泛素-蛋白酶體系統在類風濕關節炎研究中的應用進展

2022-11-24 23:44:18李朝輝孫忠義張峻瑋聶偉志

中醫正骨 2022年7期

李朝輝，孫忠義，張峻瑋，聶偉志

(山東省文登整骨醫院，山東威海 264400)

類風濕關節炎(rheumatoid arthritis，RA)是一種由自身免疫介導的慢性關節炎性疾病，隨著病情進展可出現關節軟骨和軟骨下骨質破壞，病情嚴重可導致患者殘疾甚至死亡[1]。RA的發生可能與環境、生活方式和遺傳等因素有關，但其具體發生機制目前尚未完全明確[2]。機體自身免疫調節失衡可引起炎癥細胞浸潤，造成局部炎癥細胞密度增加，最終可在滑膜成纖維細胞、巨噬細胞、內皮細胞和淋巴細胞的相互作用下導致炎癥發生[3-4]。表觀遺傳修飾(包括DNA、蛋白質等的修飾)進程異常，也與RA的發生發展有關[5]。如Fas蛋白質家族泛素化修飾后，可誘導與RA有關的滑膜成纖維細胞凋亡[6]。泛素-蛋白酶體系統是細胞內蛋白質降解的主要途徑，其涉及多種細胞周期進程，與免疫調節失衡、炎癥細胞浸潤等密切相關，對RA的發生發展有重要影響[7]。探索RA的潛在致病因素對全面認識和治療RA至關重要。本文對泛素-蛋白酶體系統在RA研究中的應用進展進行了綜述，以期為RA的治療提供參考。

1 泛素-蛋白酶體系統概述

泛素是一種由76個氨基酸組成的多肽，廣泛存在于真核細胞中，主要功能是修飾蛋白酶體降解過程中的靶蛋白[8]。泛素-蛋白酶體系統主要通過降解蛋白質、激活核因子(nuclear factor，NF)及相關酶等發揮維持細胞內環境穩定等作用。泛素-蛋白酶體系統包含的26S蛋白酶體由19S調節復合物和20S核心復合物組成，后者主要包括3個β亞基(負責催化亞基活性)，即β5(又稱蛋白酶體亞基β-5，具有糜蛋白酶樣活性)、β1(又稱蛋白酶體亞基β-6，具有半胱天冬酶樣活性)和β2(又稱蛋白酶體亞基β-7，具有胰蛋白酶樣活性)。泛素可通過其C末端甘氨酸與蛋白質內賴氨酸殘基的α-氨基形成1個肽鍵，進而募集其他酶類相結合形成酶復合物，這種酶復合物主要包括泛素激活酶類、泛素綴合酶類和泛素蛋白連接酶類[9]。泛素通常由第48位賴氨酸殘基形成的多聚泛素鏈介導完成泛素化修飾，之后被26S蛋白酶體復合物識別并降解，這種通過蛋白酶體復合物降解蛋白質的途徑即泛素-蛋白酶體途徑[10-11]。

2 泛素-蛋白酶體系統在RA發生發展中的作用

雖然目前有多數研究發現泛素-蛋白酶體系統與多種疾病有關，但有關泛素-蛋白酶體系統在RA疾病進程中作用的研究卻較為少見。Yamasaki等[12]研究發現，小鼠的滑膜蛋白過度表達可導致未折疊蛋白經泛素-蛋白酶體途徑降解，從而使滑膜細胞過度生長，最終導致RA病情加重。Wang等[13]研究發現，肥大細胞上的多巴胺受體3可通過mTOR/AKT/AMPK-LC3-泛素-TLR4信號通路緩解RA小鼠的炎癥癥狀，認為泛素-蛋白酶體系統在該通路中具有重要作用。Guo等[14]研究發現，腫瘤壞死因子受體相關因子(tumor necrosis factor receptor associated factor，TRAF)-6可降低膠原誘導的RA大鼠滑膜組織中基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)水平，認為TRAF-6可作為E3泛素連接酶，通過泛素-蛋白酶體系統介導靶蛋白的降解并抑制下游信號通路的激活。

3 泛素-蛋白酶體系統與RA相關的信號通路

目前尚無大量直接證據證明泛素-蛋白酶體系統在RA的疾病進程中發揮作用，但可通過泛素-蛋白酶體系統與RA相關的信號通路推測泛素-蛋白酶體系統在RA疾病進程中的作用。泛素-蛋白酶體系統介導的與RA相關的信號通路主要包括氧化應激(oxidative stress，OS)信號通路、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α信號通路、主要組織相容性復合物(major histocompatibility complex，MHC)信號通路和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號通路。

