動(dòng)物冷應(yīng)激相關(guān)蛋白和分子的最新研究進(jìn)展

王燕琴，孟寧生，韓 娜，智 宇

（1.集寧師范學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

動(dòng)物在寒冷環(huán)境中會面臨嚴(yán)重的挑戰(zhàn)， 如核心體溫下降、 能量消耗急劇增加以及血液流動(dòng)減少等。冷應(yīng)激對恒溫動(dòng)物來說可能是致命的，因?yàn)榧词故嵌虝旱妮p度冷暴露也會導(dǎo)致產(chǎn)熱及能量內(nèi)穩(wěn)態(tài)紊亂、氧化應(yīng)激和其他一系列反應(yīng)。寒冷條件下動(dòng)物體溫降低的直接后果是細(xì)胞內(nèi)整體水平上蛋白質(zhì)的合成受到抑制。 一些特定的蛋白質(zhì)表達(dá)水平被迅速上調(diào)， 以確保細(xì)胞在寒冷環(huán)境中的內(nèi)穩(wěn)態(tài)和生存。 棕色脂肪組織（brown adipose tissue，BAT） 的發(fā)育及其特征蛋白解偶聯(lián)蛋白1（uncoupling protein 1，UCP1，也被稱為熱原蛋白），可能是哺乳動(dòng)物進(jìn)化成功的決定性因素， 因?yàn)樗漠a(chǎn)熱作用提高了新生動(dòng)物的存活率， 即使在寒冷的環(huán)境中也能保持活躍的生命力。然而，與蛋白質(zhì)合成的普遍減少相反， 少數(shù)蛋白質(zhì)的合成， 如冷誘導(dǎo)RNA 結(jié)合蛋白 （cold-inducible RNA binding protein，CIRP）、RNA 結(jié)合基序蛋白3 （RNA-binding motif protein 3，RBM3）卻在冬眠動(dòng)物中增加。 筆者就冷應(yīng)激條件下動(dòng)物UCP、CIRP 以及RBM3 的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述， 以期為冷應(yīng)激蛋白分子領(lǐng)域的深入研究提供借鑒。

1 UCP

所有解偶聯(lián)蛋白（uncoupling protein，UCP）均位于細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上，其表達(dá)具有組織特異性。UCP1 是BAT 特有的， 其生理作用僅限于產(chǎn)熱；UCP2 在白色脂肪組織、骨骼肌、內(nèi)臟器官、免疫系統(tǒng)細(xì)胞和血管細(xì)胞中大量存在；UCP3 存在于骨骼肌細(xì)胞、BAT 和心肌細(xì)胞中；UCP4 和UCP5 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞中發(fā)揮作用。

1.1 UCP1

UCP1 的發(fā)現(xiàn)源于對BAT 產(chǎn)熱機(jī)制的研究。UCP1 的存在允許棕色脂肪細(xì)胞線粒體主動(dòng)呼吸，將底物產(chǎn)生的能量以熱量的形式消散。UCP1 屬于線粒體溶質(zhì)載體的SLC25 超家族， 它被長鏈脂肪酸激活，被Mg2+游離嘌呤核苷酸抑制。與短鏈脂肪酸陰離子相比， 長鏈脂肪酸陰離子更不容易從UCP1 中分離出來，這是因?yàn)樗鼈兊奶嘉捕水a(chǎn)生了強(qiáng)烈的疏水作用， 而且單個(gè)長鏈脂肪酸參與多個(gè)H+運(yùn)輸循環(huán)，因此，在長鏈脂肪酸（棕色脂肪產(chǎn)熱的內(nèi)源性激活因子） 存在的情況下，UCP1 可以有效地作為一個(gè)H+單孔發(fā)揮作用。除了運(yùn)輸功能外，長鏈脂肪酸還能夠競爭性地去除胞質(zhì)嘌呤核苷酸對UCP1 的抑制， 從而在生理?xiàng)l件下使H+通過UCP1 泄漏［1］。棕色和米色脂肪線粒體內(nèi)膜上的H+泄漏是產(chǎn)熱的原因，這種泄漏使線粒體H+梯度消散，并將底物氧化釋放的能量轉(zhuǎn)化為熱量。該種產(chǎn)熱方式主要依賴于UCP1 的活性， 它使穿過線粒體內(nèi)膜的質(zhì)子運(yùn)輸與ATP 的合成解偶。

