薛佳佳 ，曹 陽，高 一，吳 健，李 旭，肖 成，張國梁,3,4,5*

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林長春 130000；2.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林公主嶺 130033；3.吉林坤成牧業(yè)科技發(fā)展有限公司，吉林公主嶺 136100；4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部肉牛遺傳育種重點(diǎn)實驗室，吉林公主嶺 136100；5.吉林省肉牛繁育及養(yǎng)殖技術(shù)科技創(chuàng)新中心，吉林公主嶺 136100）

隨著基因組學(xué)、分子生物學(xué)及生物信息學(xué)的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者對肝配蛋白A5（Ephrin A5，EFNA5）基因結(jié)構(gòu)、調(diào)控機(jī)制以及生理功能方面進(jìn)行了大量研究，主要圍繞著人類癌癥和神經(jīng)性疾病方面展開。近年來EFNA5基因的研究開始向其他領(lǐng)域深入，多種新的生理功能被報道，哺乳動物EFNA5基因在細(xì)胞中調(diào)控多種細(xì)胞反應(yīng)，如增殖、凋亡、分化、黏附及遷移等[1-3]，參與晶狀體發(fā)育及維持[4-5]，作用機(jī)體胰島素[6]，調(diào)控雌性哺乳動物生殖過程[7]。最新研究發(fā)現(xiàn)，EFNA5基因能夠參與脂肪產(chǎn)熱，調(diào)控脂代謝[8]，可能是肥胖癥的治療靶點(diǎn)，并且與經(jīng)濟(jì)動物肉品質(zhì)性狀相關(guān)[9]。因此，EFNA5基因在治療人類肥胖癥、胰島素抵抗以及畜牧業(yè)提升畜禽肉品質(zhì)性狀等方面具有潛在的價值。本文綜述了EFNA5基因結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能、與癌癥的關(guān)系及畜牧相關(guān)研究等方面，為挖掘EFNA5基因在生物機(jī)體上的重要功能提供思路。

1 肝配蛋白A5 所屬家族概述

EFNA5基因是Ephrin 配體基因A 類的成員之一。該家族成員分為Ephrin 配體和Eph 受體兩大類，由22個家族成員組成[10-12]。有研究人員在癌癥和腦細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)Ephrin 配體[13]，科學(xué)家們利用統(tǒng)一命名法[10]，根據(jù)序列的同源性以及在細(xì)胞膜上的結(jié)構(gòu)排列順序[11,14]，將哺乳動物中的Ephrin 配體分為A 類和B 類，分別是EphrinA1-A5、EphrinB1-B3。與Ephrin 配體結(jié)合的促紅細(xì)胞生成素產(chǎn)生肝細(xì)胞（Eph）受體于1987 年被首次克隆并鑒定[15]。研究人員根據(jù)Ephrin 配體與Eph 受體的結(jié)合偏好，將哺乳動物中的Eph 受體分為A 型與B 型，分別是（EphA1-A8）、（EphB1-B6）[10]。

如圖1 所示，Ephrin基因在結(jié)構(gòu)上，其A 類通過糖基磷脂酰肌醇（GPI）連接到膜上[16]。而B 類基因在胞內(nèi)部分的結(jié)構(gòu)是由PDZ 結(jié)構(gòu)域以及相關(guān)的保守酪氨酸殘基組成，而胞外部分則是由酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域（TK）和受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（RBD）組成[11]。

Eph 受體在結(jié)構(gòu)上由細(xì)胞外成分和細(xì)胞內(nèi)成分組成。Eph 受體的胞外成分包括富含半胱氨酸的結(jié)構(gòu)域（Cys-rich domain），包括細(xì)胞因子結(jié)構(gòu)域（Sushi）和表皮生長因子結(jié)構(gòu)域（EGF）、配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域（LBD）以及纖維連接蛋白結(jié)構(gòu)域（FN）[11]。Eph 受體的胞內(nèi)部分由含有近膜的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域組成[17]，該區(qū)域含有多個保守分子，如跨膜區(qū)（TM）、酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域（TK）、無菌α基序（SAM）和PDZ 結(jié)構(gòu)域組成[11]。SAM 結(jié)構(gòu)域是Eph 受體結(jié)構(gòu)中保守的分子域之一，但有趣的是它的破壞并不影響Eph 受體的生物學(xué)作用[18]。Eph受體通常利用位于蛋白C-末端的PDZ 結(jié)合序列與配體PDZ 結(jié)構(gòu)域結(jié)合，形成聚類信號復(fù)合物發(fā)揮作用[11]。

