TAK1 在肝臟炎癥性損傷中的研究進展

王天宇，邱濤，陳忠寶，馬梟雄，鄒寄林，張龍，周江橋，鄭樹森

（武漢大學人民醫院器官移植科，湖北 武漢 430060）

炎癥是生命活動過程中各種生理和病理現象的基礎，它是由各種有害刺激引發的適應性反應過程。炎癥也通常被認為是一種具有機體自我修復、維持體內平衡和保護組織功能的天然機制。持續刺激和慢性損傷均可引起肝臟炎癥，尋找炎癥過程中的關鍵分子將為肝臟炎癥性疾病提供潛在的治療靶點。肝臟炎癥損傷可導致異常腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）信號被激活，它可導致下游核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信號通路過度激活，進而放大細胞的炎癥反應。轉化生長因子-β 激活激酶1（transforming growth factorβ-activated kinase 1，TAK1）已被證明在介導信號轉導和NF-κB 信號通路、絲裂原激活蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路的活化中起著關鍵作用，同時，TAK1 也參與免疫應答、組織損傷修復、細胞死亡等過程。本文旨在闡述TAK1 在肝臟炎癥損傷中的調控機制與研究進展，以期為改善肝臟炎癥損傷提供理論依據。

1 TAK1 的分子結構和功能

TAK1 是絲裂原活化蛋白激酶（MAP3K）家族成員之一［1］，由絲氨酸和蘇氨酸組成，TAK1 被認為是NF-κB 和MAPK 信號通路級聯反應中常見的上游分子，它可通過泛素化和磷酸化介導下游信號通路的激活［2］，TAK1 已被證明參與炎癥、增殖、細胞代謝、細胞凋亡、腫瘤進展等生命活動［3］，它能夠與Toll 樣受體（toll-like receptors，TLR）、白細胞介素（interleukin，IL）-1、TGF-β、TNF-α 結合而被激活，刺激NF-κB 和JNK 信號通路，是該通路中的關鍵分子［4］。NF-κB 信號通路的激活有助于降低活性氧（reactive oxygen species，ROS）導致的肝細胞炎癥。

TAK1 的N 末端包含轉化生長因子β 活化激酶結合蛋白1 （transforming growth factor β-activated kinase 1 binding protein 1，TAB1）結合區和激酶結構域，在C 末端包含TAB2 / TAB3 結合結構域。生理狀態下TAK1 與TAB1、TAB2 和TAB3 結合形成復合物［5］。除了可以被TGF-β 受體信號傳導激活外，TAK1 還可被IL-1R、TNF-αR 和TLR 等傳導的信號激活［6-7］。上述細胞信號通過腫瘤壞死因子受體相關因子1（tumor necrosis factor receptor-associated factor1，TRAF1）和TRAF6 活化TAK1，進而激活下游的c-jun 氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）/ P38MAPK 或NF-κB，最終影響細胞炎癥、凋亡和壞死［8-11］。

TAK1 在細胞受到IL-1 或TNF-α 刺激后數分鐘內即可被激活達到高峰，十余分鐘后恢復至正常水平，這種瞬時激活、快速失活的特點有利于刺激炎癥反應的快速活化，同時避免炎癥反應的過度和長期化［12-13］。TAK1 在活化過程中一些關鍵氨基酸殘基位點的磷酸化和去磷酸化對其激酶的活性至關重要，如Thr-178、Thr-184、Thr-187 和Ser-192［14-16］。在炎癥因子刺激后，TAK1 的Thr-187 和Ser-192 發生自磷酸化，然后與TAB2 和TAB3 結合［14，17］。 活化后TAK1 通過MKK7 和MKK4 激活JNK，通過MKK6 和MKK3 激活P38［18-19］。同時，激活的TAK1 可以使IκB 激酶（inhibitor kappa B kinase，IKK）復合體活性增加，IKK 的亞基IKKα 和IKKβ 磷酸化IκB 蛋白氨基末端的兩個絲氨酸殘基，導致其泛素化并被蛋白酶體降解，最后使NF-κB 蛋白易位到細胞核，控制免疫和炎癥反應的基因表達［20］。TAK1 的激活不僅受到磷酸化調節，還受到泛素化的調節，TAB2 和TAB3 通過兩個不同的結合位點結合相鄰的泛素部分［21］。此外，TAK1 在激活過程中也存在泛素化，但這些位點如Lys-158 尚存在一定爭議［22］。既往認為TAB1對TAK1 的活化至關重要，可以促進TAK1 激活環內Thr-187、Thr-192 和Ser-1 殘基的磷酸化［14，23］。但最新的研究對這種看法提出了質疑，Bertelsen 等［24］的研究顯示，TAB1 在TAK1 調節中不具有關鍵性作用，TAB1 對促炎信號通路的不同影響可能和TAK1無關。除了激活調節，TAK1 的快速失活調節同樣值得關注。在TAK1 激活后，Thr-187 被蛋白磷酸化酶6（protein phosphatase 6，PP6）去磷酸化，使TAK1 失活［13］。此外，E3 連接酶Itch 和去泛素酶Cyld 復合體的組合活性將TAK1 泛素化從K63 連接轉變為K48 連接鏈，從而觸發TAK1 的蛋白酶體降解，終止下游的NF-κB 和JNK 信號通路激活［25］。

