PTP1B在常见组织炎症中的研究进展

2019-09-24孙莹茵

中国药理学通报 2019年10期

杨磊，孙莹茵，黄成，李俊

(安徽医科大学药学院,安徽省天然药物活性研究重点实验室；重大自身免疫性疾病安徽省重点实验室,安徽合肥 230032)

炎症是机体对不同刺激因子的生理防御反应，适度的炎症能够加强机体的自身免疫能力，过度的炎症能够激活免疫细胞对正常细胞产生损伤，进而对组织产生损害。细胞接受刺激可以增殖分化，分泌炎症因子、趋化因子等促进组织炎症反应的发生发展[1]。蛋白酪氨酸磷酸化过程涉及到细胞增殖、凋亡、分化、迁移等生命活动各个方面，细胞蛋白磷酸化稳定状态由蛋白酪氨酸激酶(protein tyrosine kinases，PTKs)及蛋白酪氨酸磷酸酶(protein tyrosine phosphatases，PTPs)两个作用相反的酶共同维持[2]。PTP1B是PTPs超家族中经典的一种，能够介导许多细胞信号，大量研究发现其在炎症过程中发挥重要的作用，且在不同组织炎症中具有不同的调控作用。近年来有许多文献报道，PTP1B在大脑、肺部、肝脏等组织炎症疾病中发挥着不可或缺的作用，本文将对PTP1B在不同炎症中的功能作用进行阐述，并对可能的作用机制进行讨论[3-4]。

1 PTP1B的结构与功能调节

PTPs超家族有许多种结构类型，其中经典磷酸酪氨酸(pTyr)PTPs应用最为广泛，后者可以分为受体型PTPs (RPTPs) 和非受体型PTPs (NRPTPs)两类。PTP1B属于NRPTPs，因此PTP1B又称为蛋白酪氨酸磷酸酶非受体1型，包含具有N-或C-端扩展的结构，其中N端具有磷酸酶催化结构域(残基序列1～300)，调控区约为80～100残基，发生突变可对酶活性造成影响，而C端为膜定位区(残基400～435)将酶定位于细胞内质网上，可对信号转导进行负调节[2]。其他同类组分与其具有相似的结构，但每种酶又具有不同的生物学活性[5]。

PTP1B能够将酪氨酸残基上的磷酸脱去，影响细胞蛋白分子的功能作用，从而对细胞信号通路进行调控，例如通过调控Toll样受体调节免疫细胞的激活和炎症因子的分泌[6]。PTP1B在发挥作用的同时自身活性也被系统严密地调控，包括四个机制：①氧化PTP1B在体内通过其活性位点Cys 215残基的可逆氧化进行调节，可以短暂的消除酶活性，该残基在生理pH下被去质子化，从而增强其亲核活性，但也使得酶极易被活性氧类(ROS)去活性。②磷酸化：PTP1B上多个位点的丝氨酸和酪氨酸可被磷酸化，但与氧化作用相比，磷酸化作用的效果太过微弱，例如PTP1B在S378位点被蛋白激酶C (PKC)磷酸化后并不显著改变其活性。③泛素化：泛素修饰可调节蛋白的定位、稳定性、相互作用和活性，研究发现PTP1B与SUMO E3连接酶相互作用可改变其活性。④蛋白水解：钙介导的PTP1B C端靶向区域的水解发生在活化的血小板中，产生活化的可溶性酶；因此，在啮齿类中钙的破坏可影响蛋白质酪氨酸磷酸化水平。总的来说，正是这些机制和调节共同维持细胞生命活动的正常进行[7-9]。