對UCP1 基因敲除動(dòng)物的研究證實(shí)， 去甲腎上腺素誘導(dǎo)的棕色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱完全依賴于UCP1，動(dòng)物的適應(yīng)性腎上腺素能非顫抖性產(chǎn)熱現(xiàn)象完全依賴于UCP1 的存在， 任何一種冷適應(yīng)招募的非顫抖性產(chǎn)熱也是如此。 在小鼠體內(nèi)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)UCP1 缺失時(shí)，參與肌酸代謝的基因表達(dá)水平上調(diào)， 而經(jīng)典產(chǎn)熱基因的表達(dá)水平則隨著肌酸代謝的中斷而增加， 這表明肌酸依賴和UCP1的產(chǎn)熱之間存在代償關(guān)系。 當(dāng)UCP1 缺失時(shí)，肌酸對冷誘導(dǎo)產(chǎn)熱的貢獻(xiàn)比UCP1 存在時(shí)更大。 最近，Hou 等［2］通 過 鼠UCP1 和 豬 過 氧 化 物 酶 體 增 殖 物激活受體共激活因子-1 α（peroxisome proliferatoractivated receptor coactivator-1α，PGC-1αc）的共同過表達(dá)修復(fù)豬脂肪細(xì)胞中的UCP1 基因缺陷，UCP1 基因通過腺苷單磷酸活化蛋白激酶-脂素1（adenosine monophosphate -activated protein kinase-sirtuin1，AMPK-SIRT1）通路增加了豬PGC-1α 的活性；活性形式的PGC-1α 與轉(zhuǎn)錄因子,LIM同源盒基因8（LIM homeobox 8，Lhx8）、過氧化物酶體增殖激活受體α（peroxisome proliferator-activated receptor α，PPARα）等相互作用，調(diào)節(jié)線粒體能量代謝和棕色脂肪細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)。

鳥類和蜥蜴體內(nèi)缺乏UCP1 基因。 鳥類UCP可能是一個(gè)關(guān)鍵的蛋白質(zhì)，它通過預(yù)防活性氧（reactive oxygen species，ROS）造成的損傷，可能發(fā)揮生態(tài)和進(jìn)化方面的作用。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蜂鳥處于休眠狀態(tài)（即體溫降低到15.8 ℃）和重新升溫時(shí)，心臟中的鳥類UCP 基因表達(dá)水平增加［3］。 鳥類UCP可以有效控制蜂鳥在復(fù)溫過程中ROS 的產(chǎn)生，該種控制過程在蜂鳥的長途遷徙飛行中也可能具有生理意義。在體外誘導(dǎo)條件下，從雞胚胎肢芽分離的間充質(zhì)細(xì)胞分化為鳥棕色脂肪細(xì)胞樣細(xì)胞，具有最終分化棕色脂肪細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和許多生化特性。在缺乏BAT 和UCP1 的情況下，骨骼肌被認(rèn)為是鳥類非顫抖性產(chǎn)熱的主要部位。研究發(fā)現(xiàn)，帝企鵝在第一次冷水浸泡之前， 骨骼肌線粒體中沒有功能性UCP， 而在實(shí)驗(yàn)浸泡或自然適應(yīng)海洋生物后會產(chǎn)生適應(yīng)性產(chǎn)熱， 并且骨骼肌線粒體中也能檢測到功能性UCP 的存在［4］。

1.2 低溫條件下調(diào)控UCP1 的因素

1.2.1 PARP12

聚（ADP-核糖）聚合酶［poly-（ADP-ribosyl）polymerases，PARPs］是一類以NAD+為底物，通過附著ADP-核糖修飾靶蛋白的酶。 PARPs 的調(diào)控與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)， 如DNA 修復(fù)。 PARP12 是PARPs 家族的一個(gè)成員，具有抗病毒功能，并參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯和炎癥反應(yīng)。 雖然目前尚未有報(bào)道證實(shí)PARPs 參與冷應(yīng)激條件下的產(chǎn)熱，但是研究發(fā)現(xiàn)PARP12 在BAT 中高度表達(dá)，并主要定位于線粒體。 體外敲除PARP12 基因可降低UCP1的表達(dá)。 缺乏PARP12 會抑制棕色脂肪細(xì)胞的線粒體呼吸作用， 而過表達(dá)PARP12 則會逆轉(zhuǎn)該種作用，因此，冷環(huán)境下PARP12 可能通過UCP1 參與機(jī)體的產(chǎn)熱反應(yīng)［5］。

