泛素-蛋白酶体系统与自身免疫病
泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system，UPS）是一种存在于真核细胞内三磷酸腺苷（ATP）依赖的高选择性蛋白质降解体系，具有清除衰老、损伤以及错误折叠蛋白质的功能。它参与调节炎症、免疫应答、细胞周期、信号转导等多种重要生物学功能。其异常可引起细胞内稳态失调，导致肿瘤、神经变性疾病、心血管疾病、肾病等多类疾病。近年研究证实，UPS与自身免疫性疾病密切相关，可能参与系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、干燥综合征、血清阴性脊柱关节病、多发性肌炎一硬皮病等重要疾病的发生和发展。本文拟就UPS与自身免疫性疾病关系的研究现状作一综述，以期为自身免疫病的防治研究提供新的策略。
1 UPS概述
2004年诺贝尔化学奖获得者Aaron Ciechanover、AvramHershko和Irwin Rose在20世纪70年代晚期和20世纪80年代初期揭示了蛋白质降解在细胞中的作用及泛素介导的蛋白质降解过程，这整个系统被称为UPS。该系统能降解细胞内70%-90%的蛋白质，通过对蛋白质进行泛素化而发生一系列酶促级联反应，从而使泛素化蛋白质被蛋白酶体降解或发生不可逆性功能改变。
1.1 UPS组成：UPS主要包括泛素（ubiquitin，Ub）、泛素激活酶（ubiquitin-activating enzyme，E1）、泛素结合酶（ubiquitin-conjugating enzyme，E2）、泛素连接酶（ubiquitin ligase enzyme，E3）和蛋白酶体（proteasome）。其中，Ub是一个由76个氨基酸组成的高度保守的多肽链，主要功能是标记需要降解的蛋白质。E3是泛素化过程中的关键调节酶，能特异性识别和结合靶蛋白，决定了UPS高度的专一性和选择性。根据结构不同，E3主要分为HECT（homologous to E6AP C-terminus）家族和RING（really interesting new gene）家族两类，前者以ITCH和Nedd4为代表，后者以CBI-B和GRAIL为代表。蛋白酶体多为26S蛋白酶体，足一个由20S催化颗粒、11S调控因子和2个19S调节颗粒组成的ATP依赖性蛋白水解酶复合体，具有类糜蛋白酶活性、类胰蛋白酶活性、肽-谷氨酰肽水解酶活性等多种蛋白酶活性，主要功能是降解被泛素化的蛋白质。近来研究发现，去泛素化酶（deubiquitylating enzymes，DUBs）能特异性解离Ub-靶蛋白链，将泛素从靶蛋白上释放出来，这一过程称为去泛素化。它与泛素化形成负向调节，赋予UPS过程的可逆性，并通过UPS的发展方向调节或影响多种细胞活动。
1.2 UPS的基本过程：蛋白质经UPS降解包括一系列复杂步骤，其基本过程如下：①泛素活化，即E1激活泛素形成一个硫酯键，此过程需消耗以ATP形式存在的能量；②E1将活化的泛素转移到E2上；③靶蛋白泛素化，即E3识别待降解的靶蛋白，并将结合在F2上的泛素连接到靶蛋白上；④靶蛋白聚泛素化，即结合E2的泛素通过或不通过E3继续连接在被泛素化的靶蛋白上，形成聚泛素化链；⑤靶蛋白的降解，即蛋白酶体识别聚泛素化的靶蛋白，将其降解为较小的多肽、氨基酸以及重复循环的泛素。
近年研究表明，除上述经典途径外，泛素能直接与靶蛋白结合，以胞内游离状态形成一种非固定性聚泛素链，参与免疫反应与病毒感染等生理功能。该聚泛素链可通过活化激活蛋白激酶1（TAK1）和IKK激酶，调节核因子-κB信号通路，但该泛素途径的作用机制及功能是否有别于经典途径，尚需进一步研究明确。
2 UPS与免疫系统
2.1 UPS与固有免疫：固有免疫是机体与生俱有的抵抗体外病原体侵袭、清除体内抗原性异物的一系列防御能力。正常情况下，病原体侵入宿主细胞后，机体固有免疫系统通过模式识别受体（PRR），如Toll样受体（TLR）、RIG-1样受体（RLR）、NOD样受体（NLR）等，识别并结合病原体相关分子模式（PAMP），活化核因子-κB、干扰调节因子（IRF）家族等转录因子，诱导释放多种细胞因子和炎性趋化因子，保护机体不发生病原体感染。而病原体可通过泛素化降解宿主体内抗微生物关键蛋白米逃逸免疫系统，亦可干扰或逆转自噬与泛素化修饰，从而感染宿主细胞。
