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    泛素-蛋白酶體系統與自身免疫病

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    泛素-蛋白酶體系統(ubiquitin-proteasome system,UPS)是一種存在于真核細胞內三磷酸腺苷(ATP)依賴的高選擇性蛋白質降解體系,具有清除衰老、損傷以及錯誤折疊蛋白質的功能。它參與調節炎癥、免疫應答、細胞周期、信號轉導等多種重要生物學功能。其異?梢鸺毎麅确態失調,導致腫瘤、神經變性疾病、心血管疾病、腎病等多類疾病。近年研究證實,UPS與自身免疫性疾病密切相關,可能參與系統性紅斑狼瘡、類風濕關節炎、干燥綜合征、血清陰性脊柱關節病、多發性肌炎一硬皮病等重要疾病的發生和發展。本文擬就UPS與自身免疫性疾病關系的研究現狀作一綜述,以期為自身免疫病的防治研究提供新的策略。

    1 UPS概述

    2004年諾貝爾化學獎獲得者Aaron Ciechanover、AvramHershkoIrwin Rose20世紀70年代晚期和20世紀80年代初期揭示了蛋白質降解在細胞中的作用及泛素介導的蛋白質降解過程,這整個系統被稱為UPS。該系統能降解細胞內70%-90%的蛋白質,通過對蛋白質進行泛素化而發生一系列酶促級聯反應,從而使泛素化蛋白質被蛋白酶體降解或發生不可逆性功能改變。

    1.1 UPS組成:UPS主要包括泛素(ubiquitin,Ub)、泛素激活酶(ubiquitin-activating enzyme,E1)、泛素結合酶(ubiquitin-conjugating enzyme,E2)、泛素連接酶(ubiquitin ligase enzyme,E3)和蛋白酶體(proteasome)。其中,Ub是一個由76個氨基酸組成的高度保守的多肽鏈,主要功能是標記需要降解的蛋白質。E3是泛素化過程中的關鍵調節酶,能特異性識別和結合靶蛋白,決定了UPS高度的專一性和選擇性。根據結構不同,E3主要分為HECThomologous to E6AP C-terminus)家族和RINGreally interesting new gene)家族兩類,前者以ITCHNedd4為代表,后者以CBI-BGRAIL為代表。蛋白酶體多為26S蛋白酶體,足一個由20S催化顆粒、11S調控因子和219S調節顆粒組成的ATP依賴性蛋白水解酶復合體,具有類糜蛋白酶活性、類胰蛋白酶活性、肽-谷氨酰肽水解酶活性等多種蛋白酶活性,主要功能是降解被泛素化的蛋白質。近來研究發現,去泛素化酶(deubiquitylating enzymes,DUBs)能特異性解離Ub-靶蛋白鏈,將泛素從靶蛋白上釋放出來,這一過程稱為去泛素化。它與泛素化形成負向調節,賦予UPS過程的可逆性,并通過UPS的發展方向調節或影響多種細胞活動。

    1.2 UPS的基本過程:蛋白質經UPS降解包括一系列復雜步驟,其基本過程如下:①泛素活化,即E1激活泛素形成一個硫酯鍵,此過程需消耗以ATP形式存在的能量;②E1將活化的泛素轉移到E2上;③靶蛋白泛素化,即E3識別待降解的靶蛋白,并將結合在F2上的泛素連接到靶蛋白上;④靶蛋白聚泛素化,即結合E2的泛素通過或不通過E3繼續連接在被泛素化的靶蛋白上,形成聚泛素化鏈;⑤靶蛋白的降解,即蛋白酶體識別聚泛素化的靶蛋白,將其降解為較小的多肽、氨基酸以及重復循環的泛素。