2 PTP1B与脑组织炎症的关系

脑部炎症是机体的一种先天免疫反应，包括大脑固有免疫细胞(小胶质细胞)的激活和巨噬细胞浸润以及炎症介质的释放，如一氧化氮(NO)、细胞因子和趋化因子，常可导致神经元死亡。其中小胶质细胞的活化被认为是神经炎症疾病进展的重要病理机制；因此，严格控制小胶质细胞的活化，是维持大脑功能稳态和预防神经炎性疾病所必需的。有文献报道，PTP1B的过表达可以增强内毒素(lipopolysaccharide，LPS)诱导的小胶质细胞的活化，促进其炎症因子如TNF-α、iNOS和IL-6的分泌，进而延长神经炎症的进程，使用一种高效的选择性PTP1B抑制剂(PTP1Bi)能够减少iNOS、COX-2、TNF-α和IL-1β的表达，进而明显改善脑部炎症的状况；其机制为PTP1B在一个负调控位点去磷酸化Src蛋白来激活Src进而增强小胶质细胞的促炎反应[10]。在高脂喂食(high fat diet，HFD)诱导的小鼠下丘脑炎症中，PTP1B基因敲除(knock-out，KO)小鼠表现出增加的STAT3磷酸化，伴随着减少的TNF-α、增加的IL-10表达；此外，注射瘦素可增加下丘脑神经元和星形胶质细胞的STAT3磷酸化，但不影响炎症：表明PTP1B缺陷通过激活小胶质细胞中的JAK2-STAT3信号通路改善HFD诱导的下丘脑炎症[11]。

3 PTP1B与肺组织炎症的关系

肺部细胞主要包括肺上皮细胞、肺泡细胞、巨噬细胞等。上皮细胞可以分泌趋化因子CCL2、CCL5、CCL11、CXCL1、CXCL5 等，集聚淋巴细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、树突状细胞等炎症细胞，引起气道组织的炎症浸润，在支气管哮喘等肺部炎症疾病发挥着重要作用[12]。有文献报道转基因谷胱甘肽过氧化物酶1 (glutathione peroxidase-1，GPx-1)小鼠显著增加了PTP1B和蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase-2A，PP2A)的活性，并阻止了慢性吸烟引起的气道炎症和肺泡破坏；而PTP1B通过催化蛋白的酪氨酸307位点去磷酸化来激活PP2A，在小鼠肺及人气道上皮细胞通过PTP1BKO可阻止GPx-1激活PP2A，减弱GPx-1在肺中的抗炎作用：表明GPx 1-PTP1B- PP2A关系轴在气道炎症中发挥着关键作用[13]。

肺嗜酸性粒细胞增多是过敏性肺部炎症的一个特征，有研究指出PTP1BKO后能够加重呼吸合胞体病毒(respiratory syncytial viral，RSV)感染的慢阻肺病情程度，表现为免疫细胞浸润严重、上皮细胞屏障受损、细胞因子和细胞凋亡增加，提示在肺部感染中蛋白磷酸酶具有一定的抗炎作用。在卵清蛋白(ovalbumin，OVA)刺激的小鼠肺组织中发现PTP1B缺乏会加重肺部的过敏性炎症、白细胞招募，具体机制包括增加造血细胞的产生、局部组织炎性细胞的募集，上调细胞趋化因子、细胞因子受体和Th2细胞因子等。这些数据表明，PTP1B能够负性调节肺部组织炎症反应[14-15]。

4 PTP1B与肝组织炎症的关系

肝脏在一系列损伤因素的诱导下发生炎症，常见于肝病的初始阶段，研究表明肝细胞凋亡、巨噬细胞活化等过程在肝脏炎症中发挥着重要作用。有文献报道使用PTP1B抑制剂后能够减少棕榈酸诱导的肝细胞凋亡，具体为促进Akt的磷酸化，而活化的Akt通过抑制Bcl-2和Caspase-9的表达减少细胞程序性死亡，从而减弱脂质氧化对肝细胞的损害。Sangwan等发现PTP1BKO小鼠对Fas诱导的肝损伤和炎症具有抵抗力，其机制为通过平衡促凋亡因子和抗凋亡因子减少肝细胞凋亡、降低循环肝酶水平来实现[16-17]。

