泛素_蛋白酶体途径及其生物学作用的研究进展

１ 泛素 －蛋白酶体途径（Ｕ ＰＰ）
１．１ 泛素 泛素是真核细胞中普遍存在且序列高度保守的小分子球
形 蛋 白 质 ，其 分 子 量 约 ８．５ｋＤ ａ，由 ７６ 个 氨 基 酸 残 基 组 成 ，能 够 共价结合细胞中的受体蛋白。 蛋白的泛素或聚泛素化可以导致 蛋白降解，是细胞维持对那些受组成型调节和环境刺激产生的 蛋白质水平的基本调节方式。 细胞内蛋白质泛素化参与细胞的 多种生理过程，比如：细胞周期进程、细胞器的发生、细胞凋亡、 细胞增生和分化调节、内质网蛋白质的质控、蛋白转运、炎症反 应、抗原提呈和 Ｄ Ｎ Ａ 修复，以及细胞应激反应等等。 １．２ 蛋白酶体
泛素－蛋白酶体途径对蛋白质的降解要经过两个连续的 步骤：（ １） 多聚泛素链以共价键与底物蛋白结合，从而标记底物 蛋白。这个步骤又分为三个级联反应。Ａ） 首先是泛素在 Ａ ＴＰ 参
＊ 基金项目：天津市卫生局资助课题（ ２００５０３４） 作者简介：郭卉，（ １９６８－） ，女，副主任医师，电话：０２２－２７４３２２１０，Ｅ －ｍ ａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｕｅｚｈｕ１９９９＠ ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ ．ｃｎ。 （ 收稿日期：２００８－０４－１２ 接受日期：２００８－０５－１４）
２ 泛素 －蛋白酶体途径（Ｕ ＰＰ）降解 Ｐ２７ 与人类肿瘤
细胞周期进程受到一系列周期素（ Ｃ ｙｃｌｉｎｓ） 、细胞周期素依 赖 性 激 酶（ Ｃ Ｄ Ｋ Ｓ） 复 合 物 的 正 性 调 控 ，而 细 胞 周 期 素 依 赖 性 激 酶 抑 制 因 子（ Ｃ Ｄ Ｋ Ｉ） 是 一 类 通 过 抑 制 Ｃ ｙｃｌｉｎ－Ｃ Ｄ Ｋ 复 合 物 的 蛋 白激酶活 性 ，阻 断 其 对 ｐＲ ｂ 的 磷 酸 化 作 用 ，从 而 实 现 细 胞 周 期 完整精确调控的负性调控因子。 Ｐ２７ 属于周期素依赖性激酶抑 制 蛋 白（ Ｃ ｋｉｓ） 中 的 Ｋ ｉｐ／Ｃ ｉｐ 家 族 ［５－６］， 该 蛋 白 在 体 外 与 Ｃ ｙｃｌｉｎ Ｅ －Ｃ Ｄ Ｋ ２，Ｃ ｙｃｌｉｎ Ｄ －Ｃ Ｄ Ｋ ２ 紧 密 结 合 ，并 以 一 种 化 学 计 量 的 方 式 广泛抑制各种细胞周期素和 Ｃ Ｄ Ｋ 的活性。 Ｐ２７ 负性调 控 细 胞 周期，还参与细胞的分化和凋亡过程。 大量证据表明 Ｕ ＰＰ 途径 涉及到细胞周期调节蛋白 Ｐ２７ 的折叠。 在正常细胞的整个细胞 周 期 中 ，Ｐ２７ｍ Ｒ Ｎ Ａ 的 水 平 并 不 改 变 ， 但 Ｐ２７ 蛋 白 的 水 平 会 有 所变化，在许多癌症中显示的 Ｐ２７ 水平减少是通过泛素 － 蛋 白 酶途径降解增加的结果。 在用 ２６Ｓ 蛋白酶活性抑制剂处理过的 细胞中，Ｐ２７ 的水平会升高，也从另一方面侧面表明泛素 － 蛋白 酶体途径是调控 Ｐ２７ 蛋白水平的一条重要途径。 Ｐ２７ 通过泛素 调节的蛋白酶降解发生在后转录时期。 该途径涉及泛素、泛素 活 化 酶 Ｅ １ｓ、泛 素 辍 合 酶 Ｅ ２ｓ、泛 素 连 接 酶 Ｅ ３ｓ 及 ２６Ｓ 蛋 白 酶 ， 依次的酶促作用催化泛素链共价结合于靶蛋白，得以为 ２６Ｓ 蛋 白 酶 所 识 别 而 导 致 蛋 白 底 物 的 降 解 ［７］。
现代生物医学进展
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与下被 Ｅ １ｓ 激活， 与 Ｅ １ｓ 结合形成高能硫 酯 键 ；Ｂ） Ｅ １ｓ 把 激 活 的 泛 素 传 递 给 Ｅ ２ｓ，与 一 个 Ｅ ２ｓ 仍 以 高 能 硫 酯 键 结 合 ；Ｃ） 在 一 个 Ｅ ３ｓ 的催化下， 泛素的 Ｃ － 末端以一个酰胺异构肽键与蛋白 底物的赖氨酸残基连接，从而完成对底物蛋白的标记。 