泛素-蛋白酶體系統(tǒng)與自身免疫病

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteasome system，UPS）是一種存在于真核細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷（ATP）依賴的高選擇性蛋白質(zhì)降解體系，具有清除衰老、損傷以及錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的功能。它參與調(diào)節(jié)炎癥、免疫應(yīng)答、細(xì)胞周期、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多種重要生物學(xué)功能。其異?？梢鸺?xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調(diào)，導(dǎo)致腫瘤、神經(jīng)變性疾病、心血管疾病、腎病等多類疾病。近年研究證實(shí)，UPS與自身免疫性疾病密切相關(guān)，可能參與系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、干燥綜合征、血清陰性脊柱關(guān)節(jié)病、多發(fā)性肌炎一硬皮病等重要疾病的發(fā)生和發(fā)展。本文擬就UPS與自身免疫性疾病關(guān)系的研究現(xiàn)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(xué)獎(jiǎng)獲得者Aaron Ciechanover、AvramHershko和Irwin Rose在20世紀(jì)70年代晚期和20世紀(jì)80年代初期揭示了蛋白質(zhì)降解在細(xì)胞中的作用及泛素介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解過程，這整個(gè)系統(tǒng)被稱為UPS。該系統(tǒng)能降解細(xì)胞內(nèi)70%-90%的蛋白質(zhì)，通過對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行泛素化而發(fā)生一系列酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而使泛素化蛋白質(zhì)被蛋白酶體降解或發(fā)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(jié)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(gè)由76個(gè)氨基酸組成的高度保守的多肽鏈，主要功能是標(biāo)記需要降解的蛋白質(zhì)。E3是泛素化過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶，能特異性識(shí)別和結(jié)合靶蛋白，決定了UPS高度的專一性和選擇性。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，E3主要分為HECT（homologous to E6AP C-terminus）家族和RING（really interesting new gene）家族兩類，前者以ITCH和Nedd4為代表，后者以CBI-B和GRAIL為代表。蛋白酶體多為26S蛋白酶體，足一個(gè)由20S催化顆粒、11S調(diào)控因子和2個(gè)19S調(diào)節(jié)顆粒組成的ATP依賴性蛋白水解酶復(fù)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(zhì)。近來研究發(fā)現(xiàn)，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(fù)向調(diào)節(jié)，賦予UPS過程的可逆性，并通過UPS的發(fā)展方向調(diào)節(jié)或影響多種細(xì)胞活動(dòng)。

1.2 UPS的基本過程：蛋白質(zhì)經(jīng)UPS降解包括一系列復(fù)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(gè)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(zhuǎn)移到E2上；③靶蛋白泛素化，即E3識(shí)別待降解的靶蛋白，并將結(jié)合在F2上的泛素連接到靶蛋白上；④靶蛋白聚泛素化，即結(jié)合E2的泛素通過或不通過E3繼續(xù)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(shí)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(fù)循環(huán)的泛素。

近年研究表明，除上述經(jīng)典途徑外，泛素能直接與靶蛋白結(jié)合，以胞內(nèi)游離狀態(tài)形成一種非固定性聚泛素鏈，參與免疫反應(yīng)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1（TAK1）和IKK激酶，調(diào)節(jié)核因子-κB信號(hào)通路，但該泛素途徑的作用機(jī)制及功能是否有別于經(jīng)典途徑，尚需進(jìn)一步研究明確。

2 UPS與免疫系統(tǒng)

2.1 UPS與固有免疫：固有免疫是機(jī)體與生俱有的抵抗體外病原體侵襲、清除體內(nèi)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(xì)胞后，機(jī)體固有免疫系統(tǒng)通過模式識(shí)別受體（PRR），如Toll樣受體（TLR）、RIG-1樣受體（RLR）、NOD樣受體（NLR）等，識(shí)別并結(jié)合病原體相關(guān)分子模式（PAMP），活化核因子-κB、干擾調(diào)節(jié)因子（IRF）家族等轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)釋放多種細(xì)胞因子和炎性趨化因子，保護(hù)機(jī)體不發(fā)生病原體感染。而病原體可通過泛素化降解宿主體內(nèi)抗微生物關(guān)鍵蛋白米逃逸免疫系統(tǒng)，亦可干擾或逆轉(zhuǎn)自噬與泛素化修飾，從而感染宿主細(xì)胞。

