Derlin-1的研究進展

彭 艷 胡瑞成 戴愛國 (南華大學研究生院，湖南 衡陽 4200)

Derlin-1也稱為內質網相關降解蛋白1。編碼Derlin-1蛋白及其DNA分子序列結構在各種生物種間高度保守，從傳統模式生物(線蟲，酵母)到哺乳動物(小鼠，大鼠，狗)及人類，都存在與Derlin-1同源的一些基因。在人類中，Derlin-1有2個同系物，Derlin-2和Derlin-3。Derlin-1分子主要分布于細胞內質網中，由4個跨膜區域組成，它的氨基端與羧基端均存在于胞液中，而且與多種蛋白分子發生相互作用〔1，2〕。

1 Derlin-1參與未折疊蛋白反應(UPR)

1.1 UPR 某些生理或病理條件如分泌性蛋白基因發生突變或者內質網因化學物質刺激等，均可引起內質網腔內錯誤折疊或未折疊蛋白堆積或鈣離子耗竭等，這些內質網的穩態失衡即為內質網應激(ERS)。為了消除這種應激，內質網立即啟動UPR，UPR包括蛋白質合成減少或暫停，內質網分子伴侶表達上調，內質網相關性降解和自噬作用等在內的一種綜合性反應。UPR在一定程度上減輕或消除內質網蛋白質堆疊的負荷，因此UPR是細胞的一種適應性保護機制。但是當這些適應性反應仍不能緩解應激狀況時，受損細胞最終會因為發生內質相關性細胞凋亡而被清除。

1.2 Derlin-1的功能 早在1996年，Knop等就通過互補實驗在酵母細胞中克隆了Derl基因，并實驗證實Derl在錯誤折疊蛋白從內質網腔到細胞質的轉運過程中發揮作用。直到2004年，Ye和 Lilley等〔1，2〕在揭示錯誤折疊蛋白逆轉位(即從內質網到細胞質的轉運，因它與新生蛋白質從細胞質到內質網的轉運方向相反，故稱為逆轉位)機制的研究中鑒定出Derlin-1基因，并首次報道Derlin-1在哺乳動物細胞中的功能與Derl類似，也是參與錯誤折疊蛋白的跨內質網膜轉運，是酵母細胞中發現的Derl的同源基因。

1.3 Derlin-1作為跨膜蛋白調控UPR 近年來研究發現，Derlin-1作為跨膜蛋白復合體之一調節底物蛋白從內質網跨膜到胞質中。某些生理或病理性原因使內質網生理功能發生紊亂，大量錯誤折疊的蛋白質在內質網中堆積，引起內質網應激。嚴重時可引起應激凋亡和某些疾病的發生。內質網有較強的內穩態體系，即通過有效的質量控制系統使錯誤折疊的蛋白質重新折疊，無法恢復正確構象的蛋白為避免在內質網過度堆積造成危害，則在內質網甘露糖苷酶作用下從Calnexin/Calreticulin循環中釋放出來，通過跨膜蛋白復合體進入胞液，在泛素蛋白酶體系中被降解，從而減輕內質網應激，進一步避免受損細胞的凋亡〔3～5〕。

2 與Derlin-1有關的疾病

2.1 Derlin-1與先天性高胰島素癥 胰腺的β細胞利用細胞膜上的ATP-敏感鉀離子通道(KATP)使新陳代謝信號轉變成電信號，從而抑制胰島素的分泌。由于通道突變，導致ATP-敏感鉀離子通道(KATP)減少，這是先天性高胰島素癥主要發病機制之一。在缺乏KATP通道的病態條件下，β細胞不斷地去極化，因此，盡管嚴重的低血糖，胰島素分泌仍持續。KATP由磺酰脲受體1(SUR1)和Kir6.2組成。KATP通道在細胞膜上的數量影響β細胞對葡萄糖的敏感性。研究發現KATP通道蛋白經歷內質網相關性降解(ERAD)，而且抑制蛋白酶體功能將導致通道表達增加。進一步研究發現SUR1和Kir6.2都與Derlin-1和P97相互作用。如果利用siRNA方法敲除Derlin-1將導致SUR1表達增加和相應的KATP通道的表達增加。而且，敲除 Derlin-1將導致因疾病引起的錯誤折疊 SUR1和Kir6.2蛋白表達增加。因此，Derlin-1在KATP通道在體內平衡中發揮著重要作用。通過改變Derlin-1的表達從而調節KATP通道的密度，進一步調節胰島素的分泌〔6〕。

2.2 Derlin-1與囊胞性纖維癥 錯誤折疊和早期降解地F508del-CFTR是囊胞性纖維癥發病的主要原因。囊胞性纖維化跨膜轉導調節因子(CFTR)合成大約需要10 min。內質網質量監測系統全程監測CFTR的合成過程。然而，CFTR折疊大約有70%～85%的野生型相對無效和70%～85%的F508del突變體一起從折疊過程中分離出來被泛素化蛋白酶體降解。試圖讓CFTR折疊成一個天然形式，不再被內質網質量控制系統識別，這涉及內質網蛋白和胞質蛋白的互相合作。Derlin-1與RMA1 E3復合體識別折疊缺陷的CFTR，并且讓其跨膜進入胞質，最后被胞質中的蛋白酶體降解〔7～10〕。

