修饰蛋白酶体降解过程中的靶蛋白[8]。泛素-蛋白酶体系统主要通过降解蛋白质、激活核因子(nuclear factor，NF)及相关酶等发挥维持细胞内环境稳定等作用。泛素-蛋白酶体系统包含的26S蛋白酶体由19S调节复合物和20S核心复合物组成，后者主要包括3个β亚基(负责催化亚基活性)，即β5(又称蛋白酶体亚基β-5，具有糜蛋白酶样活性)、β1(又称蛋白酶体亚基β-6，具有半胱天冬酶样活性)和β2(又称蛋白酶体亚基β-7，具有胰蛋白酶样活性)。泛素可通过其C末端甘氨酸与蛋白质内赖氨酸残基的α-氨基形成1个肽键，进而募集其他酶类相结合形成酶复合物，这种酶复合物主要包括泛素激活酶类、泛素缀合酶类和泛素蛋白连接酶类[9]。泛素通常由第48位赖氨酸残基形成的多聚泛素链介导完成泛素化修饰，之后被26S蛋白酶体复合物识别并降解，这种通过蛋白酶体复合物降解蛋白质的途径即泛素-蛋白酶体途径[10-11]。

2 泛素-蛋白酶体系统在RA发生发展中的作用

虽然目前有多数研究发现泛素-蛋白酶体系统与多种疾病有关，但有关泛素-蛋白酶体系统在RA疾病进程中作用的研究却较为少见。Yamasaki等[12]研究发现，小鼠的滑膜蛋白过度表达可导致未折叠蛋白经泛素-蛋白酶体途径降解，从而使滑膜细胞过度生长，最终导致RA病情加重。Wang等[13]研究发现，肥大细胞上的多巴胺受体3可通过mTOR/AKT/AMPK-LC3-泛素-TLR4信号通路缓解RA小鼠的炎症症状，认为泛素-蛋白酶体系统在该通路中具有重要作用。Guo等[14]研究发现，肿瘤坏死因子受体相关因子(tumor necrosis factor receptor associated factor，TRAF)-6可降低胶原诱导的RA大鼠滑膜组织中基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)水平，认为TRAF-6可作为E3泛素连接酶，通过泛素-蛋白酶体系统介导靶蛋白的降解并抑制下游信号通路的激活。

3 泛素-蛋白酶体系统与RA相关的信号通路

目前尚无大量直接证据证明泛素-蛋白酶体系统在RA的疾病进程中发挥作用，但可通过泛素-蛋白酶体系统与RA相关的信号通路推测泛素-蛋白酶体系统在RA疾病进程中的作用。泛素-蛋白酶体系统介导的与RA相关的信号通路主要包括氧化应激(oxidative stress，OS)信号通路、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α信号通路、主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex，MHC)信号通路和丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信号通路。

3.1 OS信号通路由于OS可破坏碳水化合物、脂质、DNA和蛋白质等的结构，机体存在多种自我防御机制抵抗OS造成的损伤[15]。氧化剂和活性氧(reactive oxygen species，ROS)是OS的关键介质，其中ROS可以通过影响酶表达、中性粒细胞脱颗粒等损坏骨和软骨组织[16-17]。正常情况下，泛素-蛋白酶体系统具有抗氧化作用；但在某些条件下，ROS的介质如脂质过氧化代谢产物会损伤蛋白酶体，导致OS加重[18]。此外，泛素化底物的增加也可能导致OS加重[19]。Balogh等[20-21]研究发现，OS信号通路在RA发展中的作用主要涉及血管生成、滑膜增生和炎症浸润3个方面。Zhao等[22]研究发现，与OS有关的嗜中性粒细胞胞质因子1编码区的多态性与RA的遗传易感性有关。Lin等[23]研究发现，ROS可以通过调节Th1/Th2和Th17/Treg的平衡影响烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2缺陷RA小鼠的病情进展。ROS引起的免疫细胞代谢紊乱、分化异常及炎症介质释放也是引发RA的重要因素[24]。Wang等[25]研究发现，泛素连接酶cullin3可通过泛素-蛋白酶体系统促进NF-E2相关因子2降解，从而引起ROS增加，使大鼠成纤维细胞样滑膜细胞增殖，最终加剧RA病情。

