杨仕红(综述)杨朝晖(审校)
(三峡大学人民医院/宜昌市第一人民医院骨科湖北宜昌443002)
【中图分类号】R58【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2012）33-0068-02
脓毒症是一种由感染引起的临床综合征，是严重创伤、烧伤、休克及大手术后常见的并发症，任其发展将导致脓毒症休克、全身炎症反应综合症和多器官功能障碍综合征等，同时也是外科危重证患者的常见的主要死亡原因之一。临床观察发现，严重脓毒症的代谢状态明显增加，糖类、蛋白质等的消耗加剧，这种强烈的促进体内脂类、蛋白分解和抑制糖利用的高代谢反应，可使机体在短期内迅速陷入负氮平衡，严重影响机体的功能。随着研究的不断深入，逐渐意识到骨骼肌的高分解代谢除导致肌肉的消耗之外，还对机体的整体代谢水平产生较大的影响。
1骨骼肌蛋白高分解代谢的危害性
蛋白质是细胞组织最主要成分之一。正常的氮平衡是维持组织细胞生长及更新所必需的条件之一。而各种特异的生物活动：免疫应答、神经传递、新陈代谢等由特殊的含氮化合物来实现。一般来说，成人每日约有18%的能量来自蛋白质，供能是蛋白质的次要功能。但脓毒症时骨骼肌细胞内有氧糖酵解增强，蛋白降解率明显升高[1]。这表明大量糖和脂类的供能利用将不能满足机体高代谢的需求。由于骨骼肌是人体最大的氮库，如果结构蛋白被大量的分解，不仅导致负氮平衡，还会引发一系列并发症。骨骼肌分解代谢增强主要表现为肌纤维蛋白分解的增强，而单纯靠补充营养素并不能有效改善骨骼肌蛋白的高分解代谢状态[2,3]。当患者机体内的肌肉蛋白大量分解代谢，终将导致死亡，因此抑制骨骼肌蛋白分解代谢对机体整体代谢有着深远的影响。
2脓毒症时骨骼肌蛋白降解机制
目前研究表明，机体细胞主要有三种蛋白降解途径：溶酶体降解途径、钙依赖蛋白酶系统和泛素-蛋白酶体途径[4]。泛素-蛋白酶体途径从发现至今已有30多年的历史。它是一种细胞内蛋白高效降解机制，且在多种蛋白质降解中发挥重要作用，而且具有高度特异性。泛素是泛素-蛋白酶体蛋白降解途径中重要的组成部分，由76个氨基酸残基组成，相对分子质量约8.6KD（1000摩尔质量），高度保守的热稳定多肽，存在于所有有核细胞中[5,6]。
脓毒症时骨骼肌蛋白降解主要是通过泛素-蛋白酶体途径。泛素-蛋白酶途径降解蛋白由两个步骤组成：第一步[7]，泛素与底物结合(底物泛素化)，由E1、E2、E3和ATP共同参与完成，其中多聚泛素间通过76-Gly与45-Lys肽键相连，C-末端与底物蛋白的N-末端同源肽键结合；多聚泛素为蛋白酶体识别的标志；第二步[8]，泛素-蛋白质偶联被26S蛋白酶体降解，并释放出泛素进行再循环。活化的底物蛋白被展平后，通过两个狭孔进入26S蛋白酶体的催化中心，蛋白降解在20S蛋白酶体内发生。进入26S蛋白酶体蛋白质被多次切割，最后形成3～22个氨基酸残基的小肽。首先是底物蛋白被泛素活化，需要E1、E2、E3三种酶的协助实现[9]。E1在Mg2+、ATP存在下，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末端被转移至E1酶内Cys残基的-SH键上，形成高能硫酯键。在E2s的催化下，E1将结合的泛素被转移至E2s的-SH基团上。E2s具有直接将底物蛋白与泛素结合的作用，但其作用有限。在多数情况下，泛素与底物蛋白连接需要E3s的参与方可完成。一般来说，底物蛋白通过与5个以上泛素嵌合体结合。底物蛋白被泛素活化后所形成的耦联体被展平后，通过两个非常狭窄的限制区进入26S蛋白酶体的催化中心，蛋白降解在20S蛋白酶体内部发生。与其它蛋白分解酶不同的是，进入26S蛋白酶体的底物蛋白被多次切割,最后形成长度约3-22个氨基酸残基的多肽产物[10,11]。
