［21］HAMA A ，SAGEN J．Combinations of intrathecal gamma －amino －
butyrate receptor agonists and N －methyl －d －aspartate receptor antagonists in rats with neuropathic spinal cord injury pain ［J ］．Eur J Pharmacol ，2012，683（1/3）：101－108．
［22］KESIMCI E ，IZDES S ，SEN P ，et al．Comparison of efficacy of
dexketoprofen versus paracetamol on postoperative pain and mor-phine consumption in laminectomy patients ［J ］．Agri ，2011，23（4）：153－159．
［23］NIYOGI S ，SANTRA S ，CHAKRABORTY J ，et al．A compara-tive study of duration of postoperative analgesia between epidural
bupivacaine and epidural clonidine plus bupivacaine in lumbar laminectomy surgery under general anaesthesia ［J ］．J Indian Med Assoc ，2011，109（4）：230－233．
［24］张伟，张卫，刘宏建．腰椎后路椎间盘镜微创术围手术期多模式
镇痛的临床观察
［J ］．医药论坛杂志，2010，31（10）：34－36．［25］SHARMA S ，IORIO R ，SPECHT L M ，et al．Complications of
femoral nerve block for total knee arthroplasty ［J ］．Clin Orthop Relat Res ，2010，468（1）：135－140．
（收稿日期：2012－05－31
编辑：陈嘉伟）
*广东省自然科学基金面上项目（编号：10151006001000012）△通信作者。E －mail ：gz _zhaohui _liu@sina．com
*
关丽君，刘朝晖△
广东省广州市第一人民医院呼吸内科（广州510180）慢性阻塞性肺疾病(COPD )是一种常见的慢性呼吸系统疾病，也是一种具有气流受限特征的肺部疾病，气流受限不完全可逆，呈进行性发展。2002年世界卫生组织(WHO )
公布的资料显示，COPD 是目前世界上死亡的第5位病因
［1］
。COPD 患者由于长期处于不同程度的缺氧状态下，不
仅肺功能呈进行的衰退，身体其他器官如心脏、血管、肾脏、
大理学院图书馆肌肉组织等都有不同程度的功能不全［2］
。研究显示，有24% 71%的COPD 患者合并营养不良［3－4］，主要表现有肌肉萎缩、功能不全。呼吸肌从胚胎学、形态学和功能上分析
属于骨骼肌，而呼吸肌包括膈肌和肋间外肌。机体有多种的蛋白质降解途径，如溶酶体途径、钙/钙激活蛋白酶途径，泛
素－蛋白酶体途径(ubiquitin －proteasome pathway ，UPP )。其中UPP 是新近发现的一种细胞内高度选择性和能量依赖
性蛋白降解途径，在骨骼肌蛋白质的降解中起了主要的作用
［5］
。现就COPD 呼吸肌与蛋白UPP 降解作一综述。
1
泛素蛋白酶体系
1．1
泛素及泛素化蛋白泛素是一条由76个氨基酸组成的高度保守的多肽链。泛素与其底物蛋白质的赖氨酸残基
共价结合的过程称为泛素化(ubiquitination )。泛素化是一个主要由泛素激活酶(ubiquitin －ativating enzyme )E1、泛素载体蛋白(ubiquitin －carrier protien )E2、泛素连接酶(ubiquitin －protien ligase )E
3等介导的多酶级联反应。在此过程中，E3起极其重要的作用，它决定了底物泛素化的时间性和特异性。蛋白质在被降解之前需与多聚泛素链相连接，即蛋白质的泛素化。泛素化途径的最重要特征就是底物的多样性和选择性，这是由泛素蛋白连接酶(ubiquitin －protein ligase ，Eas )特性决定。同前已知有4种类型的Eas ，即N 末端家
族、环指(RING －finger )家族、HECT (homologous to E6－asso-ciated protein carboxyl terminns )家族和U －box 家族［6］。1．2蛋白酶体蛋白酶体定位于细胞核和细胞质内。26S
蛋白酶体可降解大多数带有多聚泛素链共价修饰的胞内蛋
白质。它是由一个或两个PA700(也称为19S 调节颗粒)结合至20S 蛋白酶体(即蛋白降解中心)而组成。20S 蛋白酶体包括3种蛋白底物降解催化位点。这些催化位点位于圆筒状20S 蛋白酶体的内腔室，因而与底物之间存在物理屏障而不能相互接触。为到达催化点，底物必须穿越位于20S 圆筒两端的狭窄孔道。PA700为一种分子量为700kD 的蛋白酶体激活物，是26S 蛋白酶体的调节组分，其主要功能之一便是对底物进入蛋白酶体催化区室的调控。多聚泛素化链虽然为底物识别所必需，但在底物进入20S 之前必须被去泛
素化［6］。
1．3泛素蛋白酶体降解途径
在正常情况下，人体中骨骼
超微电极
肌蛋白质的合成与降解是处于相对的平衡状态。骨骼肌蛋
