核因子-κB信号通路中小泛素样修饰蛋白与2型糖尿病的关系

郭英华，陈思娇综述，宋今丹审校

0 引言

NF-κB作为一种广泛存在于机体各种细胞中重要的转录因子可以被多种细胞外刺激活化参与多种疾病的发生发展，其与糖尿病的发病机制密切相关，而经典炎性反应关键信号转导通路IKKβ/NF-κB，由其诱导的炎性细胞因子表达扩大了持续的炎性反应［1］。蛋白质翻译后修饰如磷酸化、泛素化以及SUMO化等对蛋白质的活性和功能有重要影响［2］。最近的研究显示，SUMO在转录因子翻译后修饰中所起的作用越来越受到重视，SUMO能修饰许多在基因表达调控中起重要作用的蛋白质，可以通过与某些特异靶转录因子的残基共价结合影响蛋白质亚细胞定位，广泛参与细胞内多条代谢途径［3］。SUMO参与的NF-κB信号通路调节，通过生化级联反应与靶蛋白结合，也可以由SUMO酶直接介导蛋白与蛋白相互作用对NF-κB信号通路相关因子如IκBα、NF-κB必须调节蛋白即进行转录调控。并且SUMO化修饰酶作为构架蛋白，可与一些蛋白相互作用，进而对NF-κB信号通路进行调控［4-5］，但底物蛋白的具体种类目前尚不清楚。现不断有大量人群样本证实SUMO-4的单核甘酸多态性与糖尿病的易感性直接相关［6］。而且近年来糖尿病发病率显著上升，2型糖尿病则以外周胰岛素抵抗、肝葡萄糖输出增加和胰岛素分泌减少为主要表现。SUMO对经典IKKβ/NF-κB信号转导途径的修饰从炎症和免疫等方面参与了2型糖尿病及其并发症的发生发展。因此深入探讨多种机制之间的相互作用为进一步揭示2型糖尿病的发病机理提供科学依据，从而为2型糖尿病患者的预防治疗及预后带来福音。

1 SUMO修饰系统

SUMO是泛素类蛋白家族的重要成员之一，广泛存在于真核细胞中，进化上高度保守。哺乳动物中存在4种SUMO分子，SUMO-1主要修饰生理状态下的蛋白质分子，SUMO-2与SUMO-3氨基酸序列非常接近，主要修饰应激蛋白。SUMO-4在淋巴结及脾中有表达，在肾中高表达［7］，基因位于IDDM5内，其编码的蛋白能通过与IκB作用负性调节NF-κB的转录活性，参与1型糖尿病的发病［8］。Bonizzi等［9］发现SUMO4基因的M55V突变可上调NF-κB的转录活性，并与2型糖尿病肾病的严重程度有关。

蛋白质的SUMO化修饰就是SUMO共价结合到底物蛋白的赖氨酸残基上的一种蛋白质翻译后修饰，由一系列SUMO酶催化完成［10-12］并参与到转录调控、信号转导、蛋白质亚细胞定位等多种调节中。这是一个可逆的过程，将SUMO从靶蛋白上去除称之为去SUMO化，由Sentrin特定的蛋白酶(sentrin-specific proteases，SENP)催化完成［13］。SUMO化修饰类似于但又不同于泛素化，SUMO是阻碍泛素对底物蛋白的共价修饰，来提高底物蛋白的稳定性［14］。

2 SUMO化与2型糖尿病

IκB是NF-κB的主要调控蛋白，也是第1个被发现在NF-κB信号通路调节中的SUMO修饰蛋白。IκBαSUMO化的作用，IKKβ/NF-κB途径的持续活化都促进了2型糖尿病的发生发展［15］。SUMO与泛素竞争抑制IκBa被泛素依赖的蛋白酶体降解，从而起到稳定底物蛋白即NF-κB的作用，由此减轻了炎性反应的进一步级联扩大，即对2型糖尿病的进展可能会在某种程度上延缓了其发病及并发症的出现。

2.1 活化的信号转导蛋白及转录激活因子抑制蛋白(protein inhibitor of activated STAT，PIAS)目前已知的SUMO连接酶E3包括PIAS蛋白家族、Ran-BP2(Ran-binding protein2)和Pc2［polycomb group(PcG)protein］，其中人PIAS编码蛋白包括PIAS1、PIAS2、PIAS3和PIAS4。连接酶E3一般以中介的形式同时与E2和底物蛋白作用来促进SUMO与底物蛋白特异性的结合，以提高SUMO化修饰效率［16-17］。

PIAS的功能与SUMO修饰有关［10］。其自身所具有的SUMO E3连接酶活性，可促进对一些转录因子、转录辅因子的化学修饰，尤其是SUMO化修饰，从而调控它们的转录活性。

PIAS1 SUMO化成分影响NF-κB转录激活，抑制其介导的基因转录［18］，PIAS1也可以通过促进过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPAR-γ)的SUMO化来抑制NF-κB依赖的转录［18-21］。另外，发现PIAS3可抑制TNFα激活的NF-κB的转录活性［5］。

有研究表明:慢性亚临床炎症可能与胰岛素抵抗(insulinresi-stance，IR)发展为2型糖尿病有关，有慢性炎症者罹患糖尿病的风险显著增加，且给非肥胖动物输注炎症因子或脂质也能诱导IR。在这一病理生理过程中，脂肪组织的内分泌调节障碍起了重要作用。脂肪组织是产生炎症细胞因子的重要场所。PPAR-γ通过增加肝脏脂肪酶活性来促进游离脂肪酸的氧化，而TNF-α对PPAR-γ活性的抑制使脂肪酸β氧化障碍，因此当脂肪细胞分泌过量的TNF-α、游离脂肪酸、IL-6时，即可引起肌细胞、肝细胞的IR。PIAS对基因的转录起抑制作用或激活作用［22］，这体现了PIAS蛋白功能的特异性和复杂性［10］。其参与2型糖尿病可能存在多个作用靶点的具体机制并不明确。