野生型小鼠进行蛋氨酸/胆碱缺乏饮食出现肝细胞脂肪变性、非实质细胞浸润，FGF21、IL-6和IL-1beta的 mRNA水平升高，敲除PTP1B后加剧这种状况的发生，而在正常饮食恢复期PTP1B KO小鼠能够迅速还原肝炎状态；这些结果说明蛋白磷酸酶抑制后能够促进炎症因子表达，从而加重肝细胞损伤及肝脏炎症。大鼠进行酒精喂食后检测到模型组相对于对照组肝内PTP1B表达上升，与之一致的是血浆LDL、胆固醇、丙氨酸转氨酶(ALT)和天冬氨酸转氨酶(AST)水平升高，并且肝组织病理改变，功能受损；在使用生姜提取物后，这些指标改善，肝内PTP1B水平下降[18-19]。体外研究发现PTP1B能够抑制Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)激活，减少巨噬细胞炎性细胞因子和IFN-β的产生，并且抑制TLR配体诱导的MAPKs、NF-κB和IRF3活化[6]。综上，PTP1B可能通过负调控巨噬细胞的炎症反应起到调节的作用，表明肝组织炎症与PTP1B有密切的关系。

5 PTP1B与其他组织炎症的关系

5.1 PTP1B与肥胖的关系有文献报道，肥胖是一种慢性炎症状态，表现为肥胖组织中有大量巨噬细胞浸润，并伴有脂肪细胞增生、肥大并分泌大量炎症因子(IL-6、TNF-α)。这些因素可引起胰岛素抵抗，导致2型糖尿病与心血管疾病的发生发展。在PTP1B KO小鼠中发现脂肪细胞数量下降，促炎细胞因子下降，表明目的基因缺陷可改善肥胖的炎症状态；与之一致的是过表达PTP1B后可增加高脂喂食小鼠脂肪组织中巨噬细胞标志物CD68和TNF-α的表达。应用核转录因子κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)通路抑制剂可下调TNF-α诱导的脂肪细胞中PTP1B的表达，提示TNF-α通过调节NF-κB通路改变PTP1B的转录表达[20-21]。

5.2 PTP1B与心血管炎症的关系脓毒血症是一种全身性炎症反应，其可以导致心血管功能障碍。文献报道应用内毒素或细菌刺激血管内皮细胞可引起TNF-α、 IL-1β、IL-6、iNOS、Cox-2等的表达上调，从而加重炎症，损坏血管收缩活性。应用PTP1B KO可减少小鼠脓毒血症诱导的心血管功能障碍和死亡，并可以降低炎症，说明目的基因的表达变化能改变心血管炎症疾病的发展[22]。

5.3 PTP1B与肠道炎症的关系在糖酐酯(dextran sulfate sodium，DSS)诱导的小鼠大肠炎动物模型中发现PTP1B缺陷小鼠能够减少DSS诱导的炎症，具体表现为：较慢的体重下降、更高存活率、减少的肠道免疫细胞浸润，这些益处与PTP1B缺陷引起的髓源抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells，MDSCs)扩张有关[23]。

6 结语

综上所述，炎症参与到机体常见的基本病理过程中并发挥了重要的作用。在神经炎症中，大脑固有的免疫细胞(小胶质细胞)激活和巨噬细胞浸润以及炎症介质的释放，可导致神经元死亡，这些因素综合进一步引起神经退行性病变包括阿尔茨海默病、帕金森病等。而在非酒精性脂肪肝中，研究认为脂肪喂食可引起肝细胞脂质氧化，巨噬细胞激活，产生炎症、肝细胞坏死，持续的慢性炎症可导致肝脏发生纤维化甚至肝硬化。在这些炎症疾病的初始阶段，一方面PTP1B通过不同信号途径影响肝细胞、内皮细胞等细胞凋亡对疾病进行直接调节；另一方面PTP1B通过调控肝、脑中巨噬细胞活化，改变炎症反应程度，影响肝细胞、脑细胞的凋亡进程，从而对肝脏炎症、脑炎等疾病进行间接调节(Fig 1)。本文从PTP1B的结构、功能到其在不同炎症疾病中的不同作用详细进行了阐述，表明其在炎症的初始阶段发挥着重要的作用，并可能作为药物的靶点，具有广阔的研究潜力及应用前景。