GPI錨定蛋白的研究進展

潘紅燕

（浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院 浙江 杭州 310008）

糖基化磷脂酰肌醇錨定蛋白(glycosylphosphatidylinositol-anchored protein，GPI-APs)是一類通過其羧基末端的GPI結構錨定于細胞膜表面而不跨越其磷脂雙層結構的蛋白。[1]在脊椎動物，真核生物，植物，軟體動物，昆蟲，血吸蟲病，真菌和原生動物中發(fā)現了大量的GPI-AP[2]。目前，GPIAP主要用于細胞生物學，分子生物學及相關疾病的研究。例如，IL-12基因與GPI信號肽序列的融合為初步制備腎癌疫苗奠定了基礎[3]；B7-1和GPI-AP的剪接和相關細胞的融合可以促進T細胞的活化。從而介導腫瘤細胞凋亡以達到治療目的[4]。GPI-APs還可錨定CD等細胞因子，促進T細胞活化，從而介導抗腫瘤[5]。

1.GPI-APs的分子結構

GPI錨定蛋白的基因位于第19號染色體，基因跨度大于40kbp，包括18個內含子，17個外顯子[6],全長蛋白約56kD，是一個與多種疾病相關的多功能蛋白。GPI-APs廣泛分布于各類生物體內，它含有大約20個氨基酸的組成的特殊C末端序列，該序列即為膜鉤連接的標志，從而能將蛋白質錨定于細胞膜表面，但不跨越膜結構，從而不干涉細胞內信號傳遞[7]。研究認為[8]，GPI-APs和其他脂化蛋白是與脂質相關聯(lián)的，這些蛋白質大部分分布于細胞膜的脂筏上，可看作是膜相關的含脂雙層脂筏域的蛋白質。因此，這些蛋白可通過質膜的流動性而定位于細胞的不同位置上，從而進一步發(fā)揮其錨定蛋白本身的作用。

2.GPI-APs的生物學特點及功能

2.1 GPI-APs可與細胞膜可逆性結合

人體內可水解GPI-APs中肌醇磷酸酯鍵的只有糖基化磷脂酰肌醇特異性磷脂酶D(glycosylphosphatidy-linositol specific phospholipaseD,GPI-PLD)。目前發(fā)現，GPI-PLD基因可在多種組織細胞中表達，肝臟是其主要來源[9]。其可調節(jié)水解作用控制錨定蛋白的表達和發(fā)揮生理功能。簡言之，細胞膜上的GPI-APs可以被GPI-PLD洗脫，并釋放出完整的GPI-APs，發(fā)揮其作用。GPI蛋白同樣可以被去污劑從細胞表面洗脫，而當游離的GPI分子再次與靶細胞或細胞膜共同孵育時，可自動整合至細胞膜表面，并恢復其原有功能[10]。

2.2 GPI-APs參與細胞信號傳導

GPI-AP主要參與細胞與細胞，細胞和環(huán)境之間的相互作用，如信號轉導，膜蛋白轉運，細胞粘附和補體調節(jié)等。GPI微域(GPI microdomain)是在細胞表面GPI錨點蛋白與鞘脂（包括鞘糖脂和鞘磷脂）、膽固醇、src家族蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase,PTK）、G蛋白和細胞骨架蛋白和少量跨膜蛋白等組成的具有特定結構和功能的質膜微區(qū)。GPI錨定的蛋白質與這些組分相互作用以執(zhí)行細胞內和細胞外信號傳導[10]。

2.2.1 介導細胞胞飲作用 GPI-AP具有相對較長的脂肪酸鏈，可以插入膜的細胞質層，與細胞質層中與信號分子相關的脂肪鏈相互作用，并誘導微區(qū)中細胞外和細胞內分子的重排，使Lck、Fyn等蛋白酪氨酸激酶在膜中重新分布并聚合。聚合的蛋白酪氨酸激酶可以通過彼此的酪氨酸磷酸化活化，進而進一步磷酸化下游分子酪氨酸，觸發(fā)細胞內信號轉導并導致細胞胞飲作用[10]。

