分泌粒蛋白Ⅲ的生物學功能與臨床意義*

李馮銳，田曉菲，周懿舒，朱蘭卉，龐 灝△

(1中國醫科大學法醫學院，遼寧 沈陽 110001;2包頭醫學院法醫學系，內蒙古 包頭 014060)

分泌粒蛋白Ⅲ(secretogranin III，SCG3/Sg III)是粒蛋白家族(granin family)中一個較新的成員。該蛋白與粒蛋白家族其它成員一樣，在分泌顆粒(secretory granules)的基質中表達豐富，為親水性酸性蛋白質，帶有豐富的電荷，廣泛分布于神經內分泌細胞、內分泌細胞及神經細胞。早在1985年，Martens等[1]將蟾蜍置于陰暗環境中，發現其腦垂體中葉的前阿皮黑素皮質素(pro-opiomelanocortin，POMC)、促黑色素細胞激素(melanocyte-stimulating hormone，MSH)的前體物質以及SCG3的mRNA表達水平均有所升高，提示SCG3可能調節肽類激素的分泌過程。Holthuis等[2]進一步研究證實 SCG3在細胞內以硫酸鹽化的蛋白形式存在，出胞后經歷蛋白水解過程，可能產生了具備某些生物活性的多肽而參與神經內分泌調節途徑。

1 SCG3基因及蛋白質性質

人類SCG3基因(AF 453583)位于15號染色體上，包括12個外顯子和11個內含子，開放性閱讀框架由1404個核苷酸組成，編碼468個氨基酸，蛋白分子量53 kD，等電點4.8。該蛋白在第325位氨基酸至第348位氨基酸之間的序列，與粒蛋白家族其它成員表現出較高的相似性，是一段高度保守的序列。經氨基酸測序分析顯示SCG3蛋白有3個N-連接寡聚糖潛在位點(Asn-X-Ser/Thr)，不存在O-連接寡聚糖潛在位點。此外，在第123位氨基酸殘基上存在1個潛在的酪氨酸硫酸化位點，在該蛋白中含有DSTK重復序列和7對二元堿性氨基酸(dibasic sites)，并在N端可能存在由19個氨基酸殘基組成的信號肽[3]。

2 SCG3的表達與分布

Rong 等[3]采用 Northern blotting技術，以完整的SCG3基因編碼區 cDNA為探針對人腦、心臟、骨骼肌、腎臟、肝臟、腸、胎盤等多個組織的SCG3 mRNA表達情況進行檢測。結果顯示被檢測組織分別在2.2 kb與1.9 kb處出現雜交條帶，而在腦組織檢出分子量為4.5 kb、3.3 kb、2.2 kb、1.9 kb 4 種 mRNA，并發現4.5 kb與3.3 kb mRNA為腦組織所特有。既往研究曾經指出大鼠SCG3基因存在2.2 kb與1.9 kb 2種mRNA，其產生原因為3'端多聚腺苷酸(polyA)出現位置不同[4]。因此，推測人類SCG3基因的4種不同轉錄產物是由于在基因轉錄后修飾過程中，第12位外顯子后3'非翻譯區polyA出現位置不同所致。

SCG3廣泛分布于具有內分泌功能的組織細胞，Rong等[3]研究發現，SCG3在小腸、結腸、胎盤組織有不同程度表達，而在腦、心臟、骨骼肌、腎臟及肝臟表達量明顯升高。Lein等[5]通過原位雜交技術證實SCG3在神經元及星形膠質細胞中有大量分布。Stridsberg等[6]應用免疫組織化學研究顯示SCG3存在于胰腺的胰島素細胞及胰高血糖素細胞。Portela-Gomes等[7]報道，SCG3在正常的腎上腺細胞表達頗為豐富。Gr?nberg等[8]證實在人類乳腺組織上皮細胞與肌上皮細胞中有SCG3的表達，并因此推測乳腺組織可能具有內分泌功能。此外，研究證實在血小板[9]及肥大細胞[10]等非神經內分泌細胞中SCG3也有表達和釋放，并推測其可能發揮調節內分泌的功能。