3.1 OS信號通路由于OS可破壞碳水化合物、脂質、DNA和蛋白質等的結構，機體存在多種自我防御機制抵抗OS造成的損傷[15]。氧化劑和活性氧(reactive oxygen species，ROS)是OS的關鍵介質，其中ROS可以通過影響酶表達、中性粒細胞脫顆粒等損壞骨和軟骨組織[16-17]。正常情況下，泛素-蛋白酶體系統具有抗氧化作用；但在某些條件下，ROS的介質如脂質過氧化代謝產物會損傷蛋白酶體，導致OS加重[18]。此外，泛素化底物的增加也可能導致OS加重[19]。Balogh等[20-21]研究發現，OS信號通路在RA發展中的作用主要涉及血管生成、滑膜增生和炎癥浸潤3個方面。Zhao等[22]研究發現，與OS有關的嗜中性粒細胞胞質因子1編碼區的多態性與RA的遺傳易感性有關。Lin等[23]研究發現，ROS可以通過調節Th1/Th2和Th17/Treg的平衡影響煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2缺陷RA小鼠的病情進展。ROS引起的免疫細胞代謝紊亂、分化異常及炎癥介質釋放也是引發RA的重要因素[24]。Wang等[25]研究發現，泛素連接酶cullin3可通過泛素-蛋白酶體系統促進NF-E2相關因子2降解，從而引起ROS增加，使大鼠成纖維細胞樣滑膜細胞增殖，最終加劇RA病情。

3.2 TNF-α信號通路RA的發生機制與炎癥細胞因子水平等有關，如白細胞介素(interleukin，IL)-1和TNF-α等炎癥細胞因子在RA患者的滑液、滑膜和血清中均有異常高表達。IL-1和TNF-α引起的軟骨破壞主要由活化的成纖維細胞介導[26]。TNF-α負責調節免疫應答、細胞生長、炎癥反應、細胞分化和凋亡等，這些主要由腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor，TNFR)-1和TNFR-2介導，而TNF-α則通過啟動炎癥細胞因子級聯反應造成軟骨破壞[27]。Behl等[28]研究發現，在RA患者中，TNF-α主要由CD68+巨噬細胞產生，生成的TNF-α反過來激活巨噬細胞和內皮細胞，最終導致細胞粘附分子、IL-1、IL-6、IL-10、IL-8、前列腺素E2、膠原酶、Ⅱ型和Ⅲ型膠原，以及粒細胞巨噬細胞集落刺激因子的生成增加。TNF-α和受體相互作用蛋白激酶1可以激活NF-κB，NF-κB及其受體活化因子屬于TNFR家族，存在于破骨細胞中，而破骨細胞主要通過NF-κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)和破骨細胞分化因子實現活化和分化，其中破骨細胞分化因子是影響RA患者骨損傷程度的重要因素[29]。NF-κB的異常表達會導致關節炎癥的發生[30]。TRAF相互作用蛋白可通過抑制NF-κB信號通路的激活減少炎癥細胞因子和MMP的產生，并且還能與轉化生長因子β激活激酶(transforming growth factor beta activated kinase，TAK)-1相互作用，促進TAK-1泛素化降解，從而抑制RA成纖維樣滑膜細胞(fibroblast-like synoviocytes，FLS)增殖，延緩病情進展[14]。泛素特異性蛋白酶(ubiquitin-specific protease，USP)-5可與TRAF-6相互作用，防止TRAF-6被泛素-蛋白酶體系統降解，從而激活NF-κB信號通路，加速RA疾病進程[31]。E3泛素連接酶鋅指蛋白3可通過泛素-蛋白酶體系統調控Wnt和NF-κB信號通路，加重RA病情[32]。

3.3 MHC信號通路真核細胞中多數蛋白質通過泛素-蛋白酶體系統降解，泛素-蛋白酶體系統功能異常可導致自身免疫性疾病和神經退行性疾病。泛素-蛋白酶體系統可參與MHC-I類抗原呈遞，并通過抗原呈遞細胞發揮作用。Trentini等[33]研究發現，MHC-I分子上的多肽可通過泛素-蛋白酶體系統產生，認為泛素-蛋白酶體系統對多肽的產生及MHC-I類分子的呈遞有一定作用。Wei等[34]研究發現，低分子量多肽(low molecular weight protein，LMP)-2和LMP-7是在MHC復合體中的蛋白酶體亞基，這些亞基的誘導劑是干擾素-γ，而干擾素-γ可通過增高機體ROS水平造成DNA和細胞損傷。Scherer等[35]研究發現，泛素-蛋白酶體系統可通過調節MHC抗原呈遞影響免疫細胞功能，可能會加速RA疾病進程。

