膜相關(guān)孕酮受體蛋白家族的結(jié)構(gòu)和生理功能研究進(jìn)展

白紅梅 魏鳳香，2*

(1. 佳木斯大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000；2. 深圳市龍崗區(qū)婦幼保健院中心實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518100)

膜相關(guān)孕酮受體(Membrane-associated progesterone receptor，MAPR)是一組相當(dāng)小的、部分同源的蛋白質(zhì)，它們具有與細(xì)胞色素b5(Cyt-b5)相似的非共價血紅素結(jié)合域，被認(rèn)為是Cyt-b5的進(jìn)化保守遠(yuǎn)距離同源物[1]?！澳は嚓P(guān)孕酮受體”這個術(shù)語強(qiáng)調(diào)了它們與孕酮結(jié)合的能力，以及獨(dú)立于經(jīng)典類固醇激素受體而產(chǎn)生快速類固醇效應(yīng)的能力[2]。MAPR參與了多種細(xì)胞功能，MAPR家族成員孕酮受體膜組分1(PGRMC1，也被稱為IZA，sigma-2受體，DAP1)，孕酮受體膜組分2(PGRMC2)，神經(jīng)營養(yǎng)因子蛋白(neudesin，NENF)和細(xì)胞色素b5結(jié)構(gòu)域蛋白(neuferricin，CYB5D2),它們的氨基酸序列在脊椎動物中非常保守，從人類到斑馬魚。MAPR家族成員具有高度同源性的一級結(jié)構(gòu)，但有不同的定位模式，即neudesin和neuferricin都是分泌型蛋白，而PGRMC1和PGRMC2是單一的跨膜蛋白。它們都具有血紅素結(jié)合域，其生物活性依賴于血紅素與其Cyt-b5樣血紅素/類固醇結(jié)合域的結(jié)合[3]。

1 孕酮受體膜組分1(PGRMC1)

Meyer等人[4]首次從豬肝細(xì)胞中純化出一種高親和力的孕酮結(jié)合蛋白，后來稱為孕酮受體膜組分1(PGRMC1)。PGRMC1包含細(xì)胞色素b5結(jié)構(gòu)域，屬于在真核生物中廣泛存在的膜相關(guān)孕酮受體(MAPR)蛋白家族。PGRMC1主要在哺乳動物的肝臟和腎臟中表達(dá)，但也在類固醇生成和生殖組織、腦、乳腺、心臟、肺、骨骼肌、胰腺和其他器官中表達(dá)。通常，它與微粒體細(xì)胞色素P450(CYP)共同定位于平滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，但也定位于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、質(zhì)膜和線粒體[5]。近年來，人們關(guān)注PGRMC1在細(xì)胞存活、抗凋亡和損傷反應(yīng)中的作用。

在脂質(zhì)代謝過程中，PGRMC1調(diào)節(jié)膽固醇的合成，而Neudesin在脂肪形成中起作用。PGRMC1調(diào)節(jié)膽固醇/類固醇生物合成和代謝，通過調(diào)節(jié)鐵調(diào)素表達(dá)和鐵螯合酶活性來實(shí)現(xiàn)鐵穩(wěn)態(tài)和血紅素運(yùn)輸[6]。PGRMC1通過其細(xì)胞色素b5結(jié)合域和其他潛在結(jié)合伙伴(包括細(xì)胞色素P450)之間的相互作用來調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和增殖[7]。