3 SCG3的生物學功能

SCG3蛋白分子至少包括3個功能域:位于蛋白N端(SCG323-186)的膽固醇結合區域;位于中間部位(SCG3214-373)的嗜鉻粒蛋白 A(chromogranin A，CgA)結合區域;位于蛋白C端(SCG3374-471)的羧肽酶E(carboxypeptidase，CPE)結合區域。SCG3可以與特異性蛋白質及脂類的結合，提示該蛋白在分泌顆粒的靶向輸送過程中發揮著極其重要作用。在AtT-20細胞，將CgA分子中去除SCG3的結合區域導致了CgA蛋白分子的錯誤折疊，提示SCG3的功能是作為CgA結合至分泌顆粒的特異性受體。與CgA依賴于SCG3形成聚集物并運輸至分泌顆粒相反，SCG3分子去除CgA結合區域后，仍舊可以發揮將其它可溶性蛋白輸送至分泌顆粒的生物學功能。而去除SCG3蛋白N端膽固醇結合區域則導致了SCG3與 CgA的分離，并且從分泌顆粒膜上脫離[11，12]。SCG3與CPE 的相互作用在一定程度上提高了可溶性蛋白結合至分泌顆粒的效率，而SCG3可以獨立于CPE將可溶性蛋白聚集物運輸至分泌顆粒[13]。總之，3個功能域使SCG3具備重要的生物學功能，即在包含生物活性肽類與非肽類的核心聚集物與富含膽固醇的亞細胞結構域中間搭橋，使核心顆粒連接至富含膽固醇的分泌顆粒膜上并形成分泌顆粒，進而參與神經內分泌調節過程。

4 SCG3的病理生理學意義

4.1 在代謝性疾病中的作用 既往研究已經證實，SCG3的基本生物學功能是促進分泌顆粒的形成，參與神經內分泌調節過程。

①病理性肥胖(morbid oberity)SCG3在與食欲調節功能密切相關的下丘腦室旁核表達豐富[4]，其基因位于15號染色體q21，曾經有報道在此位置存在肥胖相關基因[14]。進一步研究發現，SCG3蛋白與促食素(orexin)、黑色素聚集激素(melanin concentrating hormone，MCH)、神經肽 Y(neuropeptide Y，NPY)、POMC等食欲相關的肽類激素共同表達，并且與這些神經肽類激素組成分泌顆粒樣結構。出胞后SCG3被水解成短肽可抑制促食素、MCH、NPY、POMC等肽類激素的釋放，從而抑制食物攝入，減少脂肪積累[15]。病例對照研究中，Tanabe 等[16]應用高通量檢測技術證實在SCG3基因5'側翼非編碼區存在 rs3764220、rs16964465、rs169644763 個單核苷酸多態性位點(single nucleotide polymorphisms，SNPs)可調節SCG3表達量，且與肥胖癥有著密切的關聯。

②糖尿病(diabetes) 胰島素由胰島β細胞分泌，是調節血糖水平、維持機體代謝平衡的重要激素。胰島素刺激-分泌偶聯的信號調節是一個復雜交錯的網絡，受到多種肽類和營養物質的影響[17]。Tooze等[18]報道SCG3在胰島β細胞表達豐富，并且與其家族成員CgA一起參與胰島素的分泌調節進而影響機體血糖水平及能量代謝。另外有學者研究表明，在膽固醇豐富的分泌顆粒膜上緊密結合的SCG3與家族成員SgII共同發揮著收集與錨定可溶性蛋白質至分泌顆粒的功能，從而調控包括胰島素在內的生物活性肽類的存儲與釋放[19，20]。在染色體上，與SCG3基因鄰近的q15存在著Ⅱ型糖尿病易感基因[21]。Dowling等[22]以 MIN-6 細胞株作為模型研究發現，當細胞分泌顆粒的SCG3與SgII大量釋放時，該細胞再接受葡萄糖刺激時不具備分泌胰島素的功能。諸多研究結果提示，SCG3因為特定的分布特征與生物學特性，使其有望成為監測胰島β細胞功能的生物標記，并輔助于糖尿病的診斷與治療。

③動脈粥樣硬化(artherosclerosis，AS)SCG3蛋白存在于血小板，受到外源性及內源性刺激后釋放至外周血液，作為一個潛在性的單核細胞化學誘導物前體，參與動脈粥樣硬化的發生[9]。He 等[23]研究發現經過低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)處理的人單核細胞株THP-1，SCG3在基因與蛋白表達水平上均有明顯升高，并證實在正常的脈管系統中沒有SCG3蛋白的存在，但是當脈管系統的血管壁細胞遭受動脈粥樣硬化性損傷時則發現SCG3蛋白的表達。SCG3的表達使中性粒細胞及單核細胞分泌顆粒中的髓過氧化物酶(myeloperoxidase)含量增高，進而激活跨膜蛋白二價金屬離子轉運體(divalent metal transporter 1，DMT-1)，促進LDL的氧化，加速動脈粥樣硬化的發展進程。

