羅萍，景偉，李南迪，涂建成

(武漢大學中南醫(yī)院檢驗科/基因診斷中心，武漢 430071)

Homer蛋白與疾病關系的研究進展*

羅萍，景偉，李南迪，涂建成

(武漢大學中南醫(yī)院檢驗科/基因診斷中心，武漢 430071)

Homer是一種突觸后支架蛋白，由Homer1、Homer2、Homer3蛋白及其剪接體組成。Homer蛋白參與調(diào)節(jié)細胞信號轉(zhuǎn)導、突觸形成、受體聚集及細胞外谷氨酸水平，越來越多的研究表明其構(gòu)成的改變與藥物成癮、阿爾茨海默病、聽力障礙、急性髓細胞性白血病及實體腫瘤等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展機理密切相關，提示其在疾病中可能具有重要的作用，該文通過綜述Homer蛋白在疾病中的研究進展，展望其可能的臨床應用價值。

Homer蛋白；疾病；展望

Homer蛋白家族由Homer1、Homer2、Homer3 3種蛋白質(zhì)及它們的剪接體組成[1]。它們通過結(jié)合Ca2+相關的受體如代謝性谷氨酸受體、三磷酸肌醇受體、瞬時受體電位通道[2]、蘭尼堿受體[3]等，參與體內(nèi)Ca2+信號的調(diào)節(jié)，在維持大腦的多種功能方面發(fā)揮重要作用。近年來，越來越多的研究從不同角度探討Homer與疾病的相關關系，發(fā)現(xiàn)其構(gòu)成的改變可能與藥物成癮[4]、阿爾茨海默病[5]、急性髓細胞性白血病[6]、膽管癌[7]等多種疾病發(fā)生、發(fā)展相關，提示Homer可能是某些疾病進展的重要調(diào)節(jié)分子并有望作為疾病診斷或者預后判斷的標志物，相關的臨床和基礎研究數(shù)據(jù)也更加豐富。本文就Homer的結(jié)構(gòu)功能和其與疾病關系作一綜述。

1 Homer的結(jié)構(gòu)和功能

1.1 Homer蛋白的結(jié)構(gòu) Homer蛋白家族差異表達于腦、視網(wǎng)膜、心肌、骨骼肌、平滑肌、肝腎脾、睪丸、胸腺、胎盤、小腸多種不同的組織[8]，根據(jù)其C末端結(jié)構(gòu)域的不同，可將其分為長類型和短類型。Homer蛋白N末端均含有1個高度保守的激活/血管擴張刺激磷蛋白同族體1(Enabled/vasodilator-stimulated phosphoprotein homology 1， EVH1)同源結(jié)構(gòu)域[9]，而C端的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)和2個亮氨酸拉鏈基序僅存在于長Homer蛋白中。Homer1是最先被發(fā)現(xiàn)的Homer蛋白，由短類型Homer1a和長類型Homer1b/c組成[10]。長Homer蛋白在突觸后持續(xù)表達，短Homer在無突觸活動時處于一種相對較低的表達狀態(tài)，但是突觸活動可以引起未成熟的外顯子向內(nèi)含子轉(zhuǎn)換，從而激活位于內(nèi)含子中的轉(zhuǎn)錄終止信號，使經(jīng)常轉(zhuǎn)錄的Homer1b/c變成Homer1a[11]。

1.2 Homer蛋白的功能 Homer蛋白氨基末端EVH1同源結(jié)構(gòu)域是一個配體結(jié)合區(qū)，可以和代謝型谷氨酸受體(metabotropic glutamate receptor, mGluR)、瞬時受體電位通道(transient receptor potential channel, TRPC)[12]、三磷酸肌醇受體(inositol-1,4,5-triphosphate, IP3R)等多種鈣通道蛋白相結(jié)合調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外Ca2+的平衡。靜息狀態(tài)下，Homer1b/c與TRPC1形成TRPC1-Homer1b/c-IP3R復合體，阻止TRPC1通道的自我激活，但當TRPC1 C端或N端的Homer蛋白結(jié)合位點突變時，此復合體解離，導致TRPC1的激活[2]，促進細胞外Ca2+進入到細胞內(nèi)。缺少C末端卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域的Homer1a不能在TRPC1通道周圍形成支架結(jié)構(gòu)[2]，從而與Homer1b競爭結(jié)合TRPC1，使復合體解離，促進TRPC1通道開放。多數(shù)情況下EVH1同源結(jié)構(gòu)域與其他蛋白質(zhì)結(jié)合發(fā)揮作用，而C末端結(jié)構(gòu)域多為自我組裝，從而使長Homer形成四聚體。Homer1b/c已被證實能與其他長Homer蛋白相互作用，這個過程涉及到C端的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)或亮氨酸拉鏈，但氨基末端EVH1樣結(jié)構(gòu)域和P-基序并未參與其中[13]。

