抑制素的研究進展

李 巖 李建遠

一、PHB基因

抑制素 (prohibitin，PHB)，1989年由 MeClung等［1，2］首先克隆出哺乳動物的PHB基因。PHB基因廣泛存在于哺乳動物、植物、果蠅、酵母、原蟲及細菌等各種生物中?；谂c酵母抑制素序列的相似性，人抑制素被劃分為兩個家族，即PHB1和PHB2。在各種生物中至少有PHB1和PHB2的兩個復制。PHB1是作為腫瘤抑制因子而被逐漸認識的，并且有抗細胞增殖活性［1］。然而進一步的研究［2］表明，這種抗腫瘤的活性是有PHB1的mRNA3'－UTR區(qū)決定的。隨后，人們發(fā)現(xiàn)第二個抑制素即PHB2，它與PHB1共同結合IgM抗原受體。因此，PHB1和PHB2蛋白也被稱為B細胞受體復合物相關的蛋白，即BAP32和BAP37［3］。

人類PHB基因家族包含PHB1和PHB2兩個成員以及4個假基因。PHB1基因定位于染色體17q21，編碼相對分子質量為32kDa的PHB1蛋白，由275個氨基酸殘基組成;PHB2基因定位于染色體12p13，編碼相對分子質量為37kDa的PHB2蛋白，由316個氨基酸殘基組成。4個假基因分別位于 6q25、11p11、1p31和2q21。不同種屬生物的PHB氨基酸序列高度保守，如小鼠和大鼠的PHB1氨基酸序列完全相同，與人類僅相差1個氨基酸，即人類的第107為是酪氨酸，而小鼠是苯丙氨酸［4］。PHB蛋白與SPFH家族(如stomatins，flotillins，erlins)的脂筏相關蛋白氨基酸序列有著相似性［5］。

二、PHB蛋白的亞細胞定位

目前，人們對PHB蛋白的亞細胞定位尚不完全清楚。但是越來越多的證據(jù)表明，PHB在細胞中定位不同，其發(fā)揮的生物學功能也不同。它既存在于線粒體內膜上，發(fā)揮分子伴侶作用，也存在于細胞核內，發(fā)揮負轉錄調控作用［6，7］。此外，Woodlock 等發(fā)現(xiàn)細胞質里也有少量的PHB表達，可以與B淋巴細胞表面的IgM發(fā)生非共價結合，可能參與B細胞的早期信號傳遞。

1.線粒體PHB:現(xiàn)階段的研究表明，位于線粒體的PHB蛋白主要發(fā)揮分子伴侶的作用。PHB1和PHB2 N端各有一個很短的跨膜區(qū)，將它們錨定于線粒體內膜上，C端位于線粒體基質中。PHB1和PHB2形成一個高分子質量的環(huán)狀復合物，含有16～20個PHB1和PHB2亞基，C端的疏水區(qū)與線粒體內新合成的多肽相結合，穩(wěn)定其空間構象。PHB在線粒體中的天然底物有細胞色素氧化酶、線粒體氧化呼吸鏈中的復合體Ⅰ等多種蛋白，可以調節(jié)它們的組裝和降解。除此之外，還可以把已裂解的膜蛋白基質轉出線粒體。在線蟲中，PHB缺失將導致線粒體生物發(fā)生的缺陷，這說明PHB對于維持線粒體的正常發(fā)育是至關重要的［8］。在哺乳動物成纖維細胞和酵母中，伴隨著細胞的衰老，PHB的表達發(fā)生變化，這表明PHB水平的下調與線粒體中氧自由基的積累密切相關［9～11］。除此之外，酵母PHB功能的缺陷將導致復制周期的縮短［11，12］。這些成果將為抗衰老研究提供新的思路，也許可以通過改變線粒體PHB的表達和功能活性來延緩細胞凋亡和老化。

2.細胞核PHB:越來越多的研究表明，PHB蛋白定位于多種細胞的細胞核中。雄激素刺激的LNCaP前列腺癌細胞的共聚焦纖維成像發(fā)現(xiàn)，PHB共定位于細胞核和線粒體中［13］。Fusaro等人在兩種乳腺癌細胞系中也發(fā)現(xiàn)PHB定位于細胞核中，并且PHB與E2F1 和 P53 共同定位［7］。

3.細胞膜結合的PHB:在某些類型的細胞中，PHB定位于細胞膜上。Terashima等人報道，在B淋巴細胞中，PHB1和PHB2與IgM抗原的受體相結合［3］。盡管這種相互作用的功能尚未知，有可能的是PHB抑制淋巴細胞的增殖并促進分化。在胸腺組織中，PHB還參與其退化，在這一過程中細胞發(fā)生凋亡。在妊娠相關的胸腺退化進程中，PHB的表達上調。除此之外，PHB也選擇性表達于非增生的胸腺和成熟的脾臟T細胞中，這表明它也許在T淋巴細胞的成熟中發(fā)揮作用［14］。

三、PHB蛋白的生物學功能

除了在線粒體中發(fā)揮分子伴侶的作用外，PHB還是一種腫瘤抑制因子、抗細胞增殖蛋白及細胞周期和凋亡的調控分子。

1.調節(jié)細胞的增殖和凋亡:研究人員發(fā)現(xiàn)，當把合成的PHB mRNA顯微注射到人正常的成纖維細胞和HeLa細胞后，細胞被阻斷在S期。當顯微注射PHB mRNA的反義核酸后細胞又可以重新進入S期。后來人們發(fā)現(xiàn)，只注射PHB mRNA的3'－UTR區(qū)就能夠抑制細胞的增殖［15］。隨著人二倍體成纖維細胞的老化，盡管PHB mRNA及蛋白質的表達水平變化微小，但是蛋白質轉錄后修飾僅發(fā)生在年輕的細胞中，而在年老的細胞中不發(fā)生修飾。

