ORPs家族在真核生物中的功能

張聰良 楊靜 喬祖莎 張謹(jǐn)宇 馮文莉 馬彥

(山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院皮膚科，太原 030001)

近年來由于人口老齡化、器官移植、免疫抑制劑使用的增加，導(dǎo)致侵襲性真菌感染的發(fā)病率明顯上升。脂質(zhì)代謝不僅在真菌的極性生長方面發(fā)揮重要作用[1-2]，同時與真菌的致病性密切相關(guān)[3]。氧化固醇結(jié)合蛋白OSBP (oxysterol binding protein)最先于1980年被發(fā)現(xiàn)，是一類存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，與氧化固醇具有高度親和力的受體蛋白，能夠與多種脂質(zhì)相結(jié)合，參與脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、合成以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[4-7]。與OSBP結(jié)構(gòu)具有較高同源性的蛋白被稱為OSBP相關(guān)蛋白-ORPs (oxysterol bindingprotein-related proteins)。OSBP以及ORPs組成蛋白家族-ORPs家族。因此,我們猜測ORPs家族可能通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝參與真菌極性生長。目前研究主要集中于人和酵母，對ORPs家族在其他真菌中的研究相對較少。本綜述對ORPs家族在真核生物中的功能進(jìn)行綜述。

1 ORPs家族在哺乳動物中的功能

哺乳動物中以人為例進(jìn)行介紹，cDNA和基因組數(shù)據(jù)庫顯示人類OSBP家族由OSBP和ORP1-11組成，分為6個亞家族：亞家族I，OSBP和ORP4；亞家族II，ORP1和2；亞家族III，ORP3、6和7；亞家族IV，ORP5和8；亞家族V，ORP9；亞家族VI，ORP10和11。

OSBP是第1個被識別及描述的ORP，能夠與膽固醇和麥角甾醇等多種脂質(zhì)結(jié)合[5]。目前猜測OSBP作為甾醇傳感器通過神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)調(diào)固醇與鞘磷脂的代謝[4,6]。OSBP作為結(jié)合膽固醇的支架蛋白起作用，協(xié)調(diào)兩種磷酸酶的活性以控制細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶 (ERK)信號傳導(dǎo)途徑[5]。最新研究發(fā)現(xiàn)，ORP2是一種控制細(xì)胞能量代謝的新型Akt效應(yīng)器，可以調(diào)節(jié)信號傳導(dǎo)，細(xì)胞能量代謝，肌動蛋白細(xì)胞骨架形成，細(xì)胞遷移和增殖[8]。ORP2增強(qiáng)內(nèi)源性新合成的膽固醇運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞表面的能力[9]，是細(xì)胞甾醇穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞內(nèi)膜運(yùn)輸?shù)恼{(diào)節(jié)劑[10]。R-Ras是一種小的GTP酶，ORP3與R-Ras相互作用，控制細(xì)胞黏附和遷移[11]。ORP4過表達(dá)對脂質(zhì)代謝產(chǎn)生抑制作用[12]。在肝臟細(xì)胞，ORP8作為細(xì)胞內(nèi)膽固醇的負(fù)調(diào)節(jié)劑[13]，OPR8增加了肝細(xì)胞癌 (HCC)細(xì)胞向Fas介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的敏感性[14]。ORP9鑒定為PDK-2底物和PDK-2位點(diǎn)Akt磷酸化的負(fù)調(diào)節(jié)物，對細(xì)胞存活，細(xì)胞周期進(jìn)展和葡萄糖代謝具有重要作用[15]。過度表達(dá)ORP9S抑制蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞生長[16-17]。Liu和Ridgway認(rèn)為過表達(dá)的ORP9對高爾基體PI4P產(chǎn)生隔離作用從而導(dǎo)致的抑制[18]。

近期研究表明ORP作為細(xì)胞內(nèi)甾醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能可能是間接機(jī)制的結(jié)果，即這些蛋白質(zhì)對膜接觸位點(diǎn) (MCS)[19-22]或脂質(zhì)微區(qū)的影響[23]。細(xì)胞器與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜接觸部位存在于所有真核生物，并參與了多種生理活動，如脂質(zhì)的運(yùn)輸、膜轉(zhuǎn)運(yùn)等[24-25]。

2 ORPs家族在酵母中的功能

ORPs家族在酵母中通常稱為OSH家族。釀酒酵母 (Saccharomycescerevisiae)有7個ORP同源物，稱為Osh蛋白。分別為Osh1p (Swh1p)、Osh2p、Osh3p、Osh4p (Kes1p)、Osh5p (Hes1p)、Osh6p以及Osh7p，它們的功能既有重疊又有不同。

Osh蛋白本身不是甾醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，而是通過影響質(zhì)膜 (PM)螯合甾醇的能力間接影響體內(nèi)甾醇轉(zhuǎn)運(yùn)[26]。在缺失所有Osh蛋白的細(xì)胞中，盡管甾醇比野生型細(xì)胞轉(zhuǎn)移速率減慢，但仍然在ER和PM之間轉(zhuǎn)移[26-27]。突變分析表明，雖然單個osh基因缺失是可行的，刪除所有7個基因卻是致命的[28]。研究還表明單一的osh缺失菌株僅顯示細(xì)胞麥角甾醇含量的微小變化，所有7個osh缺失顯示細(xì)胞麥角甾醇總量增加3.5倍，Osh蛋白可能參與細(xì)胞麥角甾醇的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)[28]。在氮饑餓條件下，Osh蛋白可能對釀酒酵母起著重要的監(jiān)管作用[29]。

