王暖 楊麗娟 劉成霞

1濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院消化內科，山東 256600；2濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院腫瘤研究實驗室，山東 256600

2001年，Coscoy等［1］在病毒中發(fā)現(xiàn)能夠通過抑制主要組織相容性復合體Ⅰ（major histocompatibility complexⅠ，MHC-Ⅰ）促進病毒免疫逃逸的兩種跨膜蛋白，即K3和K5。通過生物信息學的方法在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)與K3、K5蛋白結構和底物相似的一類蛋白家族，該類蛋白具有E3泛素化連接酶活性，將其稱為膜相關環(huán)狀蛋白家族（membrane associated RING-CH，MARCH）［2］。MARCH家 族 包 括MARCH 1～11，MARCH家族成員分布廣泛，參與多種生理功能，比如精子發(fā)生、膜轉運、脂質合成等。其中MARCH1基因位于4號染色體短臂，編碼蛋白分子量32 kDa，在淋巴結和脾臟中高表達，其通過將主要組織相容性復合體Ⅱ（major histocompatibility complexⅡ，MHC-Ⅱ）和其他蛋白分子引導至溶酶體區(qū)室，泛素化降解來下調其表達水平，進而參與抗原提呈過程，可見MARCH1在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用［3］。近來研究發(fā)現(xiàn)MARCH1不僅是重要的免疫調節(jié)因子，還與免疫相關疾病、腫瘤、代謝等疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。研究表明，MARCH1參與了先天性炎癥和過敏性哮喘炎癥因子和炎性細胞的釋放［4-5］，并通過泛素化MHC-Ⅱ影響多器官功能障礙綜合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）的病程進展［6］。在腫瘤研究方面，MARCH1以促癌基因或抑癌基因的角色參與了卵巢癌、肝癌和膀胱癌的發(fā)生發(fā)展［7-9］。Zhang等［10］研 究 發(fā) 現(xiàn)，MARCH1可以降低人類免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）活性進而降低病毒感染率，MARCH1可能是治療艾滋病的一個新靶點。Bhagwandin等［11］報道MARCH1調控胰島素受體信號傳導進而可能在代謝方面有重大研究前景?？梢奙ARCH1在各種疾病中的作用逐漸受到重視，本文通過對MARCH1的表達調控，在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮的生物學效應以及在疾病中發(fā)揮的作用等方面進行綜述。

1 MARCH家族

泛素化是一種多種酶參與的，將泛素加到特定底物蛋白上使其發(fā)生泛素化修飾，進而發(fā)揮特定功能或者蛋白酶體降解的翻譯后修飾。泛素化涉及3步反應，首先游離泛素與泛素激活酶（E1）結合，然后轉移至泛素結合酶（E2），最后通過泛素連接酶（E3）附著于底物蛋白。MARCH家族是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種E3［12］。K3和K5是由卡波西氏肉瘤相關皰疹病毒（KSHV）編碼的含RING-CH的E3，在免疫逃逸中起重要作用。通過生物信息學的方法，MARCH蛋白確定為K3和K5的細胞直系同源物。在其他病毒（例如痘病毒和黏液瘤病毒）里也發(fā)現(xiàn)類似E3，進一步證明E3可能源自相應的宿主細胞［13］。

哺乳動物中共含有11種MARCH蛋白，它們都具有E3活性的N末端的RING-CH結構［14］。除了MARCH7和MARCH10外，其他MARCH家族成員蛋白還具有2個或多個TM跨膜結構域，同時MARCH7和MARCH10的RING-CH結構更接近蛋白的C末端。一些MARCH蛋白還具有其他結構域，比如介導蛋白相互作用的C末端PDZ結合域、可能參與胞吞作用的C末端基于酪氨酸的YXXΦ結構域［15］。進一步研究表明，4對MARCH蛋白（MARCH1/8、MARCH2/3、MARCH4/9、MARCH7/10）彼此之間密切相關，具有結構同源性，它們共享相似的底物。但是，這些蛋白的結構序列并不完全相同，比如MARCH4/9的RING-CH結構和TM結構中超過90%的殘基相同，MARCH2/3在以上結構域中約有60%的同源性［16］。