    近年研究表明,除上述經典途徑外,泛素能直接與靶蛋白結合,以胞內游離狀態形成一種非固定性聚泛素鏈,參與免疫反應與病毒感染等生理功能。該聚泛素鏈可通過活化激活蛋白激酶1TAK1)和IKK激酶,調節核因子-κB信號通路,但該泛素途徑的作用機制及功能是否有別于經典途徑,尚需進一步研究明確。

    2 UPS與免疫系統

    2.1 UPS與固有免疫:固有免疫是機體與生俱有的抵抗體外病原體侵襲、清除體內抗原性異物的一系列防御能力。正常情況下,病原體侵入宿主細胞后,機體固有免疫系統通過模式識別受體(PRR),如Toll樣受體(TLR)、RIG-1樣受體(RLR)、NOD樣受體(NLR)等,識別并結合病原體相關分子模式(PAMP),活化核因子-κB、干擾調節因子(IRF)家族等轉錄因子,誘導釋放多種細胞因子和炎性趨化因子,保護機體不發生病原體感染。而病原體可通過泛素化降解宿主體內抗微生物關鍵蛋白米逃逸免疫系統,亦可干擾或逆轉自噬與泛素化修飾,從而感染宿主細胞。

    UPS通過重要蛋白泛素化或聚泛素化參與抗感染機制主要表現在以下3個方面:①TLR結合PAMPs并識別病原體后,受體相互作用蛋白2RIP2)泛素化并激活核因子一KB和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路。而RIP2和泛素連接酶TRIM25K63聚泛素化分別是NOD2介導的MAPK和核因子-KB信號通路以及RIG-I信號通路的必需環節;②泛素連接酶TRIM 5作為固有免疫感受器,能夠發現入侵的逆轉錄病毒,并泛素化降解逆轉錄病毒的衣殼蛋白質;③泛素選擇性標記病原體后,泛素連接蛋白p62,NDP52OPTN連接泛素標記的病原體并在細胞質內局部化形成自噬體,以自噬的方式清除病原體吲。

    同時,UPS對固有免疫的影響受DUBS負性調節,最主要的2DUBsA20(又稱TNFAIP3)和CYLD。A20能夠轉移或抑制TRAF6K63聚泛素化,抑制核因子-κB活化,下調核因子-κB信號通路,又能阻斷E3E2的相互作用而抑制聚泛素鏈的合成。CYLD則通過特異性斷開K63聚泛素鏈,抑制IKK活化,下調核因子-κB信號通路,以及RLR、腫瘤壞死因子受體(TNFR)、B細胞受體(BCR)和T細胞受體(TCR)等。此外,研究發現CYLD能通過作用于干擾素受體(IFNR)信號通路,參與調節抗病毒免疫。

    2.2 UPS與獲得性免疫:獲得性免疫由T細胞和B細胞介導,具有特異性識別并清除外源性抗原的功能,但對自身抗原物質表現為免疫耐受。UPS通過蛋白質水解或非蛋白質水解機制調控這一網絡,維持著免疫應答與免疫耐受之間的平衡。在抗原提呈過程中,自身或病原微生物蛋白質只有經UPS分解處理為多肽抗原后才能被主要組織相容性復合體(MHC)Ⅰ類分子攝取。當抑制UPS時,MHC Ⅰ類分子的數量和質量均受到損害,抗原提呈過程也受到阻遏。UPS不僅是MHC Ⅰ類分子提呈抗原的必需環節,同時也調控著MHCⅡ類分子途徑。MHCⅡ類分子異常泛素化能使抗原提呈細胞成熟終止,過量的MHCⅡ類分子堆積在抗原提呈細胞表面,從而影響外源性抗原的提呈過程。在正常情況下,UPS可通過MHCⅡ類分子的泛素化來調控MHCⅡ類分子在抗原提呈細胞表面的表達,這對正確有效的抗原提呈具有重要意義。