UPS通過重要蛋白泛素化或聚泛素化參與抗感染機(jī)制主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①TLR結(jié)合PAMPs并識(shí)別病原體后，受體相互作用蛋白2（RIP2）泛素化并激活核因子一KB和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路。而RIP2和泛素連接酶TRIM25的K63聚泛素化分別是NOD2介導(dǎo)的MAPK和核因子-KB信號(hào)通路以及RIG-I信號(hào)通路的必需環(huán)節(jié)；②泛素連接酶TRIM 5作為固有免疫感受器，能夠發(fā)現(xiàn)入侵的逆轉(zhuǎn)錄病毒，并泛素化降解逆轉(zhuǎn)錄病毒的衣殼蛋白質(zhì)；③泛素選擇性標(biāo)記病原體后，泛素連接蛋白p62，NDP52和OPTN連接泛素標(biāo)記的病原體并在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)局部化形成自噬體，以自噬的方式清除病原體吲。

同時(shí)，UPS對(duì)固有免疫的影響受DUBS負(fù)性調(diào)節(jié)，最主要的2種DUBs為A20（又稱TNFAIP3）和CYLD。A20能夠轉(zhuǎn)移或抑制TRAF6的K63聚泛素化，抑制核因子-κB活化，下調(diào)核因子-κB信號(hào)通路，又能阻斷E3和E2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(diào)核因子-κB信號(hào)通路，以及RLR、腫瘤壞死因子受體（TNFR）、B細(xì)胞受體（BCR）和T細(xì)胞受體（TCR）等。此外，研究發(fā)現(xiàn)CYLD能通過作用于干擾素受體（IFNR）信號(hào)通路，參與調(diào)節(jié)抗病毒免疫。

2.2 UPS與獲得性免疫：獲得性免疫由T細(xì)胞和B細(xì)胞介導(dǎo)，具有特異性識(shí)別并清除外源性抗原的功能，但對(duì)自身抗原物質(zhì)表現(xiàn)為免疫耐受。UPS通過蛋白質(zhì)水解或非蛋白質(zhì)水解機(jī)制調(diào)控這一網(wǎng)絡(luò)，維持著免疫應(yīng)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(zhì)只有經(jīng)UPS分解處理為多肽抗原后才能被主要組織相容性復(fù)合體（MHC）Ⅰ類分子攝取。當(dāng)抑制UPS時(shí)，MHC Ⅰ類分子的數(shù)量和質(zhì)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(huán)節(jié)，同時(shí)也調(diào)控著MHCⅡ類分子途徑。MHCⅡ類分子異常泛素化能使抗原提呈細(xì)胞成熟終止，過量的MHCⅡ類分子堆積在抗原提呈細(xì)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(diào)控MHCⅡ類分子在抗原提呈細(xì)胞表面的表達(dá)，這對(duì)正確有效的抗原提呈具有重要意義。