3泛素-蛋白酶体途径的组成
泛素-蛋白酶体途径由泛素以及一系列相关的酶组成。除泛素以外还包括4种酶家族：泛素活化酶(E1)、泛素偶连酶(E2s)也称泛素载体蛋白、泛素-蛋白连接酶(E3s)和蛋白酶体。蛋白的泛素化和去泛素化都需要多种酶介导，泛素-蛋白酶既有高度底物多样性又具有针对不同调控机制的多样性[12]。E1是催化泛素与蛋白底物结合所需的第一个酶，细胞内仅有单一的泛素活化酶基因，其主要功能是激活泛素，是为细胞的活性和生存所必需；E2是泛素与蛋白底物结合所需的第二个酶，细胞内有多种泛素偶连酶基因，大多数泛素偶连酶有一个14～16KD的核心，含有活性所必需的半胱氨酸残基。其主要功能是把E1活化酶连接到靶蛋白或E3[13]；E3是泛素与蛋白底物结合所需的第三个酶，其主要功能是在决定泛素介导的底物蛋白降解的选择性[14]。泛素碳末端水解酶或同工肽酶能够使游离泛素再循环，所以对泛素系统的正常运行很必要。
4调节骨骼肌蛋白分解代谢的细胞因子
研究表明，脓毒症释放大量的炎性介质，是诱发高代谢的重要原因之一[15]。而参与调节骨骼肌蛋白分解代谢的细胞因子包括白细胞介素-1、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子α和糖皮质激素等[16]。有研究表明用重组的IL-1α处理正常大鼠导致骨骼肌类脓毒症样代谢反应以及明显的肌纤维蛋白降解增加[17]。利用IL-1α受体拮抗剂处理脓毒症或内毒素血症大鼠时，肌肉降解被抑制[18]。最近研究发现，烧伤脓毒症大鼠伸趾长肌蛋白降解率与血浆内TNF-α浓度相关[19]，同时骨骼肌泛素组分2.4kbmRNA和C2mRNA的表达均升高，而变化趋势与血浆TNF-α一致；TNF-α亦能使离体孵育的骨骼肌泛素系统组分mRNA表达上升[20,21]。以上研究结果表明，脓毒症时骨骼肌蛋白降解增强有可能是由于泛素-蛋白酶体途径被激活所致。
泛素-蛋白酶体途径不仅仅在脓毒症时的骨骼肌蛋白降解中具有重要作用，还与蛋白酶体途径和转录因子的活化有密切的关系。脓毒症状态下骨骼肌NF-κB活性明显增加，当使用NF-κB的抑制剂二硫代氨基甲酸吡咯烷(PDTC)处理后可明显降低NF-κB在骨骼肌中的活性，与此同时骨骼肌总蛋白及纤维蛋白的降解率也明显降低[22,23]，表明NF-κB抑制剂能调控脓毒症状态下骨骼肌蛋白的分解代谢，同时进一步说明炎性介质过度释放是导致脓毒症骨骼肌蛋白降解增强的重要原因。
5展望
脓毒症是临床危重病患者的主要死亡原因之一，由于周期长、危害严重，越来越引起人们的重视。目前国内外大部分研究都注重于动物实验，临床研究尚未涉足。尤其是脓毒症患者蛋白降解途径中的作用机制，而泛素-蛋白酶体途径的发现对骨骼肌消耗的分子机制有了更深入的了解。这个机制不仅为骨骼肌蛋白降解提供了监测方法，也为控制脓毒症和骨骼肌蛋白降解增强的药物的开发利用提供理论依据。虽然目前还未找到关于脓毒症骨骼肌消耗确切的治疗策略，但为我们今后的研究提供了新的思路与方向。
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