2 Homer與疾病

2.1 Homer和阿爾茨海默病 阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease, AD)是由于大腦中淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein, APP)水解產(chǎn)生的淀粉樣β蛋白(amyloid β protein, Aβ)集聚造成的[14]，從而導致早期學習、記憶缺陷及認知障礙。Aβ縮肽易形成寡聚體，具有神經(jīng)毒性[15]。在前皮質(zhì)神經(jīng)元中注入可溶性的Aβ會導致突觸后密度蛋白的快速減少和Homer1b/c在突觸后的解聚。Homer1a是活動依賴性誘導的，可以在AD的早期調(diào)節(jié)Aβ的毒性。在皮層椎體細胞中注入Homer1a蛋白可易化大電導Ca2+-激活的 K+通道(large-conductance Ca2+-activated K+,即BK通道)，而減弱神經(jīng)的興奮性[16]。在淀粉樣前體蛋白-早衰素1轉(zhuǎn)基因的小鼠AD模型中，Homer1amRNA的表達量降低[17]。原因為抑制BK通道會導致Ca2+平衡紊亂、谷氨酸過度釋放[18]、易受低氧的損害，故而在AD大腦中抑制Homer1a的活動性可通過消除BK通道的易化性而導致神經(jīng)元的退化[5]，相反，誘導Homer1a的表達會使Aβ抑制的BK通道重新激活，這可能成為一種治療AD的新方法。

除了Aβ的作用，Ca2+穩(wěn)態(tài)的失調(diào)也參與AD的形成過程。Homer蛋白可與mGluR、TRPC、IP3R等調(diào)節(jié)鈣平衡的蛋白相互作用，同時參與諸如長時程增強，記憶形成、神經(jīng)的可塑性等在AD中發(fā)生損傷的生理活動。APP可特異性與Homer2、Homer3作用而抑制APP向Aβ轉(zhuǎn)化[19]。細胞內(nèi)鈣離子濃度的升高會促進APP/Homer復合體的解離[16]，Ca2+內(nèi)流引起的APP/Homer的解離又反饋調(diào)節(jié)Ca2+對APP代謝的作用。以上研究提示Homer和Ca2+參與AD的病理發(fā)展過程,并具有重要作用，研制同時具備調(diào)節(jié)Aβ的產(chǎn)生和阻止鈣離子的失衡的藥物分子，可能達到有效治療AD的目的。

2.2 Homer與藥物成癮 藥物成癮的主要原因是其直接或間接的擬神經(jīng)遞質(zhì)作用。由藥物誘導的突觸可塑性改變會導致谷氨酸能和γ氨基丁酸能在中腦腹側(cè)蓋區(qū)(ventral tegmental area，VTA)、伏核(nucleus accumbens，NAc)和前額葉皮質(zhì)(prefrontal cortex，PFC)處的突觸傳遞的改變[20]，而Homer蛋白調(diào)節(jié)代謝型谷氨酸受體1/5(metabotropic glutamate receptor1/5, mGluR1/5)的功能和表達，表明其在藥物成癮中的重要作用。Homer作為突觸后支架蛋白，既影響細胞外谷氨酸的水平又可影響mGluR1/5和N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate ,NMDA)作用，還能調(diào)節(jié)前額葉谷氨酸的傳遞[1]。Rezvani等[21]研究表明，急性吸食可卡因、尼古丁和其他藥物使PFC和NAc處的Homer1a蛋白表達升高,而反復可卡因給藥后撤藥可導致大鼠伏核內(nèi)Homer1b/c蛋白表達下調(diào)。Homer1a的上調(diào)會破壞Homer蛋白與mGluR1及IP3的相互作用，從而使突觸后神經(jīng)元在形態(tài)結(jié)構(gòu)上發(fā)生改變及泡內(nèi)蛋白在分布上重排，繼而易化可卡因?qū)ο嚓P腦區(qū)神經(jīng)元的可塑性改變[22]。盡管多數(shù)研究都集中在Homer1與可卡因的相互作用關系上，但Ary等[23]研究結(jié)果表明在長期限制吸食毒品時，可卡因會上調(diào)腹內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)(ventromedial prefrontal cortex, vmPFC)處Homer2蛋白的表達水平。近期研究顯示，可卡因誘導的Homer2和Homer1蛋白在vmPFC 處表達的失衡與覓求藥物行為有關，表明藥物引起的Homer蛋白在vmPFC處表達的改變會導致復吸[4]。