通過條件性TAK1 敲除小鼠模型，研究發現TAK1 對于TLR、IL-1R、TNF-αR 和BCR 細胞反應和激活JNK 和/或NF-κB 的信號通路至關重要［26］。這說明TAK1 在細胞生存、炎癥、凋亡和免疫應答中具有重要作用。TAK1 可以通過半胱天冬酶8-活化復合物（RIP1-FADD-capse 8）和壞死性凋亡細胞死亡復合物（RIP1-RIP3-FADD）調節細胞死亡，抑制TAK1 促進了RIP1 的磷酸化和活化，誘導細胞死亡［27］。已有研究顯示，熱休克蛋白27（heat shock protein 27，HSP27）磷酸化后促進了TNF-α誘導的TAK1 泛素化和磷酸化，以及p38 和ERK 的激活，從而拮抗HeLa 細胞凋亡［28］。POPX2 可以與TAK1 結合，從而使TAK1 去磷酸化，進而阻礙TAK1-IKK-NF-κB 軸的促生存、抗凋亡作用［29］。Wang 等［30］發現泛素特異性蛋白酶10（ubiquitinspecifc protease 10，USP10）可以與TAK1 直接結合，抑制其活化，從而下調了NF-κB 和JNK 活化，減輕炎癥和細胞死亡。一些選擇性ATP 競爭性mTOR 激酶抑制劑如PP242 和NVP-BEZ235 可以抑制TAK1-JNK/NF-κB 信號軸，從而阻礙腎細胞癌的進展［31］。

2 肝臟常見的炎癥損傷類型

臨床中導致肝臟炎癥性損傷的因素眾多，其中生物因素、物理化學因素尤為關鍵。常見的生物因素有肝炎病毒感染、細菌感染和寄生蟲感染，常見的物理化學因素包括藥物、放化療、大量飲酒、膽汁淤積等。在器官移植領域中，最受關注的是肝臟缺血/再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）。不管是何種原因導致的肝細胞損、細胞損傷后炎癥和免疫系統的激活是肝臟炎性損傷的主要環節［32］。如果對肝臟的炎癥損傷不加以干預，炎性病變可能進一步進展，導致肝臟的纖維化。

2.1 肝臟缺血/再灌注損傷：肝臟缺血/再灌注損傷是創傷、肝移植中常見的病理生理過程，當肝臟血流部分或完全中斷時，氧氣供應中斷，隨后重建血流和氧氣供應，是肝IRI 過程的特征［33-34］，缺血/再灌注會加重缺血引起的細胞損傷，嚴重影響移植后肝臟功能恢復。目前，影響肝移植中IRI 的細胞和分子機制眾多。涉及多種細胞類型，其中包括肝竇內皮細胞、肝細胞、庫普弗細胞、中性粒細胞和血小板，通過相互連接的分子途徑網絡起作用，例如Toll 樣受體信號傳導的激活、ROS 的產生、自噬的調節和缺氧誘導因子的激活［35-37］。值得關注的是，肝臟IRI 中的細胞和分子事件可能與肝移植中IRI 的臨床危險因素相關，例如供體器官脂肪變性，缺血時間、供體年齡以及供體和受體凝血疾?。?8］。因此，了解肝臟IRI 的臨床危險因素與控制它的細胞和分子機制的關系對于肝移植后肝臟功能的恢復至關重要［39］。這反過來將有助于發現肝移植中IRI 的治療方法。肝臟IRI 可迅速導致急性炎癥反應，進一步導致嚴重的肝細胞損傷和器官功能障礙。包括血清轉氨酶水平中度升高、肝切除術后功能不全，或肝移植后原發性無功能或初始移植功能不佳。在極端情況下，可能會發生多器官衰竭和死亡。更準確地說，在肝移植中，高達10%的早期移植失敗是由IRI引起的，急性和慢性移植排斥反應的發生率更高，增加了再次移植或者患者死亡的風險［40］。