3.4 MAPK信號通路MAPK信號通路由c-Jun氨基末端激酶/應激活化蛋白激酶、p38 MAPK、細胞外信號調節激酶組成，可調控多種細胞功能，對RA的發生發展有重要影響[36-37]。Li等[38]研究發現，MAPK可導致RA患者IL-1、IL-6和TNF-α濃度升高，同時促使滑膜血管生成。Zhu等[39]研究發現，泛素化修飾對MAPK信號傳導，尤其是c-Jun氨基末端激酶信號傳導有重要作用。TAK-1可通過NF-κB、c-Jun氨基末端激酶通路起到促進骨和軟骨破壞的作用，還可通過激活c-Jun氨基末端激酶通路導致滑膜成纖維細胞樣細胞形成。Tarantino等[40]研究發現，泛素化修飾可通過抑制TAK-1磷酸化延緩關節炎進程。雖然有關泛素-蛋白酶體系統在RA疾病進程中作用的研究較為少見，但是從泛素-蛋白酶體系統和RA共同涉及的信號通路中可以推測出泛素-蛋白酶體系統可能會通過相關信號通路影響RA的疾病進程，這為RA的藥物治療提供了新的方向。

4 泛素-蛋白酶體抑制劑在RA治療中的應用

泛素-蛋白酶體系統可通過多條與RA相互關聯的信號通路影響RA的疾病進程，并且在不同信號通路中所發揮的作用也不同。蛋白酶體抑制劑是一種抑制蛋白酶體功能或蛋白水解反應的化合物，其主要通過與蛋白酶體的活性部位相結合發揮抑制蛋白酶體活性的作用[41]。此外，蛋白酶體抑制劑還可以維持抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白之間的平衡[42]。Swarnkar等[43]研究發現，蛋白酶體抑制劑可通過抑制TAK-1、TRAF-6信號通路增強惡性腫瘤細胞對化療的敏感性。蛋白酶體抑制劑還可以抑制炎癥細胞因子、細胞粘附分子和酶的表達，因此被認為是一種抗炎藥物[44]。

目前已經發現多種天然存在以及人工合成的泛素-蛋白酶體抑制劑，這些抑制劑可以通過靶向蛋白酶的水解位點發揮作用[45]。目前臨床常用的泛素-蛋白酶體抑制劑為硼替佐米，該藥主要通過調控泛素-蛋白酶體系統來抑制蛋白質的降解，多用于治療復發性多發性骨髓瘤和小細胞淋巴瘤[46]。Morin等[47]研究發現，硼替佐米可以通過調控26S蛋白酶體抑制細胞增殖，可用于治療惡性腫瘤和關節炎。Udalova等[48]研究發現，泛素-蛋白酶體系統可通過調節巨噬細胞功能下調一氧化氮水平，進而抑制炎癥因子釋放。Ahmed等[49]研究發現，蛋白酶體抑制劑MG132可減輕佐劑性關節炎大鼠的關節炎癥狀。Miagkov等[50]研究發現，蛋白酶體抑制劑MG132可降低鏈球菌細胞壁誘導的關節炎大鼠的滑膜細胞凋亡比例。Roodman等[51]研究發現，蛋白酶體抑制劑可促進小鼠的成骨細胞分化和骨形成。在慢性炎癥性疾病的發展過程中，破骨細胞可通過過度激活NF-κB加速骨丟失[52]。NF-κB信號通路是RA的主要炎癥通路之一，而蛋白酶體抑制劑MG132可通過抑制NF-κB信號通路發揮對RA的治療作用[53]。

除了上述泛素-蛋白酶體抑制劑外，一些靶向泛素連接酶的抑制劑也對RA有治療作用。Yagishita等[54]研究發現，滑膜蛋白自身泛素化活性抑制劑可通過E3泛素連接酶抑制RA小鼠的滑膜細胞增殖，從而減輕RA癥狀。Yang等[55]研究發現，桑色素作為USP-7抑制劑可限制FLS遷移，從而減輕關節炎癥狀。Wang等[56]研究發現，沙魯布林可通過調控泛素-蛋白酶體系統促進P65蛋白降解，進而抑制RANKL誘導的破骨細胞生成，最終減輕膠原誘導關節炎小鼠的關節炎癥狀。

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