UPS通过重要蛋白泛素化或聚泛素化参与抗感染机制主要表现在以下3个方面：①TLR结合PAMPs并识别病原体后，受体相互作用蛋白2（RIP2）泛素化并激活核因子一KB和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路。而RIP2和泛素连接酶TRIM25的K63聚泛素化分别是NOD2介导的MAPK和核因子-KB信号通路以及RIG-I信号通路的必需环节；②泛素连接酶TRIM 5作为固有免疫感受器，能够发现入侵的逆转录病毒，并泛素化降解逆转录病毒的衣壳蛋白质；③泛素选择性标记病原体后，泛素连接蛋白p62，NDP52和OPTN连接泛素标记的病原体并在细胞质内局部化形成自噬体，以自噬的方式清除病原体吲。
同时，UPS对固有免疫的影响受DUBS负性调节，最主要的2种DUBs为A20（又称TNFAIP3）和CYLD。A20能够转移或抑制TRAF6的K63聚泛素化，抑制核因子-κB活化，下调核因子-κB信号通路，又能阻断E3和E2的相互作用而抑制聚泛素链的合成。CYLD则通过特异性断开K63聚泛素链，抑制IKK活化，下调核因子-κB信号通路，以及RLR、肿瘤坏死因子受体（TNFR）、B细胞受体（BCR）和T细胞受体（TCR）等。此外，研究发现CYLD能通过作用于干扰素受体（IFNR）信号通路，参与调节抗病毒免疫。
2.2 UPS与获得性免疫：获得性免疫由T细胞和B细胞介导，具有特异性识别并清除外源性抗原的功能，但对自身抗原物质表现为免疫耐受。UPS通过蛋白质水解或非蛋白质水解机制调控这一网络，维持着免疫应答与免疫耐受之间的平衡。在抗原提呈过程中，自身或病原微生物蛋白质只有经UPS分解处理为多肽抗原后才能被主要组织相容性复合体（MHC）Ⅰ类分子摄取。当抑制UPS时，MHC Ⅰ类分子的数量和质量均受到损害，抗原提呈过程也受到阻遏。UPS不仅是MHC Ⅰ类分子提呈抗原的必需环节，同时也调控着MHCⅡ类分子途径。MHCⅡ类分子异常泛素化能使抗原提呈细胞成熟终止，过量的MHCⅡ类分子堆积在抗原提呈细胞表面，从而影响外源性抗原的提呈过程。在正常情况下，UPS可通过MHCⅡ类分子的泛素化来调控MHCⅡ类分子在抗原提呈细胞表面的表达，这对正确有效的抗原提呈具有重要意义。
在T细胞和B细胞信号通路中，UPS参与调节TCR、BCR信号转导相关通路，如钙/钙调磷酸酶途径、核因子-κB、转化生长因子（TGF）-β介导的重要信号通路等。一方面，UPS介导活化MAPK和核因子-κB信号通路下游的CD40和BAFF受体，调控B细胞的存活、成熟与活化。另一方面，UPS诱导T细胞活化或无能，调节TCR下游信号通路。当TCR活化后，蛋白激酶C活化并募集，形成CARMA1、BCL-10和MALT1蛋白复合物，MALT1活化TRAF6，并进一步激活E3以及MAPK和核因子-KB信号通路。泛素连接酶ITCH可作用于协同共刺激分子CD28信号通路，负性调控TCR活性，减少T细胞活化。当缺乏共刺激信号时，ITCH、GRAIL、CBL-B等泛素连接酶则诱导T细胞无能。另有研究发现，ITCH、CBL-B、PELII缺陷可使T细胞过度活化，以致发生严重自身免疫紊乱。由此可见，UPS对T、B细胞功能和免疫应答结局具有重要调节作用。
3 UPS与自身免疫病
3.1 UPS与系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus，SLE）：SLE是一种常见的自身免疫病，以全身多系统损害和多种自身抗体形成为主要特点。在SLE患者体内可检测到针对UPS成分的抗体表达增强，如抗PA28α抗体（PA28α为一种蛋白酶体激活蛋白），抗Ki抗体（Ki抗原是蛋白酶体11S调控因子的亚单位）。抗Ki抗体高表达的SLE患者常表现为sicca综合征（眼干、口干、外分泌腺淋巴细胞浸润等）、持续性关节炎、心包炎、皮肤损害和抗Sm抗体阳性等临床症状。另外，在SLE患者血清中检测到循环20S蛋白酶体水平明显增高，且与疾病活动度平行相关。
对SLE患者进行全基因组关联分析结果显示，去泛素化酶A20与SLE发病及系统损害情况密切相关。A20的F127C序列变异与SLE患者的发病风险呈正相关，相反，A125V序列变异改变A20去泛素化活性，是SLE的一个保护性因子，而A20 rs5029939变异能使SLE患者出现肾脏和血液系统损害的概率增加2倍。
动物模型研究显示，新型泛素连接酶Roquin在阻止自身抗原的免疫反应中起着关键性作用，可能与SLE发病有关。Vinuesa等发现敲除Roquin小鼠表现出类似SLE的白身免疫性综合征，如抗核抗体阳性，抗双链DNA（dsDNA）抗体阳性，淋巴结病，伴IgG免疫复合物沉积的局灶增生性肾小球肾炎，坏死性肝炎，贫血和自身免疫性血小板减少症。甚至不完全敲除Roquin也可导致明显的自身免疫反应，但其具体机制有待进一步深入研究。