3.2 TNF-α信号通路RA的发生机制与炎症细胞因子水平等有关，如白细胞介素(interleukin，IL)-1和TNF-α等炎症细胞因子在RA患者的滑液、滑膜和血清中均有异常高表达。IL-1和TNF-α引起的软骨破坏主要由活化的成纤维细胞介导[26]。TNF-α负责调节免疫应答、细胞生长、炎症反应、细胞分化和凋亡等，这些主要由肿瘤坏死因子受体(tumor necrosis factor receptor，TNFR)-1和TNFR-2介导，而TNF-α则通过启动炎症细胞因子级联反应造成软骨破坏[27]。Behl等[28]研究发现，在RA患者中，TNF-α主要由CD68+巨噬细胞产生，生成的TNF-α反过来激活巨噬细胞和内皮细胞，最终导致细胞粘附分子、IL-1、IL-6、IL-10、IL-8、前列腺素E2、胶原酶、Ⅱ型和Ⅲ型胶原，以及粒细胞巨噬细胞集落刺激因子的生成增加。TNF-α和受体相互作用蛋白激酶1可以激活NF-κB，NF-κB及其受体活化因子属于TNFR家族，存在于破骨细胞中，而破骨细胞主要通过NF-κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)和破骨细胞分化因子实现活化和分化，其中破骨细胞分化因子是影响RA患者骨损伤程度的重要因素[29]。NF-κB的异常表达会导致关节炎症的发生[30]。TRAF相互作用蛋白可通过抑制NF-κB信号通路的激活减少炎症细胞因子和MMP的产生，并且还能与转化生长因子β激活激酶(transforming growth factor beta activated kinase，TAK)-1相互作用，促进TAK-1泛素化降解，从而抑制RA成纤维样滑膜细胞(fibroblast-like synoviocytes，FLS)增殖，延缓病情进展[14]。泛素特异性蛋白酶(ubiquitin-specific protease，USP)-5可与TRAF-6相互作用，防止TRAF-6被泛素-蛋白酶体系统降解，从而激活NF-κB信号通路，加速RA疾病进程[31]。E3泛素连接酶锌指蛋白3可通过泛素-蛋白酶体系统调控Wnt和NF-κB信号通路，加重RA病情[32]。

3.3 MHC信号通路真核细胞中多数蛋白质通过泛素-蛋白酶体系统降解，泛素-蛋白酶体系统功能异常可导致自身免疫性疾病和神经退行性疾病。泛素-蛋白酶体系统可参与MHC-I类抗原呈递，并通过抗原呈递细胞发挥作用。Trentini等[33]研究发现，MHC-I分子上的多肽可通过泛素-蛋白酶体系统产生，认为泛素-蛋白酶体系统对多肽的产生及MHC-I类分子的呈递有一定作用。Wei等[34]研究发现，低分子量多肽(low molecular weight protein，LMP)-2和LMP-7是在MHC复合体中的蛋白酶体亚基，这些亚基的诱导剂是干扰素-γ，而干扰素-γ可通过增高机体ROS水平造成DNA和细胞损伤。Scherer等[35]研究发现，泛素-蛋白酶体系统可通过调节MHC抗原呈递影响免疫细胞功能，可能会加速RA疾病进程。

3.4 MAPK信号通路MAPK信号通路由c-Jun氨基末端激酶/应激活化蛋白激酶、p38 MAPK、细胞外信号调节激酶组成，可调控多种细胞功能，对RA的发生发展有重要影响[36-37]。Li等[38]研究发现，MAPK可导致RA患者IL-1、IL-6和TNF-α浓度升高，同时促使滑膜血管生成。Zhu等[39]研究发现，泛素化修饰对MAPK信号传导，尤其是c-Jun氨基末端激酶信号传导有重要作用。TAK-1可通过NF-κB、c-Jun氨基末端激酶通路起到促进骨和软骨破坏的作用，还可通过激活c-Jun氨基末端激酶通路导致滑膜成纤维细胞样细胞形成。Tarantino等[40]研究发现，泛素化修饰可通过抑制TAK-1磷酸化延缓关节炎进程。虽然有关泛素-蛋白酶体系统在RA疾病进程中作用的研究较为少见，但是从泛素-蛋白酶体系统和RA共同涉及的信号通路中可以推测出泛素-蛋白酶体系统可能会通过相关信号通路影响RA的疾病进程，这为RA的药物治疗提供了新的方向。

