TRIM蛋白在特发性肺纤维化中的研究进展

Research Progress of TRIM Protein in Idiopathic Pulmonary Fibrosis

摘要: 特发性肺纤维化(IPF)是一种进行性且最终致命的纤维化肺病，可以导致进行性的肺功能下降，其发展被认为与遗传、环境、免疫、炎症、自噬、衰老等因素有关。TRIM蛋白是一个高度保守的E3泛素连接酶家族，参与多个过程：包括细胞内信号传导、发育、细胞凋亡、蛋白质质量控制、先天免疫、自噬和致癌作用，近年来，有关TRIM蛋白在疾病中的研究越来越多，研究表明它们可以参与细胞内信号传导、发育、细胞凋亡、蛋白质质量控制、先天免疫、自噬和致癌等多个过程，它们的失调会导致癌症、免疫疾病或发育障碍等疾病，参考肺纤维化所涉及的发生发展机制，TRIM蛋白在各器官纤维化中的研究也逐渐展开，本文将主要论述TRIM蛋白在肺纤维化中的研究进展。

Abstract: Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a progressive and ultimately fatal fibrotic lung disease that can lead to progressive decline in lung function, and its development is thought to be related to genetic, environmental, immune, inflammatory, autophagy, aging and other factors. TRIM proteins are a highly conserved family of E3 ubiquitin ligases involved in several processes: It includes intracellular signaling, development, apoptosis, protein quality control, innate immunity, autophagy and carcinogenesis. In recent years, more and more studies on TRIM proteins in diseases have shown that they can participate in many processes such as intracellular signaling, development, apoptosis, protein quality control, innate immunity, autophagy and carcinogenesis. Their disorders can lead to cancer, immune diseases or developmental disorders and other diseases, referring to the occurrence and development mechanism involved in pulmonary fibrosis, the study of TRIM protein in various organ fibrosis is also gradually launched, this paper will mainly discuss the research progress of TRIM protein in pulmonary fibrosis.

1. 特发性肺纤维化

特发性肺纤维化(IPF)是一种进行性且最终致命的纤维化肺病，主要发病人群为中老年人。其组织病理学特征包括细胞外基质的过度沉积和肺组织修复异常，进而导致组织瘢痕形成、正常肺泡结构扭曲和肺功能不可逆的丧失，临床表现为进行性呼吸困难和肺顺应性显着降低[1]。大多数情况下，确诊IPF的患者2~5年的时间里会因呼吸衰竭而死亡[2]，IPF的确切病因尚不清楚，其发病机制也十分复杂，它的发展被认为与遗传、环境、免疫、炎症、自噬、衰老等因素有关，目前没有根治的药物和方法，现用于控制病情进展的药物分别为吡非尼酮和尼达尼布，这两种药物已被证明可以减少肺功能下降和减缓疾病进展，但它们也会产生一些副作用以及耐受性问题，治疗效果有限，不能阻止或逆转疾病进展或降低死亡率，因此进一步探究肺纤维化机制及其所涉及的通路、靶点，寻找新的治疗策略刻不容缓。

目前有关IPF机制的研究，主要围绕炎症反应、上皮–间质转化(EMT)过程、内质网应激等多个过程，其主要涉及的信号转导通路包括转化生长因子-β (TGF-β)、核因子κB (NF-κB)、肿瘤坏死因子(TNF)、白介素(IL-17)、磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/AKT等信号通路。

1.1. 免疫炎症与IPF

IPF的组织病理学标志是细胞外基质的过度沉积和肺组织修复异常，正常的伤口愈合涉及结缔组织如胶原蛋白通过成纤维细胞在损伤部位的沉积，这通常是一种自限性局部反应，然而在纤维化过程中，这种伤口愈合反应是广泛的、持续的，它可以导致慢性炎症，并最终导致纤维化[3]。免疫与炎症在肺纤维化中的作用可以由多种免疫细胞和因子介导。

