孟釔萍 戴文潔 陳 茹 謝陳南 李 蕓應(yīng)晨怡 李柯丹 張棟棟 楊受保

(紹興文理學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 紹興 312000)

通信作者：楊受保(1975— )，男,安徽明光人，紹興文理學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院副教授，博士，研究方向：水

產(chǎn)動(dòng)物免疫與病害、水產(chǎn)動(dòng)物遺傳育種與資源利用、功能基因與基因組學(xué).

翻譯控制腫瘤蛋白(Translationally controlled tumor protein，TCTP)，是一種分布廣泛、進(jìn)化上高度保守、大量表達(dá)和高度同源的親水蛋白，又稱Q23[1]、P21[2]、P23[3]、組胺釋放因子[4]、Mmilp[5]、Tma19p[5]和fortilin[6]，廣泛存在于動(dòng)植物和酵母等真核生物中.TCTP生物學(xué)功能多樣：調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架，參與腫瘤逆轉(zhuǎn)和免疫應(yīng)答等，并且該蛋白在細(xì)胞內(nèi)、外均能起作用[7].本文就國內(nèi)外在TCTP的結(jié)構(gòu)、分布及其功能方面的研究進(jìn)展作一簡要概述.

1 TCTP的結(jié)構(gòu)特征

人源TCTP蛋白家族均具有TCTP-1和TCTP-2兩個(gè)特征結(jié)構(gòu)域，從其基因結(jié)構(gòu)組成上看，均包含5個(gè)外顯子、6個(gè)內(nèi)含子以及調(diào)控序列[2-3,8].TCTP在細(xì)胞中呈組成性表達(dá)，是管家基因中的一類，包括多個(gè)假基因：人源TCTP有15個(gè)假基因，而鼠源TCTP有13個(gè)，且均有高度的種間保守性[9].人源TCTP基因的開放閱讀框由519個(gè)核苷酸構(gòu)成，編碼172個(gè)氨基酸的假定蛋白，但不同物種的TCTP蛋白在分子量大小上稍有差異.TCTP蛋白可形成雙鏈蛋白結(jié)構(gòu)，包括3個(gè)功能域，保守序列主要集中在β鏈的中心區(qū)域，該區(qū)域可與延長因子相互作用[10]；其α螺旋區(qū)和自由環(huán)區(qū)可與Ca2+和微管蛋白相結(jié)合[10-12]，這也就決定了TCTP的相關(guān)功能.研究發(fā)現(xiàn)，人源TCTP與Mss 4/Dss 4(Mammalian suppressor of Sec 4)蛋白家族結(jié)構(gòu)相似，二者構(gòu)成結(jié)構(gòu)超家族[13].不同物種間TCTP的序列及結(jié)構(gòu)比對如圖1所示[14].

圖1 不同物種間TCTP的序列及結(jié)構(gòu)比對示意圖[14]

2 TCTP的生物學(xué)功能

2.1 調(diào)控生長、調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖與分化

TCTP是一類進(jìn)化上高度保守的蛋白質(zhì)，參與調(diào)控生長、細(xì)胞的增殖與分化.馬強(qiáng)[15]發(fā)現(xiàn)，TCTP的下調(diào)能抑制結(jié)腸癌細(xì)胞(LoVo)在體內(nèi)體外的增殖.JACEK等[16]發(fā)現(xiàn)，紡錘體兩極的TCTP水平高于正常標(biāo)準(zhǔn)，證明TCTP可作為紡錘體蛋白來調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖.TSAI等[17]的研究表明，在β胰島細(xì)胞中特異性敲除TCTP后，核FoxO1蛋白和腫瘤抑制蛋白p53的表達(dá)增強(qiáng)，而p70 S6激酶的磷酸化水平、細(xì)胞周期蛋白D2(Cyclin-D2)和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2(Cdk2)的表達(dá)水平都下降，從而使β胰島細(xì)胞的生長與增殖受抑制，表明TCTP對β胰島細(xì)胞的生長與增殖具有一定的作用.GU等[18]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脊髓受到損傷后，TCTP的表達(dá)量逐漸增加，并在第3天時(shí)達(dá)到高峰；同時(shí)，TCTP的上調(diào)伴隨著增殖蛋白如PCNA表達(dá)水平的增加.張莉林等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在敲除MoTCTP的突變體中，6個(gè)與細(xì)胞分裂周期有關(guān)的蛋白和3個(gè)產(chǎn)孢蛋白的表達(dá)量下降，3個(gè)與細(xì)胞分裂周期有關(guān)的蛋白的表達(dá)量上升，表明MoTCTP基因?qū)Φ疚敛【纳L具有重要的作用.張志霞[20]對大菱鲆(Scophthamusmaximus)翻譯控制腫瘤蛋白(SmTCTP)的研究表明，Wild-SmTCTP蛋白C-末端Cys殘基的突變既可抑制原核細(xì)胞大腸桿菌的生長，又能抑制真核細(xì)胞——牙鲆鰓細(xì)胞系(FG)的生長，提示SmTCTP蛋白的促生長作用機(jī)制可能也是高度保守的.GOODMAN等[21]發(fā)現(xiàn)，TCTP蛋白在骨骼肌肥大和萎縮條件下均有上調(diào)，并且TCTP的過表達(dá)足以誘導(dǎo)肌纖維生長.此外，TCTP過表達(dá)阻止肌肉細(xì)胞特異性泛素蛋白連接酶E3——MuRF1啟動(dòng)子的活性，能起到降解蛋白質(zhì)的作用.ROQUE等[22]發(fā)現(xiàn)，敲除TCTP基因后，非洲爪蟾視網(wǎng)膜軸突表現(xiàn)出與線粒體功能障礙相關(guān)的缺陷，此外TCTP蛋白在軸突間隔區(qū)域能與Mcl1蛋白互作，表明TCTP通過調(diào)控促生存信號和軸突線粒體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定來支持視網(wǎng)膜軸突的發(fā)育.