    T細胞和B細胞信號通路中,UPS參與調節TCR、BCR信號轉導相關通路,如鈣/鈣調磷酸酶途徑、核因子-κB、轉化生長因子(TGF介導的重要信號通路等。一方面,UPS介導活化MAPK和核因子-κB信號通路下游的CD40BAFF受體,調控B細胞的存活、成熟與活化。另一方面,UPS誘導T細胞活化或無能,調節TCR下游信號通路。當TCR活化后,蛋白激酶C活化并募集,形成CARMA1、BCL-10MALT1蛋白復合物,MALT1活化TRAF6,并進一步激活E3以及MAPK和核因子-KB信號通路。泛素連接酶ITCH可作用于協同共刺激分子CD28信號通路,負性調控TCR活性,減少T細胞活化。當缺乏共刺激信號時,ITCH、GRAIL、CBL-B等泛素連接酶則誘導T細胞無能。另有研究發現,ITCH、CBL-B、PELII缺陷可使T細胞過度活化,以致發生嚴重自身免疫紊亂。由此可見,UPST、B細胞功能和免疫應答結局具有重要調節作用。

    3 UPS與自身免疫病

    3.1 UPS與系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE):SLE是一種常見的自身免疫病,以全身多系統損害和多種自身抗體形成為主要特點。在SLE患者體內可檢測到針對UPS成分的抗體表達增強,如抗PA28α抗體(PA28α為一種蛋白酶體激活蛋白),抗Ki抗體(Ki抗原是蛋白酶體11S調控因子的亞單位)?Ki抗體高表達的SLE患者常表現為sicca綜合征(眼干、口干、外分泌腺淋巴細胞浸潤等)、持續性關節炎、心包炎、皮膚損害和抗Sm抗體陽性等臨床癥狀。另外,在SLE患者血清中檢測到循環20S蛋白酶體水平明顯增高,且與疾病活動度平行相關。

    SLE患者進行全基因組關聯分析結果顯示,去泛素化酶A20SLE發病及系統損害情況密切相關。A20F127C序列變異與SLE患者的發病風險呈正相關,相反,A125V序列變異改變A20去泛素化活性,是SLE的一個保護性因子,而A20 rs5029939變異能使SLE患者出現腎臟和血液系統損害的概率增加2倍。

    動物模型研究顯示,新型泛素連接酶Roquin在阻止自身抗原的免疫反應中起著關鍵性作用,可能與SLE發病有關。Vinuesa等發現敲除Roquin小鼠表現出類似SLE的白身免疫性綜合征,如抗核抗體陽性,抗雙鏈DNAdsDNA)抗體陽性,淋巴結病,伴IgG免疫復合物沉積的局灶增生性腎小球腎炎,壞死性肝炎,貧血和自身免疫性血小板減少癥。甚至不完全敲除Roquin也可導致明顯的自身免疫反應,但其具體機制有待進一步深入研究。

    3.2 UPS與干燥綜合征(SS):SS是一種主要累及外分泌腺體的慢性炎癥性自身免疫病?SSA抗體是SS患者最常見的特異性抗體(占66.7%),也是SLE患者常見的抗體之一,其識別底物為R052抗原。R052,又名TRIM21,具有泛素連接酶活性,能介導轉錄因子IRF3、IRF5、IRF7IRF8泛素化,調節促炎性細胞因子和1型干擾素的生成。R052還具有調節RNA轉錄加工,誘導細胞凋亡,促進CD28介導的白細胞介素(IL-2產生等功能。在SSSLE患者外周血中,R052的表達均顯著增加,減少R052能部分恢復細胞活性,這表明R052可能參與SLESS的發病過程,促進免疫炎癥級聯反應、誘導細胞凋亡以及T細胞和B細胞信號轉導異常是其可能的作用機制。

    SS患者體內也可檢測到表達增高的抗PA28α抗體和抗Ki抗體,而與抗Ki抗體高表達相關的眼干、口干、外分泌腺淋巴細胞浸潤等是SS相對特異的臨床特點。因此推測,R052Ki抗原不僅參與SLESS的發病過程,而且可能是臨床上SLE容易出現繼發性SS或者合并SS的機制之一,但仍需進一步研究證實。

