去泛素化酶在炎癥性腸病中的研究進展

呂薇，祁全，宋佳希，胡雪玲，章金春

南京中醫藥大學附屬南京中醫院醫學檢驗科，江蘇南京 210022

泛素化-去泛素化修飾可調節細胞中蛋白質的定位、功能并降解蛋白質，參與胞內信號傳遞、基因表達調控、細胞增殖、炎癥免疫等生命活動的調控[1]。去泛素化酶是蛋白酶的超家族之一。根據催化機制，去泛素化酶分為半胱氨酸蛋白酶和金屬蛋白酶兩類，其在調節泛素信號傳導中至關重要，并與癌癥、中樞神經系統疾病、自身免疫疾病和感染性疾病等相關[2]。

1 炎癥性腸病及其免疫調節

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是慢性、非特異性、腸道炎癥性疾病，包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎[3]。IBD主要由腸道免疫系統失調、微生物群紊亂和腸道上皮屏障功能障礙引起，其臨床表現主要為腹瀉、腹痛和直腸出血等。多數患者病情反復發作，可引發腸穿孔、腸梗阻和腸癌等疾病。目前，IBD的致病性和病理學機制尚不明確，且缺乏有效治療藥物。

在IBD的發病機制中，先天性免疫和適應性免疫發揮重要作用。先天免疫細胞可抵御病原體和腸道微生物的過度進入，同時保持對常駐腸道微生物群的免疫耐受性。腸道先天免疫細胞可產生快速和非特異性反應作為一線反應；先天免疫細胞可通過產生細胞因子和趨化因子、激活補體級聯反應和吞噬作用或呈遞抗原，激活免疫應答介導宿主防御反應、炎癥和組織愈合。適應性免疫應答通過B細胞或T細胞特異性激活，主要介導體液免疫和細胞免疫。免疫細胞主要有細胞毒性T細胞、效應T細胞、調節性T細胞、輔助性T細胞和分泌抗體的B細胞[4]。此外，免疫細胞通過分泌促炎細胞因子和抗炎細胞因子等多細胞因子調節腸道穩態[5]。

2 泛素化修飾

泛素、泛素活化酶E1、泛素結合酶E2、泛素連接酶E3和去泛素化酶參與蛋白質的泛素化過程。泛素化是泛素分子在一系列特殊酶的作用下，識別靶蛋白，并對靶蛋白進行特異性修飾的過程[6]。在三磷酸腺苷供能的情況下，泛素活化酶E1與泛素形成硫酯鍵，使泛素與泛素結合酶E2結合，在泛素連接酶E3的作用下，泛素的羧基端與底物蛋白上的賴氨酸殘基形成異肽鍵，對底物蛋白進行泛素化修飾[6]。

泛素是一種高度保守的含有76個氨基酸殘基的蛋白質。根據泛素分子內的賴氨酸殘基，至少可形成7種賴氨酸泛素鏈，包括K6、K11、K27、K29、K33、K48和K63[7]。此外，將泛素的C端甘氨酸鏈接到另一個泛素的N端甲硫氨酸可形成線性泛素鏈M1[7]。蛋白酶體是一種多亞基復合物，可募集蛋白質并水解泛素修飾底物，該過程在細胞信號傳導、轉錄調節和蛋白質穩態中起關鍵作用[8]。泛素化是一個可逆的過程，底物上的泛素鏈可通過去泛素化酶去除并水解成單個泛素分子，該過程稱為去泛素化，在維持泛素系統平衡、限制信號傳導以避免信號通路過度激活等方面起關鍵作用[9]。

3 去泛素化酶的種類與功能

去泛素化酶分為半胱氨酸蛋白酶家族和金屬蛋白酶家族兩大類。半胱氨酸蛋白酶包含泛素羧基末端水解酶、泛素特異性蛋白酶（ubiquitin specific protease，USP）、卵巢腫瘤相關蛋白酶（ovarian tumor-related protease，OTU）、Machado-Joseph結構域蛋白酶、單核細胞趨化蛋白誘導蛋白（monocyte chemotactic protein-induced protein，MCPIP）等。金屬蛋白酶家族只包含MPN（+）/JAMM蛋白酶家族。USP是最大的去泛素化酶家族，在細胞周期、信號傳導、DNA損傷修復、染色體易位、基因轉錄、自噬、內吞和細胞凋亡中發揮調節作用[10]。USP的異常表達或活性阻斷通常會導致組織發育異常，甚至引發一系列疾病[11]。

