Ｚｙｘｉｎ蛋白在細胞中的功能及其研究進展

岳試超　曹雅倩

摘要：Zyxin蛋白是黏著斑蛋白復合物中的重要成員，黏著斑是在細胞中發(fā)現的高度動態(tài)的多蛋白復合物，其能夠傳播從細胞外基質到細胞核的信號。Zyxin蛋白具有富含脯氨酸結構域、核輸出信號和LIM基序的3個拷貝。近年來的研究表明，Zyxin蛋白不僅在與肌動蛋白相關的生物過程中發(fā)揮功能，而且在細胞遷移、細胞黏著、細胞生長、DNA損傷修復、腫瘤生長、天然免疫中也發(fā)揮著重要的作用。主要對Zyxin蛋白在細胞中的功能作用以及最新的研究進展進行了綜述。

關鍵詞：Zyxin蛋白;DNA損傷修復;肌動蛋白調控;免疫;腫瘤

中圖分類號：Q51? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）04-0013-05

Abstract： Zyxin protein is an important member of the focal adhesion protein complex， which is a highly dynamic multiprotein complex found in cells. It is capable of transmitting signals from the extracellular matrix to the nucleus. Zyxin protein has a broad proline-rich domain， a nuclear export signal and three copies of the LIM motif. Recent studies have shown that Zyxin protein not only functions in actin-related biological processes， but also plays an important role in cell migration， cell adhesion， cell growth， DNA damage repair， tumor growth， and natural immunity. The function of Zyxin protein mainly in cells and the latest research progress was described.

Key words： Zyxin protein; DNA damage repair; actin regulation; immunity; tumor

細胞黏附到細胞外基質對于人體中許多組織皮膚、腸道和腎臟的正常功能是必不可少的。在細胞水平，細胞黏附調節(jié)一系列活動，包括細胞遷移、擴散和死亡。癌癥的一個特征是細胞黏附于細胞外基質受到干擾，使得正常細胞功能的控制喪失。經常為了從細胞外傳遞信號，需要細胞附著到細胞外基質指導細胞中的許多功能，包括通過細胞的進展周期，并且從細胞外基質分離的細胞經歷程序性細胞死亡。細胞與細胞外的黏附主要是通過一組細胞介導的跨膜受體聚集而成的多分子結構（黏著斑），將細胞外基質與肌動蛋白細胞骨架連接起來。

黏著斑是亞細胞結構，其介導細胞響應即信號傳導事件。黏著斑作為與細胞外基質的機械連接，并作為生物化學信號傳導中樞，在整聯蛋白結合和聚集的位點整合以及指導許多信號蛋白時發(fā)揮作用。黏著斑（FAs）是細胞內的特殊位點，其中聚集的整聯蛋白受體與細胞外部的細胞外基質和內部的肌動蛋白細胞骨架相互作用，為基質提供強大的黏附力。黏著斑為基質提供強力黏附并傳遞細胞內產生的機械張力穿過質膜到外部環(huán)境。此外，黏著斑還可以充當許多信號傳導途徑的支架，而這些信號途徑可以是由整合素參與或施加在細胞上的機械力引發(fā)的。

Zyxin蛋白是黏著斑蛋白的重要組成部分，最早是從鳥類平滑肌中分離出來的，其主要存在于細胞與細胞、細胞與基質的結合處[1]。Zyxin蛋白不僅可以通過與細胞內的多種蛋白質結合來調控一些種類癌細胞的增殖、黏附和遷移[2-4]，還通過與一些通路中的蛋白相互作用從而在一些生物過程中發(fā)揮功能[5-7]。本研究對Zyxin蛋白的結構和亞細胞定位、在細胞中的功能的研究進展進行綜述，以期為相關研究提供參考。

1? Zyxin蛋白的結構和亞細胞定位

Zyxin蛋白由572個氨基酸組成，主要有富含脯氨酸序列的N末端結構域和3個位于C末端的LIM（Lin11、Isl-1和Mec-3）結構域兩部分組成。N末端結構域包括α-肌動蛋白結合區(qū)域、脯氨酸富集區(qū)域、亮氨酸富集的核輸出信號序列。α-肌動蛋白結合區(qū)域與α肌動蛋白相互作用參與肌動蛋白的裝配，參與壓力纖維對胞外基質壓力的應答，脯氨酸富集區(qū)域與血管舒張劑刺激磷蛋白結合參與肌動蛋白的裝配和壓力應答過程。核輸出信號序列可以使Zyxin蛋白在一些蛋白或者一些壓力條件下穿梭于細胞質和細胞核之間，14-3-3-γ蛋白和Zyxin蛋白的結合可能是影響Zyxin蛋白移位的潛在機制[7]。C末端的3個LIM結構域屬于保守的雙鋅指結構域，已知LIM結構域是幾種蛋白質的停靠位點，并且對于多種細胞功能是必需的，包括細胞分化和增殖[5]。