2.3 Homer與創(chuàng)傷性腦損傷 創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury, TBI)是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，可引起神經(jīng)元細胞的急性損傷，進而導致腦部損害及神經(jīng)系統(tǒng)缺陷[24]。由谷氨酸升高引起的腦部興奮性的增加在外傷所引起的TBI損害中起著重要作用。Luo等[24]的研究表明，發(fā)生TBI后，Homer1a表達水平快速升高，并通過調(diào)節(jié)mGluR1-Ca2+-ERK 信號減輕腦部損傷，改善神經(jīng)系統(tǒng)的功能。越來越多的證據(jù)表明，Homer1b/c在mGluRs復合物的形成和維持中起著重要作用，如Fei等[25]研究發(fā)現(xiàn)，損傷后下調(diào)Homer1b/c可增加神經(jīng)細胞的活力，從而為治療TBI提供了新的靶向位點。

2.4 Homer與急性髓細胞白血病 急性髓細胞白血病(Acute myeloid leukemia, AML)臨床表現(xiàn)及預后多樣，高發(fā)人群主要是青少年[26]。Stirewalt等[27]用微陣列檢測到Homer3在AML的原母細胞中呈異常表達，其表達水平與白血病FAB分型密切相關，且在M3型中表達水平最高。Homer3在預后良好的AML患者中的表達升高，而在預后不良的患者中卻表達降低，提示Homer3表達水平與預后不良密切相關[6]。在白血病細胞系K562中轉(zhuǎn)染Homer3可抑制細胞增生，影響細胞周期特性，使其停留在G2/M期，同時Homer3的高表達可使抑制凋亡蛋白Bcl2的表達明顯下降[6]。以上結(jié)果表明Homer3可抑制AML的進展，可能成為AML的新的靶向治療基因，并作為一個療效評價指標。

2.5 Homer與其他疾病 Wagner等[28]研究表明，慢性壓力會使Homer1b/c的表達升高,但不影響Homer1a的表達，在壓力動物中Homer與mGluR5的相互作用減弱，敲除Homer1基因可導致對壓力的易感性增加。Azaiez等[29]用測序的方法發(fā)現(xiàn)在聽力缺陷的患者中Homer2蛋白的C末端結(jié)構(gòu)域存在突變，并進一步證明突變的Homer2在內(nèi)耳發(fā)育缺陷斑馬魚中呈高表達，此外，Homer2在小鼠中的缺失也可導致早發(fā)性進行性耳聾。 Jing等[30]的研究表明，Homer1在冠心病患者中呈高表達(P<0.05)，可作為診斷冠心病的指標。Wu等[7]研究表明，Homer1在膽管癌患者癌組織中的表達水平高于癌旁組織，且其表達水平與患者5年生存率成負相關(P=0.001)。

3 小結(jié)與展望

Homer結(jié)構(gòu)的改變在疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用。與以往局限于研究Homer在神經(jīng)系統(tǒng)作用不同，目前的重點更多放在尋找Homer與冠心病、膽管癌、急性髓細胞白血病等疾病的關聯(lián)關系。但其多為探索性研究，Homer蛋白家族在這些疾病發(fā)病過程中的詳細分子機理及臨床價值還有待深入。相信隨著新技術(shù)的引入及作用機制的進一步揭示，Homer作為新的疾病診斷的分子標識和治療靶點的用途也會不斷被發(fā)掘。

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(本文編輯：許曉蒙)

10.13602/j.cnki.jcls.2017.03.14

國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)資助項目(2012CB720605);NSFC-NIH生物醫(yī)學合作研究項目(81261120403/H09298)。

羅萍，1990年生，女，碩士研究生，研究方向為臨床檢驗診斷學。

涂建成，博士研究生導師，E-mail:jianchengtu@uhu.edu.cn。

R741

A

2016-08-25)