白的降解主要有溶酶体蛋白降解途径、钙依赖蛋白酶系统、UPP 等。目前，泛素蛋白酶体降解途径是近30年来发现的
一种细胞内蛋白质降解新途径［7］
。泛素化过程是泛素和蛋白质底物结合的化学过程。主要过程是:(1)泛素活化酶催
化泛素C 末端的甘氨酸(gly )，形成泛素－腺苷酸中间产物，然后激活的泛素C 端被转移至E1酶内的半胱氨酸(cys )残基的SH 上;(2)活化的泛素通过转酰基作用进一步转移到泛素载体蛋白上特异的半胱氨酸残基上，形成E2－泛素硫酯;E2－泛素硫酯提供泛素分子以供泛素C 端甘氨酸与底物蛋白的lys 残基的氨基酸形成共价键，第一个泛素单体是与底物蛋白内部的lys 残基的ε氨基或底物的α氨基结合，形成异肽链的旁链连接或线形肽键;(3)泛素可直接从E2转移给底物蛋白(S )形成泛素－蛋白复合物，或底物蛋白(S )首先与泛素连接酶E3结合，然后底物蛋白与E2转移的泛素结合。最终泛素－蛋白复合物主要被26S 的蛋白酶体所识别降解。泛素C 末端水解酶(ubiquitin C －terminal hydrolases )可通过水解释放泛素以供再一次循环利用［6］。
2泛素蛋白酶体与COPD 呼吸肌降解
骨骼肌又称横纹肌，人体的呼吸肌主要是膈肌和肋间肌(包括肋间内、外肌)，还有一些腹部和颈部的肌肉，为呼吸
辅助肌，只有呼吸困难时才参与辅助呼吸。呼吸肌也属于骨骼肌，所以也具有骨骼肌的特性。骨骼肌肌小节由粗、细肌丝组成。粗肌丝主要由肌球蛋白(也称肌凝蛋白，myosin)分子构成；细肌丝(thin filament)由3种蛋白构成，即肌动蛋白(也称肌纤蛋白，actin)、原肌球蛋白(也称原肌凝蛋白，tropo-myosin)和肌钙蛋白(troponim)［8］。横纹肌肌小节的组成除了已知的粗、细肌丝系统外，还包括一种由巨大的蛋白质———肌联蛋白(titin)构成的纤维系统。肌联蛋白横跨肌小节从Z线到M线的区域，其主要生理功能：肌联蛋白将粗肌丝与Z－线连接，维持肌原纤维的完整性和稳定性。
2．1肌丝与泛素蛋白酶体肌肉收缩的机制，为大家所认识的就是肌丝滑行理论(myofilament sliding theory)，因此肌肉收缩过程中任何一环节出现改变，都会影响肌肉收缩的功能不良。有报道指出，泛素蛋白酶体不能降解自然状态结构完整的收缩结构下的收缩蛋白［9］。OTTENHEIJM等［10］报道中显示，轻、中度的COPD患者，钙离子兴奋收缩机制下，膈肌单根肌纤维出现损伤。机体受到内在或外界因素影响下，造成肌肉损伤或功能不全时，肌肉组织会发生适应性改变，为了最佳的兴奋收缩的产生，难免发生被动收缩的肌肉细微结构改变［11］。OTTENHEIJM等［12］研究发现，轻度到中
度COPD患者(GOLD分级中的Ⅰ、Ⅱ级)膈肌纤维中的肌球蛋白已约有30%的下降。进一步研究显示，轻至中度COPD患者的膈肌的蛋白酶体活性较正常人升高3倍，肌肉特异性泛素连接酶MAFbx的mRNA水平明显升高、泛素结合的蛋白水平升高；同时内切蛋白酶Caspase－3活性增强［13］。由内切蛋白酶Caspase－3介导的肌动球蛋白复合物的裂解被认为是肌肉降解的起始步［14］，产生的裂解片断由UPP降解。由此提示，COPD膈肌中收缩性蛋白含量减少与泛素－蛋白酶体系统密切相关。
2．2泛素连接酶E3在COPD中的变化MuRF1［15］和Atro-gin－1(MAFbx)［16］是与肌肉消耗有关的泛素连接酶E3。在动物实验模型下，感染［17］、低氧、氧化应激［18］的情况下，都会加速收缩蛋白的分解。在氧化应激条件下，蛋白酶体活性升高，E2－14k、Atrogin－1和MuRF－1表达也增强。在感染状态下，炎症因子TNF［19］、NF－κB［20－21］含量升高，并提高20S蛋白酶体的活性和Atrogin－1、MuRF－1表达增强。在低氧环境中［22］蛋白酶体和Atrogin－1(MAFbx)活性也增高。
大量实验都支持COPD患者骨骼肌中泛素蛋白酶体活性升高。在轻度和中度COPD患者中泛素连接酶E3A含量比健康人股外侧肌高［23］。相似研究中，股外侧肌的Atrogin－1 (MAFbx)和MuRF－1mRNA表达比健康人的高，而Atrogin－1蛋白的含量也相应升高［24］。有研究显示，Atrogin－1和MuRF－1是受到FOXO－1、FOXO－3转录调控［25］。在严重COPD患者股外侧肌FOXO－1、FOXO－3mRNA［26］表达和FOXO－1［27］含量也同样升高，这些因素可以推测COPD患者体内
微环境的改变使得泛素蛋白酶体活性升高，加速骨骼肌蛋白的降解。在COPD患者呼吸肌膈肌研究中，粗肌丝(肌球蛋白)含量下降［10］。轻至中度COPD患者的膈肌肌肉特异性泛素连接酶MAFbx的mRNA水平明显升高［13］。在膈肌萎缩的、需机械通气的患者中，出现Atrogin－1和MuRF－1的高表达［28］。这表明，在COPD患者除了外周骨骼肌的泛素蛋白酶体活性改变外，呼吸肌的泛素蛋白酶体活性也同样发生改变。但是，COPD外周骨骼肌与呼吸肌的萎缩、降解调控是否存在差异，还需进一步研究。
2．3蛋白酶在COPD中变化研究表明，20S蛋白酶体C2亚基为蛋白酶体的中心结构，是靶蛋白降解的场所。动物实验中，COPD模型大鼠伸趾长肌内编码20S蛋白酶体C2亚基的基因以及蛋白表达增强［29］。进一步研究大鼠COPD模型膈肌中蛋白酶体C2、C8亚基的mRNA表达跟对照组无明显差别［30］。而在轻至中度COPD患者膈肌标本中，内切蛋白酶体－3的活性增强及蛋白酶体活性较正常人升高3倍［13］。
