修回日期: 2003-07-01
接受日期: 2003-07-16
在线出版日期: 2004-01-15
N/A
引文著录: 纪冬, 成军, 王建军, 刘妍, 杨倩, 党晓燕, 王春花. 乙型和丙型肝炎病毒对MEKK1蛋白信号转导途径的影响. 世界华人消化杂志 2004; 12(1): 162-165
Revised: July 1, 2003
Accepted: July 16, 2003
Published online: January 15, 2004
N/A
- Citation: N/A. N/A. Shijie Huaren Xiaohua Zazhi 2004; 12(1): 162-165
- URL: https://www.wjgnet.com/1009-3079/full/v12/i1/162.htm
- DOI: https://dx.doi.org/10.11569/wcjd.v12.i1.162
磷酸化和去磷酸化是蛋白质调节其功能、活性的一种重要方式, 有些蛋白质在磷酸化状态时具有活性, 而在非磷酸化状态时没有活性, 如丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)等, 而有些蛋白质则相反, 在磷酸化状态时没有活性, 而在非磷酸化状态时具有活性, 如转录因子IBα的抑制活性.蛋白质通过磷酸化-去磷酸化调节功能、活性并进而影响细胞的很多生命过程. 哺乳类动物的蛋白激酶可以分为两个主要家族: 磷酸化丝/苏氨酸残基的丝/苏氨酸激酶或者磷酸化酪氨酸残基的酪氨酸激酶. 激酶的主要功能是通过细胞对外部信息功能性反应来参与信号转导过程, 在所有的激酶中, MAPK系统介导细胞的生理、病理改变, 在细胞增生、恶性转化和应激应答的调节中具有重要作用[1-2], 其在进化过程中具有高度保守性, 并且对许多细胞功能都是必需的[3].MEKK1是MAPK信号转导系统中的一员, 他可以激活其下游的细胞外信号调节激酶(ERK)MAPK途径、c-Jun氨基端激酶/应激活化蛋白激酶(JNK/SAPK)MAPK途径, 还可以激活NF-B、JAK-STAT途径, 从而使细胞各信号转导系统互相影响、调节. 另外, MEKK1可以与乙型肝炎病毒(HBV)以及丙型肝炎病毒(HCV)相互作用, 在他们的致病(癌)过程中具有重要作用, 对MEKK1及整个MAPK信号转导系统的理解将有助于进一步明确病毒性肝炎的发病机制, 以及开辟新的抗病毒治疗方案, 为提高病毒性肝炎的诊疗水平铺平道路.
MEKK1属于MAPKKK (MAPK激酶激酶)家族成员, 1993年由于其与酵母MEKK酶Ste11p序列具有相似性而被克隆、鉴定出来, 全长cDNA分析说明MEKK1是195 kD的蛋白, 其羧基端为催化区, 可以磷酸化与其结合的蛋白, 氨基端为调节区, 介导了蛋白-蛋白相互作用并影响其行为与功能. 他的出现说明除了Raf还有其他的途径激活ERK途径, MEKK1对细胞的生存、凋亡的调控相当重要, 可以调节转录因子、死亡受体及其配体的表达[4]. Bonvin et al[5]通过对比全长MEKK与MEKK结构域介导的反应的观察, 发现MEKK与其结构域在激活NF-B、ERK MAPK途径、JNK/SAPK MAPK途径的模式, 甚至在细胞增生、凋亡方面都截然不同, 缺失突变说明MEKK的氨基端结构域决定了不同的细胞内信号转导途径及细胞反应的特异性及力度.
MEKK1的激活物有许多, 从而可以与许多信号转导途径相联系. Kim et al[6]报道了糖原合酶激酶3(GSK3)结合蛋白阻断了GSK3对于MEKK1的激活, 从而介导了MEKK1的激活而启动了相应的信号转导途径, 说明了GSK3是MEKK1天然的激活剂.MEKK1受到刺激以后被激活, 通过一系列级联反应导致了细胞骨架及细胞形状的改变. MEKK1磷酸化激活MKK(MAP/ERK激酶)1和MKK4(SEK1), 导致了ERK1/2和JNK/SAPK的激活, 其中MEKK1亚结构域X的残基对于其介导的MKK4的激活是非常关键的[7]. MEKK1有一个植物同源性结构域(PHD), 为一环指样结构, 具有雌三醇(E3)连接酶活性, 位于PHD内的半胱氨酸441突变为丙氨酸(C441A)后抑制了MEKK1的广泛分布, 从而影响了MEKK1酶活性的激活, 抑制了其下游一系列的级联信号转导途径, 使得MEKK1具有阴性调节ERK1/2的机制[8-10].