在睪丸和卵巢中，PHB基因是差異表達的。在大鼠睪丸中，PHB蛋白在活躍分裂的精原細胞和減數(shù)分裂的精母細胞中不表達，這與PHB有抗增殖活性是相吻合的［16］。在卵巢中，PHB表達于粒層細胞、卵泡膜間質細胞及卵母細胞中，并且在卵泡成熟過程中，PHB的表達與增殖細胞細胞核抗原(proliferating－cell nuclear－antigen，PCNA)的表達呈負相關性。除此之外，PHB在閉鎖卵泡中從細胞質定位于細胞核，這表明在濾泡成熟和閉鎖的過程中，PHB可能在粒層細胞和卵泡膜間質細胞中發(fā)揮著抗細胞增殖的調控作用。在胸腺中，PHB也定位于非分化的淋巴細胞中。

Fusaro等人報道，PHB蛋白與E2F1和P53共同定位于人乳腺癌細胞中，并且能夠促進細胞凋亡。PHB在體內和體外與P53結合。在共轉染實驗中，PHB可以促進E2F1和P53介導的轉錄活性，并且共轉染反義PHB減弱P53介導的轉錄活性。這些研究結果表明，PHB能夠介導P53調控通路［7］。盡管在大多數(shù)情況下，PHB有抗增殖作用，也有文獻報道，PHB也可以發(fā)揮抗凋亡作用。在骨肉瘤細胞中，PHB在細胞毒素的作用下表達量下調，并且在這些細胞中，瞬時過表達PHB的編碼序列則會明顯減少細胞毒素誘導的細胞凋亡［17］。

2.PHB在腫瘤發(fā)生過程中的作用:近年來，許多文獻報道PHB在不同的腫瘤中表達水平改變。在多種腫瘤如乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、肺癌、膀胱癌、甲狀腺癌和胃癌等，PHB的表達水平上調［18］。PHB1基因的突變與腫瘤的發(fā)展也有著密切關系，包括位于PHB1 mRNA 3'－UTR區(qū)的單核苷酸的多態(tài)性。然而，研究大量不同來源的人腫瘤發(fā)現(xiàn)，這些突變僅局限在乳腺癌中。很有趣的是，最近的報道表明，miR－27a可以作為原癌基因靶向作用于 PHB1［19］。在人胃腺癌細胞中，miR－27a的表達量上調，抑制miR－27a則可以抑制胃腺癌細胞的增殖。miR－27a作用于PHB1 mRNA的3'－UTR。當把miR－27a敲除后，PHB1的mRNA和蛋白質水平均上調。miR－27a下調PHB1的表達也許能夠解釋為什么miR－27a能夠抑制胃腺癌細胞的增殖，也進一步說明了miR－27a是原癌基因。

3.PHB在氧脅迫過程中的作用:除了腫瘤，PHB的表達水平在各種病理狀態(tài)下也發(fā)生改變。例如，PHB1在人和動物炎癥性腸病如克羅恩病中表達下調［20］。在小鼠模型中，PHB1過表達將會使小鼠免受潰瘍性腸病誘導的氧脅迫［21］。在內皮細胞中，PHB1基因的敲除則通過抑制復合物Ⅰ來增加線粒體產(chǎn)生活性氧的數(shù)量，從而誘導Akt的超激活、應力纖維的形成、遷移能力的喪失并且最終導致細胞衰老［22］。

4.PHB與糖尿病:在脂肪細胞中，PHB1蛋白由脂肪小滴分泌并參與循環(huán)。PHB1作為細胞膜受體與線粒體結合，并且通過抑制線粒體丙酮酸羧化酶(PC)的生物活性，下調胰島素刺激所產(chǎn)生的葡萄糖和脂肪酸氧化，從而可以降解葡萄糖。另外，在葡萄糖缺失的脂肪細胞中，PHB1蛋白也可以通過草酰乙酸的消耗抑制油酸的氧化。因此有觀點提出，PHB1蛋白通過脂筏和EHD2在細胞間隙和線粒體間穿梭，通過抑制PC來調節(jié)線粒體的能量代謝［23］。

5.PHB與肥胖:2004年，Kolonin及其同事通過篩選體內噬菌體展示文庫證實特異性存在于肥胖小鼠皮下脂肪的一條多肽序列，即CKGGRAKDC。該肽段與PHB蛋白結合。免疫組織化學的研究結果表明，PHB存在于小鼠及人的白脂肪組織脈管系統(tǒng)豐富的區(qū)域。在皮下外周白脂肪組織脈管中，當?shù)蛲銮凹毎?KLAKLAKKLAKLAK)靶向作用于PHB蛋白后，導致白脂肪組織的減少，而在肝臟和其他器官中的褐色脂肪中不存在此現(xiàn)象。由于PHB也特異表達于人類皮下白脂肪脈管系統(tǒng)中，因此PHB有可能成為治療肥胖的藥物靶向目標［24］。

四、結 語

分子伴侶對于細胞功能的維持是必不可少的，因為它們能夠控制一系列靶蛋白的折疊和表達水平。PHB蛋白代表了一類特殊的分子伴侶，不同亞細胞定位的PHB有著不同的生物學功能，其具體的作用機制尚待于進一步闡明。近年來的研究表明，PHB與各種人類疾病關系密切。在不同的病理狀態(tài)下，PHB的表達水平發(fā)生改變，因此PHB可以作為較理想的疾病診斷標志。通過實驗手段來調節(jié)PHB的表達水平對某些病理狀態(tài)是有益的，如慢性炎癥和藥物毒性等。因此，在不久的將來，開發(fā)可以調控PHB活性的藥物將會對疾病的治療做出極大的貢獻。

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