2 MARCH1結構和表達調控

MARCH1又稱RNF171，是MARCH家族成員之一，它主要由N端的RING-CH結構和兩個跨膜TM結構域組成［3］。MARCH1在大多數(shù)組織中均以非常低的水平表達，但在淋巴結和脾臟中高表達，細胞水平MARCH1在次級淋巴組織、B細胞、單核細胞和未成熟的樹突細胞中高表達，可見在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮很重要的作用。研究表明，白細胞介素-10（IL-10）能夠誘導MARCH1的表達［7］，但只是在mRNA水平上調MARCH1，在蛋白水平檢測仍較困難，提示MARCH1發(fā)生了轉錄后修飾。MARCH1在轉錄后調控原因可能是MARCH1通過二聚體化和自身泛素化調節(jié)自身的表達［17］。Jabbour等［18］研究發(fā)現(xiàn)在鼠源性的抗原提呈細胞（antigen presenting cell，APC）中，MARCH1的半衰期小于30 min，抑制溶酶體活性穩(wěn)定了MARCH1，同樣的使用半胱氨酸蛋白酶抑制劑觀察到類似的穩(wěn)定作用，提示其降解部分發(fā)生在溶酶體中。APC在未成熟狀態(tài)時，MARCH1表達水平較高，從而通過下調MHC-Ⅱ和CD86抑制未成熟APC的抗原提呈功能，當APC成熟時，MARCH1以較低的水平發(fā)揮E3作用迅速誘導其抗原提呈。所以，MARCH1不僅通過自身泛素化調控表達水平，而且在APC不同成熟階段發(fā)揮不同的作用，這種表達調控方式有助于MARCH1更好地參與抗原提呈的過程。

3 MARCH1與免疫

MARCH1在淋巴細胞發(fā)育過程中起到非常關鍵的調控作用，已經確定的MARCH1靶標分子：MHC-Ⅱ、CD86、CD98、HLA-DR、HLA-DM等［13］。MHC-Ⅱ分子的主要功能是向CD4+T細胞呈遞抗原從而在細胞免疫應答中發(fā)揮重要作用。MHC-Ⅱ的表達和半衰期是通過泛素化來控制的，MHC-Ⅱβ鏈的胞質尾部含有一個保守的賴氨酸殘基，該殘基通常在小鼠和人類的B細胞、樹突狀細胞（dendritic cell，DC）和單核細胞中被多聚泛素化［19］。盡管MHC-Ⅱ被泛素化的具體細胞位置還未知，但是負責E3的是MARCH家族成員。MARCH1的主要功能是泛素化抗原提呈細胞上的MHC-Ⅱ，研究發(fā)現(xiàn)在未成熟的DC中MARCH1高表達并且在DC的成熟過程中表達逐漸被下調［20］。B細胞中MARCH1的表達水平非常高，而且MARCH1的強表達誘導了MHC-Ⅱ的泛素化。在MARCH1缺陷小鼠的B細胞中，MHC-Ⅱ的表面半衰期延長，泛素化形式則完全消失［21］。而且缺乏MARCH1的B細胞表面高表達負荷外源性抗原的MHC-Ⅱ，并顯示出較高的呈遞抗原的能力。還有研究表明在B細胞中MARCH1通過泛素化MHC-Ⅱ促進了MHC-Ⅰ表達的升高，MHC-Ⅰ主要通過內源性抗原提呈的作用將抗原呈遞給CD8+T細胞，所以推測MARCH1具有共同調節(jié)MHC-Ⅰ和MHC-Ⅱ的作用［22］，雖然這種調節(jié)對CD8+T細胞的作用并不清楚，但是MARCH1在調節(jié)內源性和外源性抗原提呈途徑之間是有重要地位的。IL-10對APC的免疫抑制機制主要是通過調節(jié)共刺激分子（CD80、CD86）、MHC-Ⅱ表達和白細胞介素-12（IL-12）的產生來發(fā)揮作用的［23］。IL-10不僅降低APC抗原提呈的效能，而且可以提高腫瘤細胞的存活率。早期研究發(fā)現(xiàn)IL-10可以增加MHC-Ⅱ的表面表達，后來研究證明在單核細胞中IL-10的免疫抑制作用部分是通過上調MARCH1的mRNA表達水平來介導的，進而導致MHC-Ⅱ分子的泛素化和隨后的降解［24］。