2 EFNA5 基因表達(dá)與定位

EFNA5基因主要分布于細(xì)胞膜、細(xì)胞骨架和胞外的位置，主要在皮膚、腦、脾、腎臟、心臟和脂肪中表達(dá)，在其他組織中表達(dá)較低。

EFNA5基因位于人類5 號染色體，含有5 個外顯子，編碼序列長度為687 bp，可編碼228 個氨基酸，EFNA5 還存在2 個轉(zhuǎn)錄本，分別編碼188、201 個氨基酸。不同的轉(zhuǎn)錄本編碼不同的氨基酸，它們在功能上也存在差異，在其他物種中也可能會出現(xiàn)新的轉(zhuǎn)錄本。在結(jié)構(gòu)上，Ephrin 配體家族非常保守，EFNA5基因同其他家族成員一樣通過一種被稱為GPI 的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域整合到細(xì)胞膜中[19]。

圖1 肝配蛋白配體及肝配蛋白促紅細(xì)胞生成素產(chǎn)生肝細(xì)胞受體的結(jié)構(gòu)[9]

3 Ephrin-Eph 結(jié)合的信號傳導(dǎo)

Ephrin 配體和Eph 受體蛋白均位于細(xì)胞膜上，其功能的發(fā)揮是通過細(xì)胞間接觸來實現(xiàn)的[20]。Ephrin-Eph結(jié)合后能夠發(fā)出多種信號模式來調(diào)控正?；虿±淼募?xì)胞生理過程。例如正向信號（Ephrin：Eph），Ephrin 充當(dāng)信號的配體和發(fā)起者，Eph 是信號的接收者；反向信號（Eph：Ephrin），Eph 充當(dāng)配體并將信號誘導(dǎo)到接收者Ephrin；雙向信號傳導(dǎo)，Ephrin 和Eph 同時充當(dāng)配體和受體，這種信號傳導(dǎo)模式很少發(fā)生[11]。

Ephrin-Eph 的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通常被稱為正向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。在正向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中，Eph 受體能夠影響酪氨酸激酶受體（RTK）家族下游的一些接頭分子及效應(yīng)分子[21]。Eph受體的激活會導(dǎo)致一些酪氨酸家族成員的自磷酸化，包括SH 結(jié)構(gòu)域（下游信號結(jié)構(gòu)域）和其他激酶（如酪氨酸激酶Src 和Abl），以及沒有受體角色的接頭分子，如Nck 和富含半胱氨酸類受體蛋白激酶（Crk）[22]。Pasquale[23]研究表明，Eph 受體能夠通過調(diào)節(jié)肌動蛋白影響Rho GTPase 成員進(jìn)而來調(diào)節(jié)細(xì)胞形態(tài)改變細(xì)胞骨架并調(diào)控細(xì)胞黏附以及遷移，這一過程主要是將鳥苷二磷酸交換為受Eph 受體調(diào)節(jié)的鳥苷三磷酸來完成的。

Ehrin-Eph 家族通過反向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)多種病理和正常的細(xì)胞功能，在反向信號傳遞中，一些分子起關(guān)鍵作用，例如Src 家族激酶能夠誘導(dǎo)EphrinB 磷酸化，從而為包括Grb4 在內(nèi)的信號蛋白的SH2 結(jié)構(gòu)域形成結(jié)合位點(diǎn)[24]。在反向信號中，另一個起關(guān)鍵作用的是PDZ 結(jié)構(gòu)域，PDZ-RGS3 復(fù)合物將EphrinB 連接到G 蛋白偶聯(lián)受體分子，并調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞遷移和干細(xì)胞更新，這表明PDZ 蛋白能夠募集到EphrinB 的C-末端[25]。EphrinA5 在與其下游的Eph 受體結(jié)合時可與質(zhì)膜相連，導(dǎo)致細(xì)胞室的形成，從而改變細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。這種反向信號被認(rèn)為是由Fyn 蛋白激酶招募的，然后激活Sry 激酶家族蛋白，證實在大腦發(fā)育過程中Ehrin-Eph 的信號傳遞主要是反向的[26]。