近年研究表明，呼吸肌收缩力的产生主要依赖于肌纤维中收缩蛋白的含量，收缩蛋白的过度降解将导致呼吸肌收缩力下降，诱发呼吸功能不全，并使机械通气患者产生呼吸机依赖，常致使患者死亡。因此，研究呼吸肌蛋白的降解途径具有十分重要的临床意义。而现今很多的研究都是在肌肉发生萎缩后进行的，肌肉降解的起始步尚未了解清楚。随着更多的深入研究，有望寻得导致COPD患者肌肉萎缩的真正调控机制，为防治其肌肉萎缩，提供理论支持及临床方案。
参考文献
［1］RABE K F，HURD S，ANZUETO A，et al．Global strategy for the diagnosis，management，and prevention of chronic obstructive pul-
轴流式压缩机moary disease：GOLD executive summary［J］．Am J Respir Crit
Care Med，2007，176（6）：532．
［2］DECRAMER M，RENNARD S，TROOSTERS T，et al．COPD as
a lung disease with systemic consequences———clinical impact，
mechanisms，and potential for early intervention［J］．COPD，2008，5（4）：235－256．
［3］EZZELL L，JENSCN G I．Malnutrition in chronic obstructive pul-monary disease［J］．Am J Clin Nutr，2000，72（6）：1415－
1416．
［4］LAABAN J P．Nutrition and chronic respiratory failure［J］．Ann Inter Med，2000，151（7）
：542－548．
［5］ATTAIX D，COMBARET L，B CHET D，et al．Role of the ubiquitin－proteasome pathway in muscle atrophy in cachexia［J］．
catptCurr Opin Support Palliat Care，2008，2（4）：262－266．
［6］邱小波，王琛，王琳芳．泛素介导的蛋白质降解［M］．北京：中国协和医科大学出版社，2008．
［7］KORNITZER D，CIECHANOVER A．Modes of regulation of ubi-quitin－mediated protein degration［J］．J Cell Physiol，2000，182
（1）：1－11．
［8］朱大年．生理学［M］．6版．北京：人民卫生出版社，2008．［9］SOLOMON V，GOLDBERG A L．Importance of the ATP－ubi-quitin－proteasome pathway in the degradation of soluble and myo-
fibrillar proteins in rabbit muscle extracts［J］．J Biol Chem，1996，271（43）：26690－26697．
［10］OTTENHEIJM C A，HEUNKS L M，SIECK G C，et al．Dia-phragm dysfunction in chronic obstructive pulmonary disease［J］．
Am J Respir Crit Care Med，2005，172（2）：200－205．
［11］HOROWITS R，KEMPNER E S，BISHER M E，et al．A physio-logical role for titin and nebulin in skeletal muscle［J］．Nature，1986，323（6084）：160－164．
［12］OTTENHEIJM C A，HEUNKS L M，HAFMANS T，et al．Titin
and diaphragm dysfunction in chronic obstructive pulmonary dis-
ease［J］．Am J Respir Crit Care Med，2006，173（5）：527－
534．
［13］OTTENHEIJM C A，HEUNKS L M，LI Y P，et al．Activation of ubiquitin－proteasome pathway in the diaphragm in chronic ob-
structive pulmonary disease［J］．Am J Respir Crit Care Med，2006，174（9）：997－1002．
［14］DU J，WANG X，MIERELES C，et al．Activation of caspase－3 is an initial step triggering accelerated muscle proteolysis in cata-
bolic conditions［J］．J Clin Invest，2008，113（1）：115－123．［15］BODINE S C，LATRES E，BAUMHUETER S，et al．Identifica-tion of ubiquitin ligases required for skeletal muscle atrophy［J］．
Science，2001，294（554）：1704－1708．