除了MHC-Ⅱ之外，MARCH1對CD86也有調節(jié)作用。CD86是APC表面的一種共刺激分子，CD86與T細胞表面的共刺激分子CD28接合，從而為T細胞提供共刺激信號，使T細胞易于激活。研究發(fā)現(xiàn)，MARCH1缺陷型小鼠的DC表達CD86的水平顯著升高，提示MARCH1在CD86的調控中發(fā)揮作用［25］。缺乏MARCH1表達的DC在靜息狀態(tài)下表達的CD86明顯升高，這說明DC中MARCH1介導的泛素化對抑制CD86的表達有重要作用，同時這些DC在靜息狀態(tài)下會呈現(xiàn)抗原提呈的狀態(tài)，這些抗原可能被T細胞識別，然后導致自我反應性的T細胞活化。所以DC通過表達MARCH1抑制CD86的表達來控制不必要的、可能有害的T細胞活化［26］。DC受到脂多糖（LPS）刺激后會產生IL-10，同時DC暴露于IL-10的環(huán)境下會下調CD86的表達，所以DC產生IL-10通過自分泌的方式抑制了LPS誘導的CD86的增加，從而防止過量的CD86表達［26］。DC自分泌IL-10抵消了LPS誘導的MARCH1表達下調，潛在的機制是IL-10可能抑制LPS信號傳導，從而下調DC中MARCH1的表達，也可能IL-10獨立于LPS信號傳導。總之，MARCH1介導的泛素化在調節(jié)CD86對自分泌IL-10的反應中起到至關重要的作用。單核細胞在IL-10的刺激下，MARCH1的表達水平顯著上調，與CD86表達水平成反比。在泛素化結構上，與MHC-Ⅱ泛素化不同，MARCH1與CD86相互作用是通過蛋白的跨膜結構域介導的，CD86是胞質尾部中多個賴氨酸殘基都可被泛素化［27］。可見與MHC-Ⅱ部分相同的是，MARCH1也通過對CD86的泛素化調節(jié)抗原提呈功能。

Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）蛋白是一種能夠識別不同病原體的同型和異型二聚體的跨膜蛋白家族［28］，TLR激活能最終導致NF-κB通路活化，產生很多促炎因子，例如白細胞介素6-（IL-6）和腫瘤壞死因子-α（TNF-α），另外它還能誘導Ⅰ型干擾素的產生，因此TLR在針對病原體的先天免疫中有重要作用［29］。TLR受到Toll相互作用蛋白（Toll-interacting protein，Tollip）的負向調控［30］，Tollip與TLR結合抑制NF-κB的激活，減弱信號傳導，同時MHC-Ⅱ與TLR之間存在相互作用。Tollip會參與MHC-Ⅱ的成熟和運輸，還發(fā)現(xiàn)Tollip會大大降低MARCH1的表達水平，提示Tollip與MARCH1可能競爭結合MHC-Ⅱ［31］。研究發(fā)現(xiàn)MARCH1敲除小鼠的DC，會使促炎因子IL-6、IL-12和TNF-α減少，這表明MARCH1可能參與了TLR信號途徑［25］，其實這種作用還是基于MARCH1對MHC-Ⅱ的泛素化。

除此之外，MARCH1也參與其他分子的調控機制。CD83在成熟的DC中表達最高，CD83的跨膜結構域可以抑制MARCH1的活性，促進DC上MHC-Ⅱ和CD86的表達，并對抗IL-10對MARCH1的誘導作用，故CD83是MARCH1的拮抗因子［32-34］。CD98促進淋巴細胞擴增，其在淋巴瘤和白血病中表達升高，是這些疾病的潛在治療靶標［35］。MARCH1的異位表達會使CD98泛素化進而溶酶體降解。研究發(fā)現(xiàn)，使用無催化活性的MARCH1或構建抗泛素化的CD98突變體來阻止泛素化可防止MARCH1誘導的CD98下調。而且體外實驗證實抗泛素化的CD98 T細胞表現(xiàn)出抗原驅動的增殖和克隆擴增能力增強。因此，MARCH1泛素化CD98提供了一種抑制細胞增殖的新途徑［36］。調節(jié)性T細胞（regulatory T cells，Tregs）對維持免疫穩(wěn)態(tài)和預防自身免疫很關鍵，DC是Tregs發(fā)揮抑制作用的目標之一。適應性調節(jié)T細胞產生的IL-10介導了DCMARCH1的表達升高，對MHC-Ⅱ和CD86泛素化進而表達降低，除此之外IL-10會使CD83的表達降低，抵消一部分CD83對MARCH1的拮抗作用［34，37］。因此，Tregs對DC的調控機制也有MARCH1的參與。

