烯醇化酶1的生物學(xué)功能

姜冬梅 康 波 馬 容 何 琿

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，雅安 625014)

烯醇化酶(enolase，ENO)是在古生菌、真細(xì)菌和真核生物中廣泛分布的一種高保守的蛋白酶，能催化糖酵解途徑中2-磷酸-D-甘油酸(2-phospho-D-glycerate，PGA)與磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)相互轉(zhuǎn)化。脊椎動(dòng)物ENO 存在有 ENO1(α-ENO)、ENO2(γ-ENO)和ENO3(β-ENO)3種亞型，它們之間具有高序列相似性和相近的酶動(dòng)力學(xué)特性。許多研究已經(jīng)證實(shí)，ENO1除了可催化PGA與PEP之間的轉(zhuǎn)化，還可通過(guò)糖酵解途徑來(lái)參與心臟功能的調(diào)節(jié)［1］。此外，ENO1與τ-晶體蛋白同源，被認(rèn)為是哺乳動(dòng)物，尤其是鳥(niǎo)類(lèi)眼睛晶狀體的最重要組成成分［2］。近年來(lái)的研究表明，ENO1還在纖溶酶原激活和纖溶酶活性、肌生成和肌肉再生、細(xì)胞凋亡以及腫瘤發(fā)生發(fā)展等許多生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要調(diào)控作用［3］。本文就ENO1調(diào)控纖維蛋白溶解、肌生成和肌肉再生、細(xì)胞凋亡以及腫瘤發(fā)生發(fā)展的新進(jìn)展做一綜述，以期為闡明ENO1多重生物學(xué)功能及其分子調(diào)控機(jī)制的研究奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為篩選ENO1作為疾病診斷和預(yù)后生物標(biāo)記提供新的切入點(diǎn)。

1 調(diào)控纖溶酶原激活和纖溶酶活性過(guò)程

ENO1作為有核血細(xì)胞表面的纖溶酶原特異性受體［4］，在癌細(xì)胞、單核細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表面均有表達(dá)。中性粒細(xì)胞表面纖溶酶原抗原表位與人類(lèi)ENO1氨基酸序列中間區(qū)域的16個(gè)氨基酸殘基序列一致［5］。細(xì)胞表面纖溶酶原與ENO1相互作用后可激活纖溶酶原，并可增強(qiáng)細(xì)胞外周蛋白酶活性［6］，同時(shí)也可保護(hù)纖溶酶免受α2-抗纖溶酶抑制［7］。López-Alemany 等［8］研究發(fā)現(xiàn)，MAb11G1(可阻斷纖溶酶原與ENO1結(jié)合單抗)可抑制90%的纖溶酶原激活，說(shuō)明ENO1在細(xì)胞表面纖溶酶原激活過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。在纖溶酶原激活過(guò)程中，纖溶酶原首先與細(xì)胞表面ENO1結(jié)合形成纖溶酶原受體復(fù)合物，再在尿激酶型纖溶酶原激活劑的作用下將纖溶酶原激活轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘睦w溶酶，后者發(fā)揮調(diào)控細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)重塑、細(xì)胞遷移和細(xì)胞增殖的功能［9］。Redlitz 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，單核細(xì)胞樣細(xì)胞表面只有ENO1一種纖溶酶原受體參與調(diào)控纖溶酶原激活過(guò)程;而Das等［10］研究表明，單核巨噬細(xì)胞膜表面主要的纖溶酶原受體不是ENO1，而是組蛋白H2B，推測(cè)ENO1作為纖溶酶原受體，在調(diào)節(jié)纖溶過(guò)程中可能具有時(shí)空特異性的特點(diǎn)。

缺乏信號(hào)肽序列的ENO1能作為纖溶酶原受體基因在細(xì)胞表面表達(dá)并發(fā)揮其功能。目前對(duì)該現(xiàn)象有2種解釋:一種認(rèn)為ENO1疏水結(jié)構(gòu)域可能執(zhí)行內(nèi)部信號(hào)肽序列的功能［11］;而另一種則認(rèn)為ENO1翻譯后乙?；蛘吡姿峄饔每赡芘cENO1表達(dá)于細(xì)胞表面有密切關(guān)系［12］。因此，缺乏信號(hào)肽序列的ENO1可在細(xì)胞表面表達(dá)的機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究闡明。