有研究表明PGRMC1表達(dá)受二惡英等致癌物誘導(dǎo)[8]，它在乳腺癌和其他腫瘤中增加，促進(jìn)癌癥進(jìn)展，導(dǎo)致更差的預(yù)后[9]。PGRMC1在多種腫瘤中過表達(dá)，因而代表了癌癥進(jìn)展，是潛在的抗癌藥物重要生物標(biāo)志物。PGRMC-1在癌細(xì)胞增殖過程中以磷酸化和去磷酸化狀態(tài)存在[10]。最近的研究表明PGRMC1是細(xì)胞增殖的生物標(biāo)記物和用于抑制腫瘤發(fā)生的優(yōu)異的治療目標(biāo)。PGRMC1在卵巢癌和其他癌細(xì)胞中高表達(dá)，并被認(rèn)為在化療耐藥中起重要作用。越來越多的研究進(jìn)一步支持PGRMC1在藥物反應(yīng)中的作用和作為潛在的藥物靶點(diǎn)，例如PGRMC1增加了對酪氨酸激酶抑制劑AG-1478和厄洛替尼的易感性[11]，PGRMC1抑制阿霉素誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，表現(xiàn)出抗凋亡作用，并促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期進(jìn)入S期，PGRMC1過表達(dá)導(dǎo)致對阿奇霉素敏感的MES-SA細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，從而促進(jìn)其遷移和侵襲[12]。類固醇拮抗劑米非司酮(MIF)可通過上調(diào)PGRMC1的表達(dá)，有效地逆轉(zhuǎn)非典型抗精神病藥物(AAPD)誘導(dǎo)的脂質(zhì)紊亂[13]。

Shakeel等人的研究證實(shí)PGRMC1通過與兩種中樞自噬蛋白MAP1LC3(微管相關(guān)蛋白1輕鏈3，也稱為LC3)和UVRAG(抗紫外線相關(guān)/紫外線輻射相關(guān)基因)的相互作用促進(jìn)自噬[14]，研究發(fā)現(xiàn)PGRMC1、PGRMC2能抑制細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期[15]，Peluso等人[16]的研究表明PGRMC1和PGRMC2參與調(diào)節(jié)細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期的G1階段，耗盡細(xì)胞中的PGRMC1或PGRMC2會增加細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期但不會增加細(xì)胞增殖。PGRMC1和/或PGRMC2耗竭，細(xì)胞會在中期積累并經(jīng)歷細(xì)胞凋亡。因?yàn)镻GRMC1和PGRMC2都定位于有絲分裂紡錘體，它們的缺失可能是細(xì)胞在中期停滯的原因。

McCallum等人[17]的一項為期6個月的小鼠育種試驗(yàn)表明，與對照小鼠相比，消融PGRMC1的小鼠在6個月的繁殖試驗(yàn)中出生的窩總數(shù)顯著減少(P=0.041)，產(chǎn)生子宮內(nèi)膜囊腫，表明，PGRMC1在雌性生育能力和子宮組織穩(wěn)態(tài)中起著重要作用。

Ieldo等人[18]發(fā)現(xiàn)在體外抑制sigma-2/PGRMC1蛋白表達(dá)會導(dǎo)致外源性淀粉樣蛋白β寡聚體與神經(jīng)元的結(jié)合減少90%以上，sigma-2/PGRMC1在阿爾茨海默病患者的大腦中表達(dá)失調(diào)。使用sigma-2/PGRMC1受體拮抗劑可防止和逆轉(zhuǎn)淀粉樣蛋白β寡聚體對阿爾茨海默病小鼠模型中的認(rèn)知缺陷的影響。

2 孕酮受體膜組分2(PGRMC2)

人PGRMC2蛋白全長247個氨基酸。盡管它在結(jié)構(gòu)上與PGRMC1相似，但對PGRMC2的研究較少[19]。PGRMC2與PGRMC1有很強(qiáng)的同源性，在結(jié)構(gòu)上與PGRMC1具有相似的Cyt-b5結(jié)構(gòu)域，但在N端的跨膜區(qū)有所不同，這些高度同源的蛋白質(zhì)有許多共同的特性。PGRMC1和PGRMC2均定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。有研究表明[20]，在SKOV-3卵巢癌細(xì)胞中，PGRMC2可以抑制細(xì)胞遷移。PGRMC2還參與細(xì)胞周期調(diào)控[16]。

Intlekofer等人[21]研究發(fā)現(xiàn)，在對雌性生殖很重要的下丘腦核中檢測到編碼PGR、PGRMC1、PGRMC2和絲氨酸mRNA結(jié)合蛋白1(Serbp1，Pgrmc1的假定結(jié)合伙伴)的mRNA的高表達(dá)，這些孕激素信號分子的神經(jīng)解剖學(xué)分布表明PGRMC1和PGRMC2可能在神經(jīng)內(nèi)分泌功能中發(fā)揮作用。

