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119・
・综述・
蛋白质泛素化修饰调控创面愈合机制研究进展
吴珊姚敏
Advancesintheresearchofmechanismofproteinubiquiti-
nation
1调控创面炎症反应
inwoundhealingWuShan,YaoMin.Departmentof
组织损伤后即伴随炎症反应发生,NF—KB信号通路是目前较为明确的炎症相关信号通路。NF—KB活
BurnsandInstituteTong
PlasticSurgery,ShanghaiThirdPeople’SHospital,
ofTraumaMedicine,SchoolofMedicine,ShanghaiJiao
j
University,Shanghai201900,China
化可诱导多种基因的表达,产生多种细胞因子促进炎症反应
small
Correspondingauthor:YaoMin,Email:my058@vip.sina.corn
【Abstract】
tein,plays
an
Ubiquitin,a
important
critical
发生,影响细胞增殖、凋亡,参与创面愈合与肿瘤发生发展。
在创面愈合早期,炎症反应有利于炎性细胞、炎症介质等到达组织损伤部位,参与免疫反应,在抵抗病原微生物入侵的同时,清除变性、坏死的组织,为创面愈合奠定基础。泛素化可通过激活NF—KB信号通路,促进炎症反应的发生。
在IL.113和TNF一0【活化NF.KB信号通路的经典途径中,泛素
molecular
pro.
role
a
in
regulatingmultiplesignaling
pathways.Ubiquitinationisducedbyubiquitinthrough
reaction.Alarge
post—translationalmodificationin—ATP-dependentenzymecatalyzed
an
numberofproteinsinthecomplicatedsignaling
re・
networkparticipateinwoundhealing.Thispaperreviewsthesearchprogressinregulation
of
ubiquitinand
recent
ubiquitinationfor
years.
化通过降解NF—KB抑制蛋白(IKB)活化NF—KB,以激活相关基因转录,调控炎症反应。泛素连接酶TNF受体相关因子6
(TRAF6)是一种重要的NF.KB调节子,在LPS激活NF—KB
woundhealingprocessesregardingthe
【Keywords】
NF-kappaB;
Ubiquitinatedproteins;
Woundhealing;
Re—
Inflammatoryresponse;
Angiogenesis;
的途径中,TRAF6作为泛素连接酶复合物的组成部分之一,与泛素结合酶E2复合物Ubcl3-UevlA共同催化K63连接
epithelialization
Fund
program:National
NaturalScienceFoundationof
的多聚泛素化链的形成,活化IKB激酶(IKK)的激酶TGF一13
China(81272113)
【关键词】泛素化蛋白;伤El愈合;
反应;血管生成;再上皮化
基金项目:国家自然科学基金(81272113)
活化激酶1,TGF-13活化激酶1再通过磷酸化IKKl3活化
NF—KB;
炎症
IKK,激活NF.KB信号通路¨o。xu等"o利用四环素诱导及
RNA干扰技术,下调人脐静脉内皮细胞中泛素基因的表达,
