層黏連蛋白受體/40S核糖體蛋白SA在腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)疾病及感染性疾病中的研究進(jìn)展

劉萌萌，任文波綜述，雷連成，黃 晶審校

0 引 言

相對(duì)分子質(zhì)量為37 000層黏連蛋白受體前體/67 000層黏連蛋白受體(laminin receptor precursor/laminin receptor，LRP/LR)作為膜受體，其C端結(jié)構(gòu)域可以與層黏連蛋白(laminin, LM)、硫酸乙酰肝素蛋白多糖、正常/感染形式的朊病毒蛋白(cellular prion protein, PrPc/ scrapie prion protein, PrPsc)、β-淀粉樣蛋白(amyloid β-protein, Aβ)、某些細(xì)菌毒力因子以及病毒蛋白結(jié)合。LRP/LR參與多種疾病的發(fā)病機(jī)制，如腫瘤、阿爾茲海默癥(Alzheimer′s disease, AD)和部分由細(xì)菌和病毒引起的感染性疾病[1]。在多種腫瘤中，LRP/LR的表達(dá)水平與腫瘤的增殖、黏附和轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)正相關(guān)，與腫瘤細(xì)胞的凋亡水平呈負(fù)相關(guān)[2-3]。LRP/LR也通過(guò)促進(jìn)具有神經(jīng)毒性的低聚物Aβ在細(xì)胞中的積累，加劇AD的發(fā)生和進(jìn)展[2]。此外，LRP/LR還是某些細(xì)菌和病毒感染的靶標(biāo)分子[4]，因此，靶向抑制LRP/LR的表達(dá)，為治療腫瘤和感染性疾病提供了新方法。本文將對(duì)LRP/LR在腫瘤、AD等神經(jīng)系統(tǒng)疾病和病原體感染中的作用作一綜述。

2 LRP/LR的簡(jiǎn)述

1.1 LRP/LR蛋白的屬性LRP分布廣泛，可定位于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核。其中LRP在細(xì)胞質(zhì)中主要作為40S核糖體小亞基的組成成分，故又被稱作40S核糖體蛋白SA(ribosomal protein SA, RPSA)。人類LRP蛋白是由人的RPSA基因編碼而成(NCBI GeneID:3921,AccessionNo.:AC_000135)，人類RPSA基因位于染色體3p21.3，基因全長(zhǎng)5833bp，包含7個(gè)外顯子和6個(gè)內(nèi)含子，該基因序列在哺乳動(dòng)物中高度保守，與豬和小鼠同源性高達(dá)99.9%。在人類RPSA基因包含的7個(gè)外顯子中，第1個(gè)為非編碼，第2～5個(gè)編碼N端RPS2結(jié)構(gòu)域(1-209aa)，后兩個(gè)外顯子編碼C末端，C末端僅在真核生物中存在，而且不同生物的C末端長(zhǎng)短不一[1]。RPSA基因最終轉(zhuǎn)錄、翻譯出一個(gè)295個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)即LRP，但是關(guān)于LRP轉(zhuǎn)變成細(xì)胞膜上成熟LR的具體機(jī)制尚不清楚，可能包含前體蛋白的二聚化和脂肪酸?；?、SUMO化修飾等多種翻譯后修飾過(guò)程[5]。

1.2LRP/LR蛋白的生物學(xué)功能LRP/LR的生物學(xué)作用主要包含以下幾個(gè)方面：①LRP/LR通過(guò)與LM結(jié)合，促使細(xì)胞黏附到基底膜上，并穩(wěn)定和調(diào)節(jié)LM與其他受體的結(jié)合[6]。②LRP是40S核糖體小亞基的一個(gè)重要組成成分，是將21S前體rRNA加工為成熟的18S rRNA的關(guān)鍵[7-8]。同時(shí)LRP可能是介導(dǎo)核糖體與微管蛋白連接的關(guān)鍵蛋白，當(dāng)下調(diào)LRP基因的表達(dá)后，核糖體則無(wú)法定位到細(xì)胞骨架上，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成障礙[9]。③在細(xì)胞核內(nèi)，LRP通過(guò)與組蛋白H2A、H2B、H4的直接作用來(lái)介導(dǎo)其自身與染色體DNA的緊密結(jié)合，并且可能具有染色質(zhì)修飾活性[10]。與此同時(shí)，LRP還可以與DNA損傷修復(fù)相關(guān)蛋白環(huán)指蛋白8(ring finger protein 8, RNF8)和乳腺癌易感蛋白1(the breast cancer 1 protein, BRCA1)可逆性結(jié)合，幫助RNF8和BRCA1錨定到核仁上[11]。其中RNF8是一種E3泛素連接酶，因而也為L(zhǎng)RP/LR可能的泛素化提供依據(jù)；④LRP/LR還能夠作為細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的中介，與多種不同反應(yīng)的通路相聯(lián)系。Wang等[12]表明，LRP/LR參與LM抑制細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)、c-Jun氨基末端激酶、p38蛋白的磷酸化，因而LRP/LR也被認(rèn)為可能參與LM介導(dǎo)的信號(hào)傳遞過(guò)程。