3.2 UPS与干燥综合征（SS）：SS是一种主要累及外分泌腺体的慢性炎症性自身免疫病。抗SSA抗体是SS患者最常见的特异性抗体（占66.7%），也是SLE患者常见的抗体之一，其识别底物为R052抗原。R052，又名TRIM21，具有泛素连接酶活性，能介导转录因子IRF3、IRF5、IRF7和IRF8泛素化，调节促炎性细胞因子和1型干扰素的生成。R052还具有调节RNA转录加工，诱导细胞凋亡，促进CD28介导的白细胞介素（IL）-2产生等功能。在SS和SLE患者外周血中，R052的表达均显著增加，减少R052能部分恢复细胞活性，这表明R052可能参与SLE和SS的发病过程，促进免疫炎症级联反应、诱导细胞凋亡以及T细胞和B细胞信号转导异常是其可能的作用机制。
在SS患者体内也可检测到表达增高的抗PA28α抗体和抗Ki抗体，而与抗Ki抗体高表达相关的眼干、口干、外分泌腺淋巴细胞浸润等是SS相对特异的临床特点。因此推测，R052和Ki抗原不仅参与SLE和SS的发病过程，而且可能是临床上SLE容易出现继发性SS或者合并SS的机制之一，但仍需进一步研究证实。
3.3 UPS与类风湿关节炎（theumatoid arthritis，RA）：RA主要表现为慢性对称性关节滑膜炎。滑膜素（又名Hrd1）作为RA新型致病因子之一，实质上为一种泛素连接酶，高表达于RA患者及小鼠的滑膜组织中。当滑膜素过度表达时，肿瘤坏死因子（TNF）-α和IL-1β等炎性因子水平增高，抑制胶原诱导的关节炎小鼠滑膜细胞凋亡，滑膜组织显著增生，诱发关节炎；而敲除滑膜素基因后，炎性因子水平下降，小鼠滑膜细胞凋亡增加，抑制关节炎程度。泛素连接酶c-MIR同样在RA小鼠滑膜组织中过度表达，c-MRI转基因能明显下调TNF-α和IL-6水平，抑制关节炎症。
其他动物模型研究发现，蛋白酶体抑制剂MG132能够抑制核因子-κB活化，减少细胞黏附分子、神经肽P物质和降钙素基因相关肽的表达，从而显著减少RA小鼠的关节炎症、炎性疼痛以及关节破坏程度。泛素连接酶MuRF1和atrogin-1在RA肌肉中高表达，可能与RA伴骨骼肌减少相关；而泛素连接酶Smurf1通过促进Smad1和Runx2泛素化降解，可介导RA发生系统性骨质丢失。
3.4 UPS与血清阴性脊柱关节病（seronegative spondy-loarthropathy，SpA）：血SpA是指血清类风湿因子阴性，脊柱关节受累的一组疾病的总称，包括强直性脊柱炎（AS）、反应性关节炎、银屑病关节炎、炎症性肠病关节炎、未分化脊柱关节病等。大部分SpA患者，尤其AS患者，有HLA-B27阳性的特点。研究发现，AS患者单核细胞高表达蛋白酶体激活因子PA28-β亚单位和泛素特异性肽酶USP7、USP53、USP38等，PA28通过调节TLR、整合素、血管内皮生长因子等通路上调HLA-B27表达。当PA28存在时，HLA-B27限制性片段SRYWAIRTR的表达可增加4倍，NRELIQQEL的表达增加3倍。外，HLA-B27错误折叠是SpA的发病机制之一，UPS可通过调节DNA修复、细胞凋亡等途径参与HLA-B27错误折叠，从而影响SpA的发病过程。
3.5 UPS与其他自身免疫性疾病：最初研究表明，Ku70是一种与多发性肌炎一硬皮病重叠综合征相关的自身抗原，后来发现Ku70在DNA修复中发挥重要作用。Gama等发现凋亡细胞内泛素化Ku70表达增加，而蛋白酶体抑制剂能减少凋亡细胞内Ku70水平。这提示Ku70的泛素化可能与多发性肌炎一硬皮病相关。与SLE相似，在混合性结缔组织病（MCTD）患者血清中也可检测到与疾病活动度相关的高水平循环20S蛋白酶体。此外，UPS通过上述一系列途径可能参与炎性肠病、自身免疫性甲状腺炎、多发性硬化、哮喘等多种自身免疫相关性疾病的发病过程。
综上所述，UPS是一个非常复杂的系统，通过高效、高选择性的降解蛋白质调控机体免疫应答平衡，参与多种自身免疫病的发生和发展。其与SLE、干燥综合征、RA、血清阴性脊柱关节病等多种疾病关系的研究日益受到关注。但是，UPS与自身免疫性疾病的关系尚存在许多研究空间，如UPS在自身免疫病中的具体作用机制，以及如何通过调控UPS治疗自身免疫病等问题均有待进一步探索。随着研究的不断深入，相信自身免疫性疾病的防治工作将被开拓出一条新的途径。