从基因水平研究IL-113及TNF—Ct活化IKK的机制,证实泛素
创面愈合是机体通过再生、修复等方式弥补损伤所致的组织缺失以及恢复受损组织结构和功能完整性的过程,该过程涉及炎症反应、血管新生、细胞增殖、ECM沉积、再上皮化以及基质重塑等多个方面。创面愈合过程中,炎性细胞为创面再上皮化及肉芽组织形成作准备;表皮KC、Fb和血管内皮细胞(VEC)等通过增殖、分化、迁移及分泌ECM参与组织修复,通过分泌蛋白酶催化胶原降解,促进组织重塑。
泛素是真核生物内由76个氨基酸组成的、高度保守的
小分子蛋白质,分子量8.5×103,因可与机体内多种蛋白结
化对于IL一1B及TNF—Ot诱导IKK活化是必需的,IL一113诱导
IKK活化需要由Ubel3催化的IL一1受体相关激酶发生K63
多聚泛素化,而TNF—Ot诱导IKK活化则依赖Ubc5和凋亡抑制子1共同催化的受体相互作用蛋白l(RIPl)发生多聚泛
素化。
在创面愈合中、后期,过度或持续活化的NF-KB刺激炎性细胞、Fb等产生并释放过多的促炎介质,可引发SIRS甚至MODS。NF—KB活化后,可诱导具有泛素化及去泛素化双重活性的蛋白酶A20的表达。Lee等‘10‘利用A20基因敲除
小鼠研究A20对TNF诱导的NF—KB应答及细胞死亡的调
合并发挥生物学作用而得名。泛素化为需能酶促反应,即在ATP、泛素激活酶E1、泛素结合酶E2及泛素连接酶E3的作用下,催化底物或这3种酶自身的特异性赖氨酸残基被泛素
共价修饰。
控,结果显示A20基因敲除小鼠由于对TNF.0【及LPS高度敏感,而因MODS和恶病质死亡,表明A20具有通过终止TNF诱导的NF—KB应答,限制炎症反应的重要作用。随后,大量研究证实,A20基因异常与系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、1型糖尿病及克罗恩病等多种自身免疫性疾病密切相关…j。以上研究均提示,A20在限制炎症反应中具有重要作用。在此基础上,Lin等。12。的研究从分子水平阐明了A20
抑制NF-KB活化的机制:A20N端DUB结构域可催化TRAF6和RIP的K63多聚泛素化链发生去泛素化,A20C端锌指结构域介导RIP发生K48多聚泛素化降解,阻断NF.KB
机体内多种蛋白的水平及功能状态的变化可影响创面愈合过程中各种生物学事件的发生发展。泛素化作为常见的蛋白翻译后修饰手段,既能通过蛋白酶体降解被标记的蛋白,还能通过改变蛋白在细胞内的功能、定位及稳定性,调控
这些蛋白所参与的多种信号传导过程。1‘7l。本文根据国内外
现有研究,对蛋白质泛素化修饰调控创面愈合机制研究进展
进行综述。
信号通路中上游信号蛋白IKK的活化。
DOI:10.3760/cma.j.issn.1009—2587.2016.02.013
泛素蛋白连接酶鼠双微体2(MDM2)是近年来肿瘤发生及转移领域的研究热点,且MDM2在NF.KB介导的炎症反应过程中发挥重要作用。Heyne等¨3。的研究显示,MDM2N端的酸性锌指结构域通过与NF.KBN端p65RelA亚基结合,
作者单位:201900上海交通大学医学院附属第三人民医院烧伤整形科,创伤医学研究所
通信作者:姚敏,Email:my058@vip.sina.com
万方数据
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垦!堕!星!翌!:!!!翌!翌!!!!!!!!:j!:堕!:!
使p65RelA在细胞核内发生泛素化修饰,阻碍NF—KB与DNA结合基序的结合,以抑制NF-zB下游基因的转录活化
和NF—KB诱导的炎症反应,来防止炎症慢性化。而NF—KB
的持续活化可诱导MDM2表达上调,MDM2可通过泛素化降解p53,解除p53对细胞周期的阻遏作用,促进细胞再生、增
殖及迁移¨4‘1“。
2调控创面血管新生