2 調(diào)控肌生成和肌肉再生

細(xì)胞表面蛋白質(zhì)水解是組織重塑等生理過(guò)程的常見(jiàn)現(xiàn)象。纖溶酶激活系統(tǒng)在肌肉損傷之后的再生過(guò)程中發(fā)揮重要作用。肌肉特異性表達(dá)的ENO3在胚胎發(fā)育期的肌肉組織中表達(dá)上調(diào)，同時(shí)伴隨著ENO1和ENO2表達(dá)下調(diào)，在成年動(dòng)物肌肉組織中無(wú) ENO2，但是 ENO1 仍有表達(dá)［13］。López-Alemany等［14］研究表明，在離體小鼠成肌細(xì)胞分化和體肌肉再生過(guò)程中，ENO1的表達(dá)量均顯著升高。Díaz-Ramos等［15］用 MAb11G1 和纖溶酶原的抑制劑ε-氨基已酸聯(lián)合處理肌肉損傷的野生型小鼠和肌營(yíng)養(yǎng)不良癥mdx小鼠，結(jié)果表明MAb11G1和ε-氨基已酸都可通過(guò)抑制炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)或者促進(jìn)ECM沉積途徑來(lái)抑制肌肉再生修復(fù)，說(shuō)明ENO1參與肌肉再生修復(fù)過(guò)程。體外研究也表明，衛(wèi)星細(xì)胞源成肌細(xì)胞表面ENO1的表達(dá)量隨著細(xì)胞表面纖溶酶原水平的增加而增加。另外，Bryer等［16］研究證實(shí)，在肌肉組織重塑過(guò)程中，ENO1是主要的功能性纖溶酶原受體。在心肌創(chuàng)傷后愈合以及心肌梗塞時(shí)，包括ENO1在內(nèi)的纖溶過(guò)程在心肌組織修復(fù)和再生過(guò)程中發(fā)揮了重要調(diào)控作用［17-18］。綜上所述，ENO1作為纖溶酶原受體，可通過(guò)介導(dǎo)纖溶酶活性來(lái)調(diào)控細(xì)胞浸潤(rùn)和ECM重塑功能，從而發(fā)揮其調(diào)控肌生成和肌肉再生的功能。

3 調(diào)控細(xì)胞凋亡

在細(xì)胞凋亡過(guò)程中，凋亡細(xì)胞表面分泌大量自身抗原，并被吞噬細(xì)胞識(shí)別，啟動(dòng)免疫抑制應(yīng)答。ENO1作為纖溶酶原特異性受體可促進(jìn)纖溶酶的生成并提高其活性，從而通過(guò)纖溶酶的介導(dǎo)來(lái)發(fā)揮其調(diào)控細(xì)胞凋亡的功能。Ucker等［19］研究發(fā)現(xiàn)，大量分泌糖酵解酶(尤其是ENO1)是許多細(xì)胞凋亡常見(jiàn)的早期表現(xiàn)。在凋亡細(xì)胞中，ENO1已經(jīng)失去了它固有的糖酵解活性，但可作為纖溶酶原受體參與調(diào)控細(xì)胞凋亡過(guò)程［20］。與ENO1相比，其他的纖溶酶原受體分子，如膜聯(lián)蛋白A2［21］和組蛋白H2B［10］，在凋亡細(xì)胞表面的含量并沒(méi)有得到顯著富集，說(shuō)明ENO1是調(diào)控細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵纖溶酶原受體。另外，Yang等［22］研究表明，ENO1與自身抗體交互作用對(duì)結(jié)締組織疾病的上皮細(xì)胞凋亡也發(fā)揮重要作用，提示ENO1可作為自身抗原與其抗體特異性結(jié)合發(fā)揮調(diào)控細(xì)胞凋亡的功能。Zhang等［23］在研究環(huán)氧合酶-2抑制劑NS-398對(duì)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞RL95-2增殖、凋亡和侵襲的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，NS-398能顯著抑制RL95-2細(xì)胞增殖和侵襲，同時(shí)伴隨ENO1蛋白質(zhì)翻譯上調(diào)，進(jìn)一步證實(shí)了ENO1具有調(diào)控細(xì)胞凋亡的功能?？傊?，越來(lái)越多的研究表明，ENO1在調(diào)控細(xì)胞凋亡過(guò)程中具有重要作用，然而其分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究闡明。

4 調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展

原癌基因c-myc在調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)和分化過(guò)程中起重要作用，c-myc啟動(dòng)子結(jié)合蛋白(c-myc promoter-binding protein，MBP-1)定位于胞核，能與c-myc的P2啟動(dòng)子結(jié)合，抑制c-myc的表達(dá)，從而發(fā)揮抗腫瘤作用［24］。MBP-1與 ENO1序列同源，MBP-1起始密碼子ATG位于ENO1起始密碼子下游，MBP-1被認(rèn)為是 ENO1基因編碼產(chǎn)物［25］。由于MBP-1缺乏ENO1的前96個(gè)氨基酸殘基，因此MBP-1不具有糖酵解活性。然而，缺失第96至236個(gè)氨基酸殘基的ENO1突變蛋白喪失了與DNA結(jié)合的能力，說(shuō)明ENO1的羧基末端對(duì)于MBP-1結(jié)合c-myc基因是必需的［26］。成神經(jīng)細(xì)胞瘤是一種見(jiàn)于兒童的實(shí)體腫瘤，其特征是染色體1p 缺失，而 ENO1 則位于1p36.2。Ejesk?r等［27］將ENO1的cDNA轉(zhuǎn)入缺失1p的成神經(jīng)細(xì)胞瘤中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ENO1可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)瘤細(xì)胞的死亡;而將體外轉(zhuǎn)錄的ENO1 mRNA轉(zhuǎn)入該瘤細(xì)胞后，瘤細(xì)胞生長(zhǎng)明顯受阻，說(shuō)明高水平的ENO1可抑制瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。因此，ENO1可選擇性地表達(dá)成為MBP-1，通過(guò)與c-myc啟動(dòng)子結(jié)合發(fā)揮抑制腫瘤的作用。然而，目前有關(guān)ENO1跳過(guò)第1個(gè)起始密碼子而選擇性表達(dá)截短的MBP-1原因和分子機(jī)制仍不清楚。