4 MARCH1與疾病

研究發(fā)現(xiàn)，MARCH1在抑制先天性炎癥方面發(fā)揮作用。MARCH1敲除的小鼠更易受到LPS誘導的內毒素性休克影響，這種現(xiàn)象與促炎性因子的全身增加有關，但并未觀察到IL-10的表達變化，即MARCH1不會改變IL-10信號傳導，也不會響應LPS刺激產生TNF-α。所以MARCH1調節(jié)先天性的免疫應答的作用獨立于IL-10/MHC-Ⅱ通路，可能機制是促進促炎性Ly6CHi單核細胞向其抗炎性Ly6C+/-表型的轉變和調節(jié)單核細胞與多型核中性粒細胞在骨髓釋放和定位中的作用［4］。還有研究表明MARCH1在過敏性哮喘中也發(fā)揮作用，MARCH1敲除小鼠誘導的急性過敏性哮喘模型中，中性粒細胞和嗜酸性粒細胞增多，但會降低氣道高反應性以及IL-6、IL-10和IL-13的產生。這項研究表明，MARCH1在變應性哮喘中并不是通過泛素化MHC-Ⅱ和CD86調節(jié)過敏性反應，而是通過促進Th2細胞因子的分泌進而促進過敏性炎癥的發(fā)展，還通過增強肺泡巨噬細胞和淋巴細胞補體受體CD88的表達來促進變態(tài)反應，MARCH1對肺中性粒細胞炎癥起到保護作用［5］。除此之外，并沒有發(fā)現(xiàn)MARCH1在其他炎癥性疾病中的報道，因此MARCH1與炎癥的機制研究更需要進一步探討。

MODS是由于創(chuàng)傷、休克、感染或者炎癥引起的系統(tǒng)性炎性反應失去控制導致的多系統(tǒng)器官急性進行性的功能障礙，病死率非常高。MODS是一種免疫相關性疾病，DC與MODS的發(fā)生發(fā)展密切相關，并且在MODS的免疫系統(tǒng)功能障礙中起到重要作用［38-39］。MARCH1在MODS病程第1天顯著降低，同時MHC-Ⅱ表達升高，后期MARCH1表達升高，MHC-Ⅱ表達降低，與病程前期趨勢相反［6］。因此，MODS早期階段MARCH1介導的MHC-Ⅱ泛素化可能改變了DC的免疫學活性，從而影響了MODS的病理生理進展，MARCH1可能是治療MODS的新靶點，可見E3在MODS的病程進展中起到重要作用。

前期研究發(fā)現(xiàn)MARCH1作為一種E3在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮了非常重要的作用，但是其在腫瘤的研究非常少，但近年來人們逐漸發(fā)現(xiàn)MARCH1在腫瘤中似乎也發(fā)揮相應促癌或抑癌作用。Meng等［7］首先發(fā)現(xiàn)MARCH1在卵巢癌中作為一種促癌蛋白促進卵巢癌細胞的增殖、遷移和侵襲，機制研究提示MARCH1通過NF-κB通路、Wnt/β-catenin通路參與腫瘤的惡性生物學行為。該研究為評估卵巢癌患者的轉移預后奠定了理論基礎，也為卵巢癌的治療提供了新的靶標。Xie等［8］發(fā)現(xiàn)MARCH1在肝癌組織和細胞中高表達，也會參與肝癌的增殖和轉移等惡性生物學行為，同時抗腫瘤藥物吡柔比星在蛋白水平抑制MARCH1的表達，一種從天然新型菌株里分離出來的secalonic acid-F（SAF）可以通過靶向MARCH1來抑制肝癌細胞的增殖、遷移和侵襲，促進腫瘤細胞的凋亡［40］。上述研究發(fā)現(xiàn)MARCH1可能是潛在的一個治療肝癌的靶標，SAF也是一種待開發(fā)的治療肝癌的新藥。在以上兩種惡性腫瘤中，MARCH1極可能是作為一種癌基因發(fā)揮作用，但是具體的促癌機制并未研究明確。鑒于以前MARCH1的研究主要是通過泛素化作用參與APC的抗原提呈，在腫瘤微環(huán)境下，MARCH1高表達進而泛素化APC上的MHC-Ⅱ和CD86，使其降解，APC無法發(fā)揮抗原提呈功能，即無法識別和呈遞腫瘤細胞抗原，T細胞也就無法發(fā)揮殺傷作用，腫瘤細胞逃脫免疫系統(tǒng)的識別和殺傷，在體內存活和增殖。最新研究發(fā)現(xiàn)在膀胱癌中［9］，ciRs-6通過海綿吸附miR-653提高MARCH1的表達水平來抑制膀胱癌的生長，MARCH1在膀胱癌中發(fā)揮抑癌作用。綜上所述，MARCH1在腫瘤中是發(fā)揮促癌還是抑癌作用并不是一致的，可能跟腫瘤異質性相關，具體的機制并未明確，可能與腫瘤微環(huán)境中的APC泛素化有關。

