泛素_蛋白酶体通路的研究进展

基金项目:国家自然科学基金资助项目(30600754)。

3通讯作者,E 2mail:jihuihao@yahoo .com
泛素—蛋白酶体通路的研究进展
赵天锁,任　贺,郝继辉
3
(天津医科大学附属肿瘤医院,天津300060)
关键词:泛素—蛋白酶体通路;蛋白质降解;蛋白质酶体抑制剂;肿瘤
中图分类号:R730.2 文献标志码:A 文章编号:10022266X (2009)3220113202 泛素—蛋白酶体通路(UPP )是蛋白质的选择性降解中一项非常重要的机制,研究发现该通路介导的细胞蛋白降解是一个非常复杂而缜密的调控过程,是细胞调控的重要机制,通过降解细胞各通路的抑制因子和(或)激活因子发挥着上调或下调作用。

1　U PP 的组成及其调控过程
泛素是一个广泛分布在真核细胞中的小分子球状蛋白质,在一系列酶的催化下,其C 2末端Gly 与靶蛋白的Lys 侧链相连,而后其他泛素分子以Gly 连接到先前结合的泛素分子的Lys 侧链上而形成多泛素化链[1]。

蛋白酶体是一种具有多个亚单位组成的蛋白酶复合体,蛋白酶体沉降系数为
26S,故又称26S 蛋白酶体。

它可分为一个具有调节功能的
调节颗粒19S 和一个具有蛋白酶体催化活性的核心颗粒
20S 。

活性的调节因子主要有两种:19S 调节复合体和11S
调节复合体。

调节复合体位于20S 的两端或一端,不同的调节复合体与20S 蛋白酶体结合后功能不同,20S 219S 主要参与降解泛素化蛋白[2]。

UPP 可识别、标记,进而降解那些已经被泛素化的蛋白
质。

整个降解过程需要三个步骤:①底物识别:能进行泛素化的底物可带有特殊的降解信号;②泛素与底物的共价连接:这是一个多步骤过程,需要ATP 提供能量,可将多个泛素连接到底物上,常形成多聚泛素链;③降解靶蛋白,同时释放出游离的泛素,从而完成泛素循环[3]。

UPP 降解许多蛋白,这些蛋白包括明确的降解信号或称
“降解决定子”。

“降解决定子”是通过泛素系统降解蛋白的基本因素,一旦多聚泛素化链接到蛋白上,蛋白必将运送到蛋白酶体,被展开然后降解,这些步骤依赖于“降解决定子”或蛋白水解底物的特性[4]。

泛素化是信号转导的基本机制之一,信号转导调节免疫反应和许多生物反应过程。

与磷酸化相似,泛素化是一个可逆的过程,通过泛素化酶和去泛素化酶维持平衡。

2　U PP 的生理及病理功能
2.1　抗原提呈　抗原分子泛素化后被26S 蛋白酶体降解成
多肽,然后由组织相容性复合体MHC Ⅰ类分子提呈至细胞
表面。

应用蛋白酶体抑制剂阻滞提呈至MHC Ⅰ类分子细胞表面多肽的产生。

MHC Ⅰ类分子对于细胞内抗原衍生的多肽非常重要。

2.2　调节细胞周期　细胞周期因子首先被泛素化,然后由26S 蛋白酶体降解,导致周期因子依赖的激酶失活,从而使
细胞有丝分裂期中止。

细胞周期因子—周期因子依赖的激酶复合体可由它们特定的抑制因子使其失活。

这些抑制因子也是由UPP 途径降解。

2.3　NF 2κB 代谢　NF 2κB 是一多亚基组成的转录因子,抑制因子I κB 磷酸化后被26S 蛋白酶体降解导致NF 2κB 以活性方式存在。

I κB 的降解需泛素和26S 蛋白酶体。

2.4　肿瘤发生的调控　在肿瘤细胞中,p53失活一方面是由
基因突变造成的,另一方面与UPP 对其异常的降解有关。

在高危型人乳头瘤状病毒(HP V )引起的宫颈癌中,p53蛋白的表达水平明显降低,这是由于16或18型HP V 编码的癌蛋白
E6促进含有HECT 结构域的泛素蛋白连接酶E62AP 与p53
结合,促进p53通过UPP 被降解[5]。

另一癌蛋白MD M2也具有促进p53快速降解的作用,但其在肿瘤的发生中不占主导地位[6]。

丝/苏氨酸激酶z w3或糖原合成酶3(GSK3)活化可促进β2catenin 经UPP 降解[7]。

若胞内β2catenin 大量沉积,然后其结合并活化T 细胞转录因子等,导致靶基因持续性激活,从而导致恶变。

2.5　遗传性疾病　囊性纤维化(CF )是一种常见的多系统
紊乱的遗传性疾病。

囊性纤维化跨膜转导调节因子(CFT R,一种氯离子通道)基因突变导致CFTR 不能正常到达细胞表面,而在内质网中沉积,并被UPP 降解[8]。

2.6　与DNA 损伤有关　DNA 破坏激活信号级联反应通过AT M 2ATR 蛋白激酶调节,双链断裂位置的调节蛋白和与染
色质相连蛋白,这些蛋白的AT M 依赖的的磷酸化促进了核小体的泛素化过程,因此可以抽出这些损害部位修复复合物的招募信号[9]。