與上述ENO1抑制腫瘤作用不同，ENO1很可能還是腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要癌基因。在肺癌、結(jié)腸癌和急性髓細(xì)胞樣白血病中，ENO1表達(dá)上調(diào)，作為纖溶酶原受體的ENO1可促進(jìn)低氧環(huán)境的細(xì)胞代謝活動(dòng)，通過(guò)纖溶酶原激活和ECM降解作用驅(qū)動(dòng)腫瘤的侵襲［28-29］。Chen 等［30］研究發(fā)現(xiàn)，肝癌細(xì)胞中ENO1表達(dá)量顯著高于癌變前期的肝細(xì)胞，提示ENO1可作為早期肝癌細(xì)胞診斷的生物標(biāo)記。Chang等［28］研究發(fā)現(xiàn)，ENO1表達(dá)與疾病臨床分期和疾病復(fù)發(fā)密切相關(guān)，晚期和復(fù)發(fā)的患者ENO1表達(dá)明顯增高。胃動(dòng)蛋白1(gastrokine 1，GKN1)可抑制蛋白激酶C，促進(jìn)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)和c-Jun氨基末端激酶1/2(JNK1/2)的生物活性，從而發(fā)揮抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)的功能。Yan等［31］研究發(fā)現(xiàn)，GKN1可參與調(diào)節(jié)74個(gè)蛋白質(zhì)的功能，其中ENO1是這些蛋白質(zhì)交互作用的中心元件，干擾ENO1表達(dá)可抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)，而ENO1過(guò)表達(dá)會(huì)阻斷GKN1誘導(dǎo)的抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的作用，說(shuō)明ENO1可促進(jìn)胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)。另外，Takashima等［32］發(fā)現(xiàn)丙型肝炎性肝癌組織中ENO1表達(dá)明顯高于正常肝組織，ENO1表達(dá)越高，肝癌的惡性程度越高，而且ENO1的表達(dá)與腫瘤的大小和血管侵襲呈正相關(guān)。低氧是實(shí)體腫瘤的共同特征，腫瘤細(xì)胞ENO1表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)低氧增殖和癌癥侵襲［29］。在結(jié)腸癌細(xì)胞增殖過(guò)程中，ENO1可通過(guò)影響糖酵解、三羧酸循環(huán)以及隨后的氧化磷酸化酶底物水平來(lái)影響三磷酸腺苷(ATP)的合成，這對(duì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)是十分重要的［33］。綜上所述，在腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，ENO1具有抑制和促進(jìn)腫瘤的雙重作用。在腫瘤形成早期，由于內(nèi)外環(huán)境因素促使ENO1選擇性表達(dá)成 MBP-1，MBP-1結(jié)合 c-myc的 P2啟動(dòng)子，發(fā)揮抑制腫瘤功能;而在癌癥發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，ENO1通過(guò)其糖酵解功能來(lái)發(fā)揮促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的效應(yīng)。

5 小結(jié)

ENO1除了具有參與糖酵解和維持晶狀體結(jié)構(gòu)的功能之外，還具有調(diào)控纖溶過(guò)程、肌生成和肌肉再生、細(xì)胞凋亡以及腫瘤發(fā)生發(fā)展的功能。然而，大多數(shù)這些功能的作用途徑和機(jī)制仍不十分清楚，如缺乏信號(hào)肽序列的ENO1跨細(xì)胞膜在細(xì)胞表面表達(dá)的機(jī)制、ENO1介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制、調(diào)控 ENO1選擇性表達(dá) MBP-1的因素、ENO1調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展的途徑和機(jī)制。另外，ENO1還可能參與調(diào)控鵝卵巢功能和卵泡發(fā)育。然而，ENO1是通過(guò)糖酵解途徑，還是通過(guò)纖溶酶受體途徑來(lái)調(diào)控動(dòng)物繁殖功能，還有待進(jìn)一步研究闡明。因此，對(duì)上述問(wèn)題的研究，不僅對(duì)于闡明ENO1多重生物學(xué)功能具有重要意義，而且將為闡明ENO1在各種病理生理過(guò)程中的功能及作用機(jī)制研究提供新的切入點(diǎn)，同時(shí)還可為ENO1作為疾病治療的靶點(diǎn)以及篩選作為疾病診斷和預(yù)后生物標(biāo)記提供依據(jù)。

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