既往研究證實，SCG3因為其特有的生物學功能而參與諸多代謝性疾病的發生與發展過程，關注于SCG3在此類疾病中的角色，將對發病機制研究以及疾病的診斷、治療、預后評估具有重要的臨床指導意義，并為新藥的開發提供寶貴的基礎數據。

4.2 與雌激素相關疾病的關聯 Blake等[24]應用雌激素處理大鼠后發現腦下垂體前葉SCG3蛋白表達下調并同時伴有SCG2蛋白上調，證實雌激素通過對分泌粒家族蛋白表達量的影響在一定程度上改變了內分泌途徑及其它相關激素表達量。Martyniuk等[25]應用17-α -炔雌醇(17-alpha-ethinylestradiol，EE2)處理金魚后，相同作用濃度下SCG3在端腦與下丘腦的表達變化趨勢截然不同，揭示SCG3對神經內分泌的調節具有組織特異性并與不同部位分布的活性肽類功能密切相關。總之，雌激素及其類似藥物可通過影響SCG3的表達量而影響腦組織神經遞質與神經肽類激素的產生與釋放，使機體呈現出不同的病理生理狀態。

4.3 在腦損傷中的作用 SCG3及其家族成員分布廣泛，而在腦組織中表達尤其豐富。諸多研究已經表明，分泌粒家族參與腦組織中分泌顆粒的構成及神經遞質的調節，是神經細胞分泌顆粒分布、運輸與代謝情況最具價值的生物學標記。Paco等[26]研究發現，穿孔性腦損傷后星形膠質細胞對外源性刺激表現出不同程度的反應性，此時SCG3 mRNA及蛋白質的表達水平均顯著增高。同時發現，腦損傷誘導的反應性星形膠質細胞中，包括生長因子、細胞活素類(例如:腎上腺髓質素、內皮素、干擾素、白細胞介素-6、腫瘤壞死因子)等一系列分泌肽類物質均出現表達增高，可以推測此時SCG3急劇增高，以便及時存儲與運輸大量增多的各種肽類物質。除了細胞內功能，升高的SCG3蛋白一部分被分泌至胞外，廣泛存在于細胞外基質中。該現象提示大量釋放出胞的SCG3蛋白，在神經細胞的信息交換、損傷細胞清除及損傷修復過程中發揮著極其重要的作用。

5 SCG3的臨床意義

5.1 神經內分泌腫瘤的診斷 Portela-Gomes等[7]從事分泌粒家族蛋白在神經內分泌腫瘤中表達情況研究，采集的樣本包括人體肺臟、胃腸、胰腺、腎上腺等多個組織器官不同類型的神經內分泌瘤，研究發現SCG3與CgA形成復合物，在眾多組織的神經內分泌瘤中有較高表達，提示分泌粒家族蛋白可能參與神經內分泌腫瘤的發生。

①小細胞肺癌(small-cell lung cancer，SCLC)Moss等[27]在SCLC轉移患者外周血有核細胞成分中抽提mRNA，發現患者血液中由于循環腫瘤細胞(circulating tumor cells，CTC)存在且其中的神經元限制性沉默因子(neuron-restrictive silencer factor，NRSF)失功能，可以表達特異性轉錄產物，而此類轉錄產物在健康人循環細胞中不表達。SCG3 mRNA是被檢測到的特異性轉錄產物之一，并且具有表達量極高的特點，提示外周血CTCs中SCG3 mRNA可以作為監控SCLC轉移情況最為有效的生物標記。

② 前列腺癌(prostate cancer，PC)Jongsma 等[28，29]從事前列腺癌的細胞分化發生機制研究并尋找更多的相關生物學指標，SCG3因其在神經內分泌細胞中的重要生物學功能而受到重視，大量研究揭示患者分泌至外周血中SCG3蛋白可以作為監測腫瘤細胞分化程度的一項重要指標，從而監控前列腺癌的病程并對其預后進行評估。