在T細(xì)胞和B細(xì)胞信號(hào)通路中，UPS參與調(diào)節(jié)TCR、BCR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)通路，如鈣/鈣調(diào)磷酸酶途徑、核因子-κB、轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β介導(dǎo)的重要信號(hào)通路等。一方面，UPS介導(dǎo)活化MAPK和核因子-κB信號(hào)通路下游的CD40和BAFF受體，調(diào)控B細(xì)胞的存活、成熟與活化。另一方面，UPS誘導(dǎo)T細(xì)胞活化或無能，調(diào)節(jié)TCR下游信號(hào)通路。當(dāng)TCR活化后，蛋白激酶C活化并募集，形成CARMA1、BCL-10和MALT1蛋白復(fù)合物，MALT1活化TRAF6，并進(jìn)一步激活E3以及MAPK和核因子-KB信號(hào)通路。泛素連接酶ITCH可作用于協(xié)同共刺激分子CD28信號(hào)通路，負(fù)性調(diào)控TCR活性，減少T細(xì)胞活化。當(dāng)缺乏共刺激信號(hào)時(shí)，ITCH、GRAIL、CBL-B等泛素連接酶則誘導(dǎo)T細(xì)胞無能。另有研究發(fā)現(xiàn)，ITCH、CBL-B、PELII缺陷可使T細(xì)胞過度活化，以致發(fā)生嚴(yán)重自身免疫紊亂。由此可見，UPS對(duì)T、B細(xì)胞功能和免疫應(yīng)答結(jié)局具有重要調(diào)節(jié)作用。

3 UPS與自身免疫病

3.1 UPS與系統(tǒng)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(tǒng)損害和多種自身抗體形成為主要特點(diǎn)。在SLE患者體內(nèi)可檢測到針對(duì)UPS成分的抗體表達(dá)增強(qiáng)，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(diào)控因子的亞單位）。抗Ki抗體高表達(dá)的SLE患者常表現(xiàn)為sicca綜合征（眼干、口干、外分泌腺淋巴細(xì)胞浸潤等）、持續(xù)性關(guān)節(jié)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(huán)20S蛋白酶體水平明顯增高，且與疾病活動(dòng)度平行相關(guān)。

對(duì)SLE患者進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析結(jié)果顯示，去泛素化酶A20與SLE發(fā)病及系統(tǒng)損害情況密切相關(guān)。A20的F127C序列變異與SLE患者的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)，相反，A125V序列變異改變A20去泛素化活性，是SLE的一個(gè)保護(hù)性因子，而A20 rs5029939變異能使SLE患者出現(xiàn)腎臟和血液系統(tǒng)損害的概率增加2倍。

動(dòng)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(yīng)中起著關(guān)鍵性作用，可能與SLE發(fā)病有關(guān)。Vinuesa等發(fā)現(xiàn)敲除Roquin小鼠表現(xiàn)出類似SLE的白身免疫性綜合征，如抗核抗體陽性，抗雙鏈DNA（dsDNA）抗體陽性，淋巴結(jié)病，伴IgG免疫復(fù)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(dǎo)致明顯的自身免疫反應(yīng)，但其具體機(jī)制有待進(jìn)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?？?/span>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(shí)別底物為R052抗原。R052，又名TRIM21，具有泛素連接酶活性，能介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子IRF3、IRF5、IRF7和IRF8泛素化，調(diào)節(jié)促炎性細(xì)胞因子和1型干擾素的生成。R052還具有調(diào)節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄加工，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)CD28介導(dǎo)的白細(xì)胞介素（IL）-2產(chǎn)生等功能。在SS和SLE患者外周血中，R052的表達(dá)均顯著增加，減少R052能部分恢復(fù)細(xì)胞活性，這表明R052可能參與SLE和SS的發(fā)病過程，促進(jìn)免疫炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡以及T細(xì)胞和B細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常是其可能的作用機(jī)制。

在SS患者體內(nèi)也可檢測到表達(dá)增高的抗PA28α抗體和抗Ki抗體，而與抗Ki抗體高表達(dá)相關(guān)的眼干、口干、外分泌腺淋巴細(xì)胞浸潤等是SS相對(duì)特異的臨床特點(diǎn)。因此推測，R052和Ki抗原不僅參與SLE和SS的發(fā)病過程，而且可能是臨床上SLE容易出現(xiàn)繼發(fā)性SS或者合并SS的機(jī)制之一，但仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.3 UPS與類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（theumatoid arthritis，RA）：RA主要表現(xiàn)為慢性對(duì)稱性關(guān)節(jié)滑膜炎?；に兀ㄓ置?/span>Hrd1）作為RA新型致病因子之一，實(shí)質(zhì)上為一種泛素連接酶，高表達(dá)于RA患者及小鼠的滑膜組織中。當(dāng)滑膜素過度表達(dá)時(shí)，腫瘤壞死因子（TNF）-α和IL-1β等炎性因子水平增高，抑制膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎小鼠滑膜細(xì)胞凋亡，滑膜組織顯著增生，誘發(fā)關(guān)節(jié)炎；而敲除滑膜素基因后，炎性因子水平下降，小鼠滑膜細(xì)胞凋亡增加，抑制關(guān)節(jié)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(dá)，c-MRI轉(zhuǎn)基因能明顯下調(diào)TNF-α和IL-6水平，抑制關(guān)節(jié)炎癥。