4 EFNA5 基因的生理功能

4.1EFNA5參與神經(jīng)發(fā)生、血管生成 EphrinA5 是已報道的能夠調(diào)節(jié)成年腦細(xì)胞增殖的A 亞類Ephrin 成員之一。有學(xué)者研究表明，在顳葉癲病（TLE）小鼠模型中EFNA5和EphA4 之間的相互作用可激活ERK 和Akt 信號通路發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，當(dāng)ephrin/Eph 相互作用被干預(yù)后，能夠抑制TLE 模型新生神經(jīng)元生成以及微血管重塑[27]。在EFNA5功能喪失的研究中顯示，在小鼠模型的海馬齒狀回中，神經(jīng)元細(xì)胞增殖顯著減少[28]。這些研究證明EFNA5基因在神經(jīng)元生成以及血管生成中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

4.2EFNA5參與多種細(xì)胞反應(yīng) 有研究發(fā)現(xiàn)，缺乏EFNA5的小鼠胚胎神經(jīng)上皮細(xì)胞（NEC）凋亡減少；在平行實驗中，EFNA5的異位過表達(dá)能夠通過Caspase-3依賴性方式在體內(nèi)引起NEC 大量凋亡，從而導(dǎo)致胚胎腦發(fā)育異常，表明EFNA5過度表達(dá)會引起細(xì)胞凋亡[1]。Worku 等[2]以小鼠卵巢顆粒細(xì)胞（GC）為研究對象，觀察EFNA5對GC 凋亡、增殖、細(xì)胞周期進(jìn)程及相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的影響，發(fā)現(xiàn)EFNA5是GC 中的促凋亡因子，能夠調(diào)節(jié)雌性小鼠卵泡中GC 的增殖以及類固醇的生成，在卵泡的發(fā)生中起著重要的作用。Nguyen 等[3]研究顯示，EFNA5配體在人原代骨髓基質(zhì)細(xì)胞（BMSCs）中高表達(dá)，而造血干細(xì)胞（HSPC）的增殖、分化、黏附和遷移又依賴于BMSCs，當(dāng)EFNA5-Fc 分子存在的情況下，HSPC 的黏附和遷移顯著增加。這些研究表明，EFNA5在細(xì)胞增殖、分化、黏附、遷移以及凋亡等細(xì)胞反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

4.3EFNA5調(diào)控雌性生殖 有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，EFNA5在卵巢中表達(dá)，且缺少EFNA5的雌性小鼠不能生育，出現(xiàn)了許多卵巢缺陷，包括卵丘卵母細(xì)胞復(fù)合體在卵巢內(nèi)釋放，卵母細(xì)胞滯留在黃素化卵泡內(nèi)的發(fā)生率增加，顆粒細(xì)胞和卵泡液血栓，纖維蛋白血栓和間質(zhì)出血，表現(xiàn)出對促黃體生成素的不良反應(yīng)，在超排后出現(xiàn)異常的卵巢組織學(xué)，表明EFNA5基因在雌性生殖中發(fā)揮著重要作用[29]。另有學(xué)者利用EFNA5的siRNA 處理小鼠顆粒細(xì)胞，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，探索EFNA5干擾后顆粒細(xì)胞的全基因組圖譜，結(jié)果表明，與陰性對照相比，siRNA 處理的細(xì)胞中有包括EFNA5基因在內(nèi)的208 個基因失調(diào)，它們主要富集在細(xì)胞外過程、鈣結(jié)合和細(xì)胞黏附，參與了PI3K-Akt 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用、局灶性黏附和Rap1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等過程，進(jìn)一步干擾EFNA5基因表達(dá)能夠影響參與卵泡發(fā)生的十多種基因的轉(zhuǎn)錄水平、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及生物學(xué)過程[7]。因此，EFNA5在雌性生殖中的調(diào)控作用可以為畜禽繁殖研究提供新的線索和研究思路。