1.2.2 FGF21

成纖維細(xì)胞生長因子21 （fibroblast growth factor 21，F(xiàn)GF21） 調(diào)節(jié)棕色脂肪細(xì)胞的分化。UCP1-FGF21 雙敲除小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí)了正常冷馴化過程中UCP1 和FGF21 都不是防御體溫降低或維持能量代謝和體重所必需的。 暴露于低溫后，F(xiàn)GF21 上調(diào)UCP1 和過氧化物酶體增殖物激活受體γ 共激活因子-1α （peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1α，PGC-1α）的表達(dá)水平，從而促進(jìn)脂肪組織產(chǎn)熱。FGF21 及其類似物已被證明可以導(dǎo)致能量消耗增加和BAT 產(chǎn)熱，并改善葡萄糖和脂質(zhì)代謝。 FGF21 可能通過UCP1 依賴和UCP1 獨(dú)立的作用來調(diào)節(jié)BAT 活性［6］，F(xiàn)GF21也可以直接靶向BAT，F(xiàn)GF21 對BAT 的信號是急性胰島素敏感性作用所必需的［7］。

1.2.3 褪黑素

褪黑素通過增加UCP1 的表達(dá)和產(chǎn)生熱量來提高耐寒性。此外，褪黑素可緩解高脂肪飲食誘導(dǎo)的體重增加、胰島素抵抗、脂肪細(xì)胞肥大、炎癥和肝臟脂肪變性，并增加能量消耗。值得注意的是，褪黑素導(dǎo)致能量代謝的轉(zhuǎn)變，有利于脂肪的利用［4］。

牛頓運(yùn)動(dòng)學(xué)定律是離散顆粒模型的基礎(chǔ)，接觸力計(jì)算是核心，開發(fā)合理的接觸模型一直是離散顆粒模型研究的焦點(diǎn)。根據(jù)處理接觸方式的不同，主要有硬球模型和軟球模型，如圖1所示。

1.3 UCP2 和UCP3

在解偶聯(lián)蛋白中，UCP1 是唯一能夠介導(dǎo)適應(yīng)性非顫抖性產(chǎn)熱的蛋白。 雖然UCP2、UCP3 和UCP1 具有高度的序列一致性（在人類和小鼠中接近60%）（見表1、表2），但是UCP2 和UCP3 只有輕度的解偶聯(lián)活性。無論UCP2 和UCP3 在重組系統(tǒng)中或在異位表達(dá)時(shí)表現(xiàn)出的解偶能力如何，它們在生理學(xué)作用上都不能替代UCP1。 UCP1 在冷適應(yīng)時(shí)表達(dá)增加， 而這種簡單的關(guān)系在UCP2 和UCP3 中是看不到的。 與UCP1 在適應(yīng)性產(chǎn)熱中發(fā)揮的重要作用相比，UCP2 和UCP3 在調(diào)節(jié)能量代謝中并沒有發(fā)揮主要作用。 在5 ℃條件下暴露48 h 的大鼠中， 也觀察到BAT 中UCP2 和UCP3基因表達(dá)上調(diào)。 此外，據(jù)報(bào)道，冷暴露48 h 和24 h后， 大鼠骨骼肌中UCP2 和UCP3 的表達(dá)均增加。在心肌線粒體中，ATP/ADP 反向轉(zhuǎn)運(yùn)體負(fù)責(zé)寒冷條件下（6 ℃，48 h）大鼠機(jī)體大部分的溫度調(diào)節(jié)解偶，而其余的溫度調(diào)節(jié)解偶可能由UCP2 提供［3］。

