泛素折叠修饰因子1作用的研究进展

沈琼娜(综述)，胡小磊，陈凤玲※(审校)

(1.蚌埠医学院，安徽 蚌埠 233000； 2.上海交通大学医学院附属第三人民医院内分泌科，上海 201900)

泛素折叠修饰因子1(ubiquitin fold modifier 1，Ufm1)是由Komatsu等于2004年首先在HEK293细胞中发现的一种小分子类泛素蛋白，其分子质量为9.1×103[1]。Ufm1及其修饰系统广泛地、保守地存在于动、植物中，如小鼠的脑、心、肺、肾、肝、腹腔固有巨噬细胞等组织[2]。Ufm1以前体形式存在，需经特异性蛋白酶进行加工处理，再经过一系列酶级联反应，才能与靶蛋白结合，发挥生物学作用。

1 Ufm1的结构

Ufm1是一类小分子类泛素蛋白，由85个氨基酸组成。Ufm1和泛素及其他类泛素蛋白的氨基酸序列比较，其C端有一个丝-甘氨酸二肽结构，而泛素及其他类泛素蛋白在C端有一个保守的双甘氨酸序列[1，3]。正因为其C端区域的不同导致了空间构向的多变性，提示Ufm1可能发挥多样的生物学作用。

Ufm1及其修饰系统在动植物体内表达丰富，尤其在分泌蛋白的细胞中表达丰富，如胰腺腺泡、胰岛的朗格汉斯细胞和唾液腺等，其主要分布在细胞质和细胞核[2]。

2 Ufm1的修饰系统

2.1Ufm1特异性蛋白酶 Ufm1以前体形式广泛存在于鼠和人的组织中，其氨基酸序列的C端有一个丝-甘氨酸二肽形式，丝氨酸需经过特异性蛋白酶进行加工处理暴露出甘氨酸残基，才能与靶蛋白结合并对其进行修饰，发挥生物学功能[3]。Ufm1特异性蛋白酶1和Ufm1特异性蛋白酶2是目前发现Ufm1的两个特异性剪切酶，可以对Ufm1 C端进行加工处理，暴露出甘氨酸残基，但不能加工处理泛素和其他类泛素蛋白，比如小泛素样修饰蛋白1和干扰素刺激基因15[3-6]。说明它们对Ufm1加工处理具有特异性，对研究Ufm1的功能具有重要的作用。

2.2Ufm1酶级联反应 Ufm1作为一种新的类泛素蛋白修饰因子，有以下几个依据：①与泛素三级结构类似，分子质量较小；②Ufm1是由前体进过加工处理形成；③C端的剪切和甘氨酸的暴露对Ufm1和靶蛋白结合是必需的；④Ufm1有激活酶、结合酶。类泛素蛋白在结构和蛋白结合途径上与泛素十分相似。泛素和靶蛋白结合，并将靶蛋白转移给溶酶体，使其降解，这一泛素介导的溶酶体蛋白降解途径广泛地存在于生物体中。但是,类泛素蛋白和靶蛋白结合后并不介导其通过溶酶体进行降解，而是对靶蛋白进行加工、修饰，使其发挥重要的生物学作用，这与泛素是不同的[4]。

Ufm1结合到靶蛋白也需要通过一系列的酶级联反应，这和泛素及其他类泛素蛋白激活和结合靶蛋白的过程是类似的[1，7]。首先Ufm1是以前体形式存在于组织中，需经特异性蛋白酶进行加工处理，才能和靶蛋白结合。处理过的Ufm1首先被Uba5激活，然后转移给Ufc1，再被转移给Ufl1，Ufl1可识别靶蛋白并帮助Ufm1与靶蛋白结合，最后Ufm1对其进行加工修饰，使其发挥重要的生物学功能[1，3，8-9]。目前发现的靶蛋白有C20orf116[9]、CDK5RAP3/LZAP[2]、X盒结合蛋白1(X-box binding protein 1,Xbp1)[10]、微粒体三酰甘油转运蛋白[11]，但其生物学功能大多是未知的，有待进一步深入探索。

3 Ufm1的作用

3.1内质网应激 内质网主要负责蛋白质折叠、加工、转运和钙调节等，内质网的平衡对正常细胞功能是十分重要的，这种平衡被打破会引起内质网应激和未折叠蛋白反应，产生多种功能变化[12-13]。

Azfer等[15]在患有缺血性心脏病的转基因小鼠的心脏组织中发现内质网应激相关基因被激活，例如内质网氧化还原酶1、葡萄糖调节蛋白78、葡萄糖调节蛋白94、C/EBP同源蛋白、活化转录因子6等。同时发现在小鼠的心脏组织中Ufm1的表达量显著上调，提示内质网应激与Ufm1之间可能存在某种关联性。