创面血管新生是在创面残存血管床的基础上,VEC在
多种促血管生成因子刺激下,发生增殖迁移,并建立细胞间
连接,形成新的血管网络的过程。低氧诱导因子1仪
(HIF—l仪)是可调节缺氧反应相关基因表达的重要转录因
子。组织损伤后形成的局部缺氧环境,诱导HIF一10L亚基表达增加、并与HIF—lB亚基形成二聚体,而后与血管新生相关基因的低氧反应元件结合,调节相关基因转录,参与调控血
管新生‘1…。而在组织氧供正常时,HIF一1OL分泌水平极微,
且在含脯氨酰羟化酶结构域的蛋白作用下发生羟化反应,并通过泛素一蛋白酶体途径降解Ⅲ。。
Frew等‘1引的研究表明,Siah2基因部分敲除的小鼠胚胎
Fb表达HIF一1仅的水平显著下降,由HIF一1a诱导的血管内
皮生长因子(VEGF)的表达也减少;而对小鼠的Siah2基因
进行完全敲除,可导致其早期胚胎死亡。进一步研究表明,Siah2可通过泛素一蛋白酶体途径降解含脯氨酰羟化酶结构域的蛋白,诱导并稳定HIF一10【表达,保证缺氧状态下HIF—ld
的浓度”…。
血管生成促进因子和抑制因子协同作用以保持血管新生平衡。大量研究表明,VEGF信号促进血管新生,Notch信号通过降低VEC对促血管生长因子的反应性,抑制血管新生,两者共同调节血管生成的平衡心“2“。Ohnuki等[23]研究显示,在VEGF—A刺激下人脐静脉内皮细胞中泛素连接酶慢性B淋巴细胞白血病/淋巴瘤相关锌指蛋白(BAZF)表达上调,并进入细胞核,与Notch信号通路中转录因子C启动子结合因子1(CBFl)结合,形成Cullin3一CBFl一BAZF复合物,通过多聚泛素化降解CBFl;小鼠皮肤创伤模型中BAZF基
因敲除的小鼠创缘血管化水平较正常小鼠明显降低,且创面
愈合延迟。该研究结果表明,泛素连接酶BAZF可通过降解
CBFl解除Notch信号对血管生成的静止作用,提示泛素化
修饰可通过调控血管新生中VEGF信号及Notch信号,维持血管生成平衡。
3调控创面基质重塑及再上皮化
整合素d5Bl作为受体所介导的内吞作用,在ECM生成、降解和再利用的创面重塑过程中发挥关键作用“4。
Lobert等心53研究显示,泛素化可通过对整合素ct581的修
饰,来降解纤维连接蛋白(FN)-整合素复合物,并调控Fb的迁移。Hsia等‘2刮通过将不表达FN的中国仓鼠卵巢细胞和小鼠胚胎Fb暴露于外源性FN,探讨FN对整合素o【5的影响。结果显示,在细胞外无FN时,整合素0【5胞内尾区的赖氨酸残基可发生泛素化降解。提示在细胞黏附和迁移过程
中,泛素化可通过对相关蛋白的修饰作用,参与创面基质重塑调控。
万方数据
创面愈合过程中,再生的上皮细胞覆盖创面标志着创面
愈合。Mulay等。27。在急性缺血后肾损伤小鼠模型的研究中
证实,MDM2可通过泛素化降解p53、解除p53对细胞周期的遏制来抑制细胞凋亡,并促进急性。肾损伤后肾小管上皮细胞的再生。Hagemann等。2副在此基础上,通过过表达转录因子Nrf2来上调MDM2,并观察肾小管上皮细胞损伤愈合情况。结果显示,上调MDM2使肾小管上皮细胞的成活、增殖水平增高,创面愈合速度加快。皮肤创面表皮再生主要依赖KC的增殖和迁移,虽然目前暂无有关MDM2在皮肤创面愈合中的作用的研究,但皮肤创面再上皮化作为创伤愈合的关键
组成部分之一,与肾小管上皮细胞再生有相似之处。以上研
究结果提示,MDM2可通过泛素化修饰参与皮肤创面再上皮
化过程的调控。
上皮问质转化(EMT)是机体正常发育、创伤愈合和恶性上皮肿瘤发生的基础。创缘的KC发生EMT后,其形态和功能发生改变并获得迁移能力,由创缘迁移至组织损伤修复区域并进行增殖,填补组织缺损。在表皮细胞再生的后期,Kc经EMT重新获得上皮特性以覆盖创面。Zhang等’2”的研究显示,信号蛋白Smad7可通过抑制受体调节型R—Smad信号蛋白的磷酸化和诱导TGF.p,受体降解,负反馈调节Smad信号,并抑制EMT的发生。在此基础上,Park等¨叫的研究证实,泛素连接酶Itch通过泛素化修饰并降解Smad