表1 不同物種間UCP1 蛋白質(zhì)序列相似度 單位：%

表2 同一物種UCP1、UCP2、UCP3 蛋白質(zhì)序列相似度 單位：%

2 HSPs

熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）在所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高度保守， 并通過促進(jìn)新合成蛋白質(zhì)的精確折疊和變性蛋白質(zhì)在各種細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外應(yīng)激條件下的重新折疊來參與蛋白質(zhì)質(zhì)量控制，這些條件包括溫度的突然變化、暴露于高水平的ROS， 以及影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的細(xì)胞損傷。

HSPs 是一個(gè)按分子量分類的分子伴侶大家族，包括HSP27、HSP40、HSP60、HSP70 和HSP90［8］。在大多數(shù)生物中，包括古細(xì)菌，至少有一個(gè)HSP70蛋白被發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)生物具有多個(gè)成員，比如人類HSP70 家族至少由8 個(gè)成員組成［9］。 低溫能夠引起HSP 基因mRNA 表達(dá)水平的改變， 尤其是對HSP70 基因的影響較大。 冷應(yīng)激使人體淋巴細(xì)胞HSP70 水平明顯增高。研究表明，急性冷應(yīng)激使肉仔雞十二指腸HSP90 水平降低，使雄性鵪鶉脾臟中HSP70 基因mRNA 相對表達(dá)量升高［10］。 冷暴露后小鼠肝臟和AML12 細(xì)胞中HSP70 和HSP90 表達(dá)明顯增加［9］。 雞在溫度為（12±1）℃的應(yīng)激處理后，HSP70、HSP60、HSP40 以 及HSP27 基 因 的mRNA 表達(dá)水平較對照組顯著（P＜0.05）升高，相對而言，HSP90 基因mRNA 表達(dá)水平和蛋白表達(dá)量顯著（P＜0.05）降低，并且隨著應(yīng)激時(shí)間增加呈逐漸降低的趨勢。有趣的是，有學(xué)者證明36 ℃急性熱應(yīng)激處理6 h 后， 肉雞HSP90 水平迅速上調(diào)［11］，說明在不同的應(yīng)激條件下， 不同的HSP 被啟動(dòng)。多囊卵巢形成過程中HSP90 被激活。 冷應(yīng)激可能通過激活大鼠卵巢HSP90 改變激素受體表達(dá)和血清生殖激素水平，參與多囊卵巢的誘導(dǎo)。

3 細(xì)胞因子

除了相關(guān)蛋白之外，不少細(xì)胞因子和微RNA（microRNAs，miRNAs）也會因?yàn)槔浔┞栋l(fā)生變化。細(xì)胞因子幾乎參與免疫和炎癥的各個(gè)方面， 包括先天免疫、抗原呈遞、骨髓分化和激活以及黏附分子表達(dá)。 研究表明，冷應(yīng)激處理后大鼠心臟組織、雞肝臟組織損傷嚴(yán)重， 冷應(yīng)激還可導(dǎo)致小鼠海馬組織炎癥［12］。 冷應(yīng)激可加重脂多糖（lipopolysaccharide，LPS） 誘導(dǎo)的小鼠急性肺損傷模型的炎癥反應(yīng)［13］，在暴露于冷應(yīng)激的小鼠肺臟中，支氣管肺泡和肺組織中的炎癥細(xì)胞增加約2 倍， 肺組織中性粒細(xì)胞浸潤和炎癥程度明顯增加。 諸多證據(jù)表明，冷應(yīng)激能夠引起動(dòng)物機(jī)體各部位的損傷，相應(yīng)地，各種炎性細(xì)胞因子被調(diào)動(dòng)以增強(qiáng)免疫功能，從而減輕急性冷應(yīng)激引起的不良影響。

暴露于冷應(yīng)激的小鼠肺組織中，IL-12、IL-17水平升高［14］。 以低于正常飼養(yǎng)溫度3 ℃、間隔1 d冷刺激6 h 后， 肉仔雞IL-2、IL-6、IL-8、IL-17 以及IFN-γ 的表達(dá)水平明顯增加， 冷應(yīng)激后， 心臟TNF-α 水平較對照組升高［15］。