4 泛素-蛋白酶体抑制剂在RA治疗中的应用

泛素-蛋白酶体系统可通过多条与RA相互关联的信号通路影响RA的疾病进程，并且在不同信号通路中所发挥的作用也不同。蛋白酶体抑制剂是一种抑制蛋白酶体功能或蛋白水解反应的化合物，其主要通过与蛋白酶体的活性部位相结合发挥抑制蛋白酶体活性的作用[41]。此外，蛋白酶体抑制剂还可以维持抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白之间的平衡[42]。Swarnkar等[43]研究发现，蛋白酶体抑制剂可通过抑制TAK-1、TRAF-6信号通路增强恶性肿瘤细胞对化疗的敏感性。蛋白酶体抑制剂还可以抑制炎症细胞因子、细胞粘附分子和酶的表达，因此被认为是一种抗炎药物[44]。

目前已经发现多种天然存在以及人工合成的泛素-蛋白酶体抑制剂，这些抑制剂可以通过靶向蛋白酶的水解位点发挥作用[45]。目前临床常用的泛素-蛋白酶体抑制剂为硼替佐米，该药主要通过调控泛素-蛋白酶体系统来抑制蛋白质的降解，多用于治疗复发性多发性骨髓瘤和小细胞淋巴瘤[46]。Morin等[47]研究发现，硼替佐米可以通过调控26S蛋白酶体抑制细胞增殖，可用于治疗恶性肿瘤和关节炎。Udalova等[48]研究发现，泛素-蛋白酶体系统可通过调节巨噬细胞功能下调一氧化氮水平，进而抑制炎症因子释放。Ahmed等[49]研究发现，蛋白酶体抑制剂MG132可减轻佐剂性关节炎大鼠的关节炎症状。Miagkov等[50]研究发现，蛋白酶体抑制剂MG132可降低链球菌细胞壁诱导的关节炎大鼠的滑膜细胞凋亡比例。Roodman等[51]研究发现，蛋白酶体抑制剂可促进小鼠的成骨细胞分化和骨形成。在慢性炎症性疾病的发展过程中，破骨细胞可通过过度激活NF-κB加速骨丢失[52]。NF-κB信号通路是RA的主要炎症通路之一，而蛋白酶体抑制剂MG132可通过抑制NF-κB信号通路发挥对RA的治疗作用[53]。

除了上述泛素-蛋白酶体抑制剂外，一些靶向泛素连接酶的抑制剂也对RA有治疗作用。Yagishita等[54]研究发现，滑膜蛋白自身泛素化活性抑制剂可通过E3泛素连接酶抑制RA小鼠的滑膜细胞增殖，从而减轻RA症状。Yang等[55]研究发现，桑色素作为USP-7抑制剂可限制FLS迁移，从而减轻关节炎症状。Wang等[56]研究发现，沙鲁布林可通过调控泛素-蛋白酶体系统促进P65蛋白降解，进而抑制RANKL诱导的破骨细胞生成，最终减轻胶原诱导关节炎小鼠的关节炎症状。

5 小 结

泛素-蛋白酶体系统是细胞内蛋白质降解的主要途径，该系统可通过TNF-α、MAPK等信号通路影响RA的疾病进程。泛素-蛋白酶体系统功能异常可导致OS增强、炎症反应加剧，从而导致RA等疾病的发生发展。目前治疗RA的常用药物包括非甾类消炎药、糖皮质激素及改善病情的抗风湿药，而蛋白酶体抑制剂则可能是RA的潜在治疗药物。泛素-蛋白酶体抑制剂可以通过抑制OS和炎症反应缓解RA病情。未来需要进行高质量的基础和临床研究来进一步观察泛素-蛋白酶体抑制剂对RA的治疗作用，从而为RA的靶向治疗提供参考。