紅細(xì)胞膜帶3蛋白的研究進(jìn)展*

李葵花，嚴(yán) 鵬，謝利德

（承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000）

紅細(xì)胞膜帶3蛋白的研究進(jìn)展*

李葵花，嚴(yán) 鵬，謝利德△

（承德醫(yī)學(xué)院，河北承德 067000）

紅細(xì)胞；膜蛋白；帶3蛋白

正常紅細(xì)胞呈雙凹圓盤狀，形態(tài)柔順，在循環(huán)血流中能抵抗血管和臟器壁的切應(yīng)力而不致碎裂，能把氧氣運(yùn)輸給組織的各部位，再?gòu)母鞑课贿\(yùn)送出代謝產(chǎn)物二氧化碳，是機(jī)體不可缺少的“運(yùn)輸隊(duì)”。紅細(xì)胞特有的柔韌性和變形性源自本身的膜結(jié)構(gòu)和細(xì)胞骨架支撐，根據(jù)膜蛋白在紅細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)上功能的不同，膜蛋白分為骨架蛋白、整合蛋白和錨定蛋白。帶3蛋白是整合蛋白的代表性蛋白，對(duì)紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和生理功能的正常發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。

1 帶3蛋白的結(jié)構(gòu)與功能

帶3蛋白又稱人陰離子交換蛋白1（Anion Exchanger 1，AE1），是存在于紅細(xì)胞膜上的一種內(nèi)在性蛋白質(zhì)，約占紅細(xì)胞膜蛋白含量的25%。帶3蛋白有單體、二聚體、四聚體三種形式，只有二聚體才有離子轉(zhuǎn)運(yùn)功能。帶3蛋白由跨膜段和胞漿段兩部分組成，跨膜段貫穿紅細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層14次可形成陰離子通道，介導(dǎo)陰離子C1-/ HC03-轉(zhuǎn)運(yùn)，在組織CO2運(yùn)輸和肺CO2排出過(guò)程中發(fā)揮重要作用。胞漿段具有膜骨架蛋白、血紅蛋白、糖酵解酶、過(guò)氧化氫酶、酪氨酸磷酸化酶等的結(jié)合位點(diǎn)，起著將膜與膜骨架、細(xì)胞內(nèi)環(huán)境相聯(lián)系的重要作用，從而調(diào)節(jié)紅細(xì)胞的變形能力、糖酵解速率、攜氧和免疫清除功能。

2 帶3蛋白與紅細(xì)胞其它蛋白的交互作用

帶3蛋白作為紅細(xì)胞膜蛋白中重要的跨膜蛋白，與紅細(xì)胞的錨蛋白、帶4.2蛋白、血紅蛋白等有重要的交互作用，在紅細(xì)胞正常形態(tài)和功能的維持中起著重要作用。

2.1 錨蛋白 錨蛋白是膜骨架和膜脂雙層之間的主要連接分子，由N末端、C末端及中間片段三個(gè)部分形成的球狀結(jié)構(gòu)，中間片段中特定的結(jié)合肽段通過(guò)與帶3蛋白及收縮蛋白的結(jié)合，將膜骨架固定在膜脂雙層上。正常的紅細(xì)胞是通過(guò)收縮蛋白-錨蛋白-帶3蛋白形成垂直相互作用的三維膜骨架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對(duì)于維持膜脂雙層的穩(wěn)定性具有重要作用。錨蛋白缺陷轉(zhuǎn)基因小鼠的紅細(xì)胞由于缺乏這種結(jié)構(gòu)，其膜脂經(jīng)常以脂質(zhì)小泡的形式脫落，導(dǎo)致細(xì)胞膜表面積的減少而形成球形，使紅細(xì)胞變形性下降［1］。錨蛋白與帶3蛋白及收縮蛋白的結(jié)合受磷酸化作用的調(diào)節(jié)，去磷酸化的錨蛋白很容易與收縮蛋白四聚體和帶3蛋白相結(jié)合，磷酸化后的錨蛋白則可解除與收縮蛋白四聚體的結(jié)合，同時(shí)，與帶3蛋白的結(jié)合能力也相應(yīng)減弱，破壞以錨蛋白為中介的細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)的形成，致使紅細(xì)胞容易發(fā)生破裂溶血［2］。錨蛋白對(duì)維持帶3蛋白單體、二聚體和四聚體之間的動(dòng)態(tài)平衡非常關(guān)鍵。紅細(xì)胞膜在去除錨蛋白的過(guò)程中，帶3蛋白寡聚體逐漸變成二聚體，最后變成單體，但再加入過(guò)量的錨蛋白后，帶3蛋白幾乎都變成了四聚體。錨蛋白在帶3蛋白四聚體形成過(guò)程中是必不可少的條件，但在維持帶3蛋白三種形式轉(zhuǎn)換的機(jī)理尚不明確。有人在組裝的脂質(zhì)小泡中發(fā)現(xiàn)，在無(wú)其它膜蛋白參與的情況下，錨蛋白能獨(dú)立影響帶3蛋白的運(yùn)動(dòng)特性，使其翻轉(zhuǎn)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)能力下降。在正常人紅細(xì)胞中帶3蛋白的側(cè)向運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是受到嚴(yán)格限制的，大約有40 %的帶3蛋白分子和錨蛋白高親和力結(jié)合而不能運(yùn)動(dòng)，這對(duì)于維持紅細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和調(diào)控紅細(xì)胞的代謝更新具有重要的意義［3］。

