Mindin生物學(xué)功能研究新進(jìn)展

白濤 羅鵬程 張杰

武漢大學(xué)人民醫(yī)院泌尿外科（430060）

細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）是由生物大分子構(gòu)成的無(wú)定形膠狀物，由實(shí)質(zhì)細(xì)胞分泌到細(xì)胞外，主要由糖蛋白、蛋白多糖等組成。這些物質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，ECM不僅支撐并連接組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)也調(diào)節(jié)著細(xì)胞的生理活動(dòng)。ECM與細(xì)胞的相互作用在細(xì)胞的遷移、附著、增殖、分化中起著重要作用［1］。Mindin又稱(chēng)Spondin2，屬于Mindin?F?spondin細(xì)胞外基質(zhì)蛋白家族，是一種高度保守的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，最早于1997年在斑馬魚(yú)中發(fā)現(xiàn)，并觀察到Mindin主要積聚于基底層［2］，研究者們又陸續(xù)成功克隆出了鼠及人的Mindin，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Mindin能夠促進(jìn)胚胎期海馬神經(jīng)元的生長(zhǎng)［3-4］。Mindin包含一個(gè)氨基末端的F底板反應(yīng)蛋白（F?spondin，F(xiàn)S）結(jié)構(gòu)域和一個(gè)羧基末端的血小板反應(yīng)蛋白1型重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域（thrombospondin type 1 repeat，TSR），LI等［5］的研究顯示，F(xiàn)S結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)了整合素的結(jié)合，且通過(guò)誘變辨認(rèn)結(jié)合位點(diǎn)。因此Mindin代表了一種新的整合素配體，同時(shí)該研究也證實(shí)了TSR結(jié)構(gòu)域能夠識(shí)別脂多糖。通過(guò)這些復(fù)雜的相互作用機(jī)制，F(xiàn)S及TSR結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)了先天性免疫及適應(yīng)性免疫的激活。HE等［6］的研究表明Mindin為微生物病原體模式識(shí)別分子，Mindin表達(dá)不足的小鼠表現(xiàn)出清除細(xì)菌感染能力受損及巨噬細(xì)胞對(duì)微生物刺激引起的免疫應(yīng)答缺陷。

1 Mindin在心臟疾病中的研究

Mindin在心臟組織中高表達(dá)，提示著Mindin在心臟的生理活動(dòng)及疾病發(fā)生、發(fā)展中扮演重要“角色”的可能性［6］。在YAN等［7］的研究中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重心肌肥厚導(dǎo)致心力衰竭的患者心臟Mindin表達(dá)明顯減少，在該研究的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，以主動(dòng)脈縮窄術(shù)（aortic banding，AB）及輸注血管緊張素 II（angiotensin II，Ang II）建立小鼠心臟肥大模型，心臟特異性過(guò)表達(dá)Mindin能夠顯著減輕AB手術(shù)和輸注血管緊張素II引起的小鼠心臟肥大、纖維化及左心室功能不全；在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，Mindin能夠負(fù)向調(diào)節(jié)心肌肥大。該項(xiàng)研究首次驗(yàn)證了Mindin在減輕心臟肥大及心室重建方面的重要作用。研究已證實(shí)AKT信號(hào)通路在介導(dǎo)心肌肥大方面起著關(guān)鍵性作用［8］，在YAN等［7］的研究中，野生型小鼠（wild type，WT）經(jīng)AB及輸注Ang II后，AKT及其下游分子：GSK3β，mTOR，forkhead box O3A，forkhead box O1磷酸化水平明顯增高；但是在Mindin轉(zhuǎn)基因小鼠，同樣的刺激條件下，上述信號(hào)分子幾乎完全被阻斷；同時(shí)該該研究也證實(shí)Mindin能夠阻滯TGF?β1/Smad信號(hào)通路以阻斷該通路介導(dǎo)的纖維化。相反地，在Mindin基因敲除（knockout，KO）小鼠實(shí)驗(yàn)中［9］，Mindin KO小鼠較野生型小鼠對(duì)于AB及AngII刺激引起的心臟肥大及纖維化更易感，心臟功能更差；同時(shí)也證實(shí)Mindin KO小鼠GSK3β，mTOR，forkhead box O3A，forkhead box O1磷酸化水平明顯增高；Smad2蛋白磷酸化水平更高，Smad2/3核轉(zhuǎn)位更明顯。該實(shí)驗(yàn)中使用AKT抑制劑能夠逆轉(zhuǎn)Mindin KO小鼠中出現(xiàn)的心肌肥大及纖維化，進(jìn)一步探討了Mindin生物學(xué)作用的分子機(jī)制。但是，Mindin阻斷AKT信號(hào)通路的具體機(jī)制現(xiàn)尚不明確，作為整合素的配體，Mindin能夠改變整合素信號(hào)復(fù)合體，調(diào)節(jié)AKT的激活，但是另一方面整合素信號(hào)在維持心臟正常功能和心臟代償性肥大過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，綜上，Mindin應(yīng)該不是直接抑制整合素信號(hào)通路，而是調(diào)節(jié)整合素信號(hào)通路，或者說(shuō)調(diào)節(jié)整合素復(fù)合體以特異性調(diào)節(jié)下游AKT信號(hào)通路而發(fā)揮生物學(xué)功能。