2.3 Derlin-1與肌萎縮性脊髓側索硬化癥(ALS)是一種成人發病，上下運動神經元混合性對稱性損害為特點的麻痹疾病。它的主要癥狀是運動神經壞死和肌肉萎縮。5%～10%的患者有遺傳性，稱為家族性ALS(FALS)，成年型屬常染色體顯性遺傳。目前基因研究已確定常染色體顯性遺傳型與銅/鋅超氧化物歧化酶(SOD)1基因突變有關。一方面，由于SOD1基因突變，導致錯誤折疊蛋白在內質網中堆積，引起ERS;另一方面，突變體SOD1與Derlin-1的碳未端胞質區域相互作用，干擾錯誤折疊蛋白的跨膜，進一步加重 ERS。Mori等〔11，12〕研究發現，過表達的Derlin-1通過抑制ERS通路蛋白的活性從而抑制突變體SOD1誘導引起的細胞毒性作用。過表達的Derlin-1抑制突變體SOD1誘導的細胞凋亡，而且提高細胞的存活率。Derlin-1對突變體SOD1的作用開辟了治療ALS的新思路。

2.4 Derlin-1與乳腺癌 乳腺癌病因尚未完全清楚。乳腺癌還沒有發現特異性腫瘤標志物。Klopfleisch等〔13～16〕研究發現，聯合表達BMP2，DERL1(derlin-1)和LTBP4可以區別犬類乳腺腫瘤的良惡性。在惡性乳腺腫瘤中，BMP2和 DERL1表達升高，而LTBP4表達降低。DERL1(derlin-1)作為一種跨膜蛋白使錯誤折疊蛋白從內質網中跨膜進入胞液，進而抑制內質網應激相關的凋亡。因此BMP2，DERL1和LTBP4可以作為區分乳腺腫瘤良惡性的標志。

2.5 Derlin-1與霍亂 霍亂是一種烈性腸道傳染病，由霍亂弧菌污染水和食物引起傳播的。霍亂腸毒素是霍亂弧菌產生三種毒素之一。霍亂腸毒素使機體的水和電解質從腸腺大量分泌，形成霍亂腸瀉癥狀。CTA1是霍亂腸毒素一個亞型。Bernardi等〔17〕研究發現Derlin-1促進CTA1的跨膜，從而引起霍亂腸瀉癥。研究還發現，CTA1與Hrd1，gp78以及PDI相互作用促進CTA1跨膜。然而當抑制Derlin-1時，CTA1與Hrd1，gp78相互作用也被抑制了。因此，CTA1首先與Derlin-1相互作用，然后才與 Hrd1 和 gp78 相互作用〔17～21〕。

2.6 Derlin-1與多瘤病毒(BKV)相關性腎病 BKV人群感染率高達90%，但是有臨床癥狀者常限于免疫功能缺陷的個體。BKV相關性腎病包括出血性膀胱炎，間質性腎小球腎炎，輸尿管狹窄等。在免疫功能缺陷個體中，BKV被激活。Jiang等〔22〕研究發現，Derlin-1與BKV的衣殼蛋白相互作用促進衣殼蛋白跨膜和重新組裝。因此，抑制Derlin-1表達時，BKV的感染也被抑制。

2.7 Derlin-1與神經元蠟樣質脂褐沉淀病(NCL)NCL是兒童時期最常見的神經性疾病。它屬于溶酶體貯積病有酶缺陷和結構蛋白功能異常。它是由于9個Cln基因中的一個發生突變引起的常染色體隱性遺傳病。Oresic等〔23〕研究發現，NCL中存在Cln6突變體。Cln6突變體與Derlin-1，P97相互作用從內質網跨膜進入胞質，并被蛋白酶體快速降解。在Cln突變的機體中，內質網質量控制系統是不穩定，因此導致Cln突變體逃避降解，進一步促進NCL的發展。

2.8 Derlin-1與X連鎖腎性尿崩癥 X連鎖腎性尿崩癥是V2R基因突變導致的一種嚴重先天性腎臟疾病。Schwieger等〔24〕研究指出，在人類胚胎腎293細胞中V2R突變體具有不同錯誤折疊結構域。這些結構域與P97，derlin-1以及26S蛋白酶體相互作用最終被降解。因此，derlin-1促進突變的V2R降解對機體是一種保護。

2.9 Derlin-1與人類肝海綿狀血管瘤(CHL)肝血管瘤是肝臟的良性腫瘤，以CHL最常見。CHL的確切病因尚未明確，目前較為流行的學說是血管發育異常致血管海綿狀擴張。Hu等〔25〕研究發現Derlin-1在人CHL內皮細胞中的表達與其他多種血管內皮細胞相比顯著下調，同時，人CHL內皮細胞中的內質網異常膨脹。當過表達Derlin-1時，擴大內質網返回到正常大小。而且，在Derlin-1低表達時，人CHL組織的血管內皮細胞中檢測到UPR的活化標記基因Bip的表達顯著上調，同時還發現體外培養的人CHL內皮細胞中XPB1也發生了UPR特異的剪接作用。因此Derlin-1表達下調，UPR活化及內質網膨脹等與CHL發病機制之間有著密切關系〔25〕。

3 展望

Derlin-1在各種人類腫瘤組織中都有表達，除了胰腺癌。腫瘤的靶向治療是最有前景的抗癌治療。Derlin-1作為跨膜蛋白參與錯誤折疊蛋白的轉運。過表達Derlin-1抑制腫瘤細胞的ERS相關性凋亡，增加了腫瘤細胞存活的機會。Ran等〔26〕研究發現單克隆抗Derlin-1抗體能夠定位于腫瘤細胞表面直接抑制腫瘤生長〔26〕。因此，人們推測針對腫瘤細胞的Derlin-1下調表達有望成為腫瘤治療中一個重要的新輔助靶點。

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