趙克學， 梁浩勤， 李瓊毅, 馮若飛

(1. 西北民族大學 生物工程與技術國家民委重點實驗室， 蘭州 730030； 2. 西北民族大學 生命科學與工程學院， 蘭州 730030； 3. 甘肅省動物細胞工程技術研究中心， 蘭州 730030)

膜蛋白作為一種重要的功能性蛋白, 是多種信號分子的受體,構成了多種離子的跨膜通道。在細胞間參與調(diào)節(jié)物質(zhì)和信息的交換,在機體中發(fā)揮多種生物學功能，如代謝調(diào)節(jié)、生長調(diào)控、免疫應答等。跨膜蛋白43(TMEM43)也被稱為LUMA，是一個發(fā)現(xiàn)較晚的功能蛋白，它是由TMEM43基因編碼的,大小為45 ku的唯一完整的核膜蛋白，在物種之間高度保守[1]。目前對該蛋白的功能及相關特性的研究報道還很缺乏，現(xiàn)已知該基因的突變能導致人的某些疾病發(fā)生，因此本文主要對TMEM43與目前致心律失常性右心室心肌病(Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy， ARVC)、金剛砂-德雷福斯肌營養(yǎng)不良疾病 ( Emery-dreifuss muscular dystrophy，EDMD)及跨膜蛋白的相關研究進行綜述,有助于后期研究者對該蛋白的認識和了解。

1 TMEM43的基因構成

TMEM43的基因是位于NM_024334,大小為 3343 bp的mRNA,在人體中，該基因能編碼跨膜蛋白43，也被稱為智能人類跨膜蛋白43(TMEM43)。人類TMEM43基因的最長亞型包括12個外顯子，在物種之間高度保守，這個保守基因在原核及真核物種中都存在[2]。該基因?qū)儆赥MEM43家族，它的缺陷是家族性致心律失常性右心室發(fā)育不良5型(ARVD5)的病因。也稱為致心律失常性右心室心肌病5型(ARVC5)。TMEM43基因含有PPARγ(一種脂肪生成轉(zhuǎn)錄因子)的應答元件，解釋了心肌細胞發(fā)生脂肪變[3]，這是ARVC中的一種特征性病理發(fā)現(xiàn)。雖然對TMEM43域結構了解甚少，但研究發(fā)現(xiàn)該基因S358L(即第358位上的絲氨酸變?yōu)榱涟彼?突變對心肌功能是有害的[2]。然而，目前有關TMEM43基因產(chǎn)物的功能認識卻十分有限。

2 TMEM43蛋白的結構和組織分布

TMEM43蛋白包括4個跨膜結構域和一個較大的親水胞質(zhì)結構域，是含有400個氨基酸所組成的膜蛋白，經(jīng)氨基酸比對結果提示人源TMEM43蛋白與鼠源TMEM43蛋白具有98%的同源性[4]。通過基因組學的方法，將TMEM43鑒定為支架蛋白CARMA3結合蛋白[5]。生物信息學分析表明TMEM43是細胞質(zhì)膜蛋白，它具有多種潛在的翻譯后修飾位點，與其他跨膜蛋白不同的是TMEM43沒有鈣黏蛋白域[6]。蛋白組學篩選試驗已證實TMEM43在核膜上也有存在[7]。在各種細胞系中，TMEM43定位在內(nèi)核膜及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中[8]，發(fā)現(xiàn)該蛋白也存在于細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,主要在心臟成纖維細胞和冠狀血管平滑肌細胞中廣泛表達,在胎盤中的表達最為顯著，但骨骼肌中無法檢測到[1,9]。

3 TMEM43的生理功能

TMEM43是介導表皮生長因子受體(EGFR)誘導NF-κB的活性和腫瘤進展的一種關鍵的信號分子, 通過使用雙分子熒光互補功能基因組學方法高通量篩選，將TMEM43鑒定為EGFR信號網(wǎng)絡中的關鍵組分[5]。研究發(fā)現(xiàn)，TMEM43與支架蛋白CARMA3激活下游NF-κB的活性并在控制細胞的生存方面起著至關重要的作用[4]。通過在HEK293T細胞中進行NF-κB報告基因檢測，發(fā)現(xiàn)TMEM43單獨過表達與CARMA3相似，可以誘導NF-κB的活化。此外，TMEM43的高表達與腦腫瘤密切相關，它的表達抑制了腫瘤在體外和體內(nèi)的生長[5]。

