郭英華，陳思嬌綜述，宋今丹審校

0 引言

NF-κB作為一種廣泛存在于機體各種細胞中重要的轉錄因子可以被多種細胞外刺激活化參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展，其與糖尿病的發(fā)病機制密切相關，而經(jīng)典炎性反應關鍵信號轉導通路IKKβ/NF-κB，由其誘導的炎性細胞因子表達擴大了持續(xù)的炎性反應［1］。蛋白質翻譯后修飾如磷酸化、泛素化以及SUMO化等對蛋白質的活性和功能有重要影響［2］。最近的研究顯示，SUMO在轉錄因子翻譯后修飾中所起的作用越來越受到重視，SUMO能修飾許多在基因表達調(diào)控中起重要作用的蛋白質，可以通過與某些特異靶轉錄因子的殘基共價結合影響蛋白質亞細胞定位，廣泛參與細胞內(nèi)多條代謝途徑［3］。SUMO參與的NF-κB信號通路調(diào)節(jié)，通過生化級聯(lián)反應與靶蛋白結合，也可以由SUMO酶直接介導蛋白與蛋白相互作用對NF-κB信號通路相關因子如IκBα、NF-κB必須調(diào)節(jié)蛋白即進行轉錄調(diào)控。并且SUMO化修飾酶作為構架蛋白，可與一些蛋白相互作用，進而對NF-κB信號通路進行調(diào)控［4-5］，但底物蛋白的具體種類目前尚不清楚?，F(xiàn)不斷有大量人群樣本證實SUMO-4的單核甘酸多態(tài)性與糖尿病的易感性直接相關［6］。而且近年來糖尿病發(fā)病率顯著上升，2型糖尿病則以外周胰島素抵抗、肝葡萄糖輸出增加和胰島素分泌減少為主要表現(xiàn)。SUMO對經(jīng)典IKKβ/NF-κB信號轉導途徑的修飾從炎癥和免疫等方面參與了2型糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展。因此深入探討多種機制之間的相互作用為進一步揭示2型糖尿病的發(fā)病機理提供科學依據(jù)，從而為2型糖尿病患者的預防治療及預后帶來福音。

1 SUMO修飾系統(tǒng)

SUMO是泛素類蛋白家族的重要成員之一，廣泛存在于真核細胞中，進化上高度保守。哺乳動物中存在4種SUMO分子，SUMO-1主要修飾生理狀態(tài)下的蛋白質分子，SUMO-2與SUMO-3氨基酸序列非常接近，主要修飾應激蛋白。SUMO-4在淋巴結及脾中有表達，在腎中高表達［7］，基因位于IDDM5內(nèi)，其編碼的蛋白能通過與IκB作用負性調(diào)節(jié)NF-κB的轉錄活性，參與1型糖尿病的發(fā)?。?］。Bonizzi等［9］發(fā)現(xiàn)SUMO4基因的M55V突變可上調(diào)NF-κB的轉錄活性，并與2型糖尿病腎病的嚴重程度有關。

蛋白質的SUMO化修飾就是SUMO共價結合到底物蛋白的賴氨酸殘基上的一種蛋白質翻譯后修飾，由一系列SUMO酶催化完成［10-12］并參與到轉錄調(diào)控、信號轉導、蛋白質亞細胞定位等多種調(diào)節(jié)中。這是一個可逆的過程，將SUMO從靶蛋白上去除稱之為去SUMO化，由Sentrin特定的蛋白酶(sentrin-specific proteases，SENP)催化完成［13］。SUMO化修飾類似于但又不同于泛素化，SUMO是阻礙泛素對底物蛋白的共價修飾，來提高底物蛋白的穩(wěn)定性［14］。

2 SUMO化與2型糖尿病

IκB是NF-κB的主要調(diào)控蛋白，也是第1個被發(fā)現(xiàn)在NF-κB信號通路調(diào)節(jié)中的SUMO修飾蛋白。IκBαSUMO化的作用，IKKβ/NF-κB途徑的持續(xù)活化都促進了2型糖尿病的發(fā)生發(fā)展［15］。SUMO與泛素競爭抑制IκBa被泛素依賴的蛋白酶體降解，從而起到穩(wěn)定底物蛋白即NF-κB的作用，由此減輕了炎性反應的進一步級聯(lián)擴大，即對2型糖尿病的進展可能會在某種程度上延緩了其發(fā)病及并發(fā)癥的出現(xiàn)。