獲得性免疫缺陷綜合征又稱艾滋病，是感染HIV引起的一種危害極大的傳染病。最初發(fā)現(xiàn)MARCH8可以靶向HIV-1包膜糖蛋白，起到抗病毒的作用。MARCH1與MARCH8結構相似，最新研究報道MARCH1以劑量依賴的方式抑制病毒活性，其中RING-CH結構對MARCH1抑制病毒的活性很重要，MARCH1降低了病毒上清液中包膜蛋白的水平，但是RING-CH突變體并無變化［10］。該研究發(fā)現(xiàn)MARCH1降低細胞表面HIV-1包膜糖蛋白的表達，從而抑制包膜糖蛋白滲入病毒體的能力，降低病毒的感染率?？梢奙ARCH1可能是治療HIV的一個新靶點。

最新研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠體內MARCH1通過泛素化下調細胞表面胰島素受體的水平從而負調控胰島素受體信號傳導，這會損害糖尿病小鼠模型中的胰島素敏感性［11］。實驗發(fā)現(xiàn)，與MARCH1敲除的雄性小鼠和野生型小鼠相比，MARCH1敲除的雌性小鼠正常飼養(yǎng)時出現(xiàn)體質量增加和內臟脂肪堆積，這一現(xiàn)象提示MARCH1在脂質儲存中發(fā)揮性別差異性的作用。Majdoubi等［41］研究發(fā)現(xiàn)，免疫細胞中MARCH1的缺乏會加劇肥胖誘導的胰島素抵抗，在肥胖的MARCH1敲除小鼠中，內臟脂肪組織中的效應T細胞和記憶T細胞的比例更高。MARCH1對胰島素抵抗和脂肪組織CD8+T細胞表型的影響的機制并不是通過MHC-Ⅱ的泛素化。該研究提示CD8+T細胞參與了脂肪組織炎癥，MARCH1部分調控了這些細胞的代謝過程。這些研究表明，MARCH1在代謝領域有巨大研究前景。

5 問題與展望

泛素化已經成為體內調節(jié)各種生理過程的關鍵修飾方式，確定E3在各種疾病中的作用對我們進一步研究治療方案至關重要。MARCH1主要在免疫細胞中表達，這使它能很好地調節(jié)免疫分子，參與免疫應答過程。盡管MARCH1在結構、功能和機理上的研究已經取得了相當大的進步，但是MARCH1在惡性腫瘤、糖尿病中的初步研究發(fā)現(xiàn)其不一定只局限在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮作用，在其他疾病中并未得到充分研究。除了以上免疫分子，其他免疫受體是否受到MARCH1的調節(jié)？MARCH1蛋白的活性是否有上游信號的調控？不同疾病中MARCH1靶向的底物蛋白是否不同？我們對MARCH1與疾病的相關性仍知之甚少。隨著生物分子學工具和轉基因小鼠等模型的發(fā)展進步，對這些并未解決的問題進一步研究有助于我們清晰理解MARCH1在生理和病理過程中的作用機制，也為臨床疾病的治療提供新的藥物靶標。