其他動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶體抑制劑MG132能夠抑制核因子-κB活化，減少細(xì)胞黏附分子、神經(jīng)肽P物質(zhì)和降鈣素基因相關(guān)肽的表達(dá)，從而顯著減少RA小鼠的關(guān)節(jié)炎癥、炎性疼痛以及關(guān)節(jié)破壞程度。泛素連接酶MuRF1和atrogin-1在RA肌肉中高表達(dá)，可能與RA伴骨骼肌減少相關(guān)；而泛素連接酶Smurf1通過促進(jìn)Smad1和Runx2泛素化降解，可介導(dǎo)RA發(fā)生系統(tǒng)性骨質(zhì)丟失。

3.4 UPS與血清陰性脊柱關(guān)節(jié)病（seronegative spondy-loarthropathy，SpA）：血SpA是指血清類風(fēng)濕因子陰性，脊柱關(guān)節(jié)受累的一組疾病的總稱，包括強(qiáng)直性脊柱炎（AS）、反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎、銀屑病關(guān)節(jié)炎、炎癥性腸病關(guān)節(jié)炎、未分化脊柱關(guān)節(jié)病等。大部分SpA患者，尤其AS患者，有HLA-B27陽性的特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，AS患者單核細(xì)胞高表達(dá)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(diào)節(jié)TLR、整合素、血管內(nèi)皮生長因子等通路上調(diào)HLA-B27表達(dá)。當(dāng)PA28存在時(shí)，HLA-B27限制性片段SRYWAIRTR的表達(dá)可增加4倍，NRELIQQEL的表達(dá)增加3倍。外，HLA-B27錯(cuò)誤折疊是SpA的發(fā)病機(jī)制之一，UPS可通過調(diào)節(jié)DNA修復(fù)、細(xì)胞凋亡等途徑參與HLA-B27錯(cuò)誤折疊，從而影響SpA的發(fā)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(fā)性肌炎一硬皮病重疊綜合征相關(guān)的自身抗原，后來發(fā)現(xiàn)Ku70在DNA修復(fù)中發(fā)揮重要作用。Gama等發(fā)現(xiàn)凋亡細(xì)胞內(nèi)泛素化Ku70表達(dá)增加，而蛋白酶體抑制劑能減少凋亡細(xì)胞內(nèi)Ku70水平。這提示Ku70的泛素化可能與多發(fā)性肌炎一硬皮病相關(guān)。與SLE相似，在混合性結(jié)締組織病（MCTD）患者血清中也可檢測到與疾病活動(dòng)度相關(guān)的高水平循環(huán)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(fā)性硬化、哮喘等多種自身免疫相關(guān)性疾病的發(fā)病過程。

綜上所述，UPS是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，通過高效、高選擇性的降解蛋白質(zhì)調(diào)控機(jī)體免疫應(yīng)答平衡，參與多種自身免疫病的發(fā)生和發(fā)展。其與SLE、干燥綜合征、RA、血清陰性脊柱關(guān)節(jié)病等多種疾病關(guān)系的研究日益受到關(guān)注。但是，UPS與自身免疫性疾病的關(guān)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(jī)制，以及如何通過調(diào)控UPS治療自身免疫病等問題均有待進(jìn)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。