4 去泛素化酶與IBD

泛素化和去泛素化異常可引發癌癥、代謝綜合征、神經退行性疾病、自身免疫疾病、炎癥性疾病、感染和肌肉營養不良等多種疾病[12]。去泛素化酶及其介導的泛素化和去泛素化修飾在IBD發病機制中發揮重要作用[13]。

4.1 USP家族與IBD

在IBD患者的結腸中，核因子κB（nuclear factorκB，NF-κB）信號通路在促炎因子基因表達、調節炎癥小體、激活炎癥T細胞和先天免疫細胞分化中發揮重要作用[14]。其關鍵激酶IKKβ通過選擇性識別其下游底物p105、p65、IκBα等，參與多種病理生理過程，但上述底物的具體作用機制尚不明確。

CYLD是一種USP家族的去泛素化酶，CYLD基因突變會引發家族性圓柱瘤病。在結腸炎相關腫瘤模型中，CYLD缺陷小鼠易發生結腸炎癥，伴有組織學損傷、白細胞浸潤、發育不良及腸上皮黏膜潰瘍增多等。在CYLD基因缺陷小鼠中，先天性免疫和適應性免疫因子被激活后，B細胞、T細胞和髓系細胞中的NF-κB和c-Jun氨基末端激酶活性增強，腫瘤壞死因子受體相關因子2和NF-κB必需調節劑的泛素化增加，CYLD通過調節體內泛素化來制約炎癥和腫瘤的發生[15]。在嚴重炎癥模型中，CYLD介導的炎癥小體NLRP6的K63連鎖去泛素化可負向調節NLRP6-ASC依賴的炎癥小體活化和白細胞介素（interleukin，IL）-18生成，從而抑制腸道炎癥[16]。在免疫信號傳導中，USP7通過穩定NF-κB促進炎癥信號傳導；在適應性免疫反應期間，USP7通過促進蛋白質的去泛素化、增加穩定性促進腫瘤逃逸；此外，USP7在促進調節性T細胞和效應T細胞的抑制功能中起關鍵作用[17]。

研究證實，IBD患者結腸巨噬細胞中USP16高表達，條件性敲除USP16基因的IBD小鼠的炎癥程度降低[18]。在小鼠結腸炎模型中，與野生型小鼠相比，USP47基因敲除小鼠更易患急慢性結腸炎，炎癥細胞因子表達更高，腸組織損傷更嚴重[19]；USP47通過腸上皮細胞中K63連接的多聚泛素化腫瘤壞死因子受體相關因子6的去泛素化調節腸道炎癥[19]。

轉錄因子的泛素化修飾可調控腸道中免疫細胞的比例和功能。T細胞特異性USP8缺陷小鼠易發展為結腸炎，USP8主要與叉頭盒轉錄因子O1介導的細胞因子受體IL-7Rα的上調有關[20]。腸道中缺乏USP9X的小鼠表現出腫瘤抑制因子F-box和WD40重復域（F-box and WD repeat domain-containing 7，Fbw7）表達減少，而腫瘤抑制因子Fbw7可以c-Myc等癌蛋白為靶點進行泛素化，并在多種人類癌癥中發生突變。因此，USP9X通過調節Fbw7的穩定性抑制腫瘤形成[21]。