Zyxin蛋白在細胞核和細胞質中皆有分布，但在細胞質中較多。研究表明，Zyxin蛋白在細胞質中主要定位在黏著斑，與肌動蛋白、黏著斑蛋白有共定位。在蛋白激酶B（Akt）的作用下，Zyxin蛋白的142位氨基酸發(fā)生磷酸化與14-3-3γ結合導致Zyxin蛋白從細胞質移位到細胞核[7]。圖1為Zyxin蛋白的結構。

2? Zyxin蛋白在細胞中的功能

2.1? Zyxin蛋白參與DNA損傷修復

Zyxin蛋白被確定為多個蛋白分子的關鍵相互作用蛋白，使其能夠執(zhí)行多種細胞生物學功能。例如，利用酵母雙雜交系統(tǒng)篩選出了細胞與細胞之間的黏附受體nectin-4，它可以與Zyxin蛋白相互作用[8]。Zyxin蛋白與nectin-4受體的結合定位在黏著斑，并且這兩者之間的結合和細胞與細胞之間的黏著有一定聯系。隨著nectin水平的降低或缺失，Zyxin蛋白不能定位于黏著斑[8]。此外，研究還發(fā)現Zyxin蛋白與同源域相互作用蛋白激酶2有關。同源域相互作用蛋白激酶2是細胞的關鍵調節(jié)因子，在基因組損傷中發(fā)揮一定作用。在無損傷的細胞中，同源域相互作用蛋白激酶2維持一個非常低的水平。然而，在導致嚴重基因組損傷的紫外線照射、輻射或化療等應激條件下，同源域相互作用蛋白激酶2會被激活，然后p53發(fā)生磷酸化導致細胞凋亡[9]。研究發(fā)現，Zyxin蛋白的表達對同源域相互作用蛋白激酶2穩(wěn)定性起關鍵作用，Zyxin蛋白缺失會導致同源域相互作用蛋白激酶2降解，該激酶降解后會減少DNA損傷誘導的p53磷酸化[9]。因此，Zyxin蛋白是DNA損傷的關鍵調節(jié)因子，通過調節(jié)同源域相互作用蛋白激酶2和p53信號通路進而誘導細胞凋亡。基于Zyxin蛋白可以作為DNA損傷的應答者在同源域相互作用蛋白激酶2和p53信號通路中發(fā)揮作用，2013年研究發(fā)現Zyxin蛋白在阿爾茨海默病中發(fā)揮著重要作用[10]。在阿爾茨海默病患者的組織和2種神經母細胞瘤中，證明了2種β-淀粉樣蛋白（Ab）1-40和1-42影響Zyxin蛋白的表達水平[11]，使Zyxin蛋白的表達水平下降，從而影響同源域相互作用蛋白激酶2的活性，通過影響金屬硫蛋白2A的轉錄活性，誘導p53的構象狀態(tài)發(fā)生改變[12]。

