李 巖 李建遠(yuǎn)

一、PHB基因

抑制素 (prohibitin，PHB)，1989年由 MeClung等［1，2］首先克隆出哺乳動物的PHB基因。PHB基因廣泛存在于哺乳動物、植物、果蠅、酵母、原蟲及細(xì)菌等各種生物中。基于與酵母抑制素序列的相似性，人抑制素被劃分為兩個(gè)家族，即PHB1和PHB2。在各種生物中至少有PHB1和PHB2的兩個(gè)復(fù)制。PHB1是作為腫瘤抑制因子而被逐漸認(rèn)識的，并且有抗細(xì)胞增殖活性［1］。然而進(jìn)一步的研究［2］表明，這種抗腫瘤的活性是有PHB1的mRNA3'－UTR區(qū)決定的。隨后，人們發(fā)現(xiàn)第二個(gè)抑制素即PHB2，它與PHB1共同結(jié)合IgM抗原受體。因此，PHB1和PHB2蛋白也被稱為B細(xì)胞受體復(fù)合物相關(guān)的蛋白，即BAP32和BAP37［3］。

人類PHB基因家族包含PHB1和PHB2兩個(gè)成員以及4個(gè)假基因。PHB1基因定位于染色體17q21，編碼相對分子質(zhì)量為32kDa的PHB1蛋白，由275個(gè)氨基酸殘基組成;PHB2基因定位于染色體12p13，編碼相對分子質(zhì)量為37kDa的PHB2蛋白，由316個(gè)氨基酸殘基組成。4個(gè)假基因分別位于 6q25、11p11、1p31和2q21。不同種屬生物的PHB氨基酸序列高度保守，如小鼠和大鼠的PHB1氨基酸序列完全相同，與人類僅相差1個(gè)氨基酸，即人類的第107為是酪氨酸，而小鼠是苯丙氨酸［4］。PHB蛋白與SPFH家族(如stomatins，flotillins，erlins)的脂筏相關(guān)蛋白氨基酸序列有著相似性［5］。

二、PHB蛋白的亞細(xì)胞定位

目前，人們對PHB蛋白的亞細(xì)胞定位尚不完全清楚。但是越來越多的證據(jù)表明，PHB在細(xì)胞中定位不同，其發(fā)揮的生物學(xué)功能也不同。它既存在于線粒體內(nèi)膜上，發(fā)揮分子伴侶作用，也存在于細(xì)胞核內(nèi)，發(fā)揮負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用［6，7］。此外，Woodlock 等發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)里也有少量的PHB表達(dá)，可以與B淋巴細(xì)胞表面的IgM發(fā)生非共價(jià)結(jié)合，可能參與B細(xì)胞的早期信號傳遞。

1.線粒體PHB:現(xiàn)階段的研究表明，位于線粒體的PHB蛋白主要發(fā)揮分子伴侶的作用。PHB1和PHB2 N端各有一個(gè)很短的跨膜區(qū)，將它們錨定于線粒體內(nèi)膜上，C端位于線粒體基質(zhì)中。PHB1和PHB2形成一個(gè)高分子質(zhì)量的環(huán)狀復(fù)合物，含有16～20個(gè)PHB1和PHB2亞基，C端的疏水區(qū)與線粒體內(nèi)新合成的多肽相結(jié)合，穩(wěn)定其空間構(gòu)象。PHB在線粒體中的天然底物有細(xì)胞色素氧化酶、線粒體氧化呼吸鏈中的復(fù)合體Ⅰ等多種蛋白，可以調(diào)節(jié)它們的組裝和降解。除此之外，還可以把已裂解的膜蛋白基質(zhì)轉(zhuǎn)出線粒體。在線蟲中，PHB缺失將導(dǎo)致線粒體生物發(fā)生的缺陷，這說明PHB對于維持線粒體的正常發(fā)育是至關(guān)重要的［8］。在哺乳動物成纖維細(xì)胞和酵母中，伴隨著細(xì)胞的衰老，PHB的表達(dá)發(fā)生變化，這表明PHB水平的下調(diào)與線粒體中氧自由基的積累密切相關(guān)［9～11］。除此之外，酵母PHB功能的缺陷將導(dǎo)致復(fù)制周期的縮短［11，12］。這些成果將為抗衰老研究提供新的思路，也許可以通過改變線粒體PHB的表達(dá)和功能活性來延緩細(xì)胞凋亡和老化。