2.2 病毒性肝炎損傷：病毒性肝炎是造成肝臟炎癥的重要因素之一，根據病毒的不同，主要分成甲型、乙型、丙型、丁型、戊型肝炎。在歐美國家，主要的流行種類是丙型肝炎，在中國，以乙型肝炎最為多見。先天免疫系統通常被認為是對抗病原體的第一道防線，主要是非特異性防御，包括促炎因子、干擾素和NK 細胞來控制吞噬病毒。適應性免疫在清除急性肝炎病毒感染中起著至關重要的作用。一般來說，CD8+T 細胞通過識別感染細胞上的短病毒表位選擇性地消除病毒感染細胞，而病毒特異性CD8+T 細胞是天然肝炎病毒控制的組成部分［41］。無法產生這種初始免疫反應的患者無法清除病毒并進展為慢性肝炎。慢性肝炎感染的免疫學特征包括特異性CD8+T 細胞數量和功能缺陷以及B 細胞功能下降［42-43］。鑒于CD8+T 細胞在清除急性病毒感染中的關鍵作用，增加CD8+T 細胞的數量和功能在治療開發中具有極大的意義。

2.3 酒精性肝炎損傷：酒精性肝病的發病機制涉及多種因素，包括酒精及其代謝產物引起的肝細胞損傷、膽汁淤積、腸道衍生的促炎危險信號募集和激活先天免疫細胞、庫普弗細胞以及肝臟中募集的巨噬細胞和中性粒細胞［44-45］。在長期過量飲酒期間，這些因素的永久存在會觸發無效的抗炎途徑，并導致肝臟中星狀細胞和肌成纖維細胞的激活，從而導致纖維化和酒精性肝硬化。急性酗酒和長期過量飲酒導致肝脂肪變性，其特征是肝細胞中脂肪堆積。研究表明，缺氧誘導因子 1 （hypoxia inducible factor-1，HIF-1） 和脂肪酸代謝調節因子等關鍵轉錄因子受肝細胞中酒精的影響，從而導致脂肪變性。這些包括抑制PPARα 和上調ADRP（增殖細胞分化相關蛋白，也稱為perilipin-2），這是一種穩定肝細胞中脂滴的蛋白質［46］。研究還表明，酒精會導致肝細胞凋亡途徑的損傷和激活。酒精誘導的內質網應激激活導致干擾素調節因子3（interferon regulatory factor，IRF3）的磷酸化，其與線粒體凋亡途徑相互作用并激活線粒體凋亡途徑［47］。受損的肝細胞釋放損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMP），這些分子模式被肝臟中的免疫細胞識別為導致促炎反應的“危險”信號。其中一些危險信號包括尿酸和ATP，在酒精性肝病動物模型中抑制這些途徑可改善肝損傷、脂肪變性和炎癥［48］。

3 肝細胞中對TAK1 的調控影響肝臟炎癥損傷進程

非酒精性脂肪性肝病是慢性肝病最常見的原因，如沒有得到有效治療，其往往會發展非酒精性脂肪性肝炎，進而可能導致肝細胞癌和一系列代謝紊亂。TAK1 在這個過程中，發揮著重要作用，TAK1 的磷酸化激活依賴于其本身的泛素化調節，所以泛素化與去泛素化在調控TAK1 的激活中起著重要作用。去泛素化酶，如USP4、USP18、DUSP7、DUSP26、CYLD 能與TAK1 直接結合并去泛素化，阻斷TAK1 磷酸化，并抑制其激活以及隨后的JNK/p38 途徑和NF-κB 途徑的激活，從而減輕肝臟脂肪變性和代謝紊亂［49-53］，而具有泛素化作用的酶，如TRIM8、TRAF3、TRAF6 則能作用于TAK1 導致TAK1 的泛素化和磷酸化，激活下游信號通路，加重肝臟損傷［54-56］。Liu 等［57］研究發現，TNIP3 能與TAK1 相互作用，并通過其AHD1 結構域阻斷其下游信號傳導，該過程能阻斷TRIM8 與TAK1 的結合介導的TAK1 激活。TIPE2 也能類似地阻止TRAF6 介導的TAK1 泛素化，從而抑制TAK1的磷酸化及隨后的JNK/p38 信號的激活［58］。此外，RGS5、SWAP70 則能夠與TAK1 直接結合，阻斷TAK1 的磷酸化，從而保護肝臟損傷，而STEAP3則能直接促進TAK1 磷酸化［59-61］。TRIM16 能夠催化泛素介導的pTAK1 降解，Nlrp6 通過溶酶體依賴途徑促進了TAK1 結合蛋白TAB2/3 的降解，阻斷下游信號通路［62-63］。另外，藥物如Breviscapine、Liensinine 可以通過抑制TAK1，起到保護肝臟的作用［64-65］。