3 神經(jīng)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Neudesin)

Neudesin最初被鑒定為一種具有神經(jīng)營養(yǎng)活性的小鼠分泌蛋白[22]，也被稱為神經(jīng)源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(NENF) 或候選癌基因GIG47。已在包括人類、小鼠和斑馬魚在內(nèi)的脊椎動物中發(fā)現(xiàn)了Neudesin基因，但未在無脊椎動物中發(fā)現(xiàn)，這表明Neudesin基因是脊椎動物特有的。人的Neudesin由172個氨基酸組成，與小鼠Neudesin有很高的相似性(約91%的同源性)[23]。Neudesin在神經(jīng)功能、腫瘤發(fā)生和能量代謝中發(fā)揮著多功能作用。

作為一種分泌蛋白，Neudesin的生理作用似乎與PGRMC1/2顯著不同，Neudesin的保守的細(xì)胞色素b5樣血紅素/類固醇結(jié)合域已被證明可以結(jié)合血紅素，并且是其活性所必需的，Neudesin對細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2的磷酸化受到百日咳毒素(PTX)(一種Gi/Go蛋白抑制劑)的抑制，表明其活性是通過激活MAPK(絲裂原活化蛋白激酶)和PI3K(磷脂酰肌醇3-激酶)途徑介導(dǎo)的，這可能與Gi/Go蛋白偶聯(lián)信號通路偶聯(lián)[23，24]。PGRMC1和PGRMC2有兩個保守的內(nèi)含子，表明它們是由一個共同的祖先基因產(chǎn)生的。相比之下，Neudesin具有非保守的內(nèi)含子。因此，Neudesin 在進(jìn)化上與MAPR家族的其他成員無關(guān)[25]。

在成年小鼠中，Neudesin優(yōu)先在中樞神經(jīng)系統(tǒng)脊髓中表達(dá)，但也在幾個外周組織中表達(dá)，小鼠的Neudesin mRNA在大腦的神經(jīng)元中表達(dá)，但在膠質(zhì)細(xì)胞中不表達(dá)。Neudesin對原代培養(yǎng)的小鼠神經(jīng)元有明顯的神經(jīng)營養(yǎng)活性，但對原代培養(yǎng)的小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞無促有絲分裂活性，表明它是一種神經(jīng)營養(yǎng)因子[24]。

有研究[23]分析了Neudesin在包括乳腺癌在內(nèi)的多種人類癌癥中的表達(dá)譜。結(jié)果表明Neudesin在包括子宮頸癌、淋巴瘤、結(jié)腸癌、肺癌、皮膚癌和白血病，以及乳腺癌中高度上調(diào)。此外，Neudesin的異位表達(dá)促進(jìn)了乳腺癌細(xì)胞的侵襲性和腫瘤發(fā)生。與非腫瘤個體相比，星形膠質(zhì)細(xì)胞腦腫瘤患者腦脊液中的Neudesin濃度更高[26]。

Byerly等人[27]通過大規(guī)模篩選，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)食物攝入的新的分泌型下丘腦蛋白Neudesin在調(diào)節(jié)食物攝入的下丘腦細(xì)胞核中強(qiáng)烈表達(dá)。通過腦室插管給予小鼠重組Neudesin可減少小鼠攝食量和體重，然而，在喂食高脂肪飲食(HFD)的肥胖小鼠中，Neudesin對食欲的抑制作用被取消，表明Neudesin功能的飲食依賴性調(diào)節(jié)。這些發(fā)現(xiàn)表明，Neudesin是食物攝取的重要中樞調(diào)節(jié)因子，可能涉及腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)和黑皮質(zhì)素信號傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)回路。Neudesin也在小鼠的白色脂肪組織(WAT)中大量表達(dá)[28]。它已被證明可顯著抑制培養(yǎng)3T3-L1前脂肪細(xì)胞的脂肪生成。RNA干擾抑制Neudesin生成可明顯促進(jìn)3T3-L1細(xì)胞的成脂作用，并抑制脂肪細(xì)胞分化過程中MAPK的活化，表明Neudesin可能是脂肪生成早期階段的負(fù)調(diào)節(jié)劑。 Ohta等人[29]發(fā)現(xiàn)給Neudesin基因敲除(KO)的小鼠喂食高脂飲食，交感神經(jīng)活動顯著增加，導(dǎo)致能量消耗和熱量產(chǎn)生增加，棕色脂肪組織中的產(chǎn)熱增加和脂肪酸氧化增加，白色脂肪組織中的脂解作用增強(qiáng)，這些發(fā)現(xiàn)表明Neudesin可能是交感神經(jīng)活性的負(fù)調(diào)節(jié)因子，肥胖和肥胖相關(guān)代謝功能障礙發(fā)生的一種新的調(diào)節(jié)因子。