4.4EFNA5維持葡萄糖穩(wěn)態(tài) Szepietowska 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，EFNA5 能夠激活鄰近的β細(xì)胞中EphA5 受體，減少低血糖時的胰島素分泌，在基礎(chǔ)狀態(tài)以及低血糖時，過表達(dá)EFNA5 能夠刺激下丘腦腹內(nèi)側(cè)部（VMH）中的EPHA5 受體增加，能夠暫時增加局部的谷氨酸濃度；敲除EFNA5則對VMH 間質(zhì)液體谷氨酰胺濃度產(chǎn)生明顯的抑制作用；在急性低血糖時，大腦葡萄糖敏感區(qū)VMH 內(nèi)EFNA5 與EPHA5 的相互作用能夠改變與胰島素協(xié)同作用以恢復(fù)葡萄糖穩(wěn)態(tài)，其調(diào)節(jié)作用可能是通過改變谷氨酸/谷氨酰胺循環(huán)來實現(xiàn)的。此外，在另一項研究中，EFNA5 在VMH 中的表達(dá)會受到前期反復(fù)低血糖的影響，而EFNA5受體在VMH 中的表達(dá)無明顯變化，但通過靶向微量注射EFNA5 激活VMH 中EPHA5 受體，會使反復(fù)低血糖的非糖尿病大鼠的葡萄糖輸注率降低[6]。據(jù)上述結(jié)果分析，EFNA5在腦內(nèi)關(guān)鍵的葡萄糖敏感區(qū)VMH 內(nèi)的作用可能是反復(fù)低血糖引起的胰高血糖素分泌障礙的關(guān)鍵原因之一。

4.5EFNA5動員脂肪產(chǎn)熱 目前有研究表明EFNA5基因可能參與脂肪分化，并具有動員脂肪產(chǎn)熱的作用。在徐露[8]的研究中，以野生型（WT）小鼠及ALDH1A1（-/-）型小鼠內(nèi)臟脂肪（IAB）為對象，比較2 種不同細(xì)胞系間有關(guān)脂肪動員、產(chǎn)熱及神經(jīng)生長相關(guān)基因的表達(dá)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ALDH1A1（-/-）脂肪細(xì)胞較WT細(xì)胞表這較高水平的PPARγ、PPARα、Ucp2 和EFNA5等同產(chǎn)熱及神經(jīng)生長相關(guān)的基因；在5 月齡的WT 及ALDH1A1（-/-）小鼠的飼養(yǎng)實驗中發(fā)現(xiàn)ALDH1A1（-/-）小鼠較WT 小鼠血清中EFNA5含量高，且分化的ALDH1A1（-/-）脂肪細(xì)胞較分化的WT 細(xì)胞中EFNA5表達(dá)量更高；將喂養(yǎng)高脂飼料140 d 的小鼠隨機(jī)分為PBS 注射組（n=6，100 μL）及EFNA5組（n=6，45 ng/mL，100 μL），隔天IAB 注射1 個月，冷刺激（4℃環(huán)境6 h）后比較2 組小鼠的代謝率，結(jié)果表明，注射EFNA5組小鼠的基礎(chǔ)代謝率較PBS 組有明顯升高；RT-PCR 檢測10 例白人女性（5 例BMI＜30，5 例BMI ≥40）的皮下脂肪組織中EFNA5的表達(dá)，結(jié)果顯示同正常人群相比，肥胖女性體內(nèi)EFNA5的表達(dá)較正常人群低[8]。這些結(jié)果證明，EFNA5在脂肪動員和產(chǎn)熱方面發(fā)揮作用，這為人類肥胖癥的治療和畜禽肉質(zhì)選育提供了新途徑。

4.6EFNA5影響晶狀體發(fā)育與維持 Noh[31]研究表明，在胚胎中使用α-Cre 轉(zhuǎn)基因技術(shù)來誘導(dǎo)EFNA5在神經(jīng)視網(wǎng)膜遠(yuǎn)端區(qū)域過表達(dá)會導(dǎo)致鼻部和顳葉視網(wǎng)膜細(xì)胞大量凋亡；除雙極神經(jīng)元外，分化的視網(wǎng)膜神經(jīng)元的數(shù)量顯著減少，整個視網(wǎng)膜大小，特別是鼻腔和顳葉區(qū)明顯減小。這說明EFNA5的表達(dá)水平在調(diào)節(jié)神經(jīng)視網(wǎng)膜中視網(wǎng)膜前體細(xì)胞池的大小中起關(guān)鍵作用。

Lin[4]對不同發(fā)育階段的野生型和EFNA5（-/-）小鼠眼組織進(jìn)行切片，H&E 染色觀察，免疫組織化學(xué)檢測蛋白表達(dá)和定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EFNA5（-/-）小鼠出現(xiàn)永存性原始玻璃體增生癥（PHPV），最明顯的是在晶狀體后方存在一個巨大的增生性腫塊，并伴隨小鼠一生，此外，EFNA5（-/-）小鼠眼睛內(nèi)的腫塊在胚胎和出生后階段是有絲分裂活躍的。這說明EFNA5是調(diào)節(jié)原發(fā)性玻璃體退變的關(guān)鍵因子。

