范 玉 貞

(衡水學院 生命科學學院，河北 衡水 053000)

脂筏與細胞信號轉(zhuǎn)導

范 玉 貞

(衡水學院 生命科學學院，河北 衡水 053000)

論述了脂筏的組成、結(jié)構(gòu)與功能，脂筏在細胞信號轉(zhuǎn)導正負調(diào)控、T細胞的信號轉(zhuǎn)導、精子膜的信號轉(zhuǎn)導過程中的作用及其機制.小窩蛋白及其參與的信號轉(zhuǎn)導過程與葡萄糖運輸、糖尿病及其并發(fā)癥有密切關(guān)系.

脂筏；細胞信號；轉(zhuǎn)導；調(diào)控

自從1972年，由美國的Singer和Nicoson提出了“液態(tài)鑲嵌模型”以后，該模型是人們理解膜結(jié)構(gòu)和功能的經(jīng)典理論基礎(chǔ).它強調(diào)了膜的流動性和膜蛋白質(zhì)在膜脂中分布的不對稱性，但是隨著對膜結(jié)構(gòu)與功能研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)膜脂的分布也是不對稱和不均一的.不同膜微區(qū)具有不同膜脂與蛋白質(zhì)組成，因而具有不同的理化性質(zhì)及生物學功能.實際上生物膜是一個由許多不同微區(qū)組成的微觀上相對獨立而宏觀上絕對聯(lián)系的對立統(tǒng)一體系，正是這種特殊的膜體系才能使膜具有復雜而多變的功能.1988年Smon提出了脂筏(lipidraft)的概念.2001年在西班牙召開了歐洲研討會，會議期間對膜的微區(qū)、脂筏及小窩作了專題討論.脂筏是指膜脂質(zhì)雙層內(nèi)含有特殊脂質(zhì)與蛋白質(zhì)的微區(qū)，直徑約為50 ~ 350 nm，微區(qū)內(nèi)陷可形成囊泡(胞膜窖或小窩).脂筏不僅存在于細胞質(zhì)膜上，而且高爾基體膜上也有脂筏[1].

1 脂筏的組成、結(jié)構(gòu)及功能

在脂雙層的不同區(qū)域有不同的脂筏，而且這些脂筏是運動的.脂筏可能有3類：小窩、富含糖鞘脂膜區(qū)、富含多磷酸肌醇膜區(qū).不同的脂筏有其各自特異的蛋白質(zhì)，所含脂質(zhì)也不完全相同，并且有不同的功能.脂筏的主要成分是鞘磷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂及膽固醇.由于鞘磷脂含有長鏈飽和脂肪酸，與膽固醇相互作用成一種有序脂質(zhì)相，其相變溫度(Tm)較高，使脂膜的流動性降低而穩(wěn)定性增加.脂筏周圍的膜區(qū)含有較多的不飽和脂肪酸，Tm溫度較低，這樣膜的脂筏區(qū)與非脂筏區(qū)就出現(xiàn)了分相.正是因為脂筏區(qū)組成及性質(zhì)的特點，使得這種膜結(jié)構(gòu)不溶于低溫的(4 ℃)非離子去污劑 Trition X1-00，結(jié)果在密度梯度離心時象筏一樣“浮”在最上層，使人們由此發(fā)現(xiàn)并定義了脂筏.

小窩(caveolae)是脂筏中最主要的一種，形態(tài)多樣，有瓶型、囊泡型及管型，但多數(shù)是瓶型.在細胞表面有開放型、如形成胞吐囊泡，也有封閉型，如形成胞吞囊泡[2].小窩表面被曲紋覆蓋，曲紋主要由小窩蛋白(caveolin)與膽固醇結(jié)合而成，膽固醇與小窩蛋白的比例是4.5︰1，小窩蛋白是小窩的標志蛋白[3].

脂筏上的蛋白質(zhì)分子密度為2×104個/m2，有的蛋白質(zhì)跨膜是直接插入膜脂，但更多的蛋白質(zhì)是通過?；闹舅岵迦胫ぶ?經(jīng)實驗證明，在小窩區(qū)含有棕櫚?；岸罐Ⅴ；牡鞍踪|(zhì).如果除去脂筏上的膽固醇，會使大多數(shù)蛋白質(zhì)與脂筏解離，并且脂筏也喪失功能.脂筏中的蛋白質(zhì)主要有小窩蛋白、浮艦蛋白、GPI-錨定蛋白、受體與配體蛋白.受體酪氨酸激酶、G蛋白、一氧化氮合酶等多種信號分子.脂筏不但參與細胞的許多生理過程：信號轉(zhuǎn)導、跨細胞轉(zhuǎn)運、胞飲與細胞內(nèi)蛋白質(zhì)分選等，而且也參與多種病理過程：介導細菌、毒素及病毒的內(nèi)吞、心血管疾病、腫瘤等.