2 LRP/LR在疾病中的作用

2.1 LRP/LR在腫瘤中的作用LRP/LR與腫瘤的增殖能力有關(guān)。Naiddo等[13]研究表明，在致瘤性乳腺癌細(xì)胞中LRP/LR和端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶催化亞基hTERT過(guò)表達(dá)，在細(xì)胞表面和核周區(qū)共定位。抑制乳腺癌細(xì)胞LRP/LR基因的表達(dá)后，顯著降低了細(xì)胞的端粒酶活性和腫瘤的增殖。這提示LRP/LR可以通過(guò)增強(qiáng)端粒酶的活性來(lái)促進(jìn)腫瘤的高度增殖。LRP/LR在許多腫瘤細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，并且LRP/LR的表達(dá)水平往往與腫瘤的黏附和轉(zhuǎn)移能力正相關(guān)[2, 14]。雖然LRP/LR促進(jìn)腫瘤的黏附和轉(zhuǎn)移的機(jī)制尚未被完全解析，但根據(jù)目前的報(bào)道來(lái)看，原發(fā)腫瘤細(xì)胞表面的LRP/LR通過(guò)與LM結(jié)合修飾和降解基底膜，同時(shí)還會(huì)激活腫瘤和基質(zhì)細(xì)胞來(lái)源的蛋白水解酶，這些水解酶通過(guò)降解基底膜，消除腫瘤細(xì)胞遷移的物理障礙[15-16]。

此外，LRP/LR還參與腫瘤血管生成的過(guò)程。血管生成過(guò)程包含兩個(gè)關(guān)鍵步驟，分別是細(xì)胞外基質(zhì)的降解以及血管內(nèi)皮細(xì)胞的遷移[17]。腫瘤細(xì)胞表面的LRP/LR與LM結(jié)合激活的蛋白水解酶不僅能降解細(xì)胞外基質(zhì)促進(jìn)腫瘤的侵襲，還會(huì)引起促血管生成因子的釋放導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞向此處遷移[18-19]。除了上述作用外，LRP/LR還可以維持腫瘤細(xì)胞的生存活力。腫瘤的發(fā)生往往伴隨著較低的細(xì)胞凋亡水平，從而維持腫瘤的不斷增殖和侵襲。Song等[20]研究表明LRP/LR可以抑制卵巢癌細(xì)胞的凋亡，在抑制細(xì)胞LRP/LR基因表達(dá)后，卵巢癌細(xì)胞凋亡水平明顯升高。LRP/LR能夠降低腫瘤細(xì)胞的凋亡水平，其機(jī)制在于LRP/LR與LM結(jié)合可以使得黏著斑激酶與LRP/LR相互作用，激活PI3K-Akt和MEK/ERK1/2信號(hào)通路，這兩條通路的激活進(jìn)一步促進(jìn)下游分子抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)上調(diào)，從而發(fā)揮抗凋亡作用[21]。綜上所述，LRP/LR可以通過(guò)促進(jìn)腫瘤的增殖、黏附、轉(zhuǎn)移、血管生成以及抑制腫瘤細(xì)胞的凋亡等機(jī)制來(lái)發(fā)揮促腫瘤作用。同時(shí)研究證明，利用抗體阻斷細(xì)胞表面LRP/LR與LM的結(jié)合，可以有效阻止肝癌和胰腺癌細(xì)胞的黏附和侵襲[22-23]。