4 RBPs

RNA 結(jié)合蛋白 （RNA binding proteins，RBPs）在基因轉(zhuǎn)錄和翻譯、mRNA 前加工和轉(zhuǎn)運(yùn)、mRNA降解以及非編碼RNA 加工等方面具有重要作用。在冷應(yīng)激反應(yīng)中表達(dá)的RBPs， 如CIRP、RBM3 可以調(diào)節(jié)冬眠哺乳動(dòng)物的RNA 穩(wěn)定性和翻譯，使體溫在冬眠期間從37 ℃降低到低至0～5 ℃。CIRP 和RBM3 主要存在于細(xì)胞核中， 起到調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄或與mRNA 結(jié)合進(jìn)行轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的作用， 但是在生理或應(yīng)激條件下，CIRP 和RBM3 可在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間穿梭。

4.1 CIRP

CIRP 和RBM3 都是應(yīng)激反應(yīng)基因，它們的表達(dá)受到多種應(yīng)激條件的誘導(dǎo)， 冷應(yīng)激是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的可以增加CIRP 和RBM3 基因表達(dá)的條件。CIRP 是哺乳動(dòng)物中最早發(fā)現(xiàn)的暴露于輕度冷休克后表達(dá)上調(diào)的冷休克蛋白之一， 它不僅參與亞低溫條件下的抗凋亡過程， 還能保護(hù)細(xì)胞免受紫外線輻射和缺氧誘導(dǎo)的衰老過程。 與大多數(shù)蛋白質(zhì)不同，CIRP 在冷刺激下快速上調(diào)。 在應(yīng)激條件下，CIRP 可以通過選擇性啟動(dòng)子的自轉(zhuǎn)錄激活上調(diào)其表達(dá)。 CIRP 的定位受細(xì)胞類型和細(xì)胞類型對不同應(yīng)激源的特異性反應(yīng)的影響。研究表明，冷應(yīng)激增加正常人類支氣管上皮細(xì)胞中CIRP 的表達(dá)，并通過Toll 樣受體4 （Toll-like receptor 4，TLR4）信號通路介導(dǎo)氣道黏蛋白的產(chǎn)生。 CIRP 主要定位于細(xì)胞核，而TLR4 位于細(xì)胞質(zhì)膜上，NF-κB 是細(xì)胞質(zhì)信號分子［19］，冷應(yīng)激下CIRP 極有可能從細(xì)胞核遷移到細(xì)胞質(zhì)中。 輕度寒冷反應(yīng)元件和SP1 的過度表達(dá)不僅增加CIRP 基因5′側(cè)翼區(qū)域與SP1相關(guān)的CIRP 表達(dá)，而且還會導(dǎo)致CIRP 從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。 CIRP 從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)后，通過穩(wěn)定特定的mRNA 并促進(jìn)其翻譯，幫助細(xì)胞適應(yīng)新的環(huán)境條件。