Neudesin敲除(KO)小鼠的廣泛行為特征(運(yùn)動、情緒和認(rèn)知維度)顯示出焦慮樣行為。這種焦慮表型與多巴胺能輸入減少和腹側(cè)海馬齒狀回顆粒神經(jīng)元內(nèi)貧乏的樹突分支有關(guān)，在紋狀體(BNST)的床核中也觀察到較短的樹突，表明Neudesin在維持海馬焦慮回路中的作用[30]。

4 Neuferricin(CYB5D2)

Neuferricin也被稱為CYB5D2，以其通過抑制細(xì)胞增殖進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)元分化的作用命名,在中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心臟、腎上腺等組織中廣泛表達(dá)，Neuferricin是通過對neudesin的類細(xì)胞色素b5血紅素/類固醇結(jié)合結(jié)構(gòu)域進(jìn)行同源性搜索而發(fā)現(xiàn)的，小鼠Neuferricin由263個氨基酸組成，其血紅素結(jié)合區(qū)與Neudesin相似[31]。人Neuferricin全長264個氨基酸，與b型血紅素結(jié)合，定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

截止目前，對Neuferricin基因的功能研究報道還不是很廣泛。與轉(zhuǎn)染空載體(EV)的HeLa細(xì)胞相比，過表達(dá)Neuferricin可提高宮頸癌HeLa細(xì)胞在依托泊苷作用下的存活率[32]。Neuferricin的表達(dá)增加了化療藥物(紫杉醇、順鉑和阿奇霉素)對HeLa細(xì)胞的存活，其促進(jìn)存活的能力依賴于其與血紅素的結(jié)合能力[33]。過表達(dá)Neuferricin對人宮頸癌HeLa細(xì)胞具有增殖抑制、遷移抑制、侵襲抑制作用，Neuferricin可能通過上調(diào)E-cadherin(上皮細(xì)胞鈣黏蛋白)，逆轉(zhuǎn)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)的發(fā)生進(jìn)而抑制宮頸癌的侵襲與轉(zhuǎn)移[34]。

Neuferricin與乳腺癌(BC)的腫瘤抑制功能相關(guān)，Neuferricin過表達(dá)誘導(dǎo)乳腺癌MCF7細(xì)胞凋亡，Neuferricin敲低增強(qiáng)了MCF7細(xì)胞增殖。Ojo等人[35]通過對cBioPortal數(shù)據(jù)庫中的TCGA和Metabric數(shù)據(jù)集(n=817和n=2 509)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)Neuferricin下調(diào)降低了總生存率，并獨(dú)立預(yù)測乳腺癌患者的死亡。

綜上所述， MAPR家族中PGRMC1，PGRMC2，Neudesin和Neuferricin都有一個類似Cyt-b5的血紅素/類固醇結(jié)合結(jié)構(gòu)域，在幾個組織中廣泛表達(dá)，包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并且有重要的生理功能。雖然每個MAPR具有不同的功能，但它們都表現(xiàn)出與細(xì)胞分化和生存相關(guān)的活性，特別是在癌癥中，MAPR很可能成為治療性激素相關(guān)癌癥和疾病(如乳腺癌、卵巢癌、卵巢衰竭)的一個有前途的靶點(diǎn)。此外，PGRMC1和Neudesin在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的表達(dá)提示其在神經(jīng)疾病的治療中有潛在的作用。對MAPR的進(jìn)一步研究將為開發(fā)新的治療方法提供有用的線索。