2.2 調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架

KIM等[23]對純化后的重組擬南芥TCTP(GST-AtTCTP)和豬微管蛋白進(jìn)行GST pull-down試驗(yàn)的結(jié)果顯示，TCTP對調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架有顯著影響，而且這種影響是通過TCTP與微管(MTS)的相互作用實(shí)現(xiàn)的，肌動(dòng)蛋白在維持細(xì)胞形態(tài)上具有重要作用，主要原因是由于TCTP與肌動(dòng)蛋白的共定位.KLOC等的研究證實(shí)了這一點(diǎn)[24].通過對HIO180、OVCAR3和SKOV3等三種卵巢癌細(xì)胞系進(jìn)行TCTP與肌動(dòng)蛋白的雙重染色，KLOC等發(fā)現(xiàn)，在這三種類型細(xì)胞中，TCTP與肌動(dòng)蛋白絲的分布十分相似，在HIO180和OVCAR3細(xì)胞中，TCTP定位于長肌動(dòng)蛋白絲，而在KOV3細(xì)胞中，TCTP定位于短肌動(dòng)蛋白組成的彗星結(jié)構(gòu)或短纖維絲；同時(shí)，在這三種細(xì)胞中，TCTP在細(xì)胞核中均有出現(xiàn).上述研究顯示，TCTP通過與微管蛋白互作調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架.

2.3 抗凋亡作用

翻譯控制腫瘤蛋白(TCTP)具有抗凋亡作用，但其缺乏典型的Bcl-2家族成員的結(jié)構(gòu).THéBAULT等[25]認(rèn)為，TCTP包含一個(gè)類似BH3的結(jié)構(gòu)域并和Bcl-xL構(gòu)成一些雜合物.另外，即使缺少H1結(jié)構(gòu)域的相互作用，一個(gè)缺失Bcl-xL基因的變異TCTP11-13混合晶體結(jié)構(gòu)，揭示了當(dāng)TCTP捆綁了帶Bcl-xL的BH3槽時(shí)會重新折疊回螺旋構(gòu)象.使用體內(nèi)體外再生系統(tǒng)以及TCTP(+/-)注射小鼠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與其它BH-3蛋白相反，TCTP激發(fā)了Bcl-xL的抗凋亡活性.用Bax的非保守H1結(jié)構(gòu)域替換TCTP的非保守H1結(jié)構(gòu)域后發(fā)現(xiàn)，Bcl-xL復(fù)合物的親和性大大增加了，同時(shí)Bcl-xL的生物學(xué)特性也發(fā)生了改變，表明TCTP這種新型BH3結(jié)構(gòu)域蛋白能夠增強(qiáng)Bcl-xL的抗凋亡功能.RHO等[26]研究發(fā)現(xiàn)，TCTP在肺癌細(xì)胞中過量表達(dá)使p53介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡發(fā)生逆轉(zhuǎn)，而通過小型干擾RNA來抑制TCTP的正常表達(dá)則會增加肺癌細(xì)胞的凋亡；此外，TCTP的過表達(dá)會促進(jìn)p53的降解；這些結(jié)果清楚地顯示TCTP與p53相互作用的存在，即通過破壞p53來阻止細(xì)胞的凋亡.因此，TCTP是一種肺癌細(xì)胞凋亡的負(fù)調(diào)節(jié)蛋白.

