HDAC6调控在脓毒症致急性呼吸窘迫综合征中的研究进展.pdf

调控在脓毒症致急性呼吸窘迫综合征中的研究进展王萌 陈乾 李华:./.作者单位:.河南 郑州河南中医药大学第二临床医学院.河南 郑州河南省中医院通信作者:李华:.脓毒症是感染引起的宿主反应失调进而导致危及生命的器官功能障碍的临床综合征肺脏是最易受损的靶器官之一 脓毒症发生时肺泡毛细血管膜通透性增加炎症细胞浸润形成严重肺水肿最终导致急性呼吸窘迫综合征()而肺血管内皮细胞()是最早受损且损伤最严重的靶细胞 全球发病率高每年超过三百万且死亡率居高不下()近年来越来越多的研究表明组蛋白乙酰化可通过炎症抑制、细胞调控在 中发挥保护性作用 组蛋白乙酰化的状态受组蛋白乙酰转移酶()和组蛋白去乙酰化酶()的共同调节 其中 是 家族中最大的蛋白质且可通过调控非组蛋白底物及信号通路在细胞中发挥作用 本文就 在 中的研究进展简述如下一、脓毒症致 的病理机制首先许多研究表明脓毒症中的早期氧化应激和过度的炎症反应是 的关键 脓毒症期间刺激原激活 丝裂原活化蛋白激酶()、细胞内核转录因子()等炎症通路大量炎性细胞和细胞因子聚集从而导致肺毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞受损肺泡毛细血管膜通透性增加形成肺水肿 活性氧()是细胞有氧呼吸的代谢产物当体内活性氧生成过度氧化应激增强 可以与多种细胞因子相互作用促进促炎细胞因子和粘附分子如/的表达从而促进炎症级联反应的形成同时在内毒素诱导的 动物模型中伴有、肿瘤坏死因子()和白细胞介素()等主要炎症介质的增加 也同样证明全身炎症反应失调是导致脓毒症所致 的病理基础 其次关于脓毒症致 的另一主要病理基础是 过度凋亡造成肺血管内皮损伤 是帮助保持肺组织完整的重要屏障其分泌的多种介质(等)可激活炎症反应、加速 膜表达黏附分子、增强促凝血途径、还可以造成肺泡 毛细血管屏障的改变 通过以上途径引发肺实质的损伤出现不可逆的急性呼吸窘迫综合征 在 患者的肺部超微结构中可观察到内皮细胞的凋亡和坏死二、组蛋白乙酰化概述 和 在气道中广泛表达它们分别调节组蛋白乙酰化和去乙酰化 一般情况下与 处于动态平衡中一旦失衡将会促进炎症、肿瘤、代谢紊乱等多种疾病的发展 脱氧核糖核酸和组蛋白是染色质的主要组成部分染色质的紧密结构是靠正负电荷的互相吸引 组蛋白乙酰化发生时 将乙酰辅酶()的乙酰基转移到组蛋白 端赖氨酸残基上带负电荷的乙酰基与带正电荷的赖氨酸残基互相结合造成组蛋白和 连接疏松以增强 的转录 与 作用相反 可将赖氨酸残基上乙酰基去除促使 和组蛋白紧密结合导致染色质结构致密从而抑制 的转录 真核生物中已经发现 种根据不同同源基因和结构域被分为 大类:类(与 同源的、和)、类(与 同源的 、和)、类(与 同 源 的、和 )和 类()而类、类和类是 依赖性脱乙酰化酶三、与脓毒症致 结构组织和亚细胞定位 蛋白由 个氨基酸组成是 家族中最大也是最独特的一员 首先其定位特殊:绝大部分 酶只定位在细胞核而 功能域的核输出信号()和丝氨酸 谷氨酸的四肽基序()使其也可稳定存临床肺科杂志 年 月 第 卷第 期在于细胞质中 