4 TMEM43與疾病的關系

4.1 TMEM43與ARVC的相關研究

心律失常性右心室心肌病(Arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC)主要累及心室，是以室性心動過速、突發(fā)性心臟死亡及心肌的纖維脂肪性替代，并伴有陣發(fā)性室性心律失常和心源性猝死為主要特征的遺傳性疾病[10]。目前，基因檢測作為ARVC疾病檢測的重要手段[11]，自2000年明確第一個致病基因以來，至今已發(fā)現(xiàn)與ARVC患者臨床表型相關的有9個基因包括800多個位點的突變[12]。這些基因位點的突變主要是由編碼橋粒蛋白基因所導致的，包括盤狀球蛋白基因Plakoglobin(JUP)、橋粒斑蛋白基因Desmoplakin(DSP)、血小板親和蛋白基因Plakophilin-2(PKP2)、橋粒芯糖蛋白基因Desmoglein-2(DSG2)和橋粒芯膠蛋白基因Desmocollin-2(DSC2)。然而最近的研究發(fā)現(xiàn)非編碼橋粒蛋白的基因也與ARVC的致病性息息相關，包括轉(zhuǎn)化生長因子β-3(TGFβ3)[13]、跨膜蛋白43(TMEM43)[6]。Franke也證明了TMEM43的突變是造成心肌病的主要原因[14]。但在非橋粒蛋白基因突變引發(fā)的ARVC患者中，只有TMEM43與ARVC的關系比較明確。

2008年以來，研究發(fā)現(xiàn)ARVD5位點上的心肌病是由TMEM43的錯義突變引起的，他們在紐芬蘭地區(qū)的ARVC患者和正常的健康者中，提取白細胞和心肌組織的TMEM43全長DNA，其中在ARVC患者中鑒定出TMEM43在第1073位上的C堿基突變?yōu)門堿基，導致了第358位上氨基酸的替換，使絲氨酸變?yōu)榱涟彼?，且在該位點上TMEM43基因高度保守，該保守基因在哺乳動物、鳥類、兩棲動物及昆蟲中被發(fā)現(xiàn)，且突變發(fā)生在第3個跨膜域中[6]。TMEM43錯義基因突變是ARVC的重要原因, 相關數(shù)據(jù)表明在死亡或接受心臟移植的ARVC患者中，60%是由于TMEM43突變造成的[15]。為了確定TMEM43突變導致ARVC，Haywood等[16]對來自英國的143例ARVC患者和來自紐芬蘭的55例患者進行了TMEM43雙向測序,發(fā)現(xiàn)大部分位于TMEM43的非編碼區(qū)中。臨床研究也發(fā)現(xiàn)丹麥地區(qū)ARVC患者中有1/4是TMEM43基因突變引起的，而在健康群體中沒有發(fā)現(xiàn)TMEM43 基因的突變，說明TMEM43突變對心肌功能是有害的[17]。2011年，Christensen等人對TMEM43基因的11個變異序列進行鑒定，發(fā)現(xiàn)有兩個雜合的變異序列存在，一個是異常的剪接位點變異(c.705+7G>A;r.spl)，該變異影響第8內(nèi)含子剪接供體位點；另一個是錯義的突變(c.1073C>T;p.S358L)定位在TMEM43第三跨膜域中并反映不同極性的氨基酸，且該位點在所有生物體中高度保守[18]。在免疫組織化學實驗中，TMEM43的特異性抗體在肌纖維膜上表現(xiàn)出濃染，而TMEM43陽性患者中，TMEM43和盤狀球蛋白的免疫反應信號水平下降，這種下降在p.S358L突變者中非常明顯。該發(fā)現(xiàn)提示與ARVC相關的TMEM43和橋粒可能共享最終的分子通路[4]。

最新一項研究發(fā)現(xiàn)在TMEM43基因p.S358L突變的人群中，心肌細胞受損嚴重，但是由于該研究樣本量較小，因此共檢測出2例非編碼橋粒蛋白基因突變，分別是TMEM43基因和TGF-β3基因，該兩例患者均為多突變攜帶者[17],且該位點的突變最近在ARVD5患者中被鑒定[19]，它的突變影響參與傳導的蛋白質(zhì)的定位，改變間隙連接功能，從而降低心肌組織的傳導速度[20]。Milting等人用顯微技術分析了皮膚成纖維細胞，與TMEM43野生型相比，發(fā)現(xiàn)p.S358L突變型的細胞核硬度增加，證明這與心肌細胞的大量減少有關[21]。此外，還發(fā)現(xiàn)TMEM43的雙突變導致胎兒右心室動脈瘤區(qū)域性收縮功能下降和室性心律失常，該突變在患者母親中也得到證實，因此他們被診斷患有ARVC[22]。國外的一項針對TMEM43基因相關的ARVC的病例分析表明，在猝死的高危性上，性別差異非常顯著，病例中男性患病人數(shù)明顯比女性患病人數(shù)要多[17]。為確定TMEM43在心臟中所起的作用，研究人員在小鼠心肌細胞中瞬時表達TMEM43，發(fā)現(xiàn)TMEM43對小鼠心臟發(fā)育不是必需的，單獨的突變也不會導致小鼠的心肌病[23]。

上述各項研究表明，TMEM43基因的突變與ARVC息息相關，但它的功能及其與ARVC的致病機制知之甚少。通過全基因組掃描過氧化物酶體增殖子反應元素，證明PPARγ(脂肪生成轉(zhuǎn)錄因子)有1085個潛在的靶基因，其中包括TMEM43[3]。因此可以假設TMEM43是PPARγ所控制的脂肪形成通路的一部分，那么這種通路的失調(diào)可能導致ARVC患者出現(xiàn)心肌纖維被脂肪所代替。這一發(fā)現(xiàn)對研究TMEM43突變與ARVC致病機制間的關系開辟了一個新方向。