JNK/SAPK MAPK途径参与了多种应激反应, 诸如缺氧、冷休克、高渗所介导的反应.在哺乳细胞内有3个JNK/SAPK编码基因, 许多不同的JNK/SAPK蛋白是通过不同的剪切产生的. 调节JNK/SAPK的一个重要的上游激酶是MEKK1, 他直接与JNK/SAPK结合, 说明其与这个途径有着重要的调节关系. MEKK1受其上游MAPKKK激酶所调节, 如Nck-相互作用激酶(NcK)和生发中心激酶(GCK)等, 主要与MEKK1的氨基端相互作用.MEKK1的调节相当复杂, 因为他与众多的蛋白相互作用, 如MKK4, 人类T细胞亲淋巴病毒Ⅰ型(HTLV-1)产生的一种变形蛋白, 14-3-3蛋白, Raf-1, p115 RhoGAP, Rac和Cdc42小GTP酶等, 其中一些可以介导MEKK1催化区的去抑制或启动自激活[11]. MEKK1在其活化状态时, 仍然具有大量的可磷酸化位点, MEKK1催化区核心激活环内的两个苏氨酸残基对于酶活性的激活是必需的. Gallagher et al[12]提出了MEKK1介导的JNK/SAPK激活模型: MEKK1与MKK4结合, 形成了复合体, MKK4与MEKK1的酶结构域结合, 而当MEKK1被激活后MKK4就与之分离, JNK/SAPK与MEKK1距离氨基端约62-70残基的D结构域(由疏水氨基酸残基组成)结合. p21激活激酶(PAK)1能够磷酸化MEKK1的JNK/SAPK结合结构域D的丝氨酸67残基, 从而改变了D结构域的状态, 降低了MEKK1与JNK/SAPK的亲合力, 因此JNK/SPAK未被激活.而当JNK/SAPK未与MEKK1结合时, MKK4会磷酸化自身的视黄醛X受体, 从而使丝氨酸67去磷酸化, 恢复了JNK/SAPK与MEKK1的结合.
MEKK1还可以激活NF-B、JAK-STAT途径. Janus激酶-信号传导与转录活化因子信(JAK-STAT)负责细胞外多肽或细胞因子刺激信号通过跨膜受体的转导, 直接作用于细胞核中的基因的启动子序列, 不需要第二信使进行转录调节, 从进化角度看, 从低级的真核细胞到人类, 这一信号转导通路都是高度保守的[13]. 到目前为止, 在哺乳动物细胞中共鉴定了7种STAT蛋白, 其中STAT3可以被MAPK家族所激活 (磷酸化STAT3的丝氨酸-727), 说明了MAPK级联与JAK-STAT途径存在着交互作用. Lim et al[14]研究说明MEKK1介导了STAT3内的酪氨酶-705和丝氨酸-727的双磷酸化, 从而激活了STAT3. Zhou et al[15]研究表明Ras通过激活AP-1途径和增加NF-B转录功能来调节TNFα趋化因子的表达, 而MEKK1对AP-1和NF-B都具有激活作用. IKK(IB激酶）是NF-B激活的一个关键激酶, IKK激活后, 磷酸化IB(NF-B的抑制剂), 去除IB对NF-B的抑制, 使NF-B易位于核内并引起了免疫反应、病毒感染和凋亡过程中大量基因表达. 而瞬时转染活化的MEKK1可以磷酸化并激活IKK, 进一步激活NF-B. 另外Purcell et al[16]还发现HBV X蛋白可以不通过IKK而激活NF-B.
凋亡(apoptosis), 又称为程序化细胞死亡(programmed cell death, PCD), 是多细胞有机体为调控机体发育, 维护内环境稳定, 由基因控制的细胞主动死亡过程, 其形态学特征: 细胞核的变化为染色质凝聚、核碎裂; 细胞质的变化为细胞质浓缩、细胞器肿胀、膜皱褶、凋亡小体形成. 在慢性肝炎病毒致病的过程中, 凋亡起着重要的作用.
Boldt et al[17]使用MEKK1的酶切片段来激活JNK, 用Raf-1的Ras结合结构域(RBD)来抑制Ras-ERK途径, 另外还设计了RBD-MEKK1融合蛋白来激活JNK途径, 同时阻断ERK途径, 他们发现MEKK1蛋白以及RBD单独都能够减少细胞系的克隆生成, 而RBD-MEKK1融合蛋白介导凋亡的效率却很低, 其原因是RBD-MEKK1酶活性较低, 运用Ras和Raf-1的突变形式说明RBD-MEKK1融合蛋白酶活性低是由于与Ras蛋白的结合. MEKK1过度表达导致了三个MAPK家族JNK、ERK、p38的强烈的激活, 而通过协同表达MKK4的阴性突变形式或是MEK、p38的抑制剂都不能阻断凋亡, 从而说明MEKK1介导的凋亡是通过下调所有的MAPK信号途径, 而不是激活单独的途径.