2.細(xì)胞核PHB:越來越多的研究表明，PHB蛋白定位于多種細(xì)胞的細(xì)胞核中。雄激素刺激的LNCaP前列腺癌細(xì)胞的共聚焦纖維成像發(fā)現(xiàn)，PHB共定位于細(xì)胞核和線粒體中［13］。Fusaro等人在兩種乳腺癌細(xì)胞系中也發(fā)現(xiàn)PHB定位于細(xì)胞核中，并且PHB與E2F1 和 P53 共同定位［7］。

3.細(xì)胞膜結(jié)合的PHB:在某些類型的細(xì)胞中，PHB定位于細(xì)胞膜上。Terashima等人報(bào)道，在B淋巴細(xì)胞中，PHB1和PHB2與IgM抗原的受體相結(jié)合［3］。盡管這種相互作用的功能尚未知，有可能的是PHB抑制淋巴細(xì)胞的增殖并促進(jìn)分化。在胸腺組織中，PHB還參與其退化，在這一過程中細(xì)胞發(fā)生凋亡。在妊娠相關(guān)的胸腺退化進(jìn)程中，PHB的表達(dá)上調(diào)。除此之外，PHB也選擇性表達(dá)于非增生的胸腺和成熟的脾臟T細(xì)胞中，這表明它也許在T淋巴細(xì)胞的成熟中發(fā)揮作用［14］。

三、PHB蛋白的生物學(xué)功能

除了在線粒體中發(fā)揮分子伴侶的作用外，PHB還是一種腫瘤抑制因子、抗細(xì)胞增殖蛋白及細(xì)胞周期和凋亡的調(diào)控分子。

1.調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和凋亡:研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把合成的PHB mRNA顯微注射到人正常的成纖維細(xì)胞和HeLa細(xì)胞后，細(xì)胞被阻斷在S期。當(dāng)顯微注射PHB mRNA的反義核酸后細(xì)胞又可以重新進(jìn)入S期。后來人們發(fā)現(xiàn)，只注射PHB mRNA的3'－UTR區(qū)就能夠抑制細(xì)胞的增殖［15］。隨著人二倍體成纖維細(xì)胞的老化，盡管PHB mRNA及蛋白質(zhì)的表達(dá)水平變化微小，但是蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄后修飾僅發(fā)生在年輕的細(xì)胞中，而在年老的細(xì)胞中不發(fā)生修飾。

在睪丸和卵巢中，PHB基因是差異表達(dá)的。在大鼠睪丸中，PHB蛋白在活躍分裂的精原細(xì)胞和減數(shù)分裂的精母細(xì)胞中不表達(dá)，這與PHB有抗增殖活性是相吻合的［16］。在卵巢中，PHB表達(dá)于粒層細(xì)胞、卵泡膜間質(zhì)細(xì)胞及卵母細(xì)胞中，并且在卵泡成熟過程中，PHB的表達(dá)與增殖細(xì)胞細(xì)胞核抗原(proliferating－cell nuclear－antigen，PCNA)的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)性。除此之外，PHB在閉鎖卵泡中從細(xì)胞質(zhì)定位于細(xì)胞核，這表明在濾泡成熟和閉鎖的過程中，PHB可能在粒層細(xì)胞和卵泡膜間質(zhì)細(xì)胞中發(fā)揮著抗細(xì)胞增殖的調(diào)控作用。在胸腺中，PHB也定位于非分化的淋巴細(xì)胞中。

Fusaro等人報(bào)道，PHB蛋白與E2F1和P53共同定位于人乳腺癌細(xì)胞中，并且能夠促進(jìn)細(xì)胞凋亡。PHB在體內(nèi)和體外與P53結(jié)合。在共轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)中，PHB可以促進(jìn)E2F1和P53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性，并且共轉(zhuǎn)染反義PHB減弱P53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性。這些研究結(jié)果表明，PHB能夠介導(dǎo)P53調(diào)控通路［7］。盡管在大多數(shù)情況下，PHB有抗增殖作用，也有文獻(xiàn)報(bào)道，PHB也可以發(fā)揮抗凋亡作用。在骨肉瘤細(xì)胞中，PHB在細(xì)胞毒素的作用下表達(dá)量下調(diào)，并且在這些細(xì)胞中，瞬時(shí)過表達(dá)PHB的編碼序列則會明顯減少細(xì)胞毒素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡［17］。