2 Mindin在腦血管疾病中的研究

Mindin在缺血導(dǎo)致的腦損傷中發(fā)揮著重要功能，特別是在缺血后的炎癥反應(yīng)及神經(jīng)細(xì)胞凋亡方面。在WANG等［10］的研究中，建立小鼠短暫性大腦中動(dòng)脈阻塞模型（transient middle cerebral occlusion，tMCAO），發(fā)現(xiàn)Mindin在小鼠腦組織梗死區(qū)周?chē)@著表達(dá)，24 h表達(dá)量上升約2～3倍，72 h下降到基線水平。該研究顯示Mindin KO小鼠明顯改善了短暫性腦缺血導(dǎo)致的后果，缺血后的炎癥反應(yīng)及神經(jīng)細(xì)胞凋亡被抑制。相反地，在神經(jīng)元細(xì)胞特異性Mindin轉(zhuǎn)基因小鼠中，缺血后的炎癥反應(yīng)及細(xì)胞凋亡程度明顯加重，從而加劇了腦損傷。在缺血性卒中的病理過(guò)程中，特別是在急性期，炎癥反應(yīng)參與其中并介導(dǎo)組織損傷［11］。腦缺血發(fā)生后，Mindin KO小鼠表現(xiàn)出炎癥相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)和炎癥細(xì)胞招募的抑制；在Mindin過(guò)表達(dá)小鼠中，相反地促進(jìn)免疫應(yīng)答。研究顯示AKT能夠磷酸化GSK3β，失活的GSK3β能夠阻斷細(xì)胞色素C的釋放和Caspase?3活化以抑制凋亡的發(fā)生［12］，KRAFFT等在顱內(nèi)出血模型研究中發(fā)現(xiàn)，GSK3β的失活在神經(jīng)元的抗凋亡過(guò)程中起到重要作用［13］。同之前的研究結(jié)果相一致，WANG等［10］的研究顯示，Mindin KO小鼠的缺血性腦組織中，磷酸化的AKT及其下游信號(hào)分子GSK3β，mTOR表達(dá)量明顯上調(diào)。AKT的活化能夠磷酸化GSK3β，磷酸化GSK3β的失活能夠下調(diào)其下游信號(hào)分子NF?κB以抑制炎癥應(yīng)答；同時(shí)活化的AKT通過(guò)激活mTORC1和mTORC2以抑制炎癥基因的表達(dá)［14］。WANG的研究也提到，AKT的激活可能就是Mindin KO小鼠腦組織中炎癥反應(yīng)較輕的原因［10］。

3 Mindin在肝臟疾病中的研究

Mindin在肝臟的脂類(lèi)代謝中也發(fā)揮著重要作用，研究顯示，非酒精性脂肪肝?。╪on?alcoholic fatty liver disease，NAFLD）患者脂肪組織Mindin mRNA及蛋白水平明顯低于正常人肝組織［15］。高脂飲食（high?fat diet，HFD）喂養(yǎng)的小鼠肝組織Mindin表達(dá)量也明顯低于正常飲食的小鼠。Mindin KO小鼠高脂飲食導(dǎo)致的肥胖、脂肪肝、炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗程度均明顯高于WT小鼠，同時(shí)與膽固醇、脂肪、游離脂肪酸合成的相關(guān)基因高水平表達(dá)，促進(jìn)膽固醇排出的基因低表達(dá)，AMP活化蛋白激酶（AMPK）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受損，同時(shí)HFD誘導(dǎo)的Mindin KO小鼠表現(xiàn)出更高的全身炎癥水平，更易出現(xiàn)葡萄糖的不耐受及胰島素抵抗。同時(shí)該研究也進(jìn)行了肝臟特異性高表達(dá)Mindin的上述檢測(cè)，進(jìn)一步證實(shí)了Mindin在肥胖相關(guān)的脂肪肝、炎癥反應(yīng)、胰島素抵抗方面的保護(hù)作用。與腦缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury，IR/I）相似［10］，在肝臟 IR/I模型中，Mindin RNA及蛋白表達(dá)水平明顯增高，提示Mindin可能也參與了肝臟IR/I后的損傷過(guò)程［16］。BRENNER等［17］的研究表明，炎癥反應(yīng)和肝細(xì)胞死亡是介導(dǎo)肝臟IR/I后肝臟損傷的重要因素。發(fā)生肝臟IR/I后，由于糖原消耗，缺氧，ATP不足導(dǎo)致肝細(xì)胞受損，激活Kupffer細(xì)胞，引起炎性細(xì)胞的招募，產(chǎn)生細(xì)胞因子和趨化因子，炎癥反應(yīng)最終導(dǎo)致肝細(xì)胞受損［18］。在 WANG等［10］的研究中已表明，腦IR/I發(fā)生后Mindin KO小鼠表現(xiàn)出炎癥基因表達(dá)和炎癥細(xì)胞招募的抑制。在SUN等［16］的體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)中顯示，經(jīng)IR/I誘導(dǎo)后Mindin均能夠引起炎癥細(xì)胞因子及趨化因子的釋放，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)。在Mindin轉(zhuǎn)基因小鼠IR/I模型中，Mindin活化caspase?3和rip3誘導(dǎo)肝細(xì)胞壞死及凋亡，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Mindin過(guò)表達(dá)能夠明顯抑制肝細(xì)胞的再生，而在Mindin KO小鼠中觀察到相反的結(jié)果。同時(shí)該研究中也證實(shí)了在Mindin KO小鼠中，AKT信號(hào)通路被明顯激活，給予AKT抑制劑后，Mindin缺失在肝臟IR/I后的保護(hù)作用被阻斷，炎癥細(xì)胞因子及細(xì)胞凋亡水平明顯上調(diào)。