2.1 活化的信號轉導蛋白及轉錄激活因子抑制蛋白(protein inhibitor of activated STAT，PIAS)目前已知的SUMO連接酶E3包括PIAS蛋白家族、Ran-BP2(Ran-binding protein2)和Pc2［polycomb group(PcG)protein］，其中人PIAS編碼蛋白包括PIAS1、PIAS2、PIAS3和PIAS4。連接酶E3一般以中介的形式同時與E2和底物蛋白作用來促進SUMO與底物蛋白特異性的結合，以提高SUMO化修飾效率［16-17］。

PIAS的功能與SUMO修飾有關［10］。其自身所具有的SUMO E3連接酶活性，可促進對一些轉錄因子、轉錄輔因子的化學修飾，尤其是SUMO化修飾，從而調(diào)控它們的轉錄活性。

PIAS1 SUMO化成分影響NF-κB轉錄激活，抑制其介導的基因轉錄［18］，PIAS1也可以通過促進過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPAR-γ)的SUMO化來抑制NF-κB依賴的轉錄［18-21］。另外，發(fā)現(xiàn)PIAS3可抑制TNFα激活的NF-κB的轉錄活性［5］。

有研究表明:慢性亞臨床炎癥可能與胰島素抵抗(insulinresi-stance，IR)發(fā)展為2型糖尿病有關，有慢性炎癥者罹患糖尿病的風險顯著增加，且給非肥胖動物輸注炎癥因子或脂質也能誘導IR。在這一病理生理過程中，脂肪組織的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)障礙起了重要作用。脂肪組織是產(chǎn)生炎癥細胞因子的重要場所。PPAR-γ通過增加肝臟脂肪酶活性來促進游離脂肪酸的氧化，而TNF-α對PPAR-γ活性的抑制使脂肪酸β氧化障礙，因此當脂肪細胞分泌過量的TNF-α、游離脂肪酸、IL-6時，即可引起肌細胞、肝細胞的IR。PIAS對基因的轉錄起抑制作用或激活作用［22］，這體現(xiàn)了PIAS蛋白功能的特異性和復雜性［10］。其參與2型糖尿病可能存在多個作用靶點的具體機制并不明確。

2.2 SUMO結合酶E2(Ubc9)Ubc9存在著與RanBP2和SUMO1獨立結合的位點，而且這種結合相互競爭。RanBP2-Ubc9復合物的形成更易于Ubc9從SUMO化的底物上釋放［23］。Tashiro等［24］發(fā)現(xiàn)，Ubc9過度表達會延遲IκBa的降解以及TNFa誘導下NF-κB的活化。用HEK293細胞研究發(fā)現(xiàn)Ubc9滅活后，用TNFa刺激時NF-κB的轉錄活性是被抑制的。推測Ubc9對NF-κB的轉錄調(diào)控既可能促進又可能抑制，由此可見Ubc9在糖尿病的發(fā)病及并發(fā)癥出現(xiàn)的過程中具體處于何種位置，發(fā)揮了何種具體的效應尚不完全清楚。

2.3 SENP在人體內(nèi)，SENP包括6種亞型:SENP1、SENP2、SENP3、SENP4、SENP5和SENP6。其中SENP1是細胞核蛋白，SENP1定位可能由細胞外信號通路與蛋白翻譯修飾如SUMO化或磷酸化來調(diào)控［25］;SENP2是核膜相聯(lián)的蛋白酶;SENP3與SENP5的同源程度較高，均存在于核仁中;SENP4目前就其參與的細胞生物學過程中的確切作用并未十分明確;SENP6主要在細胞質中被發(fā)現(xiàn)，目前對其了解不多。SENP參與SUMO前體的成熟，又參與切斷SUMO與底物蛋白的連接［26］，可見其功能的多樣性。在NF-κB信號通路中，SUMO化的IκBa可能導致了SENP1定位的改變，從而影響了靶基因的轉錄調(diào)控。SUMO連接酶E3對胰島細胞自身抗原512的SUMO化修飾能減少其與STAT5的結合，以此抑制胰島素的分泌［27］。

