C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白4研究進(jìn)展

高　潔　顧　剛　陸　林　王曉群

200025，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院心臟科

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C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白4研究進(jìn)展

高潔顧剛陸林王曉群

200025，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院心臟科

【摘要】C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白(C1q/tumor necrosis factor-related proteins, CTRPs)是一類新發(fā)現(xiàn)的蛋白超家族，與脂聯(lián)素具有高度同源性。CTRPs組織分布廣泛，生物學(xué)功能多樣，參與調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝、血管壁細(xì)胞功能、血小板聚集、炎性反應(yīng)等。CTRP4是該家族成員之一，其結(jié)構(gòu)特殊，包含2個(gè)球狀C1q結(jié)構(gòu)域，缺乏膠原結(jié)構(gòu)域。CTRP4對(duì)腫瘤、代謝、炎癥及心血管疾病有重要調(diào)節(jié)作用。該文介紹CTRP4的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分布表達(dá)及其生物學(xué)功能。

【關(guān)鍵詞】C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白4; 動(dòng)脈粥樣硬化；腫瘤

1概述

C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白(CTRPs)超家族是一組分泌性蛋白質(zhì)，由Harvey Lodish[1]和他同事發(fā)現(xiàn)并命名，與脂聯(lián)素具有序列上的高度同源性。其蛋白結(jié)構(gòu)含有4個(gè)共同的結(jié)構(gòu)域：N末端信號(hào)肽、短的可變區(qū)域、膠原蛋白結(jié)構(gòu)域以及C端球狀結(jié)構(gòu)域。CTRPs的空間結(jié)構(gòu)多為同源三聚體，也可形成異源六聚體，如CTRP1與CTRP6、CTRP2與CTRP7、CTRP2與脂聯(lián)素、CTRP9與脂聯(lián)素、CTRP10與CTRP13 都可形成異源六聚體[2-4]。其中，球狀C1q結(jié)構(gòu)域的三維結(jié)構(gòu)與腫瘤壞死因子(TNF)同源結(jié)構(gòu)域(homology domain，THD)的C端非常相似，而THD是TNF家族成員的特征結(jié)構(gòu)[5]，故推測(cè)CTRPs的生物活性主要由C1q介導(dǎo)。

CTRPs蛋白家族成員眾多，具有廣泛的生物學(xué)活性，其分布與表達(dá)在不同組織中存在差異[2,6-11]。如CTRP1、CTRP2、CTRP3、CTRP5、CTRP9、CTRP12、CTRP13通過抑制肝糖原的產(chǎn)生，促進(jìn)脂肪細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取，降低血糖，增加胰島素的敏感性[2,12]。CTRP1還可促進(jìn)醛固酮的合成和釋放[13]。研究發(fā)現(xiàn)，肥胖及代謝綜合征、2型糖尿病、高血壓患者血清CTRP1水平均明顯上升[13-15]。我們課題組的研究證實(shí)，血清CTRP1是冠狀動(dòng)脈硬化性心臟病(冠心病)及其嚴(yán)重程度的重要預(yù)測(cè)因子。CTRP1通過激活p38-NF-κB通路，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞炎癥因子的釋放和細(xì)胞表面黏附分子的表達(dá)，增加白細(xì)胞與血管內(nèi)皮的相互作用及白細(xì)胞浸潤(rùn)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，腹腔注射CTRP1重組蛋白可使小鼠主動(dòng)脈斑塊面積顯著增加，而CTRP1基因敲除小鼠的斑塊進(jìn)展明顯減緩[16]。與之相反，Kopp等[9]發(fā)現(xiàn)，CTRP3競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Toll樣受體4(Toll like receptor 4, TLR4)可減輕巨噬細(xì)胞、脂肪細(xì)胞以及結(jié)腸成纖維細(xì)胞中脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)；CTRP9則通過激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號(hào)通路，減輕心臟缺血再灌注后梗死心肌面積以及缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的凋亡[17]。最近的一項(xiàng)研究也提示，CTRP9可通過激活A(yù)MPK通路抑制血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)以及單核細(xì)胞趨化因子-1(MCP-1)的表達(dá)[18]。此外，CTRP1具有抗血小板聚集的功能；CTRP3、CTRP5、CTRP9具有舒張血管活性；CTRP3還可通過激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)和p38-絲裂原蛋白激活激酶(MAPK)信號(hào)通路誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞增生和遷移，調(diào)節(jié)血管的新生[19]；也可通過激活絲氨酸/蘇氨酸激酶(Akt)信號(hào)通路減輕心肌細(xì)胞凋亡，抑制間質(zhì)纖維化，增加心肌梗死后血管再生。因此，CTRPs在心血管系統(tǒng)中具有多重調(diào)節(jié)功能，家族各成員相互間的協(xié)同、制約和平衡可能是維持心血管穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵。