2.PHB在腫瘤發(fā)生過程中的作用:近年來，許多文獻(xiàn)報(bào)道PHB在不同的腫瘤中表達(dá)水平改變。在多種腫瘤如乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、肺癌、膀胱癌、甲狀腺癌和胃癌等，PHB的表達(dá)水平上調(diào)［18］。PHB1基因的突變與腫瘤的發(fā)展也有著密切關(guān)系，包括位于PHB1 mRNA 3'－UTR區(qū)的單核苷酸的多態(tài)性。然而，研究大量不同來源的人腫瘤發(fā)現(xiàn)，這些突變僅局限在乳腺癌中。很有趣的是，最近的報(bào)道表明，miR－27a可以作為原癌基因靶向作用于 PHB1［19］。在人胃腺癌細(xì)胞中，miR－27a的表達(dá)量上調(diào)，抑制miR－27a則可以抑制胃腺癌細(xì)胞的增殖。miR－27a作用于PHB1 mRNA的3'－UTR。當(dāng)把miR－27a敲除后，PHB1的mRNA和蛋白質(zhì)水平均上調(diào)。miR－27a下調(diào)PHB1的表達(dá)也許能夠解釋為什么miR－27a能夠抑制胃腺癌細(xì)胞的增殖，也進(jìn)一步說明了miR－27a是原癌基因。

3.PHB在氧脅迫過程中的作用:除了腫瘤，PHB的表達(dá)水平在各種病理狀態(tài)下也發(fā)生改變。例如，PHB1在人和動物炎癥性腸病如克羅恩病中表達(dá)下調(diào)［20］。在小鼠模型中，PHB1過表達(dá)將會使小鼠免受潰瘍性腸病誘導(dǎo)的氧脅迫［21］。在內(nèi)皮細(xì)胞中，PHB1基因的敲除則通過抑制復(fù)合物Ⅰ來增加線粒體產(chǎn)生活性氧的數(shù)量，從而誘導(dǎo)Akt的超激活、應(yīng)力纖維的形成、遷移能力的喪失并且最終導(dǎo)致細(xì)胞衰老［22］。

4.PHB與糖尿病:在脂肪細(xì)胞中，PHB1蛋白由脂肪小滴分泌并參與循環(huán)。PHB1作為細(xì)胞膜受體與線粒體結(jié)合，并且通過抑制線粒體丙酮酸羧化酶(PC)的生物活性，下調(diào)胰島素刺激所產(chǎn)生的葡萄糖和脂肪酸氧化，從而可以降解葡萄糖。另外，在葡萄糖缺失的脂肪細(xì)胞中，PHB1蛋白也可以通過草酰乙酸的消耗抑制油酸的氧化。因此有觀點(diǎn)提出，PHB1蛋白通過脂筏和EHD2在細(xì)胞間隙和線粒體間穿梭，通過抑制PC來調(diào)節(jié)線粒體的能量代謝［23］。

5.PHB與肥胖:2004年，Kolonin及其同事通過篩選體內(nèi)噬菌體展示文庫證實(shí)特異性存在于肥胖小鼠皮下脂肪的一條多肽序列，即CKGGRAKDC。該肽段與PHB蛋白結(jié)合。免疫組織化學(xué)的研究結(jié)果表明，PHB存在于小鼠及人的白脂肪組織脈管系統(tǒng)豐富的區(qū)域。在皮下外周白脂肪組織脈管中，當(dāng)?shù)蛲銮凹?xì)胞肽(KLAKLAKKLAKLAK)靶向作用于PHB蛋白后，導(dǎo)致白脂肪組織的減少，而在肝臟和其他器官中的褐色脂肪中不存在此現(xiàn)象。由于PHB也特異表達(dá)于人類皮下白脂肪脈管系統(tǒng)中，因此PHB有可能成為治療肥胖的藥物靶向目標(biāo)［24］。

四、結(jié) 語

分子伴侶對于細(xì)胞功能的維持是必不可少的，因?yàn)樗鼈兡軌蚩刂埔幌盗邪械鞍椎恼郫B和表達(dá)水平。PHB蛋白代表了一類特殊的分子伴侶，不同亞細(xì)胞定位的PHB有著不同的生物學(xué)功能，其具體的作用機(jī)制尚待于進(jìn)一步闡明。近年來的研究表明，PHB與各種人類疾病關(guān)系密切。在不同的病理狀態(tài)下，PHB的表達(dá)水平發(fā)生改變，因此PHB可以作為較理想的疾病診斷標(biāo)志。通過實(shí)驗(yàn)手段來調(diào)節(jié)PHB的表達(dá)水平對某些病理狀態(tài)是有益的，如慢性炎癥和藥物毒性等。因此，在不久的將來，開發(fā)可以調(diào)控PHB活性的藥物將會對疾病的治療做出極大的貢獻(xiàn)。

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