［16］GOMES M D，LECKER S H，JAGOE R T，et al．Atrogin－1，a muscle－specific F－box protein highly expressed during muscleat-
rophy［J］．Proc Natl Acad Sci U S A，2001，98（25）：14440－
14445．
［17］KANDARIAN S C，JACKMAN R W．Intracellular signaling during skeletal muscle atrophy［J］．Muscle Nerve，2006，33（2）：155－165．［18］GOMES MARCONDES M C，TISDALE M J．Induction of protein catabolism and the ubiquitin－proteasome pathway by mild oxida-
tive stress［J］．Cancer Lett，2002，180（1）：69－74．
［19］LI Y P，CHEN Y，JOHN J，et al．TNF－alpha acts via p38 MAPK to stimulate expression of the ubiquitin ligase atrogin1/
MAFbx in skeletal muscle［J］．FASEB J，2005，19（3）：362－
370．
［20］CAI D，FRANTZ J D，TAWA N E，et al．IKKbeta/NfkappaB ac-tivation causes severe muscle wasting in mice［J］．Cell，2004，119（2）：285－298．
霍顿听见了呼呼的声音
［21］LI Y P，REID M B．NF－kappaB mediates the protein loss induced by TNFalpha in differentiated skeletal muscle myotubes［J］．Am J
Physiol Regul Integr Comp Physiol，2000，279（4）：R1165－
R1170．［22］CARON M A，THERIAULT M E，PARE M E，et al．Hy-poxiaalters contractile protein homeostasis in L6myotubes［J］．
FEBS Lett，2009，583（9）：1528－1534．
［23］RADOM AIZIK S，KAMINSKI N，HAYEK S，et al．Effects of exercise training on quadriceps muscle gene expressionin chronic
obstructive pulmonary disease［J］．J Appl Physiol，2007，102
（5）：1976－1984．
［24］DOUCET M，RUSSELL A P，LEGER B，et al．Muscle atrophy and hypertrophy signaling in patients with chronic obstructive pul-monary disease［J］．Am J Respir Crit Care Med，2007，176（3）：
261－269．
［25］SANDRI M，SANDRI C，GILBERT A，et al．Foxo transcription factors induce the atrophy－related ubiquitin ligase atrogin－1and2011安徽高考数学理科
cause skeletal muscle atrophy［J］．Cell，2004，117（3）：399－
412．
［26］DEBIGARE R，MALTAIS F，COTE C H，et al．Profiling of mR-NA expression in quadriceps of patients with COPD and muscle
wasting［J］．COPD，2008，5（2）：75－84．
［27］DOUCET M，RUSSELL A P，LEGER B，et al．Muscle atrophy and hypertrophy signaling in patients with chronic obstructive pul-monary disease［J］．Am J Respir Crit Care Med，2007，176（3）：
261－269．
［28］LEVINE S，NGUYEN T，TAYLOR N，et al．Rapid disuse atro-phy of diaphragm fibers in mechanically ventilated humans［J］．N
Engl J Med，2008，358（13）：1327－1335．
［29］韩锋锋，罗勇，杨天芸，等．慢性阻塞性肺疾病大鼠骨骼肌组织20s蛋白酶体C2亚基的基因及蛋白表达的研究［J］．中国
全科医学，2010，13（29）：3289－3292．
［30］韩锋锋，徐卫国，罗勇，等．COPD大鼠膈肌组织泛素－蛋白酶体途径的研究［J］．中国呼吸与危重监护杂志．2010，9
（2）：141－144．
（收稿日期：2012－08－06编辑：祝华）
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议