TMEM家族成員免疫功能的研究進展

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TMEM家族成員免疫功能的研究進展

魏晶陳紀(jì)飛①王冰王世儀喬鋆田飛李芳

(大連醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)教研室，大連116044)

①廣西醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院檢驗科，柳州545005。

2006年5月18日，Nature雜志公布了人類1號染色體的基因測序圖，人類基因組計劃完成，生命科學(xué)研究進入了功能基因組時代。雖然人類基因組全部序列已確定，但對許多基因的功能仍一無所知。基于此，跨膜蛋白(Transmembrane protein，TMEM)家族成員便成為研究對象，綜合TMEM現(xiàn)有的功能報道文章，發(fā)現(xiàn)其多與細(xì)胞間、細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)、免疫相關(guān)疾病以及腫瘤發(fā)生、發(fā)展等相關(guān)，并且對這類蛋白進行了分型以及蛋白家族的確立，如MS4A家族、Anocta min家族等。TMEM參與多項生理過程，如構(gòu)成質(zhì)膜的離子通道、活化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、介導(dǎo)細(xì)胞趨化、黏附、凋亡、自噬作用等。但對家族成員功能報道的文獻甚少，表明對其研究仍處于初級階段，也為該領(lǐng)域研究提供了廣泛空間。

針對人類基因組計劃誕生的大批新基因，國家基因組研究中心開展了400個以上未知功能的人類分泌蛋白和轉(zhuǎn)錄因子編碼基因的克隆、表達(dá)、活性篩選及功能鑒定的工作，希望能夠從中發(fā)現(xiàn)一些新的具有重要功能意義的基因[1]。迄今公認(rèn)的人類編碼蛋白質(zhì)的基因數(shù)量大約在20,000-25,000個，其中大部分基因功能尚不明確，因此，大量人類新基因和蛋白質(zhì)的功能仍有待研究，其中必然包括免疫相關(guān)基因。新近研究發(fā)現(xiàn)TMEM蛋白在人免疫相關(guān)疾病以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中也起到重要作用，雖然人們對其發(fā)揮作用的機制尚不清楚。本文列舉家族中幾個有功能報道的TMEM成員，對其主要功能進行綜述，以期對家族中其他成員的功能或機制研究有所提示。

1TMEM9B

1.1生物學(xué)背景對TMEM9B進行生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，該基因定位于11p15.3，等電點為8.35[2]，結(jié)構(gòu)中含兩個跨膜螺旋，在第33位氨基酸處有信號肽切割位點，成熟狀態(tài)的蛋白質(zhì)分子量為19KD，為糖基化蛋白[3]，主要定位于溶酶體膜，在免疫細(xì)胞、胎盤及全血中高表達(dá)。

1.2對NF-κB通路的影響研究表明TMEM9B在激活NF-κB的過程中具有明顯的劑量依賴性，呈正相關(guān)，TMEM9B過表達(dá)能明顯降低細(xì)胞內(nèi)IκB(Inhibitor κB)蛋白含量，促進NF-κB入核，引起293T、HeLa細(xì)胞凋亡[2]。表明TMEM9B是活化NF-κB通路同時引起細(xì)胞凋亡的基因，但其引發(fā)凋亡的機制尚不明確。對NF-κB通路的相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制深入研究，有助于進一步了解疾病發(fā)生的分子機制[4]。TMEM9B也是TNF激活MAPK通路的重要分子[3]，MAPK途徑中誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的過程中發(fā)揮了重要作用，進一步說明TMEM9B與凋亡相關(guān)或具有調(diào)控炎癥信號通路活性的作用。因此，TMEM9B也有望成為疾病治療過程中藥物作用的潛在靶點。

此外，TMEM9B除了可以激活NF-κB通路外，對衰老有一定的促進作用，其研究結(jié)果表明沉默TMEM9B后能繞開成纖維細(xì)胞衰老[5]，但對其作用機制仍不明確。

2TMEM16

2.1分類及背景研究對TMEM16的研究開展較早，功能報道較多。研究者更習(xí)慣稱TMEM16為Anocta min。哺乳類動物Anocta min家族包括10個成員，不同物種之間序列高度保守，并推測具有類似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Ano1與其他9個成員共同組成Anocta min家族，所有Anocta min蛋白結(jié)構(gòu)類似，推測含有8個呈高度保守的跨膜結(jié)構(gòu)域，包含胞質(zhì)側(cè)氨基末端和羧基末端。TMEM16A(Ano1)和TMEM16B(Ano2)的表達(dá)類似，對TMEM16A的研究更集中，對該家族其他成員的作用尚不清楚。TMEM16A基因定位于人類染色體11q13的CCND1-EMS1，含26個外顯子，編碼產(chǎn)物是由986個氨基酸組成具有8個跨膜區(qū)的膜蛋白，分子量為114 kD[6,7]。