2.2 帶4.2蛋白 帶4.2蛋白是一種球狀蛋白質(zhì)，與帶3蛋白、錨蛋白形成的錨定復(fù)合物對(duì)紅細(xì)胞膜骨架六邊型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與細(xì)胞膜的連接有穩(wěn)定作用［4］。帶4.2蛋白的缺失，減弱了肌動(dòng)蛋白與帶3蛋白的結(jié)合能力，進(jìn)而影響到以肌動(dòng)蛋白構(gòu)成紅細(xì)胞膜骨架蛋白為主的二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的功能。另外，帶4.2蛋白缺失的同時(shí)，引起CD47分子的大量缺失，紅細(xì)胞會(huì)迅速被各個(gè)臟器的巨噬細(xì)胞吞噬，特別是腎臟的巨噬細(xì)胞吞噬清除，降低了紅細(xì)胞膜的壽命［5］。

2.3 帶4.1蛋白 帶4.1蛋白是由兩個(gè)亞基組成的球形蛋白，它在膜骨架中通過(guò)同血影蛋白結(jié)合，促使血影蛋白同肌動(dòng)蛋白結(jié)合。血影蛋白四聚體-帶4.1蛋白二聚體-肌動(dòng)蛋白寡聚體復(fù)合物以錨蛋白、帶4.1為橋梁，與主要由帶3-血型糖蛋白組成的膜內(nèi)復(fù)合體相連接。隨著，帶4.1蛋白與帶3蛋白的分離，帶3蛋白與錨蛋白的相互作用增強(qiáng)，使細(xì)胞膜的變形性下降。此外，膜氧化可導(dǎo)致膜收縮蛋白、帶3蛋白數(shù)量減少，與其它蛋白或自身交聯(lián)及構(gòu)型改變，減弱收縮蛋白結(jié)合帶4.1蛋白的能力，從而降低結(jié)合肌動(dòng)蛋白的能力，使膜分子結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致膜流動(dòng)性改變，紅細(xì)胞對(duì)切應(yīng)力的應(yīng)答能力喪失。

2.4 血紅蛋白 由于成熟紅細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有細(xì)胞核和內(nèi)膜系統(tǒng)，因此，紅細(xì)胞內(nèi)的蛋白主要分為膜蛋白、膜骨架及胞漿蛋白。胞漿蛋白中血紅蛋白（Hemoglobin，Hb）占紅細(xì)胞干重的35%。研究發(fā)現(xiàn)［6］，帶3蛋白主要和脫氧Hb結(jié)合，結(jié)合點(diǎn)位于脫氧Hb表面由兩條β鏈構(gòu)成的“小穴”中。如果將Hb氧化或?qū)⑵洇骆溄宦?lián)，帶3蛋白就不能與其結(jié)合。Hb與氧的結(jié)合狀態(tài)能夠調(diào)節(jié)Hb與帶3蛋白之間的相互作用，脫氧Hb可以與糖酵解酶競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合帶3蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，比氧合Hb與帶3蛋白的親和強(qiáng)，進(jìn)而改變帶3蛋白的結(jié)構(gòu)，使其陰離子通道的通透性增強(qiáng)，從而增快O2和CO2的氣體交換。此外，Hb與帶3蛋白的結(jié)合很可能參與了信號(hào)分子NO的定向傳遞。生理?xiàng)l件下，NO通過(guò)擴(kuò)散的方式進(jìn)入紅細(xì)胞與Hb結(jié)合，然后Hb與帶3蛋白結(jié)合，NO因此被傳遞到帶3蛋白上，最后通過(guò)帶3蛋白將NO轉(zhuǎn)運(yùn)到紅細(xì)胞外［7］。