細(xì)胞分裂周期各階段的進(jìn)展由不同的細(xì)胞周期蛋白和細(xì)胞周期蛋白依賴激酶 （cyclin-dependent kinases，CDKs） 復(fù) 合 物 調(diào) 節(jié)，CDKs 抑 制 劑p27Kip1 在控制細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期退出中起著核心作用。 CIRP 能夠選擇性地結(jié)合到p27Kip1 mRNA 的5′-UTR。 在亞低溫處理的細(xì)胞中，CIRP的誘導(dǎo)與p27Kip1 5′-UTR 報(bào)告基因翻譯量的增加以及p27Kip1 蛋白的積累有關(guān)［20］。 在轉(zhuǎn)錄水平上，小鼠CIRP 基因的一個(gè)核心啟動(dòng)子和一個(gè)替代啟動(dòng)子在亞低溫下被激活。此外，選擇性剪接也是CIRP 應(yīng)對冷脅迫的重要途徑之一。 倉鼠是一種非冬眠動(dòng)物， 在心臟中表達(dá)一段較長的CIRP 轉(zhuǎn)錄本， 該轉(zhuǎn)錄本的開放閱讀框 （open reading frame，ORF）中有一個(gè)額外的插入，其中包含的終止密碼子可能會導(dǎo)致翻譯產(chǎn)物的截?cái)嗪彤惓?。相比之下，冬眠?dòng)物主要表達(dá)具有完整ORF 的短亞型轉(zhuǎn)錄本。 研究表明人工低溫可以在一定程度上促進(jìn)長亞型轉(zhuǎn)錄本向短功能性亞型的轉(zhuǎn)變［21］。 通過在冬眠動(dòng)物模型行地松鼠中進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄/翻譯調(diào)節(jié)和亞細(xì)胞定位分析，研究者發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)冬眠喚醒周期中，肝臟、骨骼肌和BAT 中的CIRP 蛋白水平上調(diào)， 而RBM3 蛋白水平保持不變或下降， 表明CIRP 在冬眠應(yīng)激反應(yīng)中起著重要作用［22］。 急性或慢性冷暴露會加劇慢性炎癥性氣道疾病， 如慢性阻塞性肺病和哮喘。 低溫可通過CIRP 介導(dǎo)的mRNA 穩(wěn)定性和蛋白質(zhì)翻譯的增加， 誘導(dǎo)氣道炎癥反應(yīng)和過量黏液的產(chǎn)生。與健康受試者相比，慢性阻塞性肺病患者和慢性氣道炎癥大鼠的CIRP基因和蛋白質(zhì)水平顯著升高［23］。 低溫誘導(dǎo)的CIRP過表達(dá)和易位依賴于體外精氨酸甲基化。 急性冷暴露上調(diào)C2C12 小鼠成肌細(xì)胞中的CIRP，CIRP通過AKT 信號通路調(diào)節(jié)糖代謝，維持骨骼肌細(xì)胞的能量平衡，從而減緩骨骼肌細(xì)胞的凋亡［24］。冷應(yīng)激激活了TRPM8/（Ca）/PKCα/糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）信號級聯(lián)，抑制該信號通路可減弱CIRP 由細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)的遷移， 但不能減少冷應(yīng)激誘導(dǎo)的CIRP 過表達(dá)。 降低CIRP 表達(dá)或阻斷CIRP 在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的遷移均可顯著降低炎癥因子的表達(dá)。

4.2 RBM3

冷應(yīng)激對寒冷地區(qū)動(dòng)物的主要危害是機(jī)體代謝變化和蛋白質(zhì)合成抑制。 RBM3 是一種特殊的冷休克蛋白，在低溫反應(yīng)中迅速上調(diào)，以抵抗冷應(yīng)激造成的不利影響。 RBM3 在各器官和組織中均有高表達(dá)， 如熊在冬眠時(shí)的心臟、 肝臟和骨骼肌等， 這些證據(jù)表明RBM3 在適應(yīng)寒冷的過程中起著調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵作用［25］。

亞低溫對減少腦神經(jīng)損傷的積極作用已經(jīng)得到證實(shí)， 這與亞低溫下RBM3 的神經(jīng)保護(hù)作用密不可分。 RBM3 在神經(jīng)元中以超敏感的方式對溫度變化做出反應(yīng)。當(dāng)母鼠在孕期受到冷應(yīng)激時(shí)，胚胎鼠大腦中RBM3 的表達(dá)增加。 Yes 關(guān)聯(lián)蛋白1（Yes associated protein 1，YAP1） 是RBM3 的下游靶 點(diǎn)，YAP1 mRNA 的3′-UTR 有7 個(gè)RBM3 的RNA 結(jié)合位點(diǎn)。 RBM3 與YAP1-3′-UTR 結(jié)合，調(diào)節(jié)其穩(wěn)定性［26］。 在朊病毒感染和阿爾茨海默病模式小鼠中， 突觸再生能力下降與RBM3 誘導(dǎo)能力的喪失一致。 通過低溫處理提高內(nèi)源性RBM3 水平或通過RBM3 過表達(dá)， 可以防止行為缺陷和神經(jīng)元丟失， 并能夠顯著延長朊病毒感染和阿爾茨海默病模式小鼠的生存期。 在冷應(yīng)激條件下，RBM3 基因敲除小鼠的胚胎大腦表現(xiàn)出異常的神經(jīng)元分化。 RBM3 在神經(jīng)元細(xì)胞中的上調(diào)被認(rèn)為與低溫誘導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)有關(guān)。 小鼠海馬體切片培養(yǎng)物、海馬神經(jīng)元細(xì)胞（HT-22）的單培養(yǎng)物以及HT-22 神經(jīng)元細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞（BV-2）的直接共培養(yǎng)物中，RBM3 基因的mRNA 和蛋白表達(dá)水平都因中度低溫暴露而顯著上調(diào)［27］。