通过上 述反应得到的泛素化的底物蛋白中并不是只有一个泛素分子， 而至少要有四个，通常是后一个泛素分子结合到前一个泛素分 子的第 ４８ 个赖氨酸残基上， 这样形成的泛素链与蛋白底物连 接成复合物，Ｅ ２ｓ 催化了 这 个 多 聚 泛 素 链 的 形 成 ， 大 多 数 情 况 下，多聚泛素链的形成还需要 Ｅ ３ｓ 的参与。（ ２） 通过蛋白酶体复 合物降解已标记的底物蛋白，并释放和重新利用泛素。 首选是 ２６Ｓ 蛋 白 酶 体 的 １９Ｓ 调 节 复 合 体 识 别 、结 合 、展 平 泛 素 化 的 底 物蛋白，然后把底物转运到 ２６Ｓ 蛋白酶体的催化核心 ２０Ｓ 复合 体中， 转运到 ２０Ｓ 复合体的蛋白最终水解成含有 ３￣２２ 个氨基 酸残基的多肽，而多聚泛素链则在泛素再循环酶的作用下分解 成单个泛素分子后释放出来并被重新利用。 从而形成了一个完 整的泛素 －蛋白酶体途径的循环。
泛素－蛋白酶体途径可以降解细胞质和核内的蛋白，是细 胞内重要的非溶酶体蛋白降解途径。 降解蛋白是由导致形成共 价结合泛素链的泛素机制识别，聚泛素链的形成伴随着一系列 酶按一定次序相互作用形成的。 这其中涉及到泛素活化酶 Ｅ １ｓ、泛素辍合酶 Ｅ ２ｓ、泛素连接酶 Ｅ ３ｓ ［２］。 有些底物还需要泛素 延长因子 Ｅ ４ 来达到更有效的聚泛素化［３］。 Ｅ ３Ｓ 可以识别底物的 降解信号，然后由 ２６Ｓ 蛋白酶体把蛋白降解为小分子的多肽片 断［４］。
水平明显降低。
３ 泛素 －蛋白酶体途径（Ｕ ＰＰ）降解抑癌基因 Ｐ５３ 与肿瘤
Ｐ５３ 是最早发现的经泛素 － 蛋白酶体途径降解的细胞周期 控 制 因 子［９－１０］。 在 正 常 细 胞 中 ，抑 癌 基 因 Ｐ５３ 是 一 个 不 稳 定 蛋 白，有文献报导其半衰期为 １０－１５ 分钟到 ２－４ 小时。大量证据表 明 Ｐ５３ 是 作 为 基 因 检 查 点 发 挥 作 用 。 在 正 常 的 细 胞 生 长 环 境 下，Ｐ５３ 是以失活的形式出现，然而细胞受到应激性刺激、Ｄ Ｎ Ａ 损伤、组织缺氧、或致癌基因的表达，Ｐ５３ 就会被活化［１１］，半衰期 增 长 ，并 且 在 核 内 聚 集［１］，导 致 Ｐ５３ 浓 度 在 １－１２ 小 时 内 会 迅 速 增加， 从而阻止细胞周期进程或者诱导细胞程序性死亡 （ 凋 亡） 。 泛素 － 蛋白酶体途径参与 Ｐ５３ 稳定性调节的 最 初 证 据 来 自于 Ｈ ＰＶ Ｅ ６ 致癌蛋白和 Ｐ５３ 的相互作用的特性研究［１１］。 泛素 － 蛋白酶体途径可通过降解 Ｐ５３ 来调控细胞凋亡， 作为 Ｐ５３ 降 解 的 泛 素 连 接 酶 有 二 种 ，一 种 是 致 癌 基 因 蛋 白 Ｍ Ｄ Ｍ ２［１２］，它 由 野 生 型 Ｐ５３ 诱 导 产 生 ，可 与 Ｐ５３ 直 接 作 用 并 抑 制 其 活 性 ，形 成 负反馈调节环路， 用反义抑制的方法降低 Ｍ Ｄ Ｍ ２ 的水平可以 聚集和活化 Ｐ５３，从而使 Ｍ Ｄ Ｍ ２ 过度表达的癌细胞凋亡。 另一 种 是 Ｈ Ｅ Ｃ Ｔ 区 域 Ｅ ６－Ａ Ｐ，研 究 发 现 Ｐ５３ 由 癌 蛋 白 Ｅ ６ 介 导 经 泛 素 － 蛋白酶体途径降解。 参与 Ｐ５３ 与泛素连接的酶是 Ｅ ６－Ａ Ｐ 和 人的 Ｕ ｂｃＨ ８。 癌蛋白 Ｅ ６ 主要起辅助作用促进连接酶与底物蛋 白结合，应用 ２０Ｓ 蛋白酶体抑制剂可阻止其降解。 Ｅ ６－Ａ Ｐ 是人 类乳突淋瘤病毒以 Ｐ５３ 为靶目标进行蛋白 酶 降 解 ，可 促 进 Ｐ５３ 蛋 白 从 核 内 向 胞 浆 转 运 ， 以 其 ４２￣９４ 位 氨 基 酸 在 Ｐ５３ 蛋 白 Ｎ 末端附近与 Ｐ５３ 结合， 并以 ４６４ 位的半胱氨酸与泛素结合，催 化 Ｐ５３ 的泛素化，２６Ｓ 蛋白酶体可识别并降解泛素化的 Ｐ５３，使 Ｐ５３ 保持在较低的水平，细胞正常生长。
２６Ｓ 蛋白酶体是一个巨大的多亚基依赖 Ａ Ｔ Ｐ 的蛋白酶。在