2CTRP4

2.1CTRP4的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

譚偉峰等[20]利用反向生物學(xué)技術(shù)，通過雙熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)系統(tǒng)(dual luciferase report assay)平臺(tái)在國(guó)際上首先篩選出CTRP4基因，它位于第11號(hào)染色體，全長(zhǎng)4 746 bp。該基因編碼含329個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量為35 200，理論等電點(diǎn)為8.38。CTRP4是一種經(jīng)典的分泌蛋白，信號(hào)肽切割位點(diǎn)位于16和17號(hào)氨基酸之間。CTRP4是該家族中唯一包含2個(gè)典型的C1q結(jié)構(gòu)域，而缺乏膠原樣結(jié)構(gòu)域(該區(qū)域存在于其他CTRPs家族成員中)的成員。

2.2CTRP4的表達(dá)與分布

研究發(fā)現(xiàn)，CTRP4在小鼠心臟、肝臟、腦、腎臟等組織中高表達(dá)。對(duì)正常肝組織切片進(jìn)行免疫組化檢測(cè)顯示，CTRP4在肝細(xì)胞和膽管上皮細(xì)胞有較高的表達(dá)水平。同樣，CTRP4 mRNA在肝癌細(xì)胞系HepG2和人類結(jié)腸癌細(xì)胞系HT29亦有少量表達(dá)[21]。

2.3CTRP4的生物學(xué)功能

2.3.1CTRP4與腫瘤CTRP4的過表達(dá)可激活NF-κB和白細(xì)胞介素-6/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(IL-6/STAT3)信號(hào)通路，進(jìn)而誘導(dǎo)大量腫瘤相關(guān)細(xì)胞因子如IL-6和TNF-α的產(chǎn)生[22]。而且，CTRP4在肝癌細(xì)胞系HepG2和人類結(jié)腸癌細(xì)胞系HT29中有表達(dá)，故推測(cè)CTRP4與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。

NF-κB誘導(dǎo)和維持慢性炎癥的微環(huán)境是促進(jìn)腫瘤形成最主要的機(jī)制。促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖，加速血管新生，并促進(jìn)上皮細(xì)胞-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，從而加快腫瘤細(xì)胞的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。在某些情況下，NF-κB還可改變宿主細(xì)胞的局部代謝，破壞其免疫防御系統(tǒng)，促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)[23]。

IL-6是調(diào)節(jié)STAT3通路的主要細(xì)胞因子，與IL-6受體結(jié)合后激活胞質(zhì)JAK酪氨酸激酶，引起STAT3的磷酸化，調(diào)控細(xì)胞凋亡抑制基因Bcl-xL、Mcl-1、X2AP、C-myc和Fas在內(nèi)的多種基因轉(zhuǎn)錄，參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生存、增殖、分化、侵襲、炎癥及免疫抑制等[24]。這些證據(jù)提示CTRP4與腫瘤相關(guān)，并可能是一種新的腫瘤預(yù)測(cè)血清標(biāo)志物和潛在的治療靶點(diǎn)。