有研究观察到IPF患者肺中存在轻度的炎性浸润[4]，并发现了一些促炎因子(如TNF-α、IL-8)水平的增高[5] [6]。除炎症因子外，先天性免疫细胞也在肺纤维化中发挥着重要作用，中性粒细胞作为炎症急性期的关键参与者，在肺损伤后聚集的积累可能导致肺组织的重塑和纤维化，其过程可能通过中性粒细胞弹性蛋白酶(NE)介导，NE同时具有促纤维化和抗纤维化特性，它可以分解胶原蛋白IV和弹性蛋白，从而缓解纤维化，相反，它又可以通过促进成纤维细胞增殖、肌成纤维细胞分化以及TGF-β活化促进纤维化过程[7]。有研究者在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中，使用NE抑制剂后，可以缓解小鼠肺纤维化水平，结果提示NE促纤维化的作用可能大于其缓解纤维化的作用[8]。巨噬细胞作为一种高度可塑性细胞，在组织修复和免疫中起着核心作用，其中M1型巨噬细胞可产生促炎因子(如TNFα、IL-1和IL-6)从而促进组织炎症，相反，M2型巨噬细胞可以产生抑炎因子，具有抗炎和促进纤维化的特性，其广泛存在于纤维化肺组织中，M2巨噬细胞可分泌TGF-β、成纤维细胞生长因子(FGF)、血小板衍生生长因子-α (PDGFα)、胰岛素样生长因子1 (IGF1)和血管内皮生长因子(VEGF)等细胞因子，其中TGF-β作为肺纤维化的经典途径中的重要因子在肺纤维化中发挥重要作用，VEGF血清浓度也被证明与IPF患者疾病严重程度有关[9]。纤维细胞是成纤维细胞的前体，可以产生几种基质蛋白(胶原蛋白I、胶原蛋白III、波形蛋白和纤连蛋白)及细胞因子和生长因子(如IL-8、IL-6、TGF-β和PDGF、GM-CSF、VEGF)，并且诱导成纤维细胞分化、新血管生成和炎症细胞的募集，有助于成纤维细胞活化、ECM产生并表现出多种旁分泌功能，进而导致组织重塑和持续的纤维化。单核细胞作为巨噬细胞及纤维细胞的前体，在纤维化条件下高度激活，并释放促纤维化的炎性细胞因子，在纤维化过程中起关键细胞的作用。除上述先天免疫细胞外，适应性免疫细胞在肺纤维化中同样发挥着举足轻重的作用，其中涉及Th17细胞、Treg细胞、Th1/Th2细胞、Th9细胞、B细胞等，各适应性细胞之间的平衡在肺纤维化的发生发展中至关重要，它们涉及自身免疫、慢性炎症的发生、炎症的抑制及组织修复等多个过程[10]。

1.2. 上皮–间充质转化与IPF

上皮–间充质转化(EMT)是一种病理生理过程，其中上皮细胞失去一些上皮特征并获得间充质特征[11]，它是肺间质纤维化的一个经典过程。在EMT期间，细胞会失去上皮标志物，包括E-钙粘蛋白和细胞角蛋白，改变表面活性剂的产生，获得间充质标志物，如N-钙粘蛋白、波形蛋白、平滑肌肌动蛋白和纤连蛋白，并增加细胞外基质或金属蛋白酶的分泌。TGF-β-Smad信号通路作为EMT过程的经典信号通路，在肺纤维化中发挥着重要作用，其中TGF-β作为该通路的关键因子在IPF的发生中呈内源性上调，被认为是纤维化反应的中枢介质之一[12]。

1.3. 内质网应激与IPF

近年来，许多研究发现，内质网应激(ERS)与肺纤维化发生发展密切相关。内质网作为分布于哺乳动物成熟红细胞外的各种真核细胞中的细胞器，与蛋白的形成具有密切关系，当内质网功能异常时，容易导致内质网中堆积过多的错误折叠蛋白和未折叠蛋白，进而使其稳态遭到破坏，这种内质网稳态失衡的现象称为内质网应激(ERS)，许多研究发现ERS与肺纤维化密切相关，是肺纤维化发病的重要机制之一，它可以导致肺上皮细胞发生EMT并加快肺纤维化发展过程，当ERS受到抑制时则可减缓PF的进展[13]。

1.4. 泛素蛋白酶体系与IPF

泛素–蛋白酶体途径也可以调节EMT参与肺纤维化，泛素介导的蛋白质降解在控制细胞蛋白的数量方面起着至关重要的作用，并参与各种细胞过程，如发育、细胞增殖、分化、信号转导和细胞凋亡，其中多种E3泛素连接酶可以通过对TGF-β的作用，调节EMT及肺纤维化[12]。

TRIM蛋白家族作为最大E3泛素连接酶家族之一，在肺纤维化的过程中可以通过调节EMT、免疫炎症、相关信号转导通路及内质网应激影响肺纤维化进程。

2. TRIM蛋白家族在肺纤维化中的研究进展

2.1. TRIM蛋白的结构与功能

TRIM蛋白是一个高度保守的E3泛素连接酶家族，它们是由同源基因编码，并具有以TRIM基序为特征的共同结构域结构，该基序包括一个RING结构域、一个或两个B-box结构域和一个卷曲螺旋区域。由于C末端结构域可能介导底物识别和调节蛋白质相互作用，TRIM蛋白根据C末端结构的不同分为11个亚家族。RING结构域，则赋予它们E3连接酶催化活性，大多数TRIM蛋白都具有该结构[14]，因此大多数TRIM蛋白都具有E3泛素连接酶活性，参与多个过程：包括细胞内信号传导、发育、细胞凋亡、蛋白质质量控制、先天免疫、自噬和致癌作用，它们的失调会导致癌症、免疫疾病或发育障碍的疾病。