2.4 IL-1調(diào)節(jié)體(interactor of the interleukin-1 receptor，Tollip)Tollip存在于核小體，與SUMO-1和Daxx抑制因子處于相同位置。調(diào)控細胞內(nèi)泛素化的IL-1受體，具有細胞內(nèi)蛋白運輸?shù)淖饔?，并參與SUMO化的過程。研究表明Tollip可能在RanGAP-1 sumo化修飾、細胞核、細胞質蛋白易位中發(fā)揮了作用，由此可推斷Tollip通過泛素化及SUMO化［28］參與調(diào)控了細胞核及細胞質蛋白的轉運，可能是與SUMO化后的NF-κB信號通路中某些蛋白(如IκBa)發(fā)生相互作用，進而對通路中的級聯(lián)反應進行調(diào)控。

3 問題與展望

近年來，越來越多的證據(jù)支持炎性反應在2型糖尿病發(fā)病機制中的重要作用。由此不容忽視NF-κB信號通路在2型糖尿病發(fā)病機制中的重要作用。

促炎因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosing factor，TNF-α)、IL-6等作為一種刺激信號在NF-κB上游起作用，維持其活化在體內(nèi)擴增炎性反應。如TNF-α持續(xù)釋放過多可促進內(nèi)皮素-1的產(chǎn)生而引起血管壁的損傷，具有促進動脈硬化形成的作用;TNF-α血漿水平與肥胖、高胰島素血癥有直接關聯(lián)。TNF-α還可以激活胰島內(nèi)巨噬細胞釋放IL-1而誘導一氧化氮合酶(NOS)，使NOS和NO在胰島B細胞內(nèi)增多來抑制胰島素的作用增加IR。

IL-6是一種多功能因子，涉及到機體炎性反應參與能量代謝，是發(fā)展為糖尿病的獨立危險因素。高血糖環(huán)境下，IL-6促進B淋巴細胞分化產(chǎn)生大量IgG來促進殺傷性T淋巴細胞激活，與其他細胞因子和效應分子共同產(chǎn)生細胞毒作用致使胰島B細胞凋亡［29］。

Woo等［30］證實了SUMO化修飾參與了晚期糖基化終產(chǎn)物(advaced glycation end products，AGE)介導的糖尿病血管內(nèi)皮功能障礙。高糖刺激下AGE與其受體結合增加，激活NF-κB信號通路介導下游TNF-a、IL-6等高表達。由此推測SUMO在NF-κB的轉錄抑制中的作用很可能為一種保護機制，對抗糖尿病血管內(nèi)皮的損傷，來負向調(diào)節(jié)糖尿病的發(fā)展。可見NF-κB信號通路的SUMO化修飾在糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

通過研究SUMO及其酶和NF-κB信號通路調(diào)控的關系，表明其確實參與了糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展過程。雖然已經(jīng)明確了SUMO及SUMO酶的部分功能，但仍然有許多問題需要解決從而進一步探索不同SUMO酶對NF-κB信號通路的復雜影響機制;SUMO連接酶E3是否參與IκBa的SUMO化;對每種SUMO蛋白酶的底物確定;SUMO化可以發(fā)生在細胞的任何地方，SENP在它的非主要領域也有發(fā)現(xiàn)，兩者存在怎樣的作用形式;在去SUMO化過程中，Tollip是否與SUMO化后的NF-κB信號通路中某些蛋白發(fā)生了相互作用，以及對其他與SUMO和NF-κB信號通路調(diào)控相關蛋白的確認仍是目前研究的熱點。深入研究SUMO及其酶的功能和調(diào)控機制，可能會對NF-κB信號通路參與疾病(如2型糖尿病)的發(fā)生、發(fā)展有新的發(fā)現(xiàn)及更深入的認識，進而為阻斷該信號通路治療疾病尋找到新靶點。

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