7,
正调控TGF.B信号及后续EMT相关基因的表达。以上研究提示,泛素化可通过修饰EMT相关信号蛋白,调控创面愈合过程中的基质形成和再上皮化。
EGF与其受体结合后,可诱导皮肤干细胞快速定向分化,促进损伤皮肤再生。Rush等’31。在利用RNA干扰技术及药物抑制泛素连接酶c—Cbl后,角膜上皮细胞内EGF受体(EGFR)发生的配体依赖的泛素化水平下降,EGFR寿命延长,且创面愈合情况更好。该研究结果表明,c—Cbl可通过泛素化修饰降解EGFR,抑制损伤角膜上皮化,提示c—Cbl可能成为促进创面再上皮化的治疗靶点,但目前暂无有关c—Cbl在皮肤创伤愈合中的作用的研究,其是否具有调控皮肤创面再上皮化的作用,需要进一步研究阐明。
4小结
综上所述,泛素化修饰参与了创面愈合过程中的炎症反应、血管新生、基质重塑和创面再上皮化过程,调控了相关蛋白在机体内的水平和功能状态。机体内蛋白水平和功能状态的紊乱与创伤后炎症过度、组织损伤加重、创面难愈、组织
恶变等多种疾病转归密切相关。目前有关泛素化调控皮肤
中蛋白水平及功能的研究尚较少,在今后的研究中,应进一步深入探讨蛋白质泛素化修饰调控皮肤创面愈合的机制,将
研究成果转化并应用于临床,以期为临床治疗难愈性创面提
供新策略。
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(收稿日期:2015-03一16)
(本文编辑:程林)
本文引用格式
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反应;血管生成;再上皮化
基金项目:国家自然科学基金(81272113)
活化激酶1,TGF-13活化激酶1再通过磷酸化IKKl3活化
NF—KB;
炎症
IKK,激活NF.KB信号通路¨o。xu等"o利用四环素诱导及
RNA干扰技术,下调人脐静脉内皮细胞中泛素基因的表达,
从基因水平研究IL-113及TNF—Ct活化IKK的机制,证实泛素
创面愈合是机体通过再生、修复等方式弥补损伤所致的组织缺失以及恢复受损组织结构和功能完整性的过程,该过程涉及炎症反应、血管新生、细胞增殖、ECM沉积、再上皮化以及基质重塑等多个方面。创面愈合过程中,炎性细胞为创面再上皮化及肉芽组织形成作准备;表皮KC、Fb和血管内皮细胞(VEC)等通过增殖、分化、迁移及分泌ECM参与组织修复,通过分泌蛋白酶催化胶原降解,促进组织重塑。
泛素是真核生物内由76个氨基酸组成的、高度保守的
小分子蛋白质,分子量8.5×103,因可与机体内多种蛋白结
化对于IL一1B及TNF—Ot诱导IKK活化是必需的,IL一113诱导
IKK活化需要由Ubel3催化的IL一1受体相关激酶发生K63
多聚泛素化,而TNF—Ot诱导IKK活化则依赖Ubc5和凋亡抑制子1共同催化的受体相互作用蛋白l(RIPl)发生多聚泛
素化。
在创面愈合中、后期,过度或持续活化的NF-KB刺激炎性细胞、Fb等产生并释放过多的促炎介质,可引发SIRS甚至MODS。NF—KB活化后,可诱导具有泛素化及去泛素化双重活性的蛋白酶A20的表达。Lee等‘10‘利用A20基因敲除
小鼠研究A20对TNF诱导的NF—KB应答及细胞死亡的调
合并发挥生物学作用而得名。泛素化为需能酶促反应,即在ATP、泛素激活酶E1、泛素结合酶E2及泛素连接酶E3的作用下,催化底物或这3种酶自身的特异性赖氨酸残基被泛素
共价修饰。