3 帶3蛋白改變引起紅細(xì)胞功能異常的分子機(jī)制

有關(guān)帶3蛋白與某些遺傳性疾病，如遺傳性球形紅細(xì)胞癥已有許多文獻(xiàn)報(bào)道。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)染毒、腫瘤、高血壓及運(yùn)動(dòng)性貧血患者紅細(xì)胞帶3蛋白也發(fā)生變化。帶3蛋白在三個(gè)方面的改變可能是引起這些患者紅細(xì)胞功能異常疾病的分子機(jī)制。

3.1 蛋白含量的改變 各種疾病所致的紅細(xì)胞形態(tài)及功能的改變常伴隨著帶3蛋白含量的變化。不同離子染毒均有導(dǎo)致紅細(xì)胞棘形的可能，鎘離子能誘發(fā)紅細(xì)胞產(chǎn)生大量的H2O2，導(dǎo)致帶3蛋白的自由基損傷，其蛋白表達(dá)明顯減少，但砷離子和碘離子引起紅細(xì)胞帶3蛋白的表達(dá)增強(qiáng)［8-9］。常文露等［13］對(duì)中老年人生理狀況的分析發(fā)現(xiàn)，隨著收縮壓的升高帶3蛋白水平下降，其原因可能為原發(fā)性高血壓、各種繼發(fā)性高血壓患者均存在氧化應(yīng)激增強(qiáng)，與此同時(shí)，體內(nèi)抗氧化酶含量降低且活性下降，血液中抗氧化維生素如A、C和E水平下降，機(jī)體的氧化程度超出抗氧化能力，使脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)增強(qiáng)，紅細(xì)胞膜受自由基攻擊更容易發(fā)生氧化損傷，紅細(xì)胞帶3蛋白成為攻擊的靶點(diǎn)，蛋白易發(fā)生交聯(lián)、降解。與青年人比較，老年患者帶3蛋白含量顯著降低，提示了帶3蛋白還可能與年齡有關(guān)［14］。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度及運(yùn)動(dòng)時(shí)間的不同對(duì)紅細(xì)胞帶3蛋白的影響也存在較大的差異［15］。一次急性力竭運(yùn)動(dòng)會(huì)引起紅細(xì)胞膜帶3蛋白含量的減少， 大鼠紅細(xì)胞變形能力降低；長(zhǎng)期的中等體力活動(dòng)，帶3 蛋白水平明顯高于輕體力活動(dòng)水平；長(zhǎng)期大強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，則使帶3蛋白含量降低，產(chǎn)生適應(yīng)性構(gòu)象變化累積，直接影響紅細(xì)胞壽命，表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)性貧血。說(shuō)明隨著體力活動(dòng)的增加，紅細(xì)胞膜帶3蛋白水平升高，但體力活動(dòng)的強(qiáng)度增大到一定程度，紅細(xì)胞的帶3蛋白水平降低，因此，控制活動(dòng)的強(qiáng)度對(duì)上調(diào)紅細(xì)胞帶3蛋白水平，進(jìn)而增加紅細(xì)胞變形能力是非常關(guān)鍵的因素［16］。

3.2 帶3蛋白功能的改變 最新的研究結(jié)果表明［10-12］，帶3蛋白可能參與細(xì)胞增殖和凋亡過(guò)程。以Cl-熒光探針6-甲基-3-磺丙基-1-喹啉-水化合物測(cè)定發(fā)現(xiàn)，惡性腫瘤患者紅細(xì)胞帶3蛋白的陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)活性明顯增強(qiáng)，Western blot檢測(cè)其帶3蛋白表達(dá)增強(qiáng)。放療后，腫瘤患者紅細(xì)胞膜帶3蛋白的離子轉(zhuǎn)運(yùn)活性及蛋白表達(dá)減弱，而轉(zhuǎn)染帶3蛋白膜段結(jié)構(gòu)域cDNA至K562細(xì)胞后，對(duì)K562細(xì)胞生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用。