    3.3 UPS與類風濕關節炎(theumatoid arthritis,RA):RA主要表現為慢性對稱性關節滑膜炎;に兀ㄓ置Hrd1)作為RA新型致病因子之一,實質上為一種泛素連接酶,高表達于RA患者及小鼠的滑膜組織中。當滑膜素過度表達時,腫瘤壞死因子(TNFIL-1β等炎性因子水平增高,抑制膠原誘導的關節炎小鼠滑膜細胞凋亡,滑膜組織顯著增生,誘發關節炎;而敲除滑膜素基因后,炎性因子水平下降,小鼠滑膜細胞凋亡增加,抑制關節炎程度。泛素連接酶c-MIR同樣在RA小鼠滑膜組織中過度表達,c-MRI轉基因能明顯下調TNF-αIL-6水平,抑制關節炎癥。

    其他動物模型研究發現,蛋白酶體抑制劑MG132能夠抑制核因子-κB活化,減少細胞黏附分子、神經肽P物質和降鈣素基因相關肽的表達,從而顯著減少RA小鼠的關節炎癥、炎性疼痛以及關節破壞程度。泛素連接酶MuRF1atrogin-1RA肌肉中高表達,可能與RA伴骨骼肌減少相關;而泛素連接酶Smurf1通過促進Smad1Runx2泛素化降解,可介導RA發生系統性骨質丟失。

    3.4 UPS與血清陰性脊柱關節。seronegative spondy-loarthropathy,SpA):血SpA是指血清類風濕因子陰性,脊柱關節受累的一組疾病的總稱,包括強直性脊柱炎(AS)、反應性關節炎、銀屑病關節炎、炎癥性腸病關節炎、未分化脊柱關節病等。大部分SpA患者,尤其AS患者,有HLA-B27陽性的特點。研究發現,AS患者單核細胞高表達蛋白酶體激活因子PA28-β亞單位和泛素特異性肽酶USP7、USP53、USP38等,PA28通過調節TLR、整合素、血管內皮生長因子等通路上調HLA-B27表達。當PA28存在時,HLA-B27限制性片段SRYWAIRTR的表達可增加4倍,NRELIQQEL的表達增加3倍。外,HLA-B27錯誤折疊是SpA的發病機制之一,UPS可通過調節DNA修復、細胞凋亡等途徑參與HLA-B27錯誤折疊,從而影響SpA的發病過程。

    3.5 UPS與其他自身免疫性疾。鹤畛跹芯勘砻,Ku70是一種與多發性肌炎一硬皮病重疊綜合征相關的自身抗原,后來發現Ku70DNA修復中發揮重要作用。Gama等發現凋亡細胞內泛素化Ku70表達增加,而蛋白酶體抑制劑能減少凋亡細胞內Ku70水平。這提示Ku70的泛素化可能與多發性肌炎一硬皮病相關。與SLE相似,在混合性結締組織。MCTD)患者血清中也可檢測到與疾病活動度相關的高水平循環20S蛋白酶體。此外,UPS通過上述一系列途徑可能參與炎性腸病、自身免疫性甲狀腺炎、多發性硬化、哮喘等多種自身免疫相關性疾病的發病過程。

    綜上所述,UPS是一個非常復雜的系統,通過高效、高選擇性的降解蛋白質調控機體免疫應答平衡,參與多種自身免疫病的發生和發展。其與SLE、干燥綜合征、RA、血清陰性脊柱關節病等多種疾病關系的研究日益受到關注。但是,UPS與自身免疫性疾病的關系尚存在許多研究空間,如UPS在自身免疫病中的具體作用機制,以及如何通過調控UPS治療自身免疫病等問題均有待進一步探索。隨著研究的不斷深入,相信自身免疫性疾病的防治工作將被開拓出一條新的途徑。

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