4.2 TMEM43與金剛砂-德雷福斯肌營養(yǎng)不良的相關研究

金剛砂-德雷福斯肌營養(yǎng)不良(Emery-dreifuss muscular dystrophy,EDMD)主要以肌肉營養(yǎng)不良、關節(jié)攣縮以及具有傳導缺陷的潛在致命擴張型心肌病為特征，是一種遺傳異質(zhì)性神經(jīng)肌肉錯亂[8]。在EDMD中，5種致病基因被鑒定與EDMD發(fā)病相關，包括EMD、LMNA、SYNE-1、SYNE-2及FHL1，分別編碼伊默菌素、A型核纖層蛋白、nesprin-1、nesprin-2和LIM域1[24]。除了FHL1外，所有的蛋白都是核膜蛋白，伊默菌素為內(nèi)核膜蛋白，在維持核結構完整性上發(fā)揮了重要的作用。核纖層蛋白即LMNA不僅能導致相關肌肉疾病，如影響骨骼肌、心肌、周圍的神經(jīng)，或者是一些脂肪組織，而且還能導致EDMD[25]。那么，這些蛋白是否與TMEM43相互作用進而影響疾病的發(fā)生是目前研究的核心。Liang等人研究發(fā)現(xiàn)，TMEM43突變可能導致心臟傳導缺陷，這是EDMD的特點之一[26]。除此之外，TMEM43突變被認為是EDMD相關肌病的致病機制之一[23]。

Liang等[26]鑒定出兩個EDMD相關肌病患者出現(xiàn)TMEM43基因的錯義突變，這兩種突變與EDMD相關性肌病有關，主要涉及骨骼肌和心肌。先前也有過報道，TMEM43跨膜區(qū)域基因的突變，即p.Ser358Leu造成了ARVC5型，ARVC-5與跨膜蛋白43基因中的突變偶聯(lián)[27]，但是沒有涉及骨骼肌等的癥狀，這表明了TMEM43的不同區(qū)域可能會涉及不同的生物學功能，甚至導致不同的顯型。

5 TMEM43與伊默菌素及核纖層蛋白之間的相互作用研究

除此之外，TMEM43作為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中的核膜蛋白，有助于通過在INM中組織蛋白復合體來維持核膜結構[28]。有研究者同時對其他核膜蛋白及其與TMEM43之間的相互作用進行研究，發(fā)現(xiàn)TMEM43與其他的核膜蛋白有著密不可分的關系，如核纖層蛋白和伊默菌素[29]。Mewborn和他的同事發(fā)現(xiàn)定位在13號染色體上的核纖層蛋白A突變體的基因出現(xiàn)了錯誤的表達，這有可能會導致核纖層蛋白病[6]。核纖層蛋白病有廣泛的表型譜，包括擴張型心肌病、金剛砂-德雷福斯肌營養(yǎng)不良、肢帶型肌營養(yǎng)不良及過早老化等[30-31]。然而近期證據(jù)表明TMEM43突變包括擴張型心肌病和不明原因的突發(fā)性心臟死亡。核纖層蛋白以二聚體形式存在，具有3種類型，分別為A、B、C型，其中，核纖層蛋白A和C是由同一個轉(zhuǎn)錄單位所編碼的，通過可變剪接而形成不同的mRNA。核纖層蛋白被廣泛地研究主要是因為Lamin A/C導致擴張型心肌病[32]，Lamin B維持核形狀和機械完整性[33]，這一特性更有助于研究與TMEM43的互作。此外，有研究發(fā)現(xiàn)伊默菌素的突變同樣會造成金剛砂-德雷福斯肌營養(yǎng)不良且TMEM43影響伊默菌素的分布[6]，進而可以推斷TMEM43的突變也會導致肌肉萎縮癥。不管是核纖層蛋白還是伊默菌素，它們與TMEM43的相互作用及43的突變是否會影響它們的分布，都需要進行廣泛而深入的研究。

6 小結

TMEM43是廣泛存在于生物膜中的一種跨膜蛋白，該蛋白參與細胞的多種生理功能，并且其編碼基因的突變也與部分臨床疾病相關。但是由于TMEM43發(fā)現(xiàn)較晚，因此對這種蛋白的認識非常有限。已有的研究表明TMEM43的編碼基因突變可導致全外顯性的心率失常性右心室心肌病和肌營養(yǎng)不良性疾病，還發(fā)現(xiàn)與其他跨膜蛋白存在相互作用，我們在相關實驗中也發(fā)現(xiàn)TMEM43與病毒感染存在一定的相關性。綜上所述，深入研究TMEM43的生理功能及其與疾病的關系，從而對致病機制研究和臨床早期診斷提供理論參考。