2.2? Zyxin蛋白參與肌動蛋白調控

肌動蛋白細胞骨架組裝成分支網絡或束以產生機械力用于關鍵的細胞過程，如極性、黏附和遷移的建立。壓力纖維是可收縮的，肌動蛋白結構通過基于整聯蛋白的黏著斑物理耦合到細胞外基質，從而將力傳遞到細胞內和穿過細胞。LIM結構域蛋白質參與介導這種細胞骨架機械傳導。LIM結構域銜接蛋白是Zyxin蛋白。Zyxin蛋白也可以作為一個細胞骨架蛋白，參與肌動蛋白的裝配和應力纖維的保持和修復，在肌動蛋白細胞骨架的組織中也起重要作用[13]。為了維持細胞的機械穩(wěn)態(tài)，細胞必須識別并響應細胞骨架完整性的變化。細胞受到物理壓力后，肌動蛋白應力纖維會經歷局部的、急性的力誘導的伸長和變薄事件，這些都會影響其應力傳遞功能，隨后應力纖維會募集一些蛋白進行修復，去恢復這種功能。屬于LIM蛋白的Zyxin在應力纖維修復過程中起關鍵作用。細胞受到物理壓力后，Zyxin蛋白以一種不依賴于和α-肌動蛋白或血管舒張劑刺激磷蛋白結合的方式募集到受損應力纖維的位點，但是α-肌動蛋白和血管舒張劑刺激磷蛋白需要和Zyxin蛋白結合才能募集到受損應力纖維的位點。α-肌動蛋白和血管舒張劑刺激磷蛋白在受損壓力纖維區(qū)域在輔助Zyxin蛋白方面具有共同和獨特的作用[14]。對于局部壓力纖維束穩(wěn)定的伸長，α-肌動蛋白和血管舒張劑刺激磷蛋白是不可缺少的蛋白分子。另外，α-肌動蛋白在壓力纖維損傷部位修復肌動蛋白和阻止壓力事件往更嚴重的地步發(fā)展中起著主要作用[14]。在細胞骨架的水平上，Zyxin蛋白促進了應力纖維斷裂部位的修復[15]。在分離的氣管平滑肌細胞水平上，Zyxin蛋白可以促進收縮力的恢復[16]。在嵌入精確切割肺切片的小氣道水平，Zyxin蛋白減緩了氣道擴張[17]。因此，Zyxin蛋白能夠穩(wěn)定氣管平滑肌結構和肌肉長度的收縮性質[18]。此外，在檢查因哮喘而死亡人的組織樣本時，與未死于其他原因的非哮喘患者和哮喘患者相比，Zyxin蛋白的積累增加。這些數據表明，Zyxin蛋白在致命性哮喘中具有生物物理作用[19]。

2.3? Zyxin蛋白與天然免疫

視黃酸（維甲酸）誘導基因蛋白I和MDA5是屬于視黃酸（維甲酸）誘導基因蛋白I樣受體（RLR）的細胞質RNA病毒傳感器，誘導抗病毒的天然免疫反應，包括產生I型干擾素和其他促炎性細胞因子。識別RNA病毒后，在線粒體抗病毒信號蛋白接頭蛋白分子存在的條件下，視黃酸（維甲酸）誘導基因蛋白I的N末端含有天冬氨酸蛋白水解酶激活和募集結構域（CARD），CARD與MDA5結合會導致線粒體抗病毒信號蛋白寡聚化和下游的信號傳導[20]。通過酵母雙雜交系統(tǒng)篩選并鑒定出了Zyxin蛋白為一種與線粒體抗病毒信號蛋白結合的蛋白質。鄰近連接試驗表明，Zyxin蛋白和線粒體抗病毒信號蛋白部分共定位于線粒體上。在過表達Zyxin蛋白后，發(fā)現增強了線粒體抗病毒信號蛋白介導的β干擾素啟動子激活，反之則減弱了β干擾素啟動子的活化[20]。此外，將Zyxin蛋白敲除后，影響了視黃酸（維甲酸）誘導基因蛋白I樣受體和線粒體抗病毒信號蛋白之間的物理相互作用。這些研究表明，Zyxin蛋白可作為視黃酸（維甲酸）誘導基因蛋白I樣受體和線粒體抗病毒信號蛋白之間相互作用的支架蛋白使其成為一個更穩(wěn)定的復合體[20]。

2.4? Zyxin蛋白與乳腺癌

LIM和SH3蛋白（LASP-1）是從人乳腺癌中鑒定出的特異性黏附蛋白，參與細胞遷移[21]。LASP-1是肌動蛋白結合蛋白，與Zyxin蛋白富含脯氨酸的結構域相互作用[22]。用LASP-1特異性siRNA轉染BT-20和MCF-7 2種乳腺癌細胞系導致LASP-1蛋白質水平降低。siRNA處理的細胞停滯在G2/M期，并且腫瘤細胞的細胞周期和增殖受到抑制[23]。此外，在非腫瘤PTK-2細胞中過表達LASP-1，其不表達內源性LASP-1，導致細胞運動性顯著增加[24]。LASP-1沉默伴隨著LASP-1結合配體Zyxin蛋白與接觸點的結合減少[24]。這些數據為LASP-1在腫瘤細胞生長和腫瘤細胞生長遷移中的重要作用提供了證據，而LASP-1發(fā)揮作用可能是通過影響Zyxin蛋白的定位。進化上保守的Hippo通路在細胞的生物學中具有控制器官大小、細胞生長和組織穩(wěn)態(tài)的功能[25-27]。Hippo途徑的上游信號已研究清楚，但微環(huán)境因素如何調節(jié)這一途徑仍然不清楚。研究發(fā)現，在MDA-MB-231細胞即是乳腺癌細胞中，LIM結構域蛋白Zyxin可以作為支架蛋白，響應缺氧和轉化生長因子-β的刺激，與大抑癌基因激酶2和E3泛素連接酶Siah2形成三元復合物穩(wěn)定其相互作用[28]。這種相互作用可以促進大抑癌基因激酶2發(fā)生泛素化，進而導致大抑癌基因激酶2降解，該激酶降解導致磷酸化的Yap減少，所以滯留在細胞質中的Yap增加，進入細胞核中的Yap減少導致Hippo通路的激活。Hippo通路被激活后會促進MDA-MB-231細胞生長增殖[28]。