2.2與鈣離子激活氯通道及腫瘤相關(guān)人們對Anocta min家族的生物信息學(xué)背景早已了解，但直到2008年，才發(fā)現(xiàn)TMEM16A能夠編碼鈣離子激活氯通道(Calcium-activated chloride channels，CaCCs)[8-11]。迄今，只證實TMEM16A和TMEM16B能夠產(chǎn)生Ca2+激活的Cl-電流[8-13]，從家族成員跨膜結(jié)構(gòu)域高度保守的角度推測其他Anocta min也可能作為Cl-通道起作用。TMEM16A在CaCCs廣泛存在的多種上皮組織都有表達(dá)，尤其是氣管上皮組織[8,9,14,15]。Rock等[16,17]研究發(fā)現(xiàn)TMEM16A敲除小鼠氣管軟骨環(huán)的形成發(fā)生改變，導(dǎo)致小鼠出生后不久便會死于氣管塌陷引起的窒息。還發(fā)現(xiàn)TMEM16A敲除的小鼠Ca2+依賴的Cl-分泌明顯減少，并且在氣道積聚了大量黏液。證實了TMEM16A的本質(zhì)是鈣離子激活氯通道。

此外，TMEM16A的另外一個重要特征是其在多種腫瘤組織存在過表達(dá)。臨床上經(jīng)常提到與腫瘤相關(guān)的DOG-1(Discovered on gastrointestinal stromal tumors protein 1)、ORAOV2(Oral cancer overexpre-ssed protein 2)以及TAOS-2(Tumor-amplified and overexpressed sequence 2)本質(zhì)上就是TMEM16A，在多種腫瘤組織尤其是胃腸道腫瘤高表達(dá)[18]。由于CaCCs在細(xì)胞增殖、遷移以及癌細(xì)胞對凋亡刺激耐受性等方面發(fā)揮重要作用，因此TMEM 16A可能成為腫瘤治療的潛在靶點。但也有文獻指出TMEM16A過表達(dá)可能源于包含該基因的染色體區(qū)域的擴增效應(yīng)，該染色體區(qū)域也包含了許多其他與腫瘤細(xì)胞存活、增殖及侵襲相關(guān)的基因[19-21]。

TMEM16B表達(dá)于光感受器和嗅感覺神經(jīng)元。在光感受器中，TMEM16B存在于突觸膜上，可能介導(dǎo)突觸排出。在嗅感覺神經(jīng)元中，它表達(dá)于嗅纖毛并類似于經(jīng)典的嗅覺CaCCs，參與大多數(shù)氣味誘導(dǎo)的去極化電流生成[22]。但迄今對其具體作用鮮有深入研究報道。

3TMEM74

3.1生物學(xué)背景TMEM74的cDNA是從人類食道cDNA圖譜中發(fā)現(xiàn)，定位于8q23.2，由2 087 bp組成，ATG起始密碼子周圍序列遵循Kozak序列規(guī)則[23]。序列中包含兩個外顯子和一個內(nèi)含子，編碼由305個氨基酸組成的蛋白質(zhì)，分子量為33.33 kD，等電點為4.87。亞細(xì)胞定位分析TMEM74被證實定位于溶酶體和自噬小體上。數(shù)據(jù)庫資料分析顯示，TMEM74基因在人、獼猴、牛、褐家鼠、小家鼠高度保守，與已知的基因或蛋白無明顯同源性[24]。

3.2與HeLa細(xì)胞自噬相關(guān)在HeLa細(xì)胞中，TMEM74過表達(dá)會引起吞噬小泡廣泛形成，并且提高丹酰戊二胺(MDC)、GFP轉(zhuǎn)染組微管相關(guān)蛋白(GFP-LC3)的點分布以及上調(diào)內(nèi)生LC3-Ⅱ的水平[24]。MDC印記以及LC3表達(dá)水平，均是反映細(xì)胞自噬作用強弱的常用指標(biāo)[25,26]。進一步研究使用可以阻斷自噬作用的渥曼青霉素(磷脂酰肌醇3-激酶抑制劑)，能夠完全抑制TMEM74過表達(dá)所造成的自噬作用[24]。此外，在通過siRNA技術(shù)建立TMEM74敲除模型中，饑餓介導(dǎo)的自噬作用基本被消除[24]。自噬存在于機體多種病理生理過程中，但其發(fā)揮的具體作用尚未完全闡明，值得研究者關(guān)注。

4TMEM132

4.1分類及相關(guān)背景TMEM132家族已發(fā)現(xiàn)共有5個成員，分別是TMEM132A、B、C、D、E。在分析TMEM 132E與恐慌癥關(guān)系時，追蹤到染色體17q11.2-q12區(qū)帶，該區(qū)域包括TMEM132E的基因編碼區(qū)[27]，TMEM132A(又稱HSPA5-binding protein1)和TMEM132E均屬單次跨膜糖蛋白，但迄今對家族中其他成員鮮有報道。