并且当细胞增殖停止时核定位信号()将一部分蛋白质移位到细胞核中这使 具有更强的脱乙酰能力 其次其结构特殊:是唯一含有两个完整催化结构域(和)的 并且这两个同源脱乙酰酶结构域可独立地对 蛋白的整体活性起作用 位于羧基末端的锌指结构域(结构域也称为)可与游离泛素以及单体泛素和多聚泛素蛋白高亲和力结合 因此 至少在两种细胞信号通路的交叉点上起作用包括依赖于 和 的去乙酰化酶作用和依赖于 的泛素结合功能(见图)图 的功能结构域示意图注:核定位信号:核输出信号 和:催化结构域:丝氨酸 谷氨酸四肽基序:泛素结合锌指结构域:氨基 :羧基 的生理作用 可通过催化多种底物的去乙酰化而表现出不同的功能而在体内更倾向于表现为非组蛋白酶活性 和 通过将、和过氧化物还原蛋白(/)等多种非组蛋白酶活性底物脱去酰基而参与细胞的增殖、迁移和死亡、免疫反应、转录、错误折叠蛋白的降解和应激反应等 这些生理作用主要受细胞骨架动力学的控制细胞骨架由微管()、中间丝(由纤维蛋白组成)和丝状肌动蛋白(球状 肌动蛋白聚合物或 肌动蛋白)组成 是第一个被证实的 去乙酰化底物其可逆的乙酰化水平与 的稳定性和功能密切相关 例如:在哺乳动物细胞中的过表达会导致 蛋白处于低乙酰化水平并促进趋化性细胞运动相反抑制 功能会使 蛋白超乙酰化抑制成纤维细胞的活力肌动蛋白()的聚合和交联是由皮质肌动蛋白()促进的 可在其 结合重复序列内被/相关因子()乙酰化 的形成促进了自噬体 溶酶体融合和底物降解 因此 不仅可调节 细胞骨架也可调节肌动蛋白而这也是维持血管内皮屏障稳定的重要组成部分 一般通过激活自噬 溶酶 体 途 径()的发生、促进蛋白质聚集体的形成、介导分子伴侣 的活化三种途径参与错误折叠蛋白的降解 蛋白质聚集体中的泛素会招募 从而促进依赖 的 重塑和随后的自噬体 溶酶体融合此外 的乙酰化会使分子伴侣的活性丧失从而导致其结合蛋白质被降解 是一种可在非同源末端连接 修复中结合 双链断裂的核因子 调控其与促凋亡 蛋白(相关 蛋白)相互作用 当 被乙酰化时它不再与 相互作用 随后激活细胞凋亡 此外 还参与/信号通路 的下调会抑制 和 去磷酸化从而抑制细胞增殖与分化诱导细胞死亡 在调控 相关压力所引起的细胞反应中扮演重要角色 是氧化还原调节蛋白、过氧化还原蛋白 和 的特异性脱乙酰酶 当 被抑制时乙酰化的 聚集的乙酰化增加了 还原活性及超氧化物抗性因此 与上述反应途径蛋白相互作用为它们在疾病病理和生理机制层面上提供了治疗靶临床肺科杂志 年 月 第 卷第 期点 抑制可改善脓毒症致 目前认为组蛋白去乙酰化酶抑制剂()本质上是固有免疫细胞中关键免疫受体表达和抗菌作用的负性调节因子可以降低巨噬细胞对细菌的吞噬和杀伤作用提高机体对非严重感染的易感性 当机体发生脓毒症和脓毒症休克等严重感染时 可以保护肺组织细胞免受致命性的炎症损伤 是迄今为止最有效的 抑制剂 对脓毒症及相关肺损伤的保护作用可能通过以下途径实现()抑制可减轻肺部炎症反应脓毒症早期的特点是过度的炎症反应导致“细胞因子风暴”这种细胞因子风暴之后是一段长时间的相对免疫抑制 这两个阶段都会增加脓毒症的死亡率 炎症过程始于嗜中性粒细胞的流入随后是单核细胞的募集然后单核细胞分化成炎性巨噬细胞或树突状细胞 这些细胞是炎症部位的关键效应细胞识别并吞噬病原体和坏死细胞以帮助消除感染 中性粒细胞和巨噬细胞的激活同为 免疫及炎症反应的病理标志 抑制可以阻断炎症信号通路并减轻脂多糖()诱导的急性肺部炎症 等对 诱导脓毒症小鼠的研究发现抑制 后小鼠肺泡灌洗液中的中性粒细胞百分比显著降低且恢复 乙酰化、细胞内运输并减少炎症信号传导 .