3　蛋白酶体抑制剂的临床应用
由于蛋白酶体活性状态对细胞执行不同的功能是非常重要的,因此蛋白酶体将成为影响细胞功能的重要药物靶标,而其抑制剂有可能成为抗肿瘤的先导药物[10]。

蛋白酶体的抑制剂可分为天然化合物和合成化合物两类。

3.1　天然化合物　①3,42二氯异香豆素(DC I )是丝氨酸蛋
白酶的不可逆抑制剂。

目前发现,DC I 也能抑制20S CP 几
3
11　山东医药2009年第49卷第32期　
种肽酶,如ChT L活性。

②乳胞素是链霉菌属的天然代谢物,是一种选择性的20S CP抑制剂,具有抑制细胞周期和诱导神经母细胞分化的功能。

③Aclacinomycin是一种Aklavi2 none化学结构,抑制蛋白酶体的ChT L活性,对组织蛋白酶B无抑制效应,能激活胰岛素,但对cal pain作用范围较小[13]。

④Epone mycin能以共价键方式结合到20S CP的β5、β5i和β1i亚单位,选择性抑制蛋白水解酶活性,进而抑制ChT L活性。

⑤PR239是一种富含精氨酸/脯氨酸的多肽,能可逆性与蛋白酶体的α7亚单位结合[9]。

3.2　合成化合物　①醛基肽类蛋白酶体抑制剂,其中包括MLN2519、MG2132、CEP21612、C VT2634等。

目前认为,MG2132作为蛋白酶体ChT L活性的可逆性抑制剂,同样也能抑制组织蛋白酶和cal pains作用[11]。

②硼酸肽(二肽硼酸衍生物)是重要的蛋白酶体抑制剂。

在体外细胞和动物体内实验均表明有较强的蛋白酶体抑制活性,还具有高度的酶选择性。

③其他,如R it onavir(H I V21蛋白酶抑制剂)是一种比较弱和低分子量抑制剂。

二肽硼酸盐(Bortez o m ib)因抑制作用可逆,选择性高,副作用少成为第一个应用于临床的蛋白酶体抑制剂。

该药已于2003年5月和2004年4月分别在美国和欧洲获准上市,用于治疗两个疗程以上的耐药骨髓瘤患者[12]。

4　展望
UPP在细胞内普遍存在,从细胞膜、细胞质到细胞核以及内质网腔等处的蛋白质都受到泛素化酶和蛋白酶体的监控,甚至mRNA的稳定性也可通过蛋白酶体的蛋白降解过程来调节。

异常的泛素/蛋白酶体生物学行为与恶性肿瘤的发生和发展有着密切的关系,对泛素在这些途径中作用的研究,将有助于对机体相关的生理机制和疾病的认识,也将有助于新的治疗方法和新的药物作用靶点的发现。

UPP是目前我们所知的最精细的蛋白降解途径之一,对这个途径分子机制的深入研究将有助于我们对机体各种与之相关的生理功能和疾病的认识。

由于目前已经发现了一些疾病中的关键蛋白的代谢与UPP有关,这导致了新的治疗方法的出现,即通过调节此途径对疾病进行治疗。

综上所述,UPP途径是调节细胞内蛋白水平与功能的重要机制,涉及许多重要的生理过程和许多疾病及肿瘤的发病机制。

近年来该领域的研究已取得很多令人鼓舞的成果和进展,已有部分成果开始应用到临床疾病与肿瘤的预防和治疗上。

但另一方面,仍有大量的问题和机制尚不清楚,有待进一步深入研究。

参考文献:
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(收稿日期:2009203217)
・医学前沿・
HB s Ag被清除后仍有可能发生肝癌
在慢性乙型肝炎病毒感染过程中,一小部分患者乙型肝炎病毒表面抗原(HB s Ag)被清除。

然而这一过程的远期临床效果仍未证实,美国学者Tong等对此进行了研究(C lin Gastroenterol Hepatol2009,7:889)。

该研究1976～2008年在肝病门诊随访35例具有HB s Ag被清除的慢性乙型肝炎患者,其中10例白种人,25例亚洲人。

这些患者持续接受包括甲胎蛋白及腹部超声检查在内的肝癌监测。

首诊时13例患者已有肝硬化。

在长期随访过程中,有4位肝硬化患者被超声诊断为肝细胞癌(HCC)。

与HCC有关的因素包括低水平基线白蛋白、HB s Ag阳性、HCC家族史以及HB s Ag被清除时年龄小于50岁。

可见HB s Ag血清清除后仍有可能发生HCC,此类患者应与HB s Ag阳性患者接受同样的临床监测。

(刘亚君摘译)
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　山东医药2009年第49卷第32期　。