1、第 41 卷第 2 期2023 年 4 月广东医科大学学报JOURNAL OF GUANGDONG MEDICAL UNIVERSITYVol.41 No.2Apr.2023121蛋白质翻译后修饰在哮喘发病机制中的研究进展赖天文（广东医科大学附属东莞第一医院呼吸与危重症医学科，广东东莞 523721）专家简介：赖天文，博士，副主任医师，教授，博士生/博士后导师，广东医科大学附属东莞第一医院呼吸医学中心主任/学科带头人，广东省杰出青年基金获得者，长期从事呼吸疾病的发病机制及临床防治研究。主要研究方向为：（1）表观修饰、免疫炎症、免疫代谢调控慢性气道炎症反应的分子机制及干预策略；（2）生物标志物在
2、呼吸疾病早期诊断、治疗评估及预后的作用。目前在国际权威医学杂志 NEJM Chest Cell reportsAJRCMB AJP-Lung Respiratory Research 等发表SCI 论文 40 余篇。入选 2020 年度中国学者发表的四大顶级医学期刊论文影响力前 100 名。主持国家自然基金面上项目、广东省杰出青年基金等 10 余项。兼任美国胸科协会会员（ATS）、欧洲呼吸协会会员（ERS）、广东省胸部疾病学会重症哮喘精准诊治专业委员会副主任委员、广东省精准医学应用学会慢性呼吸道疾病分会常委、广东省中西医结合重症医学专业委员、中国（华）全科医学杂志青年编委。E-mail:lai
3、tianwen 摘要：哮喘主要以气道炎症、气道重塑和气道高反应性为特征，其分子机制未明。蛋白质翻译后修饰是指以共价方式在氨基酸残基上加上或去除修饰基团，进而调节蛋白功能，主要包括磷酸化、乙酰化、泛素化、糖基化、脂质化、亚硝基化和蛋白水解等。该文总结了蛋白质翻译后修饰在哮喘发病机制中的研究进展，提出现存问题及展望。关键词：哮喘；磷酸化；乙酰化；泛素化；糖基化中图分类号：R 725 文献标志码：A 文章编号：2096-3610（2023）02-0121-06Research advances of protein post-translational modifications in the pa
4、thogenesis of asthmaLAI Tian-wen(Department of Respiratory and Critical Care Medicine,the First Dongguan Affiliated Hospital of Guangdong Medical University,Dongguan 523721,China)Abstract:Asthma is mainly characterized by airway inflammation,airway remodeling and airway hyperresponsiveness,but the m
5、olecular mechanisms are not completely understood.Protein post-translational modifications,mainly including phosphorylation,acetylation,ubiquitination,glycosylation,lipidation,nitrosylation and proteolysis,are the covalent addition or removal of modification groups to amino acid residues,in order to
6、 regulate the function of protein.This article summarizes the research advances on protein post-translational modifications in the pathogenesis of asthma,as well as existing problems and prospects.Key words:asthma;phosphorylation;acetylation;ubiquitination;glycosylation支气管哮喘简称哮喘，是全球范围内发病率较高的慢性异质性气道疾