真 核 细 胞 中 ，蛋 白 酶 有 许 多 形 式 ，但 其 催 化 核 心 都 由 ２０Ｓ 蛋 白 酶构成，且在每一端均有一个 １９Ｓ 调节子复合物［１］。 蛋白水解核 心 包 含 在 ２０Ｓ 蛋 白 酶 体 中 ，但 它 本 身 并 不 能 降 解 蛋 白 ，它 与 一 端 有 Ａ Ｔ Ｐ 的 １９Ｓ 帽 结 构 形 成 复 合 物 时 才 能 发 生 降 解 作 用 ， Ａ ＴＰ 水解提供的化学能量可以打开底物蛋白的稳定结构。蛋白 酶至少包含有五个可区分的蛋白裂解活性部分，这些活性部分 的三个在对糜蛋白酶、胰岛素肽基转移酶有相似的特性，而另 外两个在支链氨基酸的多肽键和短氨基酸的多肽键的分解有 特异性，这些活性可以通过荧光多肽底物来确定。 大多数蛋白 酶抑制剂抑制胰蛋白酶的活性，这也是影响蛋白降解速度的原 因。 １．３ 泛素 － 蛋白酶体途径作用过程
前言
泛素 －蛋白酶体途径对目标蛋白的泛素化及高选择性的 降解细胞在应激和非应激条件下产生的蛋白质起到重要作用。 泛素化底物及其随后的降解过程贯穿于整个细胞的质膜系统。
泛素化系统作用位点主要位于细胞膜表面、内质网和细胞 核。 泛素 －蛋白酶体的蛋白裂解作用广泛参与基本生物化学进 程， 因此这种途径有可能成为癌症相关调节异常的潜在靶点， 研制和开发针对泛素 －蛋白酶体途径来治疗肿瘤成为一种可 能。
Ａ Ｂ ＳＴ Ｒ Ａ Ｃ Ｔ：Ｕ ｂｉｑｕｉｔｉｎ／ｐｒｏｔｅａｓｏｍ ｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｌａｙｓａｎ ｉｍ ｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅ ｉｎ ｄｅｇｒａｄｉｎｇ ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｐｒｏｔｅｉｎ，ａｎｄ ｃａｎ ｒｅｇｕｌａｔｅ ｍ ａｎｙ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆｃｅｌｌｕｌａｒｂｉｏｌｏｇｙ，ｓｕｃｈ ａｓ ｃｅｌｌｃｙｃｌｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｃｅｌｌｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｄｕｃｔｉｏｎ．Ｉｔｉｓ ｖｉｔａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｉｎ ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ ｎｏｒｍ ａｌｐｈｙｓ－ ｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ／ｐｒｏｔｅａｓｏｍ ｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗ ａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｂｒｉｅｆ．Ｔ ｈｒｏｕｇｈ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｓｏｍ ｅ ｔｕｍ ｏｒ ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎ，ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｃｙｃｌｉｎ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｋｉｎａｓｅｓ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ，ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ ｃａｎ ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅ ｉｎ ｇｅｎｅｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｔｕｍ ｏｒａｎｄ ｃａｎｃｅｒ．Ｉｔｐｌａｙｅｄ ａ ｃｒｉｔｉｃａｌｒｏｌｅ ｉｎ ｄｒｕｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ．
Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆｕｂｉｑｕｉｔｉｎ／ｐｒｏｔｅａｓｏｍ ｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｔｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｙ＊
Ｇ Ｕ Ｏ Ｈ ｕｉ，ＺＨ Ａ Ｎ Ｇ Ｘ ｕｅ－ｚｈｕ （ Ｅ ｍ ｅｒｇｅｎｃｙ Ｄ ｅｐａｒｔｍ ｅｎｔ，Ｔ ｈｅ ＦｉｒｓｔＴ ｅａｃｈｉｎｇ Ｈ ｏｓｐｉｔａｌｏｆＴ ｉａｎｊｉｎ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴ ｒａｄｉｔｉｏｎａｌＣ ｈｉｎｅｓｅ Ｍ ｅｄｉｃｉｎｅ，Ｔ ｉａｎｊｉｎ ３００１９３，Ｃ ｈｉｎａ）
许多研究表明，Ｐ２７ 可能是 肿 瘤 发 生 的 防 护 因 子 ， 在 许 多 恶性肿瘤和低生存率的癌症中，Ｐ２７ 在细胞质出现异 常［８］，在 组 织 和 肿 瘤 的 非 增 殖 部 分 高 度 表 达 ，Ｐ２７ 是 一 种 独 立 的 预 后 指 标。 Ｐ２７ 的向下调控的表达在人类的许多癌症的发病机理中有 重要作用。 实验发现，经敲除 Ｐ２７ 基因的小鼠存在多器官增生 及肿瘤发生。 临床研究表明人体多种肿瘤如乳腺癌、食管腺癌、 肝细胞癌、非小细胞肺癌、前列腺癌、黑素瘤、口腔癌、内分泌肿 瘤、淋巴瘤组织中存在 Ｐ２７ 蛋白表达的下调 及 缺 失 。 Ｐ２７ 蛋 白 下调可能通过促进肿瘤细胞的增 殖 ， 促 进 肿 瘤 的 发 展 ，Ｐ２７ 也 可 能 参 与 了 介 导 细 胞 进 入 程 序 性 细 胞 死 亡（ ＰＣ Ｄ ） 的 过 程［３］，通 过减少肿瘤细胞凋亡促进肿瘤的发生。 Ｃ ｉａｐａｒｒｏｎｅ 等初步揭示 了 结 直 肠 组 织 中 Ｐ２７ 表 达 的 异 常 ，Ｐ２７ 表 达 与 肿 瘤 分 级 有 关 ， 分化较好的肿瘤 Ｐ２７ 表达水平较高，而分化差的肿瘤 Ｐ２７ 表达
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泛素 －Байду номын сангаас白酶体途径及其生物学作用的研究进展 ＊
郭 卉 张雪竹
（ 天津中医药大学第一附属医院急症部 天津 ３００１９３）
摘要：泛素 － 蛋白酶体途径是细胞内重要的非溶酶体蛋白降解途径，是调节各种细胞生物学过程的重要机制，参与调节细胞 周 期 进程、细胞增生与分化以及信号转导等各种细胞生理过程，对维持细胞正常生理功能具有十分重要的意义。 本文简要介绍了泛素 － 蛋 白 酶 体 途 径 的 作 用 过 程 ，并 从 其 对 某 些 抑 癌 基 因 、转 录 因 子 和 细 胞 周 期 素 依 赖 性 激 酶 抑 制 蛋 白 的 调 节 ，参 与 肿 瘤 及 癌 症 的 发 生和发展，讨论其生物学作用，并指出其在药物研究方面的重要作用。 关键词：泛素；泛素 － 蛋白酶体途径；Ｐ２７；Ｐ５３；Ｎ Ｆ－κＢ 中图分类号：Ｑ ８１４， Ｒ ７３０．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－６２７３（ ２００８） ０９－１７８６－０３
Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ；ｕｂｉｑｕｉｔｉｎ／ｐｒｏｔｅａｓｏｍ ｅ ｓｙｓｔｅｍ ；Ｐ２７；Ｐ５３；Ｎ Ｆ－κＢ Ｃ ｈｉｎｅｓｅ Ｌｉｂｒａｒｙ Ｃ ｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ：Ｑ ８１４，Ｒ ７３０．２ Ｄ ｏｃｕｍ ｅｎｔｃｏｄｅ：Ａ Ａ ｒｔｉｃｌｅ ＩＤ ：１６７３－６２７３（ ２００８） ０９－１７８６－０３