一種富含半胱氨酸蛋白plac8的研究進展

歐陽聰， 孫寧遠， 薛 璐

(中南民族大學 生命科學學院 生物醫(yī)學研究所， 武漢 430074)

1 Plac8蛋白的發(fā)現(xiàn)及結構特點

1.1 plac8蛋白的發(fā)現(xiàn)

2000年，Tetsuya等用12.5 d的小鼠胚胎和小鼠子宮，通過cDNA微陣列技術，篩選出了15 264個小鼠發(fā)育相關的cDNA[1]。通過對這些cDNA的表達模式研究發(fā)現(xiàn)，最開始這些基因在胎盤和胚胎中的表達相似，12.5 d以后，高達720個基因在胚胎和胎盤中的表達開始呈現(xiàn)出顯著差異，289個基因在胎盤中高表達，且其中有61個基因是胎盤特異表達的基因[1]。進一步地，Galaviz-hernandez等從這61個基因中挑選出3個基因，分別是plac1、plac8和plac9，并對plac8進行了進一步的研究[2]。白云等根據(jù)生物信息學氨基酸序列比對發(fā)現(xiàn)，plac8的氨基酸序列在不同物種之間的差異較大。在高等動物之間，plac8的同源性很高，高達87.8%，但是在兩棲動物和低等動物之間，plac8的同源性就很低只有20%～40%。這個現(xiàn)象說明在進化早期，plac8的進化并不穩(wěn)定[3]。

1.2 plac8蛋白的結構特點

Plac8在人類基因組上定位于4q13-4q21，含有5個外顯子，其mRNA全長829 bp，開放閱讀框翻譯112個氨基酸，所編碼的蛋白分子質量為12.4 ku[2]。進一步生物信息學研究發(fā)現(xiàn)，plac8蛋白其氨基酸序列中10%以上的都是半胱氨酸，沒有信號肽[4]。在人類plac8的112個氨基酸中有15個是半胱氨酸，在小鼠的plac8的115個氨基酸中有16個是半胱氨酸。大多數(shù)半胱氨酸都來自于CXXC的結構，這個結構包含了3～4個分子內的二硫鍵，該結構是結合其底物的特殊位點[3]。這種兩邊是半胱氨酸的結構一般與氧化還原相關蛋白的形成、異構化和二硫鍵的減少相關[5]。哺乳動物中，沒有其他基因與plac8相似，但在植物中有一組基因叫FWL，它們的基因結構都類似西紅柿基因FW2.2，并且它們的蛋白有跟plac8一樣的結構域，都有一段序列富含半胱氨酸。實驗證明FW2.2基因與西紅柿果實的數(shù)量跟大小緊密相關[6]。

2 Plac8的表達

2.1 plac8在胚胎中的表達

Plac8最先在8.5～12.5 d懷孕老鼠的胎盤中被發(fā)現(xiàn)，Northern印記實驗證明它在胎盤中的表達量比在中期胚胎中的表達量多10倍以上。在胚胎進入子宮之前，plac8只在滋養(yǎng)層中表達，在隨后的發(fā)育中，在滋養(yǎng)巨細胞和成膠質細胞層中表達[2,7]。還有研究對plac8 mRNA在人類不同發(fā)育階段的早期胚胎的表達進行了單胚胎定量分析。在卵母細胞、2-細胞期胚胎、4-細胞期胚胎、8-細胞期胚胎、異常受精桑葚胚中，未檢測到plac8 mRNA的表達，正常受精桑葚胚plac8 mRNA的檢出率為33%，囊胚檢出率為100%[7]。Plac8蛋白在所有人類卵母細胞和不同發(fā)育階段的早期植入前胚胎均有表達，主要分布在細胞質中。Plac8在斑馬魚早期胚胎表達量很高，并且在小鼠胚胎早期跟牛胚胎早期都有表達[7]。進一步地，Rissoan等的實驗證明，plac8在人類漿細胞樹突狀細胞中高表達，這表明plac8并不只是限制在子宮和胚胎中表達[4]。

2.2 plac8在各種組織中的表達

近來有很多文獻均表明，plac8在真菌、藻類、高等植物以及動物中都有表達[8]。Ledford等研究表明，plac8在心臟和大腦中不表達，在外周血白細胞、肝臟、闌尾和胸腺中低表達，在一些免疫細胞如吞噬細胞，巨噬細胞和中性粒細胞中高表達，并且對這些免疫細胞對細菌的殺傷效果有著重要作用[9]。Maria等發(fā)現(xiàn)plac8在白色和棕色脂肪細胞的網(wǎng)膜和皮下高表達[10]。