7、病，全球约有 3.34 亿哮喘患者，且每年与之相关的死亡人数高达 1.8 亿1。其临床表现主要为反复发作的喘息、气急，伴或不伴胸闷或咳嗽等症状；气道病理改变表现为气道高反应性、可变的气流受限以及气道重塑。哮喘发病机制复杂，由遗传因素和环境因素共同作用所致，涉及神经系统、内分泌系收稿日期：2023-04-17基金项目：广东省杰出青年基金项目（2020B1515020004），国家自然科学基金面上项目（82170030）统、免疫系统等多系统相关的多个基因转录、翻译及翻译后修饰等过程的改变。由于哮喘发病机制未明晰，目前尚未建立理想的治疗方法。基因的转录和翻译，到最终蛋白质发挥作用的过程决定生物的表型
8、和功能。这一复杂的过程中，蛋白质翻译后修饰（protein translational modifications，PTMs）是蛋白质生物合成的关键步骤，官能团的添加、广东医科大学学报1222023年 第41卷折叠或去除均会导致蛋白质功能的急剧改变2，进而影响疾病的发生、发展。PTMs 是指蛋白质在RNA 翻译后进行的一系列共价修饰，磷酸化、乙酰化、泛素化和糖基化是较为常见的类型。本文总结了PTMs 在哮喘发病机制中的研究进展，提出现存问题及展望。1磷酸化在哮喘发病机制中的作用磷酸化是指在蛋白质或中间代谢产物上加磷酸基团的过程，主要发生在丝氨酸和苏氨酸上，激活或抑制各种酶或受体，从而调节不同的
9、信号通路，控制细胞的新陈代谢、生长和分化、免疫反应和细胞凋亡等。哮喘发病机制中的蛋白磷酸化修饰包括与炎症因子信号转导和转录激活相关STAT6 的磷酸化3、细胞有丝分裂相关paxillin 蛋白的磷酸化4、细胞凋亡相关Caspase-9 的磷酸化5、程序性坏死相关混合系激酶区域样蛋白MLKL 的磷酸化6、效应蛋白激酶如肌球蛋白轻链激酶7和蛋白激酶C 的底物MARCKS 的磷酸化8等。目前已发现哮喘中磷酸化的蛋白涉及P38/MAPK 通路9-12、PI3K/Akt 通路13-14、NF-B/IB 通路15-16、TGF-/Smad 通路17等。2乙酰化在哮喘发病机制中的作用乙酰化是指通过乙酰基转移
10、酶在分子中加入乙酰基的过程。目前已经发现了多种蛋白质可以发生乙酰化修饰，包括组蛋白、P53 和微管蛋白等。根据蛋白质乙酰化位点的不同，乙酰化可以被分为 3 种类型：N-乙酰化、赖氨酸乙酰化和O-乙酰化18。乙酰化修饰对各种细胞信号传导、细胞核功能及相关通路调控有调节作用，可以改变关键的代谢酶类的功能。在哮喘患者中发现，外周血单个核细胞（PBMC）中过氧化还原蛋白 6（Peroxiredoxin-6）赖氨酸乙酰化水平显著升高19，去乙酰化酶 1（SIRT1）缺陷加重哮喘病情20。据哮喘动物模型研究报道，IL33 存在乙酰化修饰21-22，哮喘易感基因ORMDL3 启动子的乙酰基转移酶p300 数
11、量增加23，以及染色质组蛋白乙酰化修饰24-27等。在哮喘患者的治疗中，糖皮质激素将组蛋白去乙酰化酶 2（HDAC2）募集到激活的炎症基因转录复合物，逆转激活炎症基因的组蛋白乙酰化，从而抑制哮喘中被激活的多种炎症基因28。此外，在哮喘治疗的动物模型研究中，具有抗炎作用龙胆苦苷（GPS）可以上调SIRT1 的表达，而下调乙酰核因子B（NF-B）p65 的表达29。3泛素化在哮喘发病机制中的作用泛素化修饰通过E3 泛素连接酶和去泛素化酶的协同作用，参与了包括蛋白酶体降解、转录调控、蛋白-蛋白相互作用的调控、内吞作用、自噬、DNA 修复和细胞周期调控等多种生理过程30。其中，E3 泛素连接酶如AMF