3.3 帶3蛋白在紅細(xì)胞膜上的分布改變 低劑量亞砷酸鈉染毒后大鼠紅細(xì)胞衰亡率增加，紅細(xì)胞形態(tài)發(fā)生變化，細(xì)胞表面出現(xiàn)微小突起或明顯棘突。免疫熒光檢測(cè)結(jié)果顯示，在砷暴露大鼠紅細(xì)胞膜上，帶3蛋白和CD35呈現(xiàn)簇集性增加［8］。用于血管造影的碘離子造影劑體外作用紅細(xì)胞后，其形態(tài)與砷染毒后的紅細(xì)胞類似，也向棘形紅細(xì)胞發(fā)展，帶3蛋白的分布發(fā)生了明顯變化，由正常形態(tài)下的球形、對(duì)稱、中心分布轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦畏植?，并且從?xì)胞膜的內(nèi)側(cè)向細(xì)胞膜外存在外翻運(yùn)動(dòng)，在棘形紅細(xì)胞的突起部分呈局部性增強(qiáng)分布狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，帶3蛋白與紅細(xì)胞的錨蛋白、帶4.2蛋白、血紅蛋白等有重要的交互作用。當(dāng)機(jī)體生理狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，帶3 蛋白離子轉(zhuǎn)運(yùn)活性、蛋白水平及在紅細(xì)胞膜上的分布會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，有必要對(duì)紅細(xì)胞帶3蛋白進(jìn)行更深入及廣泛的研究，為生理與健康狀況的評(píng)價(jià)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

［1］任緒義，張建鵬，馮偉華.紅細(xì)胞膜錨蛋白研究進(jìn)展［J］.國(guó)外醫(yī)學(xué)-輸血及血液學(xué)分冊(cè)，2002，25（3）：198-200.

［2］余果宇，李家林，田興亞，等.葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏時(shí)紅細(xì)胞膜帶3蛋白酪氨酸磷酸化的改變［J］.中華血液學(xué)雜志，2002，23（11）：565-569.

［3］彭激雁.錨蛋白外翻誘發(fā)整合素α v β 3介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞噬紅細(xì)胞作用［D］.重慶：重慶大學(xué)，2011.

［4］彭激雁，王翔，高瑋，等.紅細(xì)胞膜帶4.2蛋白的結(jié)構(gòu)與功能［J］.細(xì)胞生物學(xué)雜志，2007，29（5）：687-691.

［5］Su Y，Ding Y，Jiang M，et al.Associations of protein 4.2 with band 3 and ankyrin［J］.Mol Cell Biochem，2006，289（1-2）:159-166.

［6］劉瑞剛，蘇燕.紅細(xì)胞內(nèi)血紅蛋白相互作用研究進(jìn)展［J］.包頭醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，28（4）：119-120.

［7］許紅，張志鴻.不同狀態(tài)血紅蛋白對(duì)紅細(xì)胞膜功能的影響［J］.生物物理學(xué)報(bào)，1992，8（3）：481-486.

［8］張晶，馬智峰，李云云，等.低濃度砷染毒大鼠紅細(xì)胞膜蛋白的變化［J］.毒理學(xué)雜志，2011，25（4）：261-265

［9］葉煦亭，沙繼宏，鄭尊，等.鎘中毒誘發(fā)的自由基對(duì)紅細(xì)胞損傷及帶3蛋白表達(dá)的影響［J］.中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，1999，33（1）：18.

［10］Franke RP，Scharnweber T，F(xiàn)uhrmann R，et al.Effect of radiographic contrast media on the spectrin/band3-network of the membrane skeleton of erythrocytes［J］.PLoS One，2014，9（2）: e89512.

［11］劉曉濱，白淑芝，姜曉姝，等.非小細(xì)胞肺癌紅細(xì)胞膜帶3蛋白功能的觀察［J］.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，41（6）：535-538.

［12］劉曉濱，吳昊，白淑芝，等.放療對(duì)惡性腫瘤患者紅細(xì)胞膜帶3蛋白表達(dá)和功能的影響［J］.中國(guó)腫瘤，2006，15（8）：533-537.

［13］常文露，孫永葉，汪求真，等.紅細(xì)胞膜帶3蛋白水平與中老年人生理狀況相關(guān)分析［J］.衛(wèi)生研究，2011，40（3）：323-326.

［14］李麗琦，牛雯穎，袁良杰，等.老年氣虛血瘀型胸痹患者紅細(xì)胞膜蛋白組成研究［J］.中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2012，18（11）：251-254.

［15］洪平，李開剛，馮連世.大強(qiáng)度訓(xùn)練及恢復(fù)后大鼠紅細(xì)胞變形能力和紅細(xì)胞膜蛋白的變化［J］.中國(guó)應(yīng)用生理學(xué)雜志，2002，18（3）：269-273.

［16］孔朝暉.運(yùn)動(dòng)影響紅細(xì)胞膜蛋白的生物學(xué)機(jī)制［J］.山東體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，23（4）：70-72.

R35

A

1004-6879（2016）03-0239-03

* 河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（ZH2011123），河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（QN20131033）

（2015-05-28）