毫無疑問，檢測神經內分泌腫瘤患者外周血中SCG3 mRNA或蛋白表達情況是一種行之有效的非侵襲性手段。與以往傳統的組織學活檢相比，該外周血檢測技術對病人創傷小，更加簡單易行。而與檢測患者血清中其它肽類物質相比，SCG3具有較高的敏感性與特異性，對神經內分泌腫瘤病情診斷、治療方案選擇、復發與預后評估具有重要的臨床指導意義。

5.2 多發性硬化(multiple sclerosis，MS)的診斷與分型 體液生物標記物對MS臨床分型及監控病情具有重要意義。為了尋找區別于其它神經系統疾病并可對該病進行臨床分型[復發緩解型(relapsingremitting，RR)、原發漸進型(primary-progressive，PP)、繼發進展型(secondary-progressive，SP)、進展復發型(progressive-relapsing，PR)]的可靠生物標記，Teunissen等[30]采用基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜技術(matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS)對不同類型MS及其它神經系統疾病病人腦脊液及血清樣品進行分析，結果顯示，SCG3分解成的短肽在不同類型MS病人樣品中含量顯著不同，并有別于其它神經系統疾病。檢測MS病人血清及腦脊液中SCG3分解的短肽含量，有助于該病的臨床診斷及分型。

6 小結與展望

鑒于SCG3廣泛且特異的組織學分布特征及重要的生物學功能，使其成為研究神經內分泌系統分泌顆粒分布情況及其病理生理學意義最具價值的生物學標記，同時也成為人體神經內分泌腫瘤與多發性硬化的診斷、治療及預后的輔助指標。隨著人們對分泌粒家族研究的進一步深入，SCG3因其獨特的蛋白質結構及生物學特性，將會成為分泌粒家族的又一核心成員，其生物學功能將會被深入研究，而相關的病理生理學意義及其在諸多臨床疾病的診斷、治療與預后中的指導意義將會被探索。

[1]Martens GJ，Civelli O，Herbert E.Nucleotide sequence of cloned cDNA for pro-opiomelanocortin in the amphibian Xenopus laevis[J].J Biol Chem，1985，260(25):13685-13689.

[2]Holthuis JC，Jansen EJ，Martens GJ.Secretogranin III is a sulfated protein undergoing proteolytic processing in the regulated secretory pathway[J].J Biol Chem，1996，271(30):17755-17760.

[3]Rong YP，Liu F，Zeng LC，et al.Cloning and characterization of a novel human secretory protein:secretogranin III[J].Sheng Wu Hua Xue Yu Sheng Wu Wu Li Xue Bao(Shanghai)，2002，34(4):411-417.

[4]Ottiger HP，Battenberg EF，Tsou AP，et al.1B1075:A brain-and pituitary-specific mRNA that encodes a novel chromogranin/secretogranin-like component of intracellular vesicles[J].J Neurosci，1990，10(9):3135-3147.

[5]Lein ES，Hawrylycz MJ，Ao N，et al.Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain[J].Nature，2007，445(7124):168-176.

[6]Stridsberg M，Grimelius L，Portela-Gomes GM.Immunohistochemical staining of human islet cells with regionspecific antibodies against secretogranins II and III[J].J Anat，2008，212(3):229-234.

[7]Portela-Gomes GM，Grimelius L，Stridsberg M.Secretogranin III in human neuroendocrine tumours:a comparative immunohistochemical study with chromogranins A and B and secretogranin II[J].Regul Pept，2010，165(1):30-35.

[8]Gr?nberg M，Amini RM，Stridsberg M，et al.Neuroendocrine markers are expressed in human mammary glands[J].Regul Pept，2010，160(1-3):68-74.

[9]Coppinger JA，Cagney G，Toomey S，et al.Characterization of the proteins released from activated platelets leads to localization of novel platelet proteins in human atherosclerotic lesions[J].Blood，2004，103(6):2096-2104.

[10]Prasad P，Yanagihara AA，Small-Howard AL，et al.Secretogranin III directs secretory vesicle biogenesis in mast cells in a manner dependent upon interaction with chromogranin A[J].J Immunol，2008，181(7):5024-5034.

[11]Hosaka M，Watanabe T，Sakai Y，et al.Identification of a chromogranin A domain that mediates binding to secretogranin III and targeting to secretory granules in pituitary cells and pancreatic β -cells[J].Mol Biol Cell，2002，13(10):3388-3399.