同時(shí)，TCTP基因表達(dá)的蛋白又稱為fortilin，該蛋白具有抗凋亡特性.在關(guān)于TCTP抗凋亡機(jī)制的研究中發(fā)現(xiàn)，TCTP既可與其他凋亡調(diào)節(jié)因子相互作用，也能單獨(dú)行使抗凋亡功能.YANG等[27]發(fā)現(xiàn)，TCTP可通過其N末端區(qū)域和抗凋亡細(xì)胞因子Bcl-xL磷酸化來抑制細(xì)胞凋亡.另外，LI等[28]發(fā)現(xiàn)，fortilin可以量-效依賴關(guān)系阻止etoposide所誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡.并且在U2SO細(xì)胞中，fortilin是通過抑制etoposide刺激引起caspase-3的活化實(shí)現(xiàn)的.對乳腺癌細(xì)胞系MCF-7的fortilin基因進(jìn)行反義消除后，導(dǎo)致大量細(xì)胞凋亡，提示fortilin具有抗凋亡作用.另外，GRAIDIST等[29]認(rèn)為，fortilin和Mcl-1可通過相互作用，以增加彼此的穩(wěn)定性從而增強(qiáng)U20S細(xì)胞對5-FU刺激引起的細(xì)胞凋亡的耐受程度.LIU等[30]發(fā)現(xiàn)，TCTP可能通過干擾Mcl-1蛋白的泛素依賴的降解途徑來維持其穩(wěn)定.SUSINI等[31]發(fā)現(xiàn)，通過嵌入線粒體膜，TCTP可抑制促凋亡因子Bax的二聚體化，進(jìn)而通過抑制線粒體損傷而發(fā)揮抗凋亡作用.SHEN等[32]發(fā)現(xiàn)，TCTP的耗盡造成OS(骨肉瘤)細(xì)胞株在S期顯著積累，以及在G2/M期起調(diào)控作用的細(xì)胞周期蛋白B1和CDC25A表達(dá)水平降低，而Bad和caspase-3增加，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡.張飛等[33]的研究表明，干擾胰腺癌細(xì)胞株中TCTP的表達(dá)，將會下調(diào)Pim-3的表達(dá)水平，可抑制細(xì)胞的增殖，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，抑制裸鼠皮下胰腺腫瘤的生長.張國壽[34]通過酵母雙雜交篩選的方法，證明在肝細(xì)胞中存在TCTP蛋白與Skp2等蛋白的相互作用，TCTP可通過蛋白互作調(diào)節(jié)Skp2，從而增強(qiáng)其介導(dǎo)的下游p27分子的降解，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞周期調(diào)控的異常，影響肝癌細(xì)胞的增殖.郭澤等[35]證明合成的siRNA能夠有效下調(diào)A431 細(xì)胞中PT1及TCTP的表達(dá)，凋亡檢測和MTT 檢測顯示這種下調(diào)能引起A431細(xì)胞凋亡率的上升及抑制細(xì)胞的增殖.上述研究表明，TCTP不僅可通過與Bcl-2家族的Bcl-xL、Bax、Mcl-1、Bad等蛋白互作，還可通過與p53、原癌基因Pim-3以及Skp2等蛋白互作，從而在抗凋亡方面發(fā)揮重要作用.

2.4 參與免疫防御

TCTP也稱為組胺釋放因子(HRF)，其中瘧疾TCTP是一種免疫介質(zhì)的功能同系物，能夠差別地調(diào)整細(xì)胞因子的分泌，比如嗜堿性粒細(xì)胞釋放組胺和嗜酸性細(xì)胞釋放白細(xì)胞介素8[36].而組胺以及白細(xì)胞介素是免疫反應(yīng)中的重要生物因子,這說明TCTP可能參與了一系列免疫反應(yīng).

HU等[37]證實(shí)在轉(zhuǎn)基因蠶中使用RNAi干涉介導(dǎo)敲除BmTCTP基因后，ERK的磷酸化受阻，最終導(dǎo)致對于口腔微生物感染的腸道先天免疫反應(yīng)被抑制.符瑞佳等[38]進(jìn)行了曼氏迭宮絳蟲翻譯控制腫瘤蛋白(Sm TCTP)的原核表達(dá)并獲得了純化的重組蛋白，該重組蛋白具有良好的免疫原性.阮志燕等[39]對日本血吸蟲TCTP(SjTCTP)進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)證明SjTCTP DNA免疫能誘導(dǎo)較明顯的保護(hù)性Th1免疫應(yīng)答，CpG基序可有效地誘導(dǎo)保護(hù)性Th1免疫應(yīng)答，是一種非常有效的DNA免疫佐劑.陳亞萍等[40]利用競爭性ELISA檢測方法，證明原核表達(dá)的弓形蟲翻譯控制腫瘤蛋白(rTgTCTP)能夠增強(qiáng)小鼠腹腔細(xì)胞組胺的釋放，表明TCTP具有對抗炎癥的功能.