2.2LRP/LR在朊病毒病中的作用朊病毒病又稱傳染性海綿狀腦病，是錯(cuò)誤折疊的朊病毒PrPsc內(nèi)化入胞并在神經(jīng)細(xì)胞中大量聚集而引發(fā)的一種神經(jīng)退行性疾病[24]。其中PrPsc來(lái)源于正常宿主編碼的朊病毒蛋白PrPc，在生理?xiàng)l件下，PrPc通過(guò)糖基磷脂酰肌醇錨定在細(xì)胞膜上，但由于PrPc缺乏跨膜結(jié)構(gòu)域，所以必須依賴其跨膜受體才能在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮生理及病理作用。事實(shí)上，LRP/LR是PrPc在細(xì)胞膜上的受體之一[25]。酵母雙雜交的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明LRP/LR上存在兩個(gè)PrPc的結(jié)合位點(diǎn)：一個(gè)直接的結(jié)合位點(diǎn)，位于161-180aa；另一個(gè)間接的結(jié)合位點(diǎn)，位于180-285aa，此種結(jié)合必須依賴于LRP/LR與另一配體硫酸乙酰肝素蛋白多糖的結(jié)合[26]。進(jìn)一步的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了LRP/LR在朊病毒病中的作用，在用LRP/LR的抑制劑處理小鼠下丘腦神經(jīng)元細(xì)胞系GT1和人胚腎細(xì)胞系HEK-293后，LRP/LR和PrPc的結(jié)合得到了明顯的抑制[27]。在Leucht等[25]用siRNA下調(diào)了感染朊病毒的小鼠神經(jīng)瘤母細(xì)胞的LRP/LR基因后， PrPsc在細(xì)胞中的積累受到了明顯的抑制。這些結(jié)果表明，LRP/LR是PrPc和PrPsc的結(jié)合受體，可以介導(dǎo)PrPsc進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞并在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)聚集。應(yīng)用LRP/LR的小分子抑制劑可以破壞PrPsc在神經(jīng)細(xì)胞中的累積，減輕細(xì)胞毒性[27]。這暗示了在臨床上通過(guò)靶向抑制神經(jīng)細(xì)胞的LRP/LR來(lái)減輕朊病毒病患者的臨床癥狀的可能性。

2.3LRP/LR在AD中的作用AD是一種以認(rèn)知功能減退為特征的神經(jīng)退行性病變，是具有神經(jīng)毒性的Aβ低聚物長(zhǎng)期在神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)聚集所致[28]。Aβ是淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein, APP)依次經(jīng)β和γ分泌酶裂解產(chǎn)生，并且Aβ可以通過(guò)激活糖原合成酶激酶3β信號(hào)通路(glycogen synthase kinase-3β, GSK3β)來(lái)增強(qiáng)其神經(jīng)毒性[29]。Bhattacharya等[30]的研究表明，在用LRP/LR的抑制劑處理神經(jīng)細(xì)胞后，“常規(guī)”APP分泌途徑(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→溶酶體→質(zhì)膜)，則轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺浅Ｒ?guī)”途徑(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→回收→質(zhì)膜)，從而改變APP的加工過(guò)程。并且抑制劑處理還能夠阻止APP的C端和N端糖基化和磷酸化，進(jìn)而破壞其正常合成。此外，LRP/LR還通過(guò)與γ分泌酶的直接相互作用以及可能與β分泌酶的間接相互作用而對(duì)Aβ的脫落產(chǎn)生影響[31]。因而LRP/LR對(duì)Aβ的合成具有重要作用。與此同時(shí)，PrPc是Aβ的高親和性受體，細(xì)胞膜上的LRP/LR可以介導(dǎo)PrPc-Aβ復(fù)合物被神經(jīng)細(xì)胞攝取，利用抗體阻斷細(xì)胞的LRP/LR，可以減少Aβ在神經(jīng)細(xì)胞中積累[2]。這些結(jié)果提示LRP/LR參與Aβ被細(xì)胞攝取的過(guò)程。而且LRP/LR抑制劑處理還可以失活ERK1/2通路，激活A(yù)kt通路，進(jìn)而使得Aβ發(fā)揮神經(jīng)毒性作用有關(guān)的GSK3β途徑失活[30]。Ferreira等[32]體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也表明，AD轉(zhuǎn)基因鼠在用LRP/LR特異性抗體處理后，腦中Aβ斑塊明顯減少，小鼠的記憶力也明顯得到改善。綜上所述，LRP/LR參與Aβ的產(chǎn)生、內(nèi)化并且與Aβ發(fā)揮毒性作用有關(guān)，利用LRP/LR的特異性抗體可以通過(guò)抑制Aβ的脫落來(lái)減輕AD的神經(jīng)毒性[33-34]。