[12]Hosaka M，Suda M，Sakai Y，et al.Sercretogranin III binds to cholesterol in the secretory granule membrane as an adapter for chromogranin A[J].J Biol Chem，2004，279(5):3627-3634.

[13]Hosaka M，Watanabe T，Sakai Y，et al.Interaction between secretogranin III and carboxypeptidase E facilitates prohormone sorting within secretory granules[J].J Cell Sci，2005，118(Pt20):4785-4795.

[14]Baghaei F，Rosmond R，Westberg L，et al.The CYP19 gene and associations with androgens and abdominal obesity in premenopausal women[J].Obes Res，2003，11(4):578-585.

[15]Hotta K，Hosaka M，Tanabe A，et al.Secretogranin II binds to secretogranin III and forms secretory granules with orexin，neuropeptide Y，and POMC[J].J Endocrinol，2009，202(1):111-121.

[16]Tanabe A，Yanagiya T，Iida A，et al.Functional single-nucleotide polymorphismsin the secretogranin III(SCG3)gene that form secretory granules with appetiterelated neuropeptides are associated with obesity[J].J Clin Endocrinol Metab，2007，92(3):1145-1154.

[17]李宗杰，王梅玉，周小理.生物活性肽調節胰島素分泌的信號轉導機制[J].中國病理生理雜志，2010，26(4):823-828.

[18]Tooze SA，Flatmark T，Tooze J，et al.Characterization of the immature secretory granule，an intermediate in granule biogenesis[J].J Cell Biol，1991，115(6):1491-1503.

[19]Sakai Y，Hosaka M，Hira Y，et al.Immunocytochemical localization of secretogranin III in the anterior lobe of male rat pituitary glands[J].J Histochem Cytochem，2003，51(2):227-238.

[20]Tsuchiya M，Hosaka M，Moriguchi T，et al.Cholesterol biosynthesis pathway intermediates and inhibitors regulate glucose-stimulated insulin secretion and secretory granule formation in pancreatic beta-cells[J].Endocrinology，2010，151(10):4705-4716.

[21]Stein CM，Song Y，Elston RC，et al.Structural equation model-based genome scan for the metabolic syndrome[J].BMC Genet，2003，4(Suppl 1):S99.

[22]Dowling P，Shields W，Rani S，et al.Proteomic analysis of conditioned media from glucose responsive and glucose non-responsive phenotypes reveals a panel of secreted proteins associated with beta cell dysfunction[J].Electrophoresis，2008，29(20):4141-4149.

[23]He C，Huang R，Du F，et al.LDL oxidation by THP-1 monocytes:Implication of HNP-1，SgIII and DMT-1[J].Clin Chim Acta，2009，402(1-2):102-106.

[24]Blake CA，Brown LM，Duncan MW，et al.Estrogen regulation of the rat anterior pituitary gland proteome[J].Exp Biol Med(Maywood)，2005，230(11):800-807.

[25]Martyniuk CJ，Xiong H，Crump K，et al.Gene expression profiling in the neuroendocrine brain of male goldfish(Carassius auratus)exposed to 17α -ethinylestradiol[J].Physiol Genomics，2006，27(3):328-336.

[26]Paco S，Pozas E，Aguado F.Secretogranin III is an astrocyte granin that is overexpressed in reactive glia[J].Cereb Cortex，2010，20(6):1386-1397.

[27]Moss AC，Jacobson GM，Walker LE，et al.SCG3 transcript in peripheral blood is a prognostic biomarker for REST-deficient small cell lung cancer[J].Clin Cancer Res，2009，15(1):274-283.

[28]Jongsma J，Oomen MH，Noordzij MA，et al.Androgen deprivation of the PC-310(correction of prohormone convertase-310)human prostate cancer model system induces neuroendocrine differentiation[J].Cancer Res，2000，60(3):741-748.

[29]Jongsma J，Oomen MH，Noordzij MA，et al.Different profiles of neuroendocrine cell differentation evolve in the PC-310 human prostate cancer model during long-term androgen deprivation[J].Prostate，2002，50(4):203-215.

[30]Teunissen CE，Koel-Simmelink MJ，Pham TV，et al.Identification of biomarkers for diagnosis and progression of MS by MALDI-TOF mass spectrometry[J].Mult Scler，2011，17(7):838-850.