RBM3 在應(yīng)激條件下具有良好的細(xì)胞保護(hù)作用，RBM3 以多種方式促進(jìn)整體轉(zhuǎn)錄和翻譯，使細(xì)胞對環(huán)境信號作出迅速反應(yīng)。 RBM3 作為應(yīng)激反應(yīng)蛋白， 參與多種應(yīng)激條件下的細(xì)胞生理過程，如冷應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、缺氧、輻射和某些疾病狀態(tài)［28-30］。 過表達(dá)RBM3 可減少成肌細(xì)胞中星形孢菌素誘導(dǎo)的凋亡、線粒體膜電位崩潰和H2O2誘導(dǎo)的壞死。 RBM3 保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受缺氧、缺血及其他代謝和疾病狀態(tài)引起的死亡。亞低溫條件下，轉(zhuǎn)錄因子NF-κB p65 在Ser276 位點(diǎn)磷酸化，并通過與啟動(dòng)子區(qū)域內(nèi)的特定元素結(jié)合激活RBM3 基因轉(zhuǎn)錄以應(yīng)對低溫，提高蛋白值表達(dá)水平，抑制細(xì)胞凋亡。 亞低溫介導(dǎo)的RBM3 高表達(dá)抑制了細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)，咖啡因酸苯乙酯（可特異性抑制NF-κB p65 從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)運(yùn)） 介導(dǎo)的RBM3 缺失可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 以上說明NF-κB p65 是RBM3 表達(dá)的中心誘導(dǎo)因子，負(fù)責(zé)防止細(xì)胞凋亡。NF‐κB p65 的磷酸化增強(qiáng)了其自身的核易位和激活RBM3 轉(zhuǎn)錄的能力［31］。研究表明，低溫條件下FAK/SRC 信號軸調(diào)節(jié)SH‐SY5Y 細(xì)胞中的RBM3轉(zhuǎn)錄［29］。此外，在RBM3 的5′前導(dǎo)序列中有一個(gè)內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)， 它可以招募核糖體增強(qiáng)其表達(dá)，這表明RBM3 可以增強(qiáng)自身翻譯，而不需要大量自身轉(zhuǎn)錄本。 RBM3 的增加抑制了細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2 的Thr202/Tyr204 位點(diǎn)的磷酸化，減少了產(chǎn)前冷應(yīng)激母體中的細(xì)胞凋亡。 增加RBM3有助于減少氧化應(yīng)激， 從而在冬眠期間保持熊的肌肉數(shù)量不變。同時(shí)，過表達(dá)RBM3 可減少骨骼肌成肌細(xì)胞在冷暴露下的凋亡和壞死［32］。 RBM3 水平迅速上升， 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞對冷應(yīng)激的反應(yīng)中發(fā)揮著獨(dú)特的作用。

冷暴露容易導(dǎo)致新生動(dòng)物冷應(yīng)激，生長緩慢，甚至死亡。 O-乙酰葡糖胺糖基化修飾 （O-Glc-NAcylation，O-GlcNAc） 是一種非典型的O-糖基化，在多種應(yīng)激反應(yīng)中可作為一種“應(yīng)激受體”和“營養(yǎng)傳感器” 參與多種細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 在冷暴露下，仔豬肝臟O-GlcNAc 水平升高，細(xì)胞凋亡增加， 提示急性冷暴露誘導(dǎo)O-GlcNAc?；桨l(fā)生順序變化，這可能與通過O-Glc-NAc/AKT 通路介導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡和葡萄糖代謝調(diào)控有關(guān)［33］。 RBM3 促進(jìn)急性冷暴露小鼠骨骼肌AKT的激活，增強(qiáng)糖代謝，減少細(xì)胞凋亡［34］。