近年来的研究也发现，在INS-IE细胞中，用内质网应激化学诱导剂环匹阿尼酸或毒胡萝卜素诱导细胞产生内质网应激的同时，Ufm1及Ufl1表达量显著上调；而经非内质网应激诱导剂环已酰胺和过氧化氢处理使Ufm1和Ufl1的表达水平没有受到影响[2]。此研究说明内质网应激参与了Ufm1表达水平的调控。在另外两种肿瘤细胞(HepG2和HCT116)中也有同样的发现，在给予毒胡萝卜素或衣霉素诱导细胞产生内质网应激后，Ufm1的表达水平增加；在囊泡转运被抑制时，Ufm1修饰系统转录水平表达也增加；但是在U2OS细胞中沉默Ufm1增强了内质网应激反应[10]。上述的研究都证明了内质网应激可增加Ufm1的表达，同时Ufm1又可维持内质网的平衡，因此可确定Ufm1修饰系统和内质网之间存在重要的联系。研究发现,在糖尿病模型鼠db/db小鼠腹腔固有巨噬细胞中内质网相关分子葡萄糖调节蛋白78、C/EBP同源蛋白、Xbp1表达水平显著高于对照组，同时Ufm1表达水平也显著升高[16]。经毒胡萝卜素或衣霉素诱导小鼠单核巨噬细胞系Raw264.7细胞产生内质网应激时Ufm1的表达量也显著增加[16]。上述研究提示,Ufm1可能部分通过内质网应激途径影响巨噬细胞功能，从而参与疾病的发生、发展。

3.2细胞生物学作用 在INS-IE细胞中沉默Ufm1后，内质网应激的标志物葡萄糖调节蛋白78、C/EBP同源蛋白、Xbp1的表达水平没有受到显著影响，其凋亡也没有受到影响；但在INS-IE细胞中沉默Ufm1后，再用内质网应激诱导剂如环匹阿尼酸、棕榈酸酯、布雷菲尔德菌素A诱导细胞产生内质网应激，发现内质网应激诱导的凋亡显著增加；而对放线菌酮和过氧化氢引起的非内质网应激诱导的凋亡没有影响[2]。同时发现在沉默Ufm1的细胞中，胱天蛋白酶3的活性增强[2]。这些结果证明了Ufm1缓解了内质网应激诱导的胰岛β细胞的凋亡，并对胰岛β细胞产生保护作用。

另有研究发现，毒胡萝卜素或衣霉素可诱导过表达Ufm1的巨噬细胞产生内质网应激，使巨噬细胞发生凋亡，与对照组相比过表达Ufm1的巨噬细胞由内质网应激诱导的凋亡显著减轻，这也表明Ufm1缓解了内质网应激引起的巨噬细胞的凋亡[17]。因此,可以确定Ufm1与内质网应激存在联系，并在内质网应激诱导的凋亡中发挥重要的作用。

近期有研究证实，Ufm1与细胞周期之间存在重要联系。在Ufm1敲除的利什曼原虫，用细胞周期分析发现细胞从G2～M到G1期发生阻滞，使细胞主要停留在G2～M期，利什曼原虫在体外和寄生于人巨噬细胞中的存活减少。重新表达UFM1及其修饰系统后，利什曼原虫的存活增加[11，18]。提示,Ufm1及其修饰系统在利什曼原虫的存活和细胞周期等过程中发挥重要作用。

Uba5是新证明的Ufm1特异性激活酶。有研究发现在小鼠中敲除Uba5基因后，小鼠出现严重的贫血，随即在胚胎中死亡。用转基因的方法在小鼠中重新表达Uba5后，严重的贫血被恢复，并延长了小鼠的存活时间[19]。该研究证明,Ufm1特异性激活酶Uba5在红细胞发育过程中发挥重要的作用，缺少该基因会使正常骨髓来源的巨核细胞系和红细胞系前体细胞的发育受损。这证实了Ufm1修饰系统参与了造血系统的调控，参与调控红细胞发育和促存活等生物学过程。

3.3其他作用 Gannavaram等[18]在利什曼原虫中发现,Ufm1及其修饰系统的存在，并用免疫共沉淀技术证明Ufm1和微粒体三酰甘油转运蛋白结合，催化脂肪酸β氧化。在Ufm1敲除的利什曼原虫中，微粒体三酰甘油转运蛋白不能与Ufm1结合，导致脂肪酸β氧化降低其产物乙酰辅酶A减少。重新表达Ufm1及其修饰系统后，脂肪酸β氧化被恢复。由此可以证明Ufm1及其修饰系统在脂肪酸β氧化中发挥重要作用。

既往有研究发现，冬眠是一种天然的缺氧耐受模型，在松鼠的冬眠过程中有大量的类泛素样蛋白修饰过程发生。在冬眠松鼠的脑部组织中Ufm1表达量显著增加[20]。提示类泛素蛋白包括Ufm1在应激反应中特别是在缺氧耐受过程中发挥多种重要功能，为研究其在缺氧耐受中的作用提供依据。

利用在线工具cisRED分析得出，Ufm1的启动子包括很多顺式作用元件，是E2F-1、AP-2、HIF-1等转录因子的结合位点[21]。Ufm1基因序列中包括了Xbp-1的结合位点，Xbp-1是未折叠蛋白反应中重要的转录因子[22]。在最近的研究中，利用荧光素酶报告分析、CHIP分析和基因沉默的方法证实了Ufm1是Xbp-1重要的生物学靶点，同时证实Ufm1修饰系统在未折叠蛋白反应中发挥重要影响[10]。

4 结 语

Ufm1是一种小分子类泛素蛋白，其与泛素三级结构十分类似，但生物学作用却不相同。Ufm1及其修饰系统在多细胞生物体内稳定表达，含量丰富，提示其在生物体内的重要作用。Ufm1及其修饰系统参与了多种病理生理过程，例如内质网应激，并对内质网应激诱导的凋亡起到保护和缓解作用，同时也参与了细胞周期、细胞存活、缺氧耐受、脂肪酸β氧化等生物过程，但具体机制尚未知晓，有待于进一步研究探索。

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