4 Mindin在泌尿系疾病中的研究

越來(lái)越多的研究顯示，炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答可能介導(dǎo)了糖尿病腎病的進(jìn)展，多種炎性細(xì)胞因子和糖尿病腎病關(guān)系密切，細(xì)胞因子水平增高同腎臟損傷程度密切相關(guān)［19］。KAHVECIOGLU等［20］的研究顯示，血清Mindin上升水平同糖尿病腎病嚴(yán)重程度密切相關(guān)，Mindin同尿蛋白分泌率，血尿素氮，肌酐水平密切相關(guān)。尿液Mindin可反映糖尿病腎病早期腎功能的損傷且與腎功能損傷的程度密切相關(guān)［21］。研究顯示［22］高卡路里飲食喂養(yǎng)的小鼠腎小球足突消失，腎小球內(nèi)Mindin表達(dá)水平明顯高于正常飲食組，Mindin蛋白主要積聚在腎小球足細(xì)胞，且尿液中Mindin水平較高。同時(shí)發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者尿液中Mindin水平高于正常人。Mindin極有可能是由在高糖環(huán)境下受損的足細(xì)胞分泌，所以Mindin有希望作為一種反映糖尿病腎病疾病進(jìn)程的生物學(xué)標(biāo)記［23］。人類(lèi)前列腺癌細(xì)胞表達(dá)的Mindin高于其他腫瘤細(xì)胞系［24］。有學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)，前列腺癌患者血清Mindin水平明顯高于正常人，且Mindin較血清前列腺特異性抗原，血清游離/總前列腺特異性抗原比值及肌氨酸具有更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)前列腺癌的優(yōu)勢(shì)［25-26］。

5 Mindin在其他疾病中的研究

在ZHU等［27］的研究中，過(guò)表達(dá)Mindin的血管平滑肌細(xì)胞表現(xiàn)出了強(qiáng)有力的抗增殖和抗遷移作用，而在平滑肌細(xì)胞特異性表達(dá)Mindin的轉(zhuǎn)基因小鼠僅表現(xiàn)出內(nèi)膜增生的明顯抑制，使用AKT抑制劑逆轉(zhuǎn)了Mindin KO導(dǎo)致的異常增生，Mindin抑制異常血管平滑肌細(xì)胞增殖，遷移，表型轉(zhuǎn)化從而抑制了血管的異常增殖。Mindin KO小鼠的氣道對(duì)LPS及臭氧的吸入性刺激反應(yīng)性明顯降低，提示Mindin可能在促炎細(xì)胞因子的釋放及氣道高反應(yīng)性的發(fā)展中發(fā)揮功能［28］。在TIGHE等［29］研究中顯示 Mindin KO 小鼠氣道對(duì)真菌相關(guān)變應(yīng)原蛋白酶刺激的反應(yīng)性明顯降低。在肺腺癌患者，過(guò)表達(dá)Mindin蛋白同腫瘤分化、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、較高的血清CEA水平及較低總體生存率密切相關(guān)［30］，同時(shí)Mindin有希望成為新的肺腺癌、卵巢癌診斷、預(yù)測(cè)疾病轉(zhuǎn)歸的生物學(xué)指標(biāo)［30-31］。在SUN等［32］的研究中，Mindin能夠有效地介導(dǎo)抗原特異性的體液免疫和細(xì)胞免疫，提示Mindin在成為疫苗佐劑方面的潛力。在小鼠大腸炎模型中，Mindin表達(dá)量明顯升高，Mindin可能通過(guò)和toll樣受體-9結(jié)合，介導(dǎo)了NF?κB啟動(dòng)子的激活從而發(fā)揮生物學(xué)功能［33］。

6 展望

全球的學(xué)者正在對(duì)Mindin的生物學(xué)功能進(jìn)行更深層次的研究，在接下來(lái)的工作中，我們將會(huì)對(duì)Mindin在其它臟器中的病理生理作用進(jìn)行研究并對(duì)Mindin介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路做進(jìn)一步的探討，以期望Mindin及其介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路能夠?yàn)榕R床診斷與治療提供新策略。