2 脂筏與細胞信號轉(zhuǎn)導

2.1 脂筏與細胞信號轉(zhuǎn)導的正調(diào)控

由于脂筏內(nèi)含有眾多的信號分子，而且它們參與許多信號轉(zhuǎn)導途徑，說明脂筏在信號轉(zhuǎn)導過程中起關(guān)鍵作用.特定信號分子在脂筏和小窩中的分區(qū)定位，使脂筏成為一個聚集信號分子參與并調(diào)控信號轉(zhuǎn)導的平臺.因為參與相同信號途徑的受體、配體、偶合因子、效應酶及底物等位于同一個脂筏區(qū)域，致使各個信號分子在空間上彼此靠近，這樣不但有利于信號分子之間的相互作用，而且使信號轉(zhuǎn)導事件能快速有效地進行.此外，脂筏內(nèi)特殊的微環(huán)境也影響其中的信號分子，有利于它們的構(gòu)象變化并形成有活性的空間結(jié)構(gòu).這種嚴格定位還能限制受體與其他信號通路的分子相互作用，提高了信號轉(zhuǎn)導事件發(fā)生的特異性，同時也阻止了非特異性信號的發(fā)生[4].

盡管脂筏和小窩的大小限制了所含信號分子的數(shù)量，一個脂筏可能只含有某一類信號分子，行使某一特定的功能.但是如果有外界刺激(膜外配體、抗體、激素、植物凝集素、胞內(nèi)骨架成分等物質(zhì)存在時)，均能啟動脂筏移動與聚集.聚集使脂筏增大，一種或多種脂筏融合成簇，使原來處于非脂筏區(qū)或不同脂筏所包含的信號分子復合物集中到同一細胞膜結(jié)構(gòu)域，形成一個高度有序的預組裝信號傳遞復合物，為多種信號轉(zhuǎn)導的放大與調(diào)制提供了空間調(diào)控平臺.在這種模式中，脂筏能夠募集非脂筏區(qū)或不同脂筏和信號途徑的信號分子，這有助于信號通路之間的對話與交叉作用.

2.2 脂筏與細胞信號轉(zhuǎn)導的負調(diào)控

脂筏不僅對細胞信號轉(zhuǎn)導具有正調(diào)控作用，而且也有負調(diào)控作用，這符合生物體內(nèi)的調(diào)控規(guī)律，并使其滿足細胞生命活動的需要.如某些脂筏蛋白的磷酸化激活可能具有負調(diào)控作用.脂筏也有可能通過聚集失活的信號蛋白，實現(xiàn)對信號轉(zhuǎn)導的負調(diào)控.研究表明，EB病毒潛伏蛋白 2A(LMP2A)存在于脂筏中，磷酸化的LMP2A能阻斷B細胞受體(BCR)的信號轉(zhuǎn)導通路.

小窩蛋白是分子量21 ~ 24 kD的膜鑲嵌蛋白.因為敲除小窩蛋白基因后在脂筏內(nèi)不能形成小窩，故將小窩蛋白作為小窩的標記蛋白.它除了參與形成小窩的結(jié)構(gòu)以外，對小窩的功能也有重要調(diào)控作用.小窩蛋白-1α的 81-101序列中的氨基酸殘基是該蛋白的腳手架結(jié)構(gòu)域，參與結(jié)合信號分子.在某些細胞中的一些信號分子，如蛋白激酶C、內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)、異源三聚體G蛋白，與小窩蛋白結(jié)合后會失去活性[5].

2.3 脂筏與T細胞的信號轉(zhuǎn)導

T細胞膜上有 T細胞抗原抗體(TCR)，當它活化后可引起許多信息分子聚集形成復合物.有人報道形成該復合物的關(guān)鍵使脂筏提供了平臺.在靜止的 T細胞膜脂筏內(nèi)富含 Src家族的激酶及跨膜的銜接子(linker activated T cell, LAT)，還有少量 CD4和 CD3，LAT是一種跨膜蛋白，在伸向細胞質(zhì)的一段肽鏈上富含酪氨酸.LAT的半胱氨酸可被棕櫚酸?；?，由此插入脂筏的膜脂.當 TCR被激活后，Src酪氨酸激酶活化致使LAT肽鏈上的多個酪氨酸被磷酸化，然后磷酸化的 LAT再引起多種底物磷酸化，形成大的復合物.上述這些反應都必須在脂筏內(nèi)完成，如果LAT不能進入脂筏，T-細胞就不能進行增殖與分化.脂筏也是其他免疫受體傳遞信息的場所，如B細胞抗原受體(BCR)和肥大細胞高親和IgE受體都是在脂筏內(nèi)傳遞信息.