2.5? Zyxin蛋白與結腸癌

臨床數據顯示與正常組織相比，Zyxin蛋白在結腸癌中高度表達，這提示Zyxin蛋白可能與結腸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關。在結腸癌細胞中，敲低Zyxin蛋白會導致結腸癌細胞增殖、遷移能力受損，異種移植的成瘤能力受損[5]。在異種移植動物模型中，敲低Zyxin蛋白會導致結腸癌細胞增殖、遷移，錨定非依賴性生長和腫瘤形成的能力顯著受損。研究發(fā)現，在有絲分裂期間Zyxin蛋白被周期蛋白依賴性激酶1磷酸化。有絲分裂期間，Zyxin蛋白的磷酸化對結腸癌的生長是必需的，并且Zyxin蛋白在有絲分裂期間的表達依賴于周期蛋白依賴性激酶1[29]。Zyxin蛋白通過調節(jié)結腸癌基因，即周期蛋白依賴性激酶8的YAP活性來調節(jié)腫瘤的生長。在結腸癌細胞中敲除周期蛋白依賴性激酶8之后，周期蛋白依賴性激酶8的過表達基本上恢復了Zyxin蛋白敲低細胞的腫瘤形成能力。周期蛋白依賴性激酶8可以直接磷酸化YAP并促進其活化。在體外和體內條件下，完全激活的YAP對于敲除周期蛋白依賴性激酶8結腸癌細胞的生長是必要的[5]。這些研究證明，Zyxin蛋白以有絲分裂-磷酸化依賴的方式并且通過周期蛋白依賴性激酶8介導的YAP激活來促進結腸癌的形成[5]。

2.6? Zyxin蛋白與其他癌癥

細胞周期和凋亡調節(jié)蛋白-1是結合鋅的蛋白質。細胞周期和凋亡調節(jié)蛋白-1最初被描述為腫瘤細胞死亡所需的蛋白質[30]。研究確定了Zyxin蛋白的LIM結構域成為細胞周期和凋亡調節(jié)蛋白-1結合的關鍵區(qū)域，以及Zyxin蛋白的促凋亡作用，還證明細胞周期和凋亡調節(jié)蛋白-1和Zyxin蛋白協同促進細胞凋亡[31]。發(fā)現細胞周期和凋亡調節(jié)蛋-1在63%的胃癌患者中下調，其中81%的患者發(fā)現低強度染色，無胃癌患者細胞周期和凋亡調節(jié)蛋白-1有高強度染色[32]。另一項研究發(fā)現，Zyxin蛋白在尤文肉瘤中被下調，其中Zyxin蛋白在細胞質中水平增高而不是在細胞黏著連接處。然而Zyxin蛋白的位置轉移，可能會導致Zyxin蛋白重新分布，進而使肌動蛋白的細胞骨架重組并降低細胞運動和生長[33]。

3? 展望

Zyxin蛋白是一種磷蛋白，參與肌動蛋白細胞骨架組裝且主要定位于保持組織完整性的黏著斑。Zyxin蛋白穿梭在細胞質和細胞核之間，影響轉錄，其可以與幾種蛋白質結合，對細胞產生特定的調節(jié)作用。近年來的研究發(fā)現，在癌癥中Zyxin蛋白有雙重角色，即致癌和腫瘤抑制。這種差異化的作用方式是由于其相互作用的蛋白質不同。Zyxin蛋白可能通過影響腫瘤發(fā)生的黏著斑點的活動發(fā)揮其致癌作用和侵襲性，而其腫瘤抑制作用可能是通過影響核轉錄功能誘導。最近的研究表明，Zyxin蛋白可以通過有絲分裂磷酸化依賴性方式發(fā)揮其作用，而磷酸化作用是Zyxin蛋白促進癌癥生長和擴散所必需的。然而，大多數Zyxin蛋白的作用是通過其與其他蛋白質的相互作用介導的，而不是單獨發(fā)揮作用。未來的研究可以將Zyxin蛋白列為癌癥治療的潛在新靶點，可能通過激活或抑制其表達和/或核穿梭。此外，有研究表明，Zyxin蛋白在神經退行性疾病、免疫和氣管性疾病中發(fā)揮著一定作用，未來對于這些疾病的研究可以通過靶向Zyxin蛋白來治療。

參考文獻：

[1] CRAWFORD A W，BECKERLE M C.Purification and characterization of zyxin，an 82，000-dalton component of adherens junctions[J].J Biol Chem，1991，266（9）：5847-5853.