等通过盲肠结扎穿孔()诱导的脓毒症小鼠模型发现与未经 预处理的空白组小鼠相比组小鼠肺组织的中性粒细胞浸润减少、血浆 水平降低、肺泡灌洗液中 和 的水平下降 和 选择素的表达显著减少 小鼠的存活时间显著延长脓毒症所致肺损伤显著减轻.等研究后发现 抑制剂可阻断 的过量产生并抑制 激活的巨噬细胞中促炎细胞因子如、和 的表达 核转录因子红系 相关因子()在抑制 诱导的炎症反应中起重要作用 可以调节其下游相关靶基因血红素氧合酶()以发挥其抗氧化应激的作用 此外 的表达可以抑制促炎细胞因子在巨噬细胞中的产生 等发现在 诱导的脓毒症小鼠模型早期组蛋白去乙酰化酶抑制剂()和 甲基化酶抑制剂()的联合预处理可减少肺组织炎症并促进 型巨噬细胞极化 提高抗炎反应 由此可见与炎性反应有关的转录因子、细胞内信号分子、细胞因子受体等均受到乙酰化调节因而 可影响炎症性疾病的发生发展为脓毒症致 的治疗提供了一条新的途径()抑制可降低脓毒症诱导的内皮细胞高渗透性内皮屏障功能障碍是一种血管对炎症的反应会导致血管通透性增加血管内外液体交换失衡它的功能障碍可导致富蛋白质水肿的发生常伴随发生于 、肌动蛋白细胞骨架和细胞间连接(粘着连接 紧密连接)是维持内皮屏障完整性所需的关键成分 结构的主要蛋白组成成分为 和 介导的 去乙酰化会 导 致 解 聚 稳 定 性 降 低 而 通 过 抑 制 增强 乙酰化可降低脓毒症诱导的内皮屏障高通透性 诺考达唑是一种 去稳定剂可以在肺血管内皮细胞中诱导产生内皮细胞屏障功能障碍而使用 稳定剂紫杉醇的静脉内给药可改善 和 致肺损伤所产生的炎症此外 与肌动蛋白细胞骨架的相互作用在调节内皮通透性方面也发挥着积极作用 是 和肌动蛋白骨架之间的信号传导中间体通过抑制 可下调 依赖性 活性和信号传导然后通过抑制肌动蛋白细胞骨架重组和细胞收缩改变内皮通透性 是细胞间连接的重要组成部分在维持细胞屏障完整性也发挥着重要作用 蛋白和 蛋白是 复合物的两个主要成分 蛋白在细胞 细胞连接处与 相互作用以支持内皮屏障完整性 去乙酰化会诱导 核转位和 的解聚而抑制 可恢复 乙酰化来降低脓毒症诱导的内皮屏障高渗透性半胱天冬酶()的激活在内皮细胞屏障功能障碍发生过程中也起着重要作用 其主要机制包括介导细胞凋亡和改变细胞连接蛋白如 和 排序 破坏会导致凋亡信号传导和 激活增加 抑制 可有效减轻脓毒症致 小鼠模型的肺部损伤临床肺科杂志 年 月 第 卷第 期目前有多项研究证明 抑制可有效减轻肺内皮细胞屏障功能障碍 等研究表明在 诱导的小鼠 模型中 的干预可降低死亡率并改善肺血管内皮细胞的完整性 等提出 抑制剂通过抑制 依赖性 活性和信号传导可减轻与 诱导的小鼠 相关的炎症、毛细血管通透性和结构异常 