2.3 plac8在各種癌癥中的表達

Plac8在一些癌癥中也有表達，如plac8在胰腺癌細胞中高表達，并且表達在胰腺癌細胞的質膜內側[11]，但在正常的胰腺細胞中沒有表達[11]。除了胰腺癌，plac8在肝癌發(fā)生、發(fā)展過程中表達水平降低，低表達水平的plac8伴隨著肝癌患者，其存活率降低。再通過構建肝癌小鼠模型，過表達plac8的小鼠肝腫瘤體積明顯小于對照組[12]。除了胰腺癌和肝癌，plac8還在前列腺癌中有表達，Uehara等發(fā)現(xiàn)plac8與前列腺癌細胞的生長有關[13]。除此之外，Matia等在結腸癌細胞中發(fā)現(xiàn)有plac8的表達，并且通過敲除plac8可以使結腸癌腫塊減小[10]。

3 Plac8的生物學功能

3.1 plac8與細胞增殖的關系

一般來說蛋白在體內的分布跟其功能息息相關。Uehara等用人類胰腺癌細胞系的體外實驗證明plac8與胰腺癌細胞的增殖有關[13]。Kaistha等發(fā)現(xiàn)，plac8在胰腺癌細胞中表達量很高，并進一步研究發(fā)現(xiàn)敲除胰腺癌細胞中的plac8基因，胰腺癌細胞的增殖顯著增加，這一結果顯示plac8蛋白是胰腺癌腫瘤形成的中心調節(jié)因子[11]。除此之外，也有文章證明plac8與RAS及p53等原癌基因相結合，并在胰腺癌的增殖中扮演著重要的角色[14]。Zou 等通過細胞增殖實驗證明不論在體外還是體內，下調plac8可以激發(fā)肝癌細胞的活力，促進增殖以及肝癌細胞的形成。并且他們還發(fā)現(xiàn)plac8的表達量下降會激活PI3K/Akt/GSK3β/Wnt/β-catenin等通路從而促進了肝癌細胞的增殖[15]。

3.2 plac8與細胞分化的關系

Plac8是棕色脂肪細胞分化必需有的蛋白，它的失活會導致寒冷耐受不良癥，遲發(fā)性肥胖和棕色脂肪細胞功能受損[16]。Plac8的過表達會激活C/EBPβ和 Prdm16這兩個信號通路，隨后plac8和C/EBPβ相關的誘導因子一起促進翻譯。綜上所述，plac8是棕色脂肪細胞分化和功能非常重要的上游調控因子[16]。另外一項實驗發(fā)現(xiàn)plac8在白色脂肪細胞中也有表達，并且在plac8敲除的小鼠中，胚胎成纖維細胞不能誘導分化成脂肪細胞。在體外，plac8的缺失導致脂肪細胞的腫大從而增加了白色脂肪但是脂肪細胞的總數(shù)減少。在體外，plac8是脂肪合成所需的C/EBPβ的上游調節(jié)因子。在體內，plac8對于白色脂肪細胞的分化的調節(jié)作用不是必須，但需要它調節(jié)白色脂肪細胞的數(shù)量[10]。Wu等發(fā)現(xiàn)plac8作用于PKCe-ERK2信號通路從而可以抑制急性髓系白血病細胞系的分化過程[17]。

3.3 plac8與細胞免疫之間的關系

Plac8廣泛存在于各種免疫細胞，特別是巨噬細胞和中性粒細胞，這提示我們plac8可能在免疫過程中發(fā)揮著重要作用[18]。Mourtada-Maarabouni等發(fā)現(xiàn)缺失plac8基因的胚胎可以發(fā)育成個體，但是會出現(xiàn)中性粒細胞的缺失[19]。如果Plac8基因是在成熟的個體上被敲除，吞噬細胞的吞噬效率會降低，但是不會影響其吞噬作用[9]。在小鼠體內敲除plac8基因后，相比于正常小鼠更容易感染肺炎桿菌，也更易于得腹膜炎。Johnson等研究發(fā)現(xiàn)這是因為plac8基因敲除小鼠體內的CD4+T細胞不能完全清除生殖道的感染[20]。然而，通過之前的研究可知，plac8蛋白沒有抑菌和殺菌的作用，也與表皮細胞的穿孔途徑?jīng)]有關系。所以，plac8可能與生物體免疫消除過程中的非細胞溶解機制有關[21]。

Plac8除了跟免疫清除(機體通過免疫應答更有效地清除進入體內的抗原異物)有關，還跟超敏反應和炎癥反應有關。當皮膚暴露于過敏源的時候，就會激活淋巴結，它會激活CD4+T細胞，同時產生趨化因子和細胞因子，從而導致了炎癥反應。引流淋巴結的活化伴隨著一系列基因的急劇增加，其中就有plac8基因[22]。一些研究表明，plac8通過巨噬細胞，不僅介導了CXCL1(趨化因子1)的分泌，還調節(jié)細胞因子IL-6的分泌[23]。Plac8的缺失可以抑制中性粒細胞的補充和IL-6的分泌，從而導致炎癥反應顯著減弱[24]。