晶狀體中的纖維細(xì)胞通過相互作用形成高度有序的結(jié)構(gòu)以保持透明度。而Cooper 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，與正常晶狀體中的六邊形外觀形成對比，缺乏EFNA5基因的小鼠其晶狀體纖維細(xì)胞在橫截面上呈現(xiàn)圓形和不規(guī)則，且白內(nèi)障在87%的缺乏EFNA5基因的小鼠中發(fā)生并發(fā)展。這一結(jié)果證明EFNA5是晶狀體發(fā)育和維持的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。

5 EFNA5 基因在癌癥方面的研究進(jìn)展

EFNA5基因與許多癌癥的發(fā)生與發(fā)展相關(guān)。有相關(guān)研究顯示，EFNA5在肝癌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，并作為腫瘤抑制因子發(fā)揮作用[32]。Li 等[33]鑒定出EFNA5是miR-645 的直接靶基因，MiR-645 特異地靶向EFNA5mRNA 的3'UTR 并阻礙其表達(dá)，下調(diào)EFNA5抑制了結(jié)腸癌細(xì)胞遷移和侵襲的能力。同樣的，在肝癌組織中miR-96 和miR-182 的表達(dá)與EFNA5蛋白水平呈負(fù)相關(guān)，miR-96 和miR-182 直接作用于EFNA5基因的3′UTR 區(qū)域，抑制mRNA 翻譯，miR-96 和miR-182 通過下調(diào)EFNA5抑制肝癌細(xì)胞的增殖和遷移[34]。這些結(jié)果證明EFNA5基因與癌癥密切相關(guān)，是人類癌癥治療的一個潛在靶點(diǎn)。

6 EFNA5 基因在畜牧研究方面的研究進(jìn)展

目前，有報道發(fā)現(xiàn)EFNA5基因能夠調(diào)控畜禽的經(jīng)濟(jì)性狀。Yun 等[35]為深入研究在延黃牛脂肪細(xì)胞分化過程中的轉(zhuǎn)錄信息，在前體脂肪細(xì)胞（Day-0）、中分化期（Day-4）和成熟脂肪細(xì)胞（Day-9）上進(jìn)行了RNA-Seq，結(jié)果發(fā)現(xiàn)EFNA5在成脂分化的第0～4 天差異表達(dá)，從分子生物學(xué)的角度為肉牛的選育提供了潛在的遺傳標(biāo)記。有研究人員在西門塔爾牛的3 個生長階段（出生后6、12、18 個月）對西門塔爾牛的身高、體長、臀高、心臟大小、腹部大小和管骨大小6 個生長性狀進(jìn)行了全基因組相關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)包括EFNA5在內(nèi)的多個候選基因，這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步研究西門塔爾牛生長性狀的潛在遺傳機(jī)制提供了科學(xué)依據(jù)[9]。另外，EFNA5也被鑒定為影響肉雞生長性狀的候選基因[36]。另有研究發(fā)現(xiàn)，EFNA5在家禽卵巢中表達(dá)，且與低產(chǎn)個體相比，EFNA5在高產(chǎn)個體中具有上調(diào)趨勢，表明該基因可能與家禽生殖過程有關(guān)[37]。因此，EFNA5基因有價值在畜牧領(lǐng)域深入研究。

7 小結(jié)與展望

綜上所述，EFNA5基因在哺乳動物中具有非常重要的生理功能。它能夠調(diào)控多種細(xì)胞反應(yīng)，影響晶狀體發(fā)育及維持，調(diào)控機(jī)體胰島素代謝，參與雌性哺乳動物生殖過程。深入研究EFNA5基因的生理功能及其作用的分子機(jī)制，將進(jìn)一步拓展人們對它的了解。目前EFNA5基因在畜禽經(jīng)濟(jì)性狀上的研究只停留在初級階段，但已有研究證明EFNA5基因可能是影響畜禽肉品質(zhì)性狀和生長性狀的候選基因，從分子生物學(xué)的角度為畜禽選育提供了潛在的遺傳標(biāo)記。此外，EFNA5基因具有動員脂肪產(chǎn)熱、影響脂肪代謝的功能，可能成為治療肥胖癥的潛在靶點(diǎn)。這為探究EFNA5基因在人類疾病方面的治療以及家畜生產(chǎn)方面的選育提供了一定的理論依據(jù)和新的研究思路。