等观察到与对照组相比用 抑制剂预处理组的脓毒症小鼠肺血管内皮细胞连接蛋白表达改善肺水肿减轻 综上 抑制是一种可以调节炎症性肺损伤中内皮细胞连接稳定性的新方法()调控 参与脓毒症诱导的 是一组进化上保守的小型内源性非编码 它们通过对其靶转录物的序列特异性识别来协调哺乳动物基因的表达 参与许多病理生理过程例如调节细胞增殖、分化、凋亡、代谢和免疫反应近年来研究发现 与肺部疾病的发生发展和预后密切相关 包括肺炎、肺癌、肺纤维化等 在 中 可以通过靶向特定分子来调节炎症和免疫反应 目前与促炎相关的 主要有、和 等 脓毒症合并 患者血浆中 的表达明显高于脓毒症但未合并 的患者 脓毒症合并 患者的 水平与 和 水平及 评分呈正相关与/呈负相关 等发现 升高促进 诱导的小鼠巨噬细胞 极化而抑制 会导致巨噬细胞反应降低并改善肺部炎症 越来越多的证据表明在与血管生物学功能相关的多个生物学过程中发挥着重要作用例如血管生成、内皮细胞功能和血管炎症 此外 等从小鼠骨髓基质干细胞()中分离出外泌体使用 建立小鼠肺部炎症模型结果发现外泌体和 减轻了炎症和肺水肿同时保持了肺泡结构的完整性它们还可通过调节、/和 信号传导来减轻微血管内皮细胞损伤 小细胞外囊泡()治疗会抑制肺血管内皮细胞凋亡 等发现不止一种 在调节 减轻 诱导的内皮屏障损伤方面发挥作用 与 关系密切 等通过建 立 小 鼠 模 型 观 察 纤 毛 相 关 基 因 与 /表达变化的研究发现用 抑制剂处理的 /细胞具有更多和更长的呼吸纤毛提示 可影响 的表达 等研究表明 可增强/轴的表达具有降低缺氧诱导因子()和肺血管内皮细胞中的内皮素()水平的有益结果所以 所调节的 可能是 的诊断指标和治疗靶点四、小结 是脓毒症的常见临床并发症极大地危害着人类健康在过去十年中脓毒症疗法的开发取得了一定进展但死亡率仍然很高 因此研究包括脓毒症分子机制在内的发病机制对于设计脓毒症预防和治疗策略具有重要意义 抑制主要通过抑制炎症信号通道减少炎症因子的释放来改善脓毒症诱导的 抑制还通过诱导 和 乙酰化、增加 的膜定位对其靶底物的影响来保护内皮屏障功能从而导致 和 的稳定它还可以防止 活化维持肺内皮细胞 细胞连接抑制肌动蛋白应力纤维形成并通过调节 降低肌球蛋白轻链的磷酸化 此外许多研究表明增加保护性 的表达和抑制不利的 可有效缓解 一些 还被证明是 的生物标志物 而 可通过 发挥其抗炎及抗凋亡作用 这些发现均支持 抑制是一种预防器官衰竭和改善脓毒症预后的新型治疗靶点参考文献 .:.:.():.():.临床肺科杂志 年 月 第 卷第 期 .():.:.:.():.():.():.():.():.():.:.:.():.:.():.():.:.():.:.:.:.:.():.():.():.:.():.:.():.:.():.():.():.():./:.:.():.:.():.():.临床肺科杂志 年 月 第 卷第 期 ./.:.():.:.():.:.():.:.():.:.:.():.():.:/.():.():./.:./.():./.():.():.():.():./.():.():.收稿日期:临床肺科杂志 年 月 第 卷第 期