2.4 小窩蛋白在糖尿病及葡萄糖運輸中作用

小窩蛋白能增強胰島素刺激下的游離底物的磷酸化.該蛋白腳手架結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列可誘導胰島素受體激酶的活性，從而增加胰島素受體底物的磷酸化[6].糖尿病患者血液中的葡萄糖含量增加并加速糖基化終末產(chǎn)物(advaned glycation end products, AGEs)的形成，它通過其受體的作用，在糖尿病并發(fā)癥中有重要作用.經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在視網(wǎng)膜微循環(huán)內(nèi)皮細胞中，AGEs與受體的作用是在小窩中進行的.而且糖尿病動物模型實驗表明，其內(nèi)皮細胞中小窩的大小和數(shù)量均有增加.當糖尿病小鼠的血管出現(xiàn)病變時，小窩蛋白-1表達增加.由上述看出，小窩蛋白及其參與的信號轉(zhuǎn)導過程與葡萄糖運輸、糖尿病及其并發(fā)癥有密切關(guān)系.

2.5 脂筏與精子膜的信號轉(zhuǎn)導

哺乳動物精子的質(zhì)膜上也有脂筏，精子脂筏富含小窩蛋白，它與劃分精子特異功能域有關(guān).脂筏也能通過易化膽固醇外流對啟動精子的信號傳遞具有重要作用[7].膽固醇從脂筏中外流可通過兩種機制引發(fā)信號轉(zhuǎn)導：首先，膽固醇外流可提高膜脂的流動性，促進膜整合蛋白或者膜錨定蛋白之間的相互作用引發(fā)信號轉(zhuǎn)導.有證據(jù)表明，在精子獲能期，對精卵質(zhì)膜融合起重要作用的蛋白可從精子頂體前部移動到精子頭背部區(qū)，這說明膽固醇外流和伴隨膜流動性增加是受精過程所必需的.其次，膽固醇外流可能干擾小窩蛋白與特異信號分子的相互作用，由此釋放出這些信號分子并形成功能性信號轉(zhuǎn)導復合物參與信號轉(zhuǎn)導.

[1] 陳嵐,許彩民,袁建剛,等.脂筏的結(jié)構(gòu)與功能[J].生物化學與生物物理進展,2003,30(1):54-59.

[2] 王景雪,張興堂,蔣曉紅.生物膜的生物物理觀——從微區(qū)到脂筏[J].生物化學與生物物理進展,2004,31(11):969-974.

[3] 楊福愉.生物膜[M].北京:科學出版社,2005:50-63.

[4] 李力力,曹亞.脂筏—細胞信號轉(zhuǎn)導發(fā)生的平臺[J].生命的化學,2005,25(3): 221-224.

[5] 霍海蓉,廖佩.脂筏在細胞信號轉(zhuǎn)導中的作用[J].生命的化學,2003,23(6):433-435.

[6] 杜新,賴學莉.脂筏蛋白與Cb1相關(guān)蛋白在葡萄糖轉(zhuǎn)運中的信號轉(zhuǎn)導機制[J].國際病理學與臨床雜志, 2006,26(2):135-138.

[7] 周思暢,袁玉英,石其賢.脂筏與精子膜信號轉(zhuǎn)導[J].生命科學, 2004,16(5):271-274.

Lipid Rafts and Signal Transduction of Cell

FAN Yu-zhen
(College of Life Sciences, Hengshui University, Hengshui, Hebei 053000, China)

This article discusses the composition, structure and function of lipid rafts and the mechanism of lipid rafts in signal transduction plus or minus regulation, T cell signal transduction, signal transduction process of sperm membrane. Caveolins and its participation in signal transduction process have close relationship with glucose transport, diabetes and its complications.

lipid rafts; cellular signal; transduction; regulation

Q73

A

1673-2065(2011)04-0055-03

2010-10-15

范玉貞(1952-),女,河北景縣人,衡水學院生命科學學院教授.

(責任編校：李建明英文校對：李玉玲)