3.4 plac8與細胞凋亡之間的關系

Rogulski等發(fā)現(xiàn)在過表達plac8基因的兔子的纖維母細胞中，通過阻滯G2/M期，而抑制了細胞的凋亡，還促進了腫瘤的轉移。他們進一步分析其潛在的分子機理，結果顯示plac8基因是c-Myc的靶基因。在c-Myc-p53通路中，plac8正是通過和Akt1或Mdm2的相互作用，從而調控了細胞的存活和增殖[25]。也有實驗室通過酵母雙雜交和免疫共沉淀的方法發(fā)現(xiàn)plac8能夠和調控細胞凋亡的磷脂拼接酶(PLSCRI)共定位。RNA干擾實驗證實plac8基因作為一個負調控基因，它處于PLSCR1的下游，在分子水平上抑制細胞凋亡[26]。Mourtada-Maarabouni等證明plac8基因在2種人類黏附細胞系(人類胚胎腎細胞系HEK293t和人白血病細胞株CEMC7)中有抗凋亡的作用，并首次證明plac8的產物可以促進人類淋巴細胞的凋亡[19]，從而證實了plac8在不同細胞系中可以發(fā)揮完全相反的作用。

3.5 plac8與腫瘤之間的關系

Plac8在幾種常見的癌癥中如胰腺癌，前列腺癌，結腸癌和肝癌等有重要作用[11,13-15,27-29]。除了在體外證實了plac8與胰腺癌細胞的增殖有關之外，Kaistha[11,30]等在胰腺癌模型老鼠上敲除plac8基因，發(fā)現(xiàn)腫瘤生長更迅速，從而證實在胰腺癌中，plac8蛋白可以抑制腫瘤的生長。還有研究表明plac8基因的激活對胰腺癌的成長很重要，在細胞系中沉默plac8基因，可以通過阻斷自噬來阻斷腫瘤的信息。并且plac8基因的沉默還會導致PDA(胰腺導管腺癌)模型小鼠的遺傳失活。綜上所述，plac8基因是自噬機制重要的調節(jié)因子，定位于溶酶體，能促進溶酶體和自噬體的融合。因此，在PDA的發(fā)展過程中，plac8可以提供致癌基因的突變和自噬誘導之間的機械性聯(lián)系[14]。除了胰腺癌，Li等報道在結腸癌的老鼠模型中敲除內源基因plac8，腫塊會比較小，也會減少浸染，降低ERK2的磷酸化[30]，UEHARA等發(fā)現(xiàn)plac8與前列腺癌細胞的生長有關，plac8的上調以維持前列腺癌細胞的生長[13]。McMurray等發(fā)現(xiàn)plac8的表達會影響p53的突變，還影響了Ras的活性，并且通過RNA干擾下調plac8，能完全降低小鼠結腸癌形成，這對癌癥的治療有一定的意義[27]。Plac8在肝癌中也有作用，Zou等通過細胞增殖實驗，證明不論在體外還是體內，下調plac8可以促進肝癌細胞的活力，增殖以及肝癌細胞的形成[15]。通過對肝癌病人的組織切片觀察和q-PCR結果分析可知，plac8在肝癌發(fā)生過程中是降低的，并且低水平的plac8導致了肝癌病人存活率的下降[12]。Plac8的表達可以作為肝細胞癌的生物標記，但是在胰腺和結腸癌中卻是相反的情況。在肝臟中，plac8的低表達跟癌癥形成有關[28]。

3.6 plac8與細胞自噬的關系

Kinsey[14,31]等證明plac8蛋白是一個重要的自噬體調節(jié)因子，它位于溶酶體腔中，促進溶酶體和自噬體的融合。有文獻報道，plac8可以誘導原癌基因的突變，這個過程對自噬的形成還是惡性腫瘤的形成都很重要，并且，plac8成了原癌基因跟自噬之間的聯(lián)系。Balakrishnan等進一步研究可知在溶酶體跟自噬體融合的時候，plac8維持著溶酶體的完整性并且保持著溶酶體腔的活性[32]。

4 結語

Plac8的氨基酸序列在不同的物種中不盡相同，但都含有大量的半胱氨酸，這在一定程度上提示了它在有機體生理活動中所扮演的角色。近年來大量的研究均證明plac8在細胞水平上參與了細胞的增殖、分化、凋亡、自噬等一系列生理活動?？紤]到在不同的細胞中，plac8會通過結合不同的靶蛋白，調控不同的信號通路來行使功能，這也許能部分解釋為什么在不同的細胞中plac8的調控模式并不相同甚至相反。除了在細胞水平上參與了一系列生理活動之外，plac8蛋白的表達也與一些腫瘤的產生、增殖、遷移、轉化相關，但其相關的分子機制尚未闡述清楚，還需要通過大量實驗進一步地研究。