4.3 寒冷條件下影響RBPs 表達(dá)的因素

4.3.1 瞬時(shí)受體電位 （transient receptor potential，TRP）通道蛋白

CIRP 和RBM3 的誘導(dǎo)依賴于TRPV4 通道蛋白， 但似乎與其離子通道活性無關(guān)。 除了TRPV4外，TRPV3 和TRPM8 也是誘導(dǎo)RBPs 所必需的。研究者以TRPV4 基因敲除小鼠的肺組織建立細(xì)胞系，并分析其誘導(dǎo)RBPs 的情況。 TRPV4 拮抗劑RN1734 在野生型小鼠細(xì)胞中發(fā)揮抑制誘導(dǎo)作用，但在TRPV4 基因敲除消除的肺細(xì)胞中不發(fā)揮抑制誘導(dǎo)作用。 TRPV3 通道阻滯劑S408271 和TRPM8 通道阻滯劑AMTB 以及針對TRPV3 和TRPM8 的干擾小RNA（small interfering RNA，siRNA）抑制了小鼠TRPV4 敲除細(xì)胞和人U-2 OS 細(xì)胞中RBPs 的誘導(dǎo)［35］。

4.3.2 網(wǎng)狀蛋白-3（reticulon-3，RTN-3）

RBM3 已經(jīng)被證明在介導(dǎo)突觸修復(fù)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但編碼冷休克蛋白的miRNA 逃脫抑制的機(jī)制尚不清楚，因此，研究人員將重點(diǎn)放在了另一種冷休克蛋白上。RTN3 是一種作用于突觸形成的網(wǎng)狀蛋白，在冷壓力下，蛋白質(zhì)合成速率的整體下降與翻譯組的選擇性重編程有關(guān)， 此時(shí)特定蛋白質(zhì)，包括RBM3 和RTN3 的合成也增強(qiáng)了。

神經(jīng)保護(hù)冷休克蛋白在正常新生嚙齒類動(dòng)物的大腦中含量豐富， 但隨著神經(jīng)發(fā)育年齡的增長而減少， 在成年鼠類動(dòng)物的大腦中含量較低或不存在。 與其他年齡段相比， 嬰兒大腦中RBM3、RTN3 和CIRP 的蛋白質(zhì)水平最高，在成人大腦中卻很低甚至沒有［36］。 RBM3 結(jié)合RTN3 mRNA，并在驅(qū)動(dòng)低溫誘導(dǎo)的RTN3 表達(dá)上調(diào)中發(fā)揮重要作用， 低溫誘導(dǎo)的翻譯組重編程最終導(dǎo)致RTN3 的上調(diào)。 這些結(jié)果使得RNT3 被作為一種候選的冷休克蛋白。RTN3 既能避免低溫誘導(dǎo)的平動(dòng)伸長抑制，又能與RBM3 結(jié)合，從而驅(qū)動(dòng)RTN3 表達(dá)的增加。 在小鼠中，RTN3 表達(dá)的降低消除了冷卻誘導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)［37］。

5 小結(jié)與展望

在非冷應(yīng)激條件下， 也有很多因素影響UCP1、CIRP 以及RBM3 等冷應(yīng)激蛋白的表達(dá)。 比如，IL-1β 能夠抑制異丙腎上腺素誘導(dǎo)的C3H10T1/2 脂肪細(xì)胞UCP1 mRNA 的表達(dá)，該種作用通過抑制細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）被部分消除。 IL-1β也抑制異丙腎上腺素誘導(dǎo)的UCP1 啟動(dòng)子和與cAMP 反應(yīng)元件結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子的激活。肥胖脂肪組織中IL-1β 的上調(diào)通過激活脂肪細(xì)胞中ERK抑制β-腎上腺素能受體 （β-adrenergic receptor，β-AR）誘導(dǎo)的UCP1 表達(dá)。 此外，研究表明，細(xì)胞外CIRP 水平升高與新型冠狀病毒感染的肺炎（COVID-19）引起的急性呼吸衰竭有關(guān)，后期可以通過研究確定針對細(xì)胞外CIRP、RBM3 等冷休克蛋白的治療是否能降低COVID-19 引起的急性呼吸衰竭的風(fēng)險(xiǎn)［38］。