2.2.2 介導淋巴細胞活化 研究發(fā)現，T淋巴細胞表面的許多蛋白質通過GPI錨定在膜上，這些蛋白質的信號轉導導致T淋巴細胞的增殖和細胞因子的產生。當T細胞抗原受體（T cell receptor,TCR）以非共價鍵結合方式形成的TCR/CD3復合物缺陷時，交聯(lián)Thy-1和Ly-6的GPI-AP不能就引起T細胞增殖[7]。同樣，當GPI-AP有缺陷時，TCR信號傳導和CD3的磷酸化水平都顯著降低，不能誘導T細胞增殖[11]?？梢?，GPI-APs是淋巴細胞活化的重要信號分子。

2.3 GPI-APs參與蛋白生物活性的實現

每種免疫細胞都可表達特征性CD分子。研究發(fā)現，不少CD分子本身就是GPI-APs，還有些CD分子必須和GPI-APs相互作用才能實現其生物學功能。如，CD14分為膜結合型與游離型兩種，其中膜結合CD14就是GPI-CD14，它在巨噬細胞表面起到LDL受體的作用，可以介導巨噬細胞吞噬LDL使其泡沫化[12]。

3.GPI-APs的臨床應用

3.1 檢測類風濕關節(jié)炎（rheumatoid arthritis,RA）

1996年，Kouskoff等[14]在小鼠雜交實驗中發(fā)現后代小鼠中產生類似RA的多關節(jié)炎癥。Matsumoto[15]等發(fā)現TCR和致病免疫球蛋白識別的抗原是GPI。之后，人類類風濕性關節(jié)炎中也發(fā)現相同的GPI抗體及高濃度GPI抗原。2006年，Schaller[16]等進一步測定了不同RA患者血清和關節(jié)液中的GPI濃度，發(fā)現RA患者GPI總濃度較其它關節(jié)炎明顯升高。2008年，張迎梅等[17]對類風濕關節(jié)炎中的GPI濃度再次測定，更加證明了這一現象。

3.2 檢測腫瘤

GPI-APs可以作為腫瘤標記物，以完整的GPI-APs形式存在于腫瘤細胞表面，也可以失去錨定形式存在于血清、尿液及分泌物中。GPI-APs與腫瘤細胞增殖、生長和凋亡的相關性甚高，其中包括某些細胞黏附分子（如N-CAM、T-Cadherin等）和/或細胞分化抗原（如CD24、CD48、CD52、CD58、CD66、CD67、CDw75、CD80、CD93、CD106、CDw108、CDwl09、CD157、CD160等）、某些受體（如CD14、CDI6B、CD87、硫酸乙酰肝素類蛋白聚糖glypican家族、GDNFR-α等）及其相關的配體或細胞因子（如GPI-80、ULBPs、RaeI、ephrin-A類等），還有某些酶類（如ADP-核糖基化酶、轉酰氨基酶、CD45等）[18]。GPI錨定蛋白與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關，但不同腫瘤涉及到何種GPI-APs的表達以及在腫瘤發(fā)展的各個階段GPI-APs有何變化等問題仍然尚未得到解決。

4.問題與展望

從GPI-APs功能可以看出其可以幫助藥物直接作用于細胞而不影響細胞的正常功能，可將藥物或有利基因直接與GPI多肽序列基因拼接，導入細胞使其產生藥效或表達相關基因產物，從而達到治療腫瘤、心血管疾病等目的。也可將GPI與腫瘤細胞相關蛋白連接，用于定位腫瘤細胞的發(fā)生發(fā)展，增強腫瘤細胞的免疫識別和對腫瘤藥物的敏感性。GPI錨定不同性質不同作用的蛋白質，能在醫(yī)學生物學上發(fā)揮極大的作用。目前研究大多集中在GPI多肽序列基因與蛋白質基因序列拼接、構建新型GPI-AP基因，進一步將新型GPI-AP基因導入真核微生物或原核微生物進行體外表達，實現GPI-APs蛋白表達、增加藥物的敏感性和細胞的免疫識別等是廣大研究者所需努力的方向。

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