[2] WOZNIAK M A，CHEN C S. Mechanotransduction in development：A growing role for contractility[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2009，10：34-43.

[3] IWAMOTO H，NAKAMUTA M，TADA S，et al. A p160ROCK-specific inhibitor，Y-27632，attenuates rat hepatic stellate cell growth[J].J Hepatol，2000，32：762-770.

[4] PEYTON S R， RAUB C B，KESCHRUMRUS V P，et al. The use of poly（ethylene glycol） hydrogels to investigate the impact of ECM chemistry and mechanics on smooth muscle cells[J].Biomaterials，2006，27：4881-4893.

[5] ZHOU J L，ZENG Y J，CUI L，et al. Zyxin promotes colon cancer tumorigenesis in a mitotic phosphorylation-dependent manner and through CDK8-mediated YAP activation[J].Proc Natl Acad Sci USA，2018，115（29）：6760-6769.

[6] BITOMSKY N，HOFMANN T G.Apoptosis and autophagy：Regulation of apoptosis by DNA damage signalling-roles of p53，p73 and HIPK2[J].FEBS J，2009，276：6074-6083.

[7] NIX D A. Nuclear-cytoplasmic shuttling of the focal contact protein，zyxin：A potential mechanism for communication between sites of cell adhesion and the nucleus[J].The journal of cell biology，1997，138（5）：1139-1147.

[8] GREGORY CALL S，BRERETON D，BULLARD J T，et al. A zyxin-nectin interaction facilitates zyxin localization to cell-cell adhesions[J].Biochem Biophys Res Commun，2011，415（3）：485-489.

[9] CRONE J，GLAS C，SCHULTHEISS K，et al.Zyxin is a critical regulator of the apoptotic HIPK2-p53 signaling axis[J].Cancer Res，2011，71（6）：2350-2359.

[24] LI B，ZHUANG L B，TRUEB B. Trueb， zyxin interacts with the SH3 domains of the cytoskeletal proteins LIM-nebulette and LASP-1[J].J Biol Chem，2004，279：20401-20410.

[25] ZHAO B，TUMANENG K，GUAN K L. The hippo pathway in organ size control，tissue regeneration and stem cell self-renewal[J].Nat Cell Biol，2011，13：877-883.

[26] PAN D.The hippo signaling pathway in development and cancer[J].Dev Cell，2010，19：491-505.

[27] YU F X，ZHAO B，GUAN K L.Hippo pathway in organ size control，tissue homeostasis，and cancer[J].Cell，2015，163：811-828.

[28] MA B，CHENG H，GAO R，et al. Zyxin-Siah2-Lats2 axis mediates cooperation between Hippo and TGF-β signalling pathways[J].Nature communication，2016，7：11123.

[29] YANG S，ZHANG L，LIU M，et al.CDK1 phosphorylation of YAP promotes mitotic defects and cell motility and is essential for neoplastic transformation[J].Cancer Res，2013，73：6722-6733.

[30] RISHI A K，ZHANG L，BOYANAPALLI M，et al.Identification and characterization of a cell cycle and apoptosis regulatory protein-1 as a novel mediator of apoptosis signaling by retinoid CD437[J].J Biol Chem， 2003，278：33422-33435.

[31] HERVY M，HOFFMAN L M，JESEN C C，et al. The LI Mprotein zyxin binds CARP-1 and promotes apoptosis[J].Genes & cancer，2010，1（5）：506-515.

[32] LU F，XUE J X，HU Y C，et al.CARP is a potential tumor suppressor ingastric carcinoma and a single-nucleotide polymorphism in CARP gene might increase the risk of gastric carcinoma[J].PLoS one，2014，9（5）： e97743.

[33] AMSELLEM V，KRYSZKE M H，HERVY M，et al.The actin cytoskeleton-associated protein zyxin acts as a tumor suppressor in Ewing tumor cells[J].Exp Cell Res，2005，304：443-456.