Osh2的破壞會增加某些鞘脂的水平，Osh3缺失導(dǎo)致對鞘脂生物合成抑制劑的耐藥性[30]。Osh蛋白對酵母進(jìn)行胞吐是必需的，即使在沒有其他Osh蛋白的情況下，酵母Osh4p也可以依賴于兩種脂質(zhì)配體PI4P和甾醇完成胞吐[31-32]。Osh4p可以調(diào)節(jié)酵母中的腺苷二磷酸核糖基化因子 (adenosine diphosphate-ribosylation factor，ARF)功能，并且可能通過改變ARF的調(diào)節(jié)，使Osh4p與Sec14p結(jié)合以負(fù)性調(diào)節(jié)高爾基體區(qū)域分泌功能[33]。Osh4p被檢測到通過囊泡運(yùn)輸從母細(xì)胞到出芽部位的移動[32]，通過與小GTP酶Cdc42p，Rho1p和Sec4p相互作用，在細(xì)胞極性生長的囊泡運(yùn)輸中起關(guān)鍵作用[34]。Cdc42p是一種Rho家族GTP酶，參與極性并誘導(dǎo)肌動蛋白細(xì)胞骨架的局部變化，任何一種osh基因的多拷貝表達(dá) (osh5和osh7除外)能夠補(bǔ)償Cdc42p缺陷，允許建立極化[35]。

3 其他真菌中OSH的功能

在構(gòu)巢曲霉中，oshB、oshC和oshD中每個單基因缺失都導(dǎo)致生長緩慢，減少了分生孢子的形成。在所有osh缺失菌株中觀察到，單基因的缺失會導(dǎo)致其他基因表達(dá)增加，說明在一種蛋白缺失情況下，其他osh基因會增加表達(dá)從而補(bǔ)充功能[36]。oshE的啟動子區(qū)含有一個共有序列轉(zhuǎn)錄因子BrlA，其控制分生孢子的形態(tài)發(fā)生[37]。熒光標(biāo)記實(shí)驗(yàn)支持OshE蛋白特異性參與分生孢子梗的形成。

在煙曲霉中，在無性階段oshE適度上調(diào)，而其他osh基因沒有增加他們的表達(dá)水平。在osh單基因缺失菌株中定量檢測SRD (sterol-rich membrane domain)的信號強(qiáng)度，oshE缺失菌株的信號低于野生型，這些結(jié)果表明OshE參與SRD組織，SRD對于細(xì)胞末端的定位具有重要作用[36]。

在稻瘟病菌中，ORP1的缺失導(dǎo)致菌絲生長速率及分生孢子的發(fā)生率降低，致病力并無變化，ORP1可能參與了菌絲生長以及分生孢子的形成[38]。

米曲霉中也發(fā)現(xiàn)并成功體外表達(dá)出OSBP蛋白[39]。

4 其他真核生物中OSH的功能

在小鼠中，OSBP可能是miR-12 (MicroRNA-124)的靶標(biāo)和下游效應(yīng)物，用于調(diào)節(jié)神經(jīng)突向外生長和伸長[40]。在ORP4缺陷小鼠中，精原細(xì)胞增殖和隨后的減數(shù)分裂正常發(fā)生，但伸長的精子細(xì)胞的形態(tài)嚴(yán)重扭曲，這些結(jié)果表明ORP4對于生殖細(xì)胞的分化至關(guān)重要[41]。

果蠅OSBP過度表達(dá)導(dǎo)致高爾基體中膽固醇的積累膜和分泌缺陷[42-43]，果蠅中OSBP的突變體表現(xiàn)出精細(xì)胞缺陷導(dǎo)致雄性不育，給突變體喂食額外甾醇，部分OSBP突變體恢復(fù)了生育能力，這意味著雄性不育可歸因于甾醇短缺[42]。

OSBP也與細(xì)菌感染有關(guān)：OSBP增強(qiáng)了鼠傷寒沙門氏菌的復(fù)制[44]。

黑腹果蠅和秀麗線蟲中存在OSBP/ORPs，兩者都不合成甾醇，暗示缺乏參與內(nèi)源性合成的調(diào)控[45]。據(jù)報(bào)道秀麗線蟲的ORP，具有轉(zhuǎn)移生長因子-b (TGF-b)的信號傳導(dǎo)和線蟲的調(diào)節(jié)體長功能[46]。

以上這些發(fā)現(xiàn)反映出來ORP直接參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑或細(xì)胞周期調(diào)節(jié)，但觀察到的效果也可能通過脂質(zhì)代謝的改變間接產(chǎn)生，這些基因?qū)τ谡婧松锏纳L繁殖有很重要的作用。

5 總結(jié)及展望

盡管ORPs家族在真核生物的細(xì)胞脂質(zhì)代謝、囊泡運(yùn)輸及細(xì)胞信號傳導(dǎo)方面發(fā)揮著重要作用，但細(xì)胞生理學(xué)中OSBP/ORP功能的細(xì)節(jié)仍未完全了解。越來越多的證據(jù)表明，ORP作為脂質(zhì)傳感器而不是脂質(zhì)載體。不管在酵母菌還是真菌中，單基因敲除對生長有輕微影響，考慮與其他Osh蛋白代償有關(guān)，osh基因全敲除對酵母菌是致死的也驗(yàn)證了這一點(diǎn)；同時在多種真核生物中發(fā)現(xiàn)部分ORPs過表達(dá)負(fù)性調(diào)節(jié)固醇代謝；真菌的生存、繁殖以及極性生長都離不開脂質(zhì)代謝、囊泡運(yùn)輸以及信號傳導(dǎo)等基本生理過程，因此ORPs家族可能參與真菌的極性生長。鑒于這三點(diǎn)，我們認(rèn)為可從全基因敲除、單基因過表達(dá)以及與極性生長基因之間的關(guān)系等方面入手進(jìn)一步明確ORPs家族在真菌生長中的具體作用機(jī)制，為真菌的研究及治療提供新的方向。