在IBD模型中，去泛素化酶與IBD的發病機制相關。USP38是一種新型組蛋白去泛素化酶，可與組蛋白H3K4修飾劑組蛋白去甲基化轉移酶（lysine demethylation 5B，KDM5B）結合并阻止其被蛋白酶體降解，進一步增強KDM5B在炎癥相關基因調控中的功能。USP38-KDM5B被鑒定為一種獨特的染色質修飾復合物，通過調控組蛋白泛素化和甲基化抑制炎癥反應[22]。在實驗性結腸炎或細菌感染模型中發現，USP25缺失可增強免疫反應、促進感染細菌的清除和炎癥的消退，并抑制Wnt等信號通路，從而抑制結腸癌的發生[23]。研究表明，USP25是胃腸道感染和相關癌癥的藥物靶標[23]。

4.2 OTU家族與IBD

卵巢腫瘤結構域蛋白酶（ovarian tumor domainantaining protein，OTUD）1是炎癥、先天性免疫反應、氧化應激反應及活性氧相關細胞死亡途徑的關鍵調節因子[24]。OTUD1通過水解K63連接的泛素鏈調節NF-κB信號通路。研究發現，OTUD1與受體相互作用蛋白激酶1（receptor-interacting protein kinase 1，RIPK1）相互作用，并從RIPK63選擇性地切割K1連接的多泛素鏈以抑制NF-κB必需調節劑的募集[25]。Nemo信號泛素化在調控NF-κB等的活化過程中發揮重要作用，且與IBD的發病密切相關[26]。OTUD1-RIPK1軸可能是IBD治療的潛在靶標[25]。OTUD5是另一種去泛素化酶，可調節先天性免疫細胞和適應性免疫細胞的細胞因子生成。OTUD5在克羅恩病和潰瘍性結腸炎中均過表達，表明這種蛋白質參與IBD異常細胞因子反應的擴增[27]。

A20是一種有效的抗炎分子，編碼A20的基因發生突變與人、小鼠的各種炎癥病理有關。A20可發揮泛素編輯酶作用，抑制NF-κB信號通路，從而發揮抗炎作用[28]。特異性敲除小鼠腸上皮細胞中A20后，并未發生自發性腸道炎癥，但對葡聚糖硫酸鈉鹽誘導的結腸炎的敏感性增加，并抑制葡聚糖硫酸鈉鹽誘導的急性腸道炎癥的恢復，表明A20在緩解腸道炎癥和促進腸上皮損傷后恢復等方面可發揮作用[29]。A20和ABIN-1通過抑制胱天蛋白酶8的激活和細胞凋亡信號通路共同預防腸上皮細胞的死亡[30]。A20和ABIN-1也可調節RIPK1的不同泛素化事件，影響RIPK1磷酸化和RIPK1激酶活性，抑制RIPK1介導的壞死[30]。此外，A20也可通過對樹突狀細胞功能的調控，參與IBD的發生和發展[31]。

4.3 半胱氨酸蛋白酶家族的其他酶與IBD

Sigma-1受體具有抗炎作用。Sigma-1激動劑氟伏沙明可顯著減輕結腸損傷，增加泛素C端水解酶連接酶-1和內皮型一氧化氮合酶的水平，并降低IL-6和誘導一氧化氮合酶的表達水平[32]。

黏蛋白2（mucoprotein 2，MUC2）是結腸黏液層的成分之一，其表達在腸道穩態中起重要作用。去泛素化酶ZRANB1的443氨基酸位置發生突變，半胱氨酸變為絲氨酸，從而影響泛素的形成。研究表明，ZRANB1調節MUC2的表達和腸道炎癥，這可能有助于闡明IBD的發病機制并開發靶向ZRANB1的新療法[33]。

MCPIP-1在活化的免疫細胞中高表達，在負調節免疫反應中起重要作用。MCPIP-1可顯著下調活性氧和促炎細胞因子的生成，并抑制IBD中性粒細胞的遷移。靶向MCPIP-1有可能為IBD的治療提供新方法[34]。

5 小結與展望

本文綜述去泛素化酶與IBD發病機制之間的關系。去泛素化酶是IBD的重要調節因子，在調節蛋白質翻譯后修飾中起重要作用。在調節蛋白質活化和降解方面，去泛素化酶對蛋白質的修飾可為炎癥的有效治療提供新思路。因此，仍需對USP進行更深入的研究以探索其調控機制。