2.2. TRIM蛋白在肺纤维化中的研究进展

目前有关TRIM蛋白家族在肺纤维化中的研究较少，关于TRIM与纤维化的研究多集中于相关途径或细胞因子的研究。本节搜集了一些现有的TRIM蛋白有关肺纤维化疾病中作用的研究，并基于肺纤维化机制对可能参与肺纤维化的TRIM蛋白进行分析。

有研究者基于GEO数据库分析了在肺纤维化中表达前6名的TRIM蛋白，分别是TRIM2、TRIM6、TRIM8、TRIM22、TRIM36和TRIM47，随后基于此进行了临床实验筛选，通过采集15份IPF患者的外周血样本和健康人群相同数量的外周血样本，使用qRT-PCR分析从各血样中分离出的单核细胞的TRIM2、TRIM6、TRIM8、TRIM22、TRIM36和TRIM47的表达水平，发现IPF组中TRIM6、TRIM8和TRIM47的mRNA表达显著增加。随后该研究进一步研究了TRIM47在肺纤维化中的作用，发现TRIM47可以通过促进Smad2/3磷酸化来加重肺纤维化，TRIM47的干扰可以抑制波形蛋白、α-SMA和CTGF的蛋白表达，表明降低TRIM47的表达可以抑制肺纤维化[15]。另外一项基于对支气管肺泡灌洗细胞和来自基因表达综合(GEO)数据库的临床研究通过分析发现，TRIM7和TRIM47可被视为IPF患者生存的危险基因，而TRIM45可能是保护基因，因此研究者们得出结论：TRIM家族基因对IPF的预后具有重要意义，可以帮助预测IPF患者的生存[16]。

既往有研究证明TRIM33可以负调控TGF-β/SMAD信号传导，而TGF-β/SMAD信号传导通路在肺纤维化中发挥重要的作用。一研究小组基于此进一步探索了TRIM33在肺纤维化中的作用，研究发现TRIM33在IPF患者和啮齿动物纤维化肺的肺泡巨噬细胞和成纤维细胞中过表达。并发现TRIM33的抑制可以增加TGF-β1的分泌和表达，敲除TRIM33使小鼠对BLM诱导的纤维化敏感。在动物实验中发现，TRIM33的抑制加重了BLM诱导的纤维化。该实验研究结果表明TRIM33作为肺纤维化的负调节因子的关键作用[17]。

TRIM2可调节肺鳞状细胞癌细胞系中波形蛋白的泛素化[18]，并且它也已被证明可通过上皮–间充质转化(EMT)促进结直肠癌细胞的生长、侵袭和转移，基于上述研究结论，研究人员发现在BLM诱导的纤维化小鼠的肺组织和TGF-β1刺激的A549细胞中，TRIM2表达增加[19]，此研究提示了TRIM2与肺纤维化之间存在相关性。

有研究证明TRIM6为纤维化易感基因，其在肺纤维化中高表达，并且它可以改变小鼠对博来霉素诱导的肺纤维化的易感性[20]。同时一项关于肾纤维化的研究表明TRIM6可以缓解内质网应激，从而达到改善肾纤维化的作用[21]，如我们前文所述内质网应激在肺纤维化中同样发挥重要作用，因此可以推测TRIM6也可以通过缓解内质网应激改善肺纤维化。

肺纤维化作为一个多细胞过程，涉及肺泡上皮细胞的受损再生和基质的持续激活，主要包括成纤维细胞和免疫细胞，细胞凋亡或非凋亡形式的细胞死亡可能导致肺泡上皮细胞的再生衰竭，有研究发现，TRIM72在各种损伤后和人类IPF肺部中上调，体外研究表明，TRIM72修复永生化和原代II型肺泡上皮的膜损伤，从而抑制应激诱导的P53激活并减少细胞凋亡。体内研究表明，TRIM72可保护肺泡上皮层的完整性并减少肺纤维化。结果证明了TRIM72可以通过促进AEC的损伤后修复来保护受损的肺部并改善纤维化[22]。

肺泡上皮细胞(AEC)损伤参与特发性肺纤维化期间的纤维化发展过程。AEC的过度凋亡与IPF的发病机制有广泛关系，坏死性凋亡由受体相互作用蛋白激酶(RIPK)-1和-3组成的多蛋白复合物在启动坏死性凋亡中起关键调节作用，有研究发现RIPK3在IPF肺中的表达水平升高，并且作为IPF致病序列的一部分参与肺纤维化发展的机制[23]。在一项有关炎症性肠病的研究中，研究者们发现：TSC1/mTOR可以通过TRIM11介导的泛素化和自噬依赖性降解抑制肠道上皮中RIPK3的表达和激活。这项研究表明TRIM11能够靶向RIPK3进行泛素化降解，因此，它在肺纤维化中起着至关重要的作用[24]。