控,结果显示A20基因敲除小鼠由于对TNF.0【及LPS高度敏感,而因MODS和恶病质死亡,表明A20具有通过终止TNF诱导的NF—KB应答,限制炎症反应的重要作用。随后,大量研究证实,A20基因异常与系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、1型糖尿病及克罗恩病等多种自身免疫性疾病密切相关…j。以上研究均提示,A20在限制炎症反应中具有重要作用。在此基础上,Lin等。12。的研究从分子水平阐明了A20
抑制NF-KB活化的机制:A20N端DUB结构域可催化TRAF6和RIP的K63多聚泛素化链发生去泛素化,A20C端锌指结构域介导RIP发生K48多聚泛素化降解,阻断NF.KB
机体内多种蛋白的水平及功能状态的变化可影响创面愈合过程中各种生物学事件的发生发展。泛素化作为常见的蛋白翻译后修饰手段,既能通过蛋白酶体降解被标记的蛋白,还能通过改变蛋白在细胞内的功能、定位及稳定性,调控
这些蛋白所参与的多种信号传导过程。1‘7l。本文根据国内外
现有研究,对蛋白质泛素化修饰调控创面愈合机制研究进展
进行综述。
信号通路中上游信号蛋白IKK的活化。
DOI:10.3760/cma.j.issn.1009—2587.2016.02.013
泛素蛋白连接酶鼠双微体2(MDM2)是近年来肿瘤发生及转移领域的研究热点,且MDM2在NF.KB介导的炎症反应过程中发挥重要作用。Heyne等¨3。的研究显示,MDM2N端的酸性锌指结构域通过与NF.KBN端p65RelA亚基结合,
作者单位:201900上海交通大学医学院附属第三人民医院烧伤整形科,创伤医学研究所
通信作者:姚敏,Email:my058@vip.sina.com
万方数据
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使p65RelA在细胞核内发生泛素化修饰,阻碍NF—KB与DNA结合基序的结合,以抑制NF-zB下游基因的转录活化
和NF—KB诱导的炎症反应,来防止炎症慢性化。而NF—KB
的持续活化可诱导MDM2表达上调,MDM2可通过泛素化降解p53,解除p53对细胞周期的阻遏作用,促进细胞再生、增
殖及迁移¨4‘1“。
2调控创面血管新生
创面血管新生是在创面残存血管床的基础上,VEC在
多种促血管生成因子刺激下,发生增殖迁移,并建立细胞间
连接,形成新的血管网络的过程。低氧诱导因子1仪
(HIF—l仪)是可调节缺氧反应相关基因表达的重要转录因
子。组织损伤后形成的局部缺氧环境,诱导HIF一10L亚基表达增加、并与HIF—lB亚基形成二聚体,而后与血管新生相关基因的低氧反应元件结合,调节相关基因转录,参与调控血
管新生‘1…。而在组织氧供正常时,HIF一1OL分泌水平极微,
且在含脯氨酰羟化酶结构域的蛋白作用下发生羟化反应,并通过泛素一蛋白酶体途径降解Ⅲ。。
Frew等‘1引的研究表明,Siah2基因部分敲除的小鼠胚胎
Fb表达HIF一1仅的水平显著下降,由HIF一1a诱导的血管内
皮生长因子(VEGF)的表达也减少;而对小鼠的Siah2基因
进行完全敲除,可导致其早期胚胎死亡。进一步研究表明,Siah2可通过泛素一蛋白酶体途径降解含脯氨酰羟化酶结构域的蛋白,诱导并稳定HIF一10【表达,保证缺氧状态下HIF—ld
的浓度”…。
血管生成促进因子和抑制因子协同作用以保持血管新生平衡。大量研究表明,VEGF信号促进血管新生,Notch信号通过降低VEC对促血管生长因子的反应性,抑制血管新生,两者共同调节血管生成的平衡心“2“。Ohnuki等[23]研究显示,在VEGF—A刺激下人脐静脉内皮细胞中泛素连接酶慢性B淋巴细胞白血病/淋巴瘤相关锌指蛋白(BAZF)表达上调,并进入细胞核,与Notch信号通路中转录因子C启动子结合因子1(CBFl)结合,形成Cullin3一CBFl一BAZF复合物,通过多聚泛素化降解CBFl;小鼠皮肤创伤模型中BAZF基
因敲除的小鼠创缘血管化水平较正常小鼠明显降低,且创面