12、R31、Cul532、MID133、Itch34、Fbw735、Parkin36、Cbl-b37、TRIM2138和去泛素化酶USP3839在哮喘疾病发生、发展中起着重要作用。此外，泛素-蛋白酶体途径在细胞内蛋白质的选择性降解中起着核心作用40，参与哮喘的疾病进程41，可降解参与细胞功能的关键蛋白质，如炎症基因等，有望缓解治疗哮喘的炎症反应42。4糖基化在哮喘发病机制中的作用糖基化是在糖基转移酶作用下将糖基转移至蛋白质，与蛋白质上的氨基酸残基形成糖苷键的过程。蛋白质经过糖基化作用，形成糖蛋白。糖基化不仅极大地提高了机体蛋白质组的多样性，而且对蛋白质的功能、稳定性和亚细胞定位等有着重要的影响43
13、。免疫球蛋白同型和保守的Fc 糖基化位点通常决定了抗体的下游活性，其中糖基化的复杂性和程度有助于其结合Fc 受体和激活补体的能力44-45，包括母乳免疫球蛋白G（IgG）的糖基化状态46-47、牛奶蛋白的糖基化48、谷物类过敏源的糖基化49、晚期糖基化终产物受体（RAGE）50-51、高度糖基化的细胞黏附分子（黏蛋白）52-53以及其他靶向受体54等都与哮喘的发生、发展密切相关。此外，基于糖基化修饰减轻哮喘发作的药物如 Omalizumab55、kaempferol-3-O-rhamnoside56为哮喘的治疗提供了新的思路。5脂质化在哮喘发病机制中的作用脂质化是指蛋白质在核糖体合成后与疏水脂
14、质分子进行共价结合的一种PTMs。脂质介质是肥大细胞和嗜碱性粒细胞所共有，参与哮喘的发生和发展57。白三烯（LTs）包括半胱氨酸白三烯（CysLTs）和白三烯B4（LTB4）是最有效的炎症性脂质介质，在哮喘和其他炎症性疾病的病理生理中起着核心作用58。白三烯通路抑制对哮喘极具治疗意义，其相关的花生四烯酸脂氧合酶通路在哮喘中起着关键作用59-62。作为关键的细胞膜脂类和信号分子的鞘脂在哮喘发展，尤其是肥大细胞鞘脂中发挥重要作用63-65，其中ORMDL3 是哮喘的易感基因，其作用与调节鞘脂稳态相关66-67。必需脂肪酸衍生的免疫化解剂，即脂素、化解素、保护素和乳脂素，是一种抗炎化合物，利于缓解哮
15、喘和 过敏68。第2期赖天文.蛋白质翻译后修饰在哮喘发病机制中的研究进展1236亚硝基化在哮喘发病机制中的作用一氧化氮（NO）是有机体内一种重要的气体信号小分子，通过介导S-亚硝基化修饰、酪氨酸硝基化修饰等翻译后修饰，影响蛋白质的生物活性、稳定性、亚细胞定位以及蛋白质间相互作用，从而导致蛋白质结构和功能的改变，继而影响细胞的多种病理和生理过程。其中，蛋白质巯基亚硝基化修饰是NO 与蛋白质半胱氨酸残基中的自由巯基（-SH）共价结合形成亚硝基硫醇（SNOs）的过程。研究发现，严重哮喘患者气道s-亚硝基硫醇耗竭69，并伴有S-亚硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）活性显著增加，以及气道高反应性增加70。
16、此外，2-肾上腺素能受体（2AR）的S-亚硝基化修饰是哮喘患者脱敏以及支气管松弛的重要因素71-72。由于GSNOR 通过S-亚硝基谷胱甘肽（GSNO）的分解代谢在体内调节SNOs 和NO，在哮喘的抗炎和平滑肌松弛活性等发挥重要作用，GSNOR 抑制剂已成为治疗急性哮喘的潜在药物73。7蛋白水解在哮喘发病机制中的作用蛋白酶对蛋白质的降解性水解作用，可去除未组装的蛋白质亚单位和错误折叠的蛋白质，并可将给定的蛋白质减少到小肽或氨基酸水平以维持蛋白质浓度稳态。蛋白酶家族主要包括丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶和金属蛋白酶。丝氨酸蛋白酶在哮喘发病机制、促进炎症和气道重塑中起着重要作用74。此外，尘螨中丝氨酸蛋白酶变应原与哮喘的发生、发展紧密相关75。丝氨酸蛋白酶抑制剂甲磺酸nafamostat 和甲磺酸gabexate 在哮喘小鼠模型中减弱过敏原诱导的气道炎症和嗜酸性粒细胞增多，具有治疗意义76。半胱氨酸蛋白酶变应原引起气道上皮细胞的组织损伤，激活 2 型固有淋巴细胞介导的气道炎症77。尘螨中半胱氨酸蛋白酶变应原影响哮喘疾病的发生、发展78-79。金属蛋白酶 33（ADAM33），