TAK1 在肝缺血/再灌注損傷中也發揮著重要作用，與非酒精性脂肪性肝病中類似，去泛素化酶，USP4、USP10、USP29、DUSP14 在肝I/R 中表達降低，這些分子能介導TAK1 去泛素化，抑制TAK1-JNK/p38 信號通路的激活，而發揮保護作用［66-69］，而TRAF3、TRIM8 則能促進TAK1 的泛素化和磷酸化，增強下游NF-κB和JNK途徑的激活［70-71］。然而，TRIM27 則是能夠促進TAB2/3 的泛素化降解，從而抑制TAK1-JNK/p38 信號通路，發揮保護作用［72］。此外，RGS14、CREG 則是通過抑制TAK1 磷酸化，而STEAP3 則是促進TAK1 的磷酸化［73-74］。

在乙型肝炎中，抑制或沉默肝細胞系中內源性的TAK1導致HBV復制、轉錄和抗原表達上調，相反，TAK1 的過表達顯著抑制了HBV 的復制，這個過程與JNK 通路激活密切相關［75］。乙型肝炎表面抗原（hapatitis B surface antigen，HBsAg）與TAK1 和TAB2 特異性相互作用，抑制TAK1 的磷酸化和多泛素化，以及TAB2 的K63 鏈式多泛素化，有趣的是HBsAg 還通過與TAK1 和TAB2 形成復合物促進了TAK1 和TAB2 的自噬降解，從而抑制NF-κB 通路［76］。此外，乙型肝炎病毒蛋白x（hepatitis B virus x protein，HBx）通過TRAF2/TAK1 信號通路激活NF-κB，導致IL-10 表達上調，進而導致外周血白細胞的遷移，從而導致肝臟的免疫病理損傷［77］。

4 肝臟非實質細胞參與肝臟損傷的進程

肝臟巨噬細胞，也叫庫普弗細胞，在肝臟損傷中發揮重要作用。在脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）誘導的肝臟損傷中，LPS 能夠被TLR4 識別，從而刺激TRAF6 泛素化，而TRAF6 泛素化能夠介導TAK1 磷酸化激活下游信號通路，導致肝臟損傷，藥物吡啶基亞甲基苯并噻吩能夠阻斷TRAF6 泛素化，從而減輕小鼠免受肝損傷相關的出血和死亡［56］。Zhong 等［78］發現Fe2+能夠促進TRAF6 的多泛素化，進而介導TAK1 的激活，從而促進了肝巨噬細胞的M1 活化。黃酮類藥物Fisetin、槲皮素則是能夠直接抑制TAK1 的磷酸化，顯著減輕肝臟損傷［79-80］。當正常肝細胞受損時，鄰近肝細胞和庫普弗細胞會分泌多種炎癥介質和細胞因子，可通過旁分泌激活肝星狀細胞，而激活的肝星狀細胞在自分泌和旁分泌的雙重調節下進一步激活，肝星狀細胞的增殖、活化以及分化為肌成纖維細胞是肝纖維化的重要環節［81-82］。因此，有效抑制活化和肝臟炎癥可能會減緩甚至阻斷肝纖維化的發展。Wang 等［83］發現在肝星狀細胞中TGF-β 通過增加了NLRP3 炎癥小體信號的啟動，通過增加NLRP3 水平和激活NF-κB 信號傳導，炎癥小體介導的纖維化。五味子A 可以抑制TGF-β1 介導的TAK1/MAPK 信號通路抑制肝星狀細胞的激活和炎癥反應，改善肝纖維化［84］。此外，低濃度青藤堿抑制TNF-α 刺激的NF-κB 核轉位以及TAK1 和JNK 磷酸化，抑制TNF-α 誘導的 HSC 活化，起到抗肝纖維化功能［85］。

5 總 結

肝臟炎癥是導致肝臟功能障礙的重要原因，其中炎癥、肝細胞凋亡以及持續的肝臟炎癥損傷修復扮演關鍵角色。TAK1 作為細胞生存、炎癥、凋亡和免疫應答的中樞調控者，在改善肝臟炎癥損傷中發揮關鍵作用，通過闡述TAK1 在肝臟炎癥損傷過程中主要的發生發展機制，干預調控TAK1 的生物學功能，為尋找肝臟炎癥性損傷的潛在治療靶點提供研究基礎和理論依據。