4.2與神經(jīng)精神系統(tǒng)相關(guān)TMEM132A編碼產(chǎn)物可能和大腦在胚胎期以及出生后的發(fā)育有關(guān)，此外也與壓力相關(guān)基因被調(diào)整后的神經(jīng)細(xì)胞存活有相關(guān)性[28]。TMEM132D的編碼產(chǎn)物與神經(jīng)細(xì)胞間的相互連接和信號傳導(dǎo)有關(guān)[29]。另有一項研究表明TMEM132D在神經(jīng)細(xì)胞中的表達(dá)產(chǎn)物與肌動蛋白存在同一區(qū)域[30]。在TMEM132E上游和下游分別發(fā)現(xiàn)了與驚恐性障礙(PD)和躁郁癥相關(guān)的單核苷酸序列，推測TMEM132E可能提高PD等精神疾病的發(fā)病風(fēng)險[27,31]。該家族成員與神經(jīng)精神系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性較大，而免疫功能又與神經(jīng)精神因素密切相關(guān)，可以將此作為深入研究的切入點，但對該家族其他成員的功能還未被報道。

5TMEM176A和TMEM176B

5.1相關(guān)背景TMEM176A和TMEM176B(又稱LR8,Torid,Clast1)屬于MS4A家族[32，33]。TMEM176A和TMEM176B定位第7號染色體(鼠源性定位第6號染色體)[33]。TMEM176A最早是在肝癌抗原中被發(fā)現(xiàn)，Tmem176A(鼠源性用Tmem表示，人源性用TMEM表示)在蛋白尿小鼠腎組織中高表達(dá)[34]。TMEM176B表達(dá)廣泛，TMEM176B則最早在肺成纖維細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)[35]，但在同種異體移植小鼠模型的抗原遞呈細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)[33]。

5.2與移植免疫及腫瘤免疫相關(guān)對TMEM176A和TMEM176B的文獻報道主要集中在移植和腫瘤方面，TMEM176A在HCV感染復(fù)發(fā)的移植肝中檢測到其表達(dá)升高[36]。在小鼠實驗中，Tmem176BmRNA表達(dá)水平與移植器官的耐受高度關(guān)聯(lián)[37]。Maeda等[38]人的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)Tmem176B在同種異體移植出現(xiàn)移植物耐受的小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了該基因過表達(dá)，提示TMEM176A和TMEM176B與移植免疫相關(guān)，其過表達(dá)可能會抑制移植術(shù)后免疫排斥。除此還有文獻指出，Tmem176B基因敲除小鼠由于小腦顆粒細(xì)胞缺陷更易產(chǎn)生不定時發(fā)作的共濟失調(diào)。

Tmem176A與Tmem176B蛋白結(jié)構(gòu)類似，均對樹突細(xì)胞成熟有抑制作用[39]，推測可能會抑制機體抗腫瘤免疫。TMEM176A和TMEM176B在人類多種組織之間的表達(dá)存在明顯差異，兩者共同定位在細(xì)胞質(zhì)膜和胞內(nèi)囊泡的膜上，進一步證實二者的表達(dá)水平與多種腫瘤組織存在顯著關(guān)聯(lián)，并提出TMEM176A與TMEM176B蛋白的比例有望成為淋巴瘤、黑色素瘤、乳腺腫瘤和肝臟腫瘤的生物學(xué)標(biāo)志物[40]。TMEM176A表達(dá)在肝臟惡性腫瘤，目前尚無進一步研究[41]，TMEM176B與人類非小細(xì)胞肺癌相關(guān)[42]；TMEM176A和TMEM176B的不正常CpG島甲基化還與乳腺腫瘤相關(guān)[43]；在肝腫瘤組織中，TMEM176B的5′端和3′的轉(zhuǎn)錄水平均有明顯降低[44]。二者機體抗腫瘤免疫中起的作用還需進一步深入研究。

6討論及展望

人類基因組計劃的目的是解碼生命、了解生命起源、認(rèn)識種屬之間和個體之間存在差異的起因、認(rèn)識疾病產(chǎn)生的機制，為疾病的診治提供科學(xué)依據(jù)。因此深入研究序列已知功能未知基因?qū)蛟\斷、基因治療、基于基因組信息的疾病預(yù)防、疾病易感基因識別等意義重大。

現(xiàn)在研究局限于針對TMEM系列個別蛋白的功能，并且在功能研究中，對引發(fā)該功能的機制多數(shù)仍尚不明確。因此，擴大對TMEM家族的研究范圍或者深入對其作用機制、研究可以作為下一步的研究方向。

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[收稿2015-01-20]

(編輯許四平)

通訊作者及指導(dǎo)教師：李芳(1958年-)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事細(xì)胞因子以及新基因功能研究，E-mail：lifang16@hotmail.com。

作者簡介：魏晶(1979年-)，女，博士，講師，主要從事功能基因組學(xué)相關(guān)研究，E-mail：weijingdl@126.com。

中圖分類號R392.1

文獻標(biāo)志碼A

文章編號1000-484X(2016)01-0127-04

doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.01.030