内质网应激(ERS)作为肺纤维化发病机制之一，在肺纤维化过程中起着重要作用。在ERS过程中，各种信号通路在细胞中被激活以响应蛋白质错误折叠、未折叠蛋白质聚集和内质网(ER)内钙离子失衡等条件。ERS可以独立诱导内源性细胞凋亡，最终影响细胞如何通过适应、损伤或凋亡来应对应激，它还可以促进内质网自噬。内质网自噬是调节内质网片段并将其递送至溶酶体进行降解的过程;它用于降解过量的内质网膜，从而维持内质网质量和容量的稳定状态。TRIM13是一种位于内质网上的新型跨膜E3泛素连接酶，参与多种ER和蛋白质降解过程，是ER维持体内平衡的重要成员[25]。一项慢性阻塞性肺病的研究中，研究者在临床COPD患者和大鼠肺气肿模型中测定TRIM13表达水平，并使用A549细胞开发了香烟烟雾诱导的内质网应激(ERS)和内质网自噬(ER-phagy)模型，并在这些细胞中评估了TRIM13基因过表达/敲低对ERS、ER自噬和细胞凋亡的影响。该研究发现TRIM13在COPD患者和肺气肿大鼠肺组织中表达显著降低，TRIM13基因的过表达降低了COPD模型中ERS相关分子的表达水平，同时降低了ER自噬水平，而TRIM131敲低导致了相反的结果。研究者因此得出结论：TRIM13过表达可以通过减轻ERS和ER自噬抑制肺泡上皮细胞凋亡[26]。

TGF-β相关信号通路的关键作用在多种纤维化疾病中已被广泛阐述，它可以增加促纤维化基因的表达和ECM的分泌，对几乎所有类型的纤维化都很重要，前文中我们也提到了TGF-β及其信号通路在IPF中的重要作用。一些TRIM蛋白在TGF-β通路中起重要作用：TRIM19通过增加转录因子Smad2/3的磷酸化，是TGF-β信号转导的重要激活因子，TRIM25、TRIM28、TRIM52和TRIM62均显著调节TGF-β下游Smad2/3的磷酸化水平，并促进成纤维细胞活化或上皮–间充质转化[16] [27]-[29]。在非经典的TGF-β途径中，TRIM8可以靶向泛素化激活TGF-β活化激酶1 (TAK1)进而调控TGF-β非经典途径[30]，也有人提出TRIM21可能通过靶向内源性蛋白质降解来调节TGF-β通路[31]，上述多项研究证实，TRIM在TGF-β信号通路的关键因子中起调节作用，因此，理论上可以通过靶向TRIM蛋白来调节TGF-β信号通路并最终干预纤维化进展。

除TGF-β外NF-κB也被认为是免疫反应和纤维化的关键调节因子，目前研究的研究发现，TRIM7、TRIM8、TRIM29、TRIM41、TRIM9、TRIM14、TRIM44、TRIM22、TRIM71等均参与NF-κB信号转导通路的经典途径或非经典途径[14]，除上述所提到的途径，TRIM蛋白还参与许多有关肺纤维化其他途径及过程，TRIM蛋白在肺纤维化调节的几个过程中起着至关重要的作用，包括炎症的介导、效应细胞的激活以及ECM的合成和分泌。

目前，肺纤维化仍然是一个主要的医疗负担，因此，发现与肺纤维化疾病高度相关的关键治疗靶点以及针对这些靶点的有效抗纤维化治疗仍是研究的重点。TRIM是决定泛素化系统靶向特异性的最大E3家族之一，对体内许多关键分子具有特异性调节作用。在纤维化过程中，许多关键分子，如TGF-β下游的TAK1和MAPK或NF-κB通路，要么依靠泛素化激活发挥作用，要么通过泛素化降解停止发挥作用。一些TRIM蛋白已被证明在这些因子的泛素化中具有相应的调节作用。TRIM蛋白对于肺纤维化的几个重要相关作用机制，如内质网应激、自噬以及肺泡上皮细胞的再生衰竭以及上皮–间充质转化过程均发挥作用。综述讨论了这些肺纤维化，以及TRIM蛋白与肺纤维化的关联以及调节肺纤维化的主要过程和信号通路。从机制上讲，TRIM蛋白可以作为治疗肺纤维化的重要潜在靶标。

NOTES

^*通讯作者。