2.4LRP/LR在癲癇中的作用癲癇持續(xù)狀態(tài)是一種醫(yī)學(xué)急癥，表現(xiàn)為持續(xù)的癲癇活動(dòng)。癲癇持續(xù)狀態(tài)能夠增加血腦屏障(blood brain barrier, BBB)通透性，誘發(fā)腦組織血管源性水腫，影響神經(jīng)元的興奮性并造成腦實(shí)質(zhì)損傷[35]。Park等[36]研究發(fā)現(xiàn)，癲癇持續(xù)狀態(tài)發(fā)生后星形膠質(zhì)細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的LRP/LR減少促進(jìn)了BBB的破壞。一方面是LRP/LR表達(dá)降低會(huì)下調(diào)肌營(yíng)養(yǎng)不良蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步通過(guò)激活p38 MAPK通路來(lái)介導(dǎo)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)，進(jìn)而觸發(fā)BBB分解。另一方面可能由于減少通道蛋白-4的表達(dá)破壞了血管內(nèi)的水分轉(zhuǎn)運(yùn)，最終引發(fā)血管源性水腫。此外，LRP/LR表達(dá)下調(diào)激活的p38 MAPK / VEGF軸還能夠促進(jìn)LM過(guò)表達(dá)[36]，Kim等[37]認(rèn)為L(zhǎng)M的過(guò)度表達(dá)可能是機(jī)體的一種繼發(fā)的適應(yīng)性反應(yīng)，與BBB破壞的修復(fù)和內(nèi)皮屏障的重建相關(guān)。這些結(jié)果表明，生理?xiàng)l件下LRP/LR對(duì)于維持BBB完整性發(fā)揮著一定的作用，并且LRP/LR的表達(dá)水平在癲癇的發(fā)生中受到了調(diào)節(jié)。

2.5LRP/LR在感染性疾病中的作用肺炎鏈球菌、腦膜炎奈瑟菌、流感嗜血桿菌和2型豬鏈球菌等細(xì)菌可以利用宿主腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的LRP/LR，幫助其穿越BBB并引起腦膜炎的發(fā)生[1, 38]。其中，肺炎鏈球菌編碼的膽堿結(jié)合蛋白A、腦膜炎奈瑟菌編碼的孔蛋白、流感嗜血桿菌編碼的外膜蛋白及2型豬鏈球菌編碼的烯醇化酶分別是LRP/LR的結(jié)合配體[38-39]。劉洪濤等[38]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LRP/LR與2型豬鏈球菌編碼的烯醇化酶結(jié)合后，可以激活p38/ERK-eIF4E信號(hào)通路，引起腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，并通過(guò)抑制緊密連接蛋白的表達(dá)增加BBB的通透性。這些研究表明，LRP/LR不僅是細(xì)菌入侵的重要靶點(diǎn)，還參與細(xì)菌對(duì)BBB的破壞過(guò)程。

一些病毒的衣殼蛋白或包膜糖蛋白也可以與宿主細(xì)胞表面的LRP/LR受體結(jié)合實(shí)現(xiàn)其黏附和入侵，如登革熱病毒、腺相關(guān)病毒、乙型腦炎病毒、經(jīng)典豬瘟病毒、兔出血熱病毒等[1, 40-41]。然而LRP/LR在不同病毒侵襲過(guò)程中的作用并不完全一致，Zhu等[42]研究發(fā)現(xiàn)，在口蹄疫病毒入侵豬腎細(xì)胞時(shí)，LRP/LR并不參與入侵過(guò)程，而是通過(guò)激活MAPK信號(hào)通路，起到抑制病毒復(fù)制的作用，但隨后其作用會(huì)被口蹄疫病毒的結(jié)構(gòu)蛋白VP1所抑制。這些結(jié)果表明LRP/LR參與多種病毒的入侵過(guò)程，但在不同的病毒感染過(guò)程中其發(fā)揮的作用可能不同。

3 展 望

綜上所述，LRP/LR在腫瘤、朊病毒病、AD、癲癇以及病原體感染等疾病中發(fā)揮著重要作用，這使得靶向抑制LRP/LR的療法對(duì)于上述疾病的臨床治療具有很大潛力。但與此同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到，LRP/LR還是表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯、黃連堿、原花青素C1等藥物在腫瘤細(xì)胞上結(jié)合受體，幫助其發(fā)揮抗腫瘤作用[43-45]。因此，未來(lái)對(duì)這種獨(dú)特受體雙向作用的認(rèn)識(shí)可能有助于我們更好地理解多種疾病的發(fā)病機(jī)制，并為疾病的預(yù)防和治療提供新的思路和途徑。