2.3.2CTRP4與代謝CTRP4表達(dá)于睪丸、腎臟、脂肪和腦等組織中，在腦組織中主要由神經(jīng)元表達(dá)和分泌。CTRP4可作用于下丘腦，調(diào)節(jié)能量代謝，控制攝食和體質(zhì)量。當(dāng)給予野生型C57BL/6雄性小鼠禁食16 h，再重新喂食3 h后，檢測(cè)到下丘腦中CTRP4的表達(dá)升高2倍，但是在中樞內(nèi)其他區(qū)域如大腦皮質(zhì)、小腦、海馬區(qū)CTRP4的表達(dá)量無改變。顱內(nèi)給予重組CTRP4蛋白后，小鼠攝食量與對(duì)照組相比明顯下降，體質(zhì)量減輕。研究發(fā)現(xiàn)CTRP4控制攝食的作用與抑制下丘腦中增進(jìn)食欲的神經(jīng)肽基因的表達(dá)有關(guān)[25]。

2.3.3CTRP4與炎癥炎癥性腸病的主要病理改變是腸黏膜屏障的破壞和異常的固有層白細(xì)胞浸潤(rùn)。巨噬細(xì)胞可以調(diào)節(jié)固有免疫，維持腸黏膜的穩(wěn)態(tài)，其功能發(fā)生改變時(shí)，引起大量促炎因子如TNF-α等分泌，被認(rèn)為是炎癥性腸病發(fā)展的因素之一。體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， CTRP4轉(zhuǎn)基因小鼠在右旋葡聚糖硫酸鈉(dextran sodium sulfate, DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎中有保護(hù)作用。體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，人重組CTRP4可抑制巨噬細(xì)胞中LPS誘導(dǎo)的TNF-α炎癥因子的表達(dá)，提示CTRP4對(duì)炎癥性腸病具有潛在的保護(hù)作用，為治療炎癥性腸病提供了新的思路。

2.3.4CTRP4與心血管疾病目前尚無CTRP4與心血管疾病相關(guān)性的報(bào)道，但我們此前的研究顯示，同家族成員如CTRP1的水平與冠心病及其嚴(yán)重程度相關(guān)[26]。我們尚未發(fā)表的研究數(shù)據(jù)也顯示，冠心病患者血清CTRP4水平顯著升高[冠心病組(10.14±5.06) μg/L，正常組(8.73±2.50) μg/L，P<0.05]，且與TNF-α和IL-6等促炎因子的水平呈正相關(guān)。在體外實(shí)驗(yàn)中，用CTRP4重組蛋白刺激人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vascular endothelial cell, HUVEC)后，TNF-α、IL-6、MCP-1等炎癥因子的表達(dá)增加，細(xì)胞表面VCAM-1、ICAM-1等黏附分子的表達(dá)量上調(diào)，提示CTRP4參與了動(dòng)脈粥樣硬化的病理過程。我們的預(yù)實(shí)驗(yàn)顯示，在CTRP4刺激下，HUVEC中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的表達(dá)及分泌明顯增加，并可增加血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體2(VEGFR2)的磷酸化水平，刺激內(nèi)皮細(xì)胞增殖，提示CTRP4可能還參與了血管新生。

總之，盡管有關(guān)CTRP4的研究尚不夠充分，但均提示其在慢性炎癥性疾病中有重要作用。在冠心病患者中，CTRP4的血清水平升高，與TNF-α、IL-6等炎癥因子水平正相關(guān)，提示其在動(dòng)脈粥樣硬化病變的進(jìn)展中具有潛在的促進(jìn)作用，但具體生物學(xué)功能和作用機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。

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(收稿：2015-12-18修回：2016-02-12)

(本文編輯：丁媛媛)

doi:10.3969/j.issn.1673-6583.2016.02.011

通信作者：顧剛，Email:gugang@medmail.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(81400211)