愈合延迟。该研究结果表明,泛素连接酶BAZF可通过降解
CBFl解除Notch信号对血管生成的静止作用,提示泛素化
修饰可通过调控血管新生中VEGF信号及Notch信号,维持血管生成平衡。
3调控创面基质重塑及再上皮化
整合素d5Bl作为受体所介导的内吞作用,在ECM生成、降解和再利用的创面重塑过程中发挥关键作用“4。
Lobert等心53研究显示,泛素化可通过对整合素ct581的修
饰,来降解纤维连接蛋白(FN)-整合素复合物,并调控Fb的迁移。Hsia等‘2刮通过将不表达FN的中国仓鼠卵巢细胞和小鼠胚胎Fb暴露于外源性FN,探讨FN对整合素o【5的影响。结果显示,在细胞外无FN时,整合素0【5胞内尾区的赖氨酸残基可发生泛素化降解。提示在细胞黏附和迁移过程
中,泛素化可通过对相关蛋白的修饰作用,参与创面基质重塑调控。
万方数据
创面愈合过程中,再生的上皮细胞覆盖创面标志着创面
愈合。Mulay等。27。在急性缺血后肾损伤小鼠模型的研究中
证实,MDM2可通过泛素化降解p53、解除p53对细胞周期的遏制来抑制细胞凋亡,并促进急性。肾损伤后肾小管上皮细胞的再生。Hagemann等。2副在此基础上,通过过表达转录因子Nrf2来上调MDM2,并观察肾小管上皮细胞损伤愈合情况。结果显示,上调MDM2使肾小管上皮细胞的成活、增殖水平增高,创面愈合速度加快。皮肤创面表皮再生主要依赖KC的增殖和迁移,虽然目前暂无有关MDM2在皮肤创面愈合中的作用的研究,但皮肤创面再上皮化作为创伤愈合的关键
组成部分之一,与肾小管上皮细胞再生有相似之处。以上研
究结果提示,MDM2可通过泛素化修饰参与皮肤创面再上皮
化过程的调控。
上皮问质转化(EMT)是机体正常发育、创伤愈合和恶性上皮肿瘤发生的基础。创缘的KC发生EMT后,其形态和功能发生改变并获得迁移能力,由创缘迁移至组织损伤修复区域并进行增殖,填补组织缺损。在表皮细胞再生的后期,Kc经EMT重新获得上皮特性以覆盖创面。Zhang等’2”的研究显示,信号蛋白Smad7可通过抑制受体调节型R—Smad信号蛋白的磷酸化和诱导TGF.p,受体降解,负反馈调节Smad信号,并抑制EMT的发生。在此基础上,Park等¨叫的研究证实,泛素连接酶Itch通过泛素化修饰并降解Smad
7,
正调控TGF.B信号及后续EMT相关基因的表达。以上研究提示,泛素化可通过修饰EMT相关信号蛋白,调控创面愈合过程中的基质形成和再上皮化。
EGF与其受体结合后,可诱导皮肤干细胞快速定向分化,促进损伤皮肤再生。Rush等’31。在利用RNA干扰技术及药物抑制泛素连接酶c—Cbl后,角膜上皮细胞内EGF受体(EGFR)发生的配体依赖的泛素化水平下降,EGFR寿命延长,且创面愈合情况更好。该研究结果表明,c—Cbl可通过泛素化修饰降解EGFR,抑制损伤角膜上皮化,提示c—Cbl可能成为促进创面再上皮化的治疗靶点,但目前暂无有关c—Cbl在皮肤创伤愈合中的作用的研究,其是否具有调控皮肤创面再上皮化的作用,需要进一步研究阐明。
4小结
综上所述,泛素化修饰参与了创面愈合过程中的炎症反应、血管新生、基质重塑和创面再上皮化过程,调控了相关蛋白在机体内的水平和功能状态。机体内蛋白水平和功能状态的紊乱与创伤后炎症过度、组织损伤加重、创面难愈、组织
恶变等多种疾病转归密切相关。目前有关泛素化调控皮肤
中蛋白水平及功能的研究尚较少,在今后的研究中,应进一步深入探讨蛋白质泛素化修饰调控皮肤创面愈合的机制,将
研究成果转化并应用于临床,以期为临床治疗难愈性创面提
供新策略。
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(收稿日期:2015-03一16)
(本文编辑:程林)
本文引用格式
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