2.2 SUMO结合酶E2(Ubc9)Ubc9存在着与RanBP2和SUMO1独立结合的位点，而且这种结合相互竞争。RanBP2-Ubc9复合物的形成更易于Ubc9从SUMO化的底物上释放［23］。Tashiro等［24］发现，Ubc9过度表达会延迟IκBa的降解以及TNFa诱导下NF-κB的活化。用HEK293细胞研究发现Ubc9灭活后，用TNFa刺激时NF-κB的转录活性是被抑制的。推测Ubc9对NF-κB的转录调控既可能促进又可能抑制，由此可见Ubc9在糖尿病的发病及并发症出现的过程中具体处于何种位置，发挥了何种具体的效应尚不完全清楚。

2.3 SENP在人体内，SENP包括6种亚型:SENP1、SENP2、SENP3、SENP4、SENP5和SENP6。其中SENP1是细胞核蛋白，SENP1定位可能由细胞外信号通路与蛋白翻译修饰如SUMO化或磷酸化来调控［25］;SENP2是核膜相联的蛋白酶;SENP3与SENP5的同源程度较高，均存在于核仁中;SENP4目前就其参与的细胞生物学过程中的确切作用并未十分明确;SENP6主要在细胞质中被发现，目前对其了解不多。SENP参与SUMO前体的成熟，又参与切断SUMO与底物蛋白的连接［26］，可见其功能的多样性。在NF-κB信号通路中，SUMO化的IκBa可能导致了SENP1定位的改变，从而影响了靶基因的转录调控。SUMO连接酶E3对胰岛细胞自身抗原512的SUMO化修饰能减少其与STAT5的结合，以此抑制胰岛素的分泌［27］。

2.4 IL-1调节体(interactor of the interleukin-1 receptor，Tollip)Tollip存在于核小体，与SUMO-1和Daxx抑制因子处于相同位置。调控细胞内泛素化的IL-1受体，具有细胞内蛋白运输的作用，并参与SUMO化的过程。研究表明Tollip可能在RanGAP-1 sumo化修饰、细胞核、细胞质蛋白易位中发挥了作用，由此可推断Tollip通过泛素化及SUMO化［28］参与调控了细胞核及细胞质蛋白的转运，可能是与SUMO化后的NF-κB信号通路中某些蛋白(如IκBa)发生相互作用，进而对通路中的级联反应进行调控。

3 问题与展望

近年来，越来越多的证据支持炎性反应在2型糖尿病发病机制中的重要作用。由此不容忽视NF-κB信号通路在2型糖尿病发病机制中的重要作用。

促炎因子如肿瘤坏死因子(tumor necrosing factor，TNF-α)、IL-6等作为一种刺激信号在NF-κB上游起作用，维持其活化在体内扩增炎性反应。如TNF-α持续释放过多可促进内皮素-1的产生而引起血管壁的损伤，具有促进动脉硬化形成的作用;TNF-α血浆水平与肥胖、高胰岛素血症有直接关联。TNF-α还可以激活胰岛内巨噬细胞释放IL-1而诱导一氧化氮合酶(NOS)，使NOS和NO在胰岛B细胞内增多来抑制胰岛素的作用增加IR。

IL-6是一种多功能因子，涉及到机体炎性反应参与能量代谢，是发展为糖尿病的独立危险因素。高血糖环境下，IL-6促进B淋巴细胞分化产生大量IgG来促进杀伤性T淋巴细胞激活，与其他细胞因子和效应分子共同产生细胞毒作用致使胰岛B细胞凋亡［29］。

Woo等［30］证实了SUMO化修饰参与了晚期糖基化终产物(advaced glycation end products，AGE)介导的糖尿病血管内皮功能障碍。高糖刺激下AGE与其受体结合增加，激活NF-κB信号通路介导下游TNF-a、IL-6等高表达。由此推测SUMO在NF-κB的转录抑制中的作用很可能为一种保护机制，对抗糖尿病血管内皮的损伤，来负向调节糖尿病的发展。可见NF-κB信号通路的SUMO化修饰在糖尿病及其并发症的发生发展中起重要作用。

通过研究SUMO及其酶和NF-κB信号通路调控的关系，表明其确实参与了糖尿病及其并发症的发生发展过程。虽然已经明确了SUMO及SUMO酶的部分功能，但仍然有许多问题需要解决从而进一步探索不同SUMO酶对NF-κB信号通路的复杂影响机制;SUMO连接酶E3是否参与IκBa的SUMO化;对每种SUMO蛋白酶的底物确定;SUMO化可以发生在细胞的任何地方，SENP在它的非主要领域也有发现，两者存在怎样的作用形式;在去SUMO化过程中，Tollip是否与SUMO化后的NF-κB信号通路中某些蛋白发生了相互作用，以及对其他与SUMO和NF-κB信号通路调控相关蛋白的确认仍是目前研究的热点。深入研究SUMO及其酶的功能和调控机制，可能会对NF-κB信号通路参与疾病(如2型糖尿病)的发生、发展有新的发现及更深入的认识，进而为阻断该信号通路治疗疾病寻找到新靶点。

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