凋亡的诱导开始于线粒体上, 使其渗透性发生变化从而释放凋亡蛋白进入胞质内, 进一步发生凋亡的生化和形态学改变. MEKK1也涉及了这过程, Gibson et al[18]通过实验说明了MEKK1引起的渗透性改变是因为其开放了渗透性转换孔(PT pore), 而抑制PT孔的开放和活性氧簇产生可以有效的减少MEKK1介导的调亡. 然而, MEKK1的过度表达却不能引起线粒体释放细胞色素 C或激活caspase 9. 既然Bcl 2调节了线粒体内的变化并且阻断了MEKK1介导的凋亡. 他的激活可以介导死亡受体, 如Fas和死亡受体4、5表达的增加, 进一步激活转录因子, 如NF-B, 从而导致了caspase激活的凋亡. MEKK1诱导的凋亡涉及了MEKK1被剪切为一个91 kD的酶片段, 依赖于caspase 3样的分子.MEKK1剪切型的过度表达相对于其全长来说更加有利于激活caspaes、介导凋亡. MEKK1通过SEK1激活SAPK, 他被前凋亡蛋白酶caspase 3 (CPP32)在D68(DTVD68/G)位点上所剪切, 剪切型的MEKK1改变了蛋白的分布状态, caspase 3可以阻断由Fas配体激活的SAPK和MEKK1途径, 却不能阻断细胞快速的应激反应, 应激因子介导的SAPK信号不依赖于caspase 3的功能. Deak et al[19]认为MEKK1的激活存在着两种途径, 一种为快速途径, 不依赖于蛋白酶.另一种为慢速激活, 涉及了剪切型MEKK1的释放和caspase 3的激活.
HBV持续性感染是导致人类肝脏疾病的主要因素之一, 并且与原发性肝癌(HCC)明显相关, 目前世界约有4亿人感染了HBV. HBV x基因编码17 kD(154 aa)的HBx蛋白(HBxAg), 他具有多种活性, 包括反式激活病毒、宿主细胞基因, 与p53结合, 抑制DNA的修复, 刺激信号转导途径等, 在HBV致病过程中发挥重要的作用. 凋亡是HBV感染导致慢性疾病的重要机制之一. 在病毒复制期间, HBxAg可以使得细胞对凋亡非常敏感, 而不依赖于其他的HBV基因. 细胞对于高剂量的肿瘤坏死因子α(TNFα)介导的凋亡的耐受, 由于HBx的表达而变得非常的敏感. HBxAg 表达可以抑制细胞受到抗- Fas诱导的caspase 3和8的活性, 抑制线粒体细胞色素c的释放. 共沉淀和共聚焦荧光显微图像分析结果表明HBxAg与细胞质中含有MEKK1、SEK1、SAPK、14-3-3蛋白复合体的共同分布. HBxAg是一个多功能的蛋白, 可以激活Ras-Raf-MAPK和蛋白激酶C转导途径, 延迟性激活MEKK1/JNK途径, 刺激RNA多聚酶II、III的转录以及结合、激活一些转录因子, 而且HBx可以刺激静止细胞进入细胞周期. Su et al[20]研究显示HBxAg介导的凋亡是通过迟发性激活N-myc和MEKK1的途径产生的, 而不是通过上调肿瘤坏死因子(TNF)受体, 抑制HBx激活N-Myc或MEKK1可以使细胞死亡受到阻断.
丙型肝炎病毒(HCV)是一种正链RNA病毒, 其致病机制与DNA病毒和逆转录病毒有明显的区别[21-23]. MAPK/ ERK及其介导的细胞内信号转导是HCV蛋白作用的重要靶位. HCV核心蛋白的表达可以激活ERK和p38 MAPK, 诱导MAPK的磷酯酶MKP-1的表达和细胞增生[24]. HCV基因型1和3的核心蛋白激活MEK1 和ERK 1/2 MAPK, 在血清饥饿条件下, 通过体外激酶测定内源性Raf-1和过磷酸化的ERK 1 /2的免疫检测, 发现HCV核心蛋白的表达引起Raf-1和MAPK基础活性增高. 此外, ERK 1/2和下游转录因子Elk-1的响应有丝分裂刺激物EGF的活性显著延长. HCV核心蛋白直接激活MAPK系统的能力和延长其响应有丝分裂刺激物的活性可能促成HCV感染的肝细胞致瘤性转化[25]. HCV可以激活MAPK系统, 但对于HCV直接与MEKK1的关系目前研究尚少, 需要进一步研究明确.
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