對水產(chǎn)動(dòng)物TCTP的研究表明，受白斑綜合征病毒(WSSV)感染后，斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)[41]、中國明對蝦(Fenneropenaeuschinensis)[42]和凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)[43]的TCTP mRNA表達(dá)量均上調(diào)，但是當(dāng)斑節(jié)對蝦出現(xiàn)死亡時(shí)，TCTP的表達(dá)量出現(xiàn)明顯的下降；同時(shí)，用dsRNA技術(shù)敲除TCTP基因后，WSSV病毒感染顯著增加.這些結(jié)果都提示，TCTP在對蝦對抗WSSV病毒的免疫反應(yīng)過程中具有重要作用.RAJESH等[44]進(jìn)一步證實(shí)了TCTP對于蝦類的保護(hù)效應(yīng)，可能是由于活性氧簇和細(xì)胞凋亡的減少，從而降低了線粒體損傷、酚氧化酶活性以及呼吸爆發(fā)的危險(xiǎn).LI等[45]發(fā)現(xiàn)，菲律賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)中TCTP的表達(dá)量在受到鰻弧菌刺激后上調(diào)，提示TCTP可能參與菲律賓蛤仔抗鰻弧菌感染的天然免疫反應(yīng).JIA等[46]研究了櫛孔扇貝(Chlamysfarreri)TCTP (CfTCTP)的免疫調(diào)節(jié)功能，證明在病原體相關(guān)分子模式(PAMPs)刺激下，血球中CfTCTP mRNA的表達(dá)在3 h或6 h時(shí)增加，并在24 h時(shí)下降到正常水平.CfTCTP的重組蛋白可誘導(dǎo)BT-549細(xì)胞株釋放組胺，表明CfTCTP是一種促炎因子.張志霞[20]發(fā)現(xiàn)，大菱鲆(Scophthamusmaximus)的TCTP(SmTCTP)具有抗氧化作用，并且其蛋白C末端的Cys殘基對該蛋白的抗氧化功能是不可或缺的.上述研究表明，TCTP是一種重要的組胺釋放因子，具有抗氧化功能，并在抵御細(xì)菌和病毒等抗病天然免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用.

2.5 與腫瘤逆轉(zhuǎn)有關(guān)

腫瘤逆轉(zhuǎn)是腫瘤細(xì)胞在很大程度上甚至是完全喪失其惡性表型的生物過程.研究發(fā)現(xiàn)，這一過程與翻譯控制腫瘤細(xì)胞(TCTP)有關(guān).TUYNDER等[47]通過RNA干擾等技術(shù)抑制TCTP的表達(dá)，結(jié)果引起抑制惡性表型和細(xì)胞重組，證明TCTP具有極強(qiáng)的差異表達(dá)能力，以及下調(diào)U937和SIAH-1-過表達(dá)細(xì)胞逆轉(zhuǎn)的功能.TUYNDER等[48]用H1病毒作為選擇劑，從肺癌、結(jié)腸癌、黑色素瘤細(xì)胞系癌三種癌癥中得到回復(fù)體，上述細(xì)胞無論是在體內(nèi)還是體外，其惡性表型都被強(qiáng)烈抑制，通過檢測發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)回復(fù)體中TCTP水平降低了.進(jìn)一步的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果顯示，在TCTP表達(dá)受抑制時(shí)，逆轉(zhuǎn)細(xì)胞的數(shù)量比自發(fā)進(jìn)行時(shí)增加了30%.AMSON等[49]發(fā)現(xiàn)，降低TPT1/TCTP 的濃度是惡性細(xì)胞包括癌干細(xì)胞重新編程的關(guān)鍵.因此通過調(diào)節(jié)TCTP表達(dá)水平，可調(diào)控腫瘤逆轉(zhuǎn)過程.

3 小結(jié)與展望

總之，翻譯控制腫瘤蛋白(TCTP)是一類在不同生物體內(nèi)分布廣泛、高度保守且功能多樣的蛋白，在細(xì)胞增殖、分化、凋亡的調(diào)控，細(xì)胞骨架的調(diào)節(jié)，以及免疫應(yīng)答與腫瘤逆轉(zhuǎn)等方面均發(fā)揮著十分重要的作用.但目前人們多是通過其mRNA或蛋白水平上調(diào)或下調(diào)來驗(yàn)證其功能，而其詳細(xì)的作用機(jī)制如信號通路等則鮮有報(bào)道.今后利用CRISPR/Cas9、RNAi和免疫共沉淀等技術(shù)方法，人們必將能進(jìn)一步闡明其生物學(xué)功能、互作蛋白以及信號途徑，為利用TCTP蛋白開展細(xì)胞增殖、分化與凋亡研究，分子免疫研究，以及腫瘤等疾病診治提供新思路，開辟新途徑.