吞噬細胞運動蛋白1的相關研究進展

程錦萍，沈順利，彭寶崗

·綜述·

吞噬細胞運動蛋白1的相關研究進展

程錦萍，沈順利，彭寶崗

吞噬細胞運動蛋白1（engulfment and cell motility 1，ELMO1），是進化上非常保守的一種蛋白質，主要介導細胞的吞噬、移動和形態改變。ELMO1對于維持生物體的穩態具有重要意義，其異常表達與糖尿病性腎病、微生物感染、惡性腫瘤的臨床分期和預后密切相關。業已證實ELMO1是糖尿病性腎病的敏感基因之一，還與腫瘤細胞的侵襲、轉移有關。本文就ELMO1與微生物感染、糖尿病性腎病的發生、發展和腫瘤的關系作一綜述。

1 ELMO1概述

Elliott等［1］和van Ham等［2］用斑馬魚研究凋亡細胞的清除機制時發現，巨噬細胞的遷移和吞噬作用是整個過程的核心部分，而吞噬作用的發生離不開ELMO1的參與。ELMO1相對分子質量約為72×103，是進化上非常保守的序列，其上無明顯催化區域［3］，主要介導細胞吞噬、移動和形態改變［4］。ELMO1的作用主要可以體現在以下幾個方面：①作為磷脂酰絲氨酸受體腦血管生成抑制因子1（BAI1）等的下游物質，協同DOCK1通過Rac-GEF途徑激活Rac1下游信號通路，引發細胞骨架重排，促進整合素介導的細胞吞噬作用［4］；②促進死亡細胞的內在化［1］；③促使神經元生長因子誘導神經突生長［5-6］，參與神經元細胞的形態學發生［7］；④在細胞膜表面募集微管微絲交聯因子，也稱ACF7（cross-linking family 7），促進微管蛋白俘獲和整合素介導的細胞偽足的形成［8］；⑤作為遠端缺失基因1（distal-less homeobox 1，Dlx1）的作用靶點，在Reelin免疫陽性［Re（+）］和Calretinin免疫陽性［Cr（+）］中間神經元中選擇性表達，對活動依賴性中間神經元的遷移是不可或缺的［9］；⑥作為主要位于細胞核內的內源性中介體復合物31（Med31）的一個獨特的調節因子，增加Med31在細胞質中的表達，促進其泛素化，并共同特異地影響細胞因子IL10和IL33的表達［10］。

無功能糖基轉移酶樣蛋白180（dedicator of cytokinesis 180，DOCK180）蛋白超家族是最近鑒定出來的一種非傳統的Rho家族GTPase的鳥嘌呤交換因子（GEF）。之所以稱其為非傳統GEF，是因為DOCK180成員中沒有其他GEF所具有的典型的DH區，它是通過一個保守的“Docker”（亦稱“CZH2”）區域介導Rho-family GTPases的核苷酸交換［11］，但是這個過程的發生離不開ELMO1的作用［12］。在基礎狀態下，DOCK180 N端的SH3區域和C端的催化區域Docker結合在一起，這在空間上阻礙了Rac與Docker的結合。而ELMO1可以通過結合到DOCK180的SH3區域從而破壞SH3：Docker的結構穩定性，促使Rac結合到Docker區域上去，誘發Rac上GDP/GTP的轉換，而啟動后續的信號通路［13］。業已確證主要是ELMO1 C端的最后200個氨基酸殘基和DOCK180 N端的前180個氨基酸殘基共價配對，且ELMO1 C端的多聚脯氨酸聚集區可以明顯增加ELMO1-DOCK180復合物的穩定性［14］。ELMO1協助DOCK180激活Rac酶至少包括以下3個獨立的機制：①幫助DOCK180穩定Rac在其無核苷酸的過渡狀態；②解除DOCK180自我抑制狀態；③協助DOCK180定位到質膜上，從而作用于Rac。總而言之，ELMO1與DOCK18的結合激活Rac，繼而介導凋亡細胞的吞噬作用和細胞的遷移［11］。此外，ELMO1還可以作為DOCK180泛素化抑制劑，延緩細胞內DOCK180的降解［9］。DOCK180與ELMO1之間的協同作用是相互的，除了已知的ELMO1對DOCK180的促進作用，DOCK180對ELMO1同樣具有正向調節作用［3］。

在原生動物秀麗隱桿線蟲（C.elegans）中，ELMO1的同類物為CED-12，DOCK180的同類物為CED-5［15］。在果蠅（drosophila）中，成肌細胞因子myoblast city和DOCK180是同源的［12，16］，并且從蠕蟲到哺乳動物，DOCK180的成員都是非常保守的［11］。

ELMO1-DOCK180-Rac三聚體復合物在一系列的生物過程中扮演著關鍵角色，包括凋亡細胞的清除，線蟲中細胞的定向遷移，果蠅中成肌細胞的溶解背封（myoblast fusion），淋巴細胞的遷移，T-細胞的激活，腫瘤的轉移，HIV病毒感染以及哺乳動物中神經元變性疾病的發展等生理過程，這些過程對整個生物體正常發展意義重大［11，14］。

2 ELMO1與生殖細胞的清除

Elliott等［1，17］發現，ELMO1表達缺陷的小鼠其生長發育并無異常表現，但是它們的睪丸呈現顯著的病理征：生精上皮結構層次紊亂，組織細胞中出現多核巨細胞，凋亡的精子難以清除以及精子的輸出顯著減少等。隨后的體內外研究結果提示：ELMO1在支持細胞介導的凋亡生殖細胞的清除中發揮選擇性作用。

3 ELMO1與微生物感染

細胞的吞噬清除首先開始于吞噬細胞的受體和凋亡細胞的配體的結合。其中，磷脂酰絲氨酸是凋亡細胞上的一個關鍵配體，目前有3種磷脂酰絲氨酸識別受體已被鑒定，即T細胞免疫球蛋白域和黏蛋白域免疫蛋白4（TIM-4）、BAI1和介導內吞作用的透明質酸受體（hyaluronan receptor for endocytosis，HARE或Stabilin-2）。其中BAI1在眾多細菌之中均有表達［18］，而細菌的攝取是由BAI1介導并通過ELMO1-DOCK激活Rac所引發的，抑制ELMO1的功能可大大削弱感染后炎癥反應［19］。

在人類條件致病菌白色念珠菌中，Rac1和它的激活劑Dck1作為絲裂原活化蛋白激酶Cek1和Mkc1的上游物質，可誘發念珠菌的絲狀萌芽并最終侵襲性生長。此外，Rac1、Dck1和Lmo1是維持細胞完整所必需的，其缺失突變可以使其對細胞壁的微擾劑（perturbing agents）變得敏感，但對氧化應激和滲透壓力依然不敏感［20］。

志賀菌可以通過III型分泌系統向上皮細胞釋放一種RhoG模擬物IpgB1，通過ELMO1-DOCK180信號通路來激活Rac1促使細胞褶皺產生進而侵襲上皮細胞。同野生型的上皮細胞相比，敲除ELMO1和DOCK180上皮細胞會導致志賀菌的侵襲能力降低，誘導產生的細胞褶皺也相應減少［21］。

調控凋亡細胞吞噬作用的Rac信號通路中的ELMO1不僅在細菌的吞噬和侵襲過程中發揮作用，它還能夠抑制病毒的轉錄。當感染細胞U937的內源性ELMO1表達被抑制時，HIV便得以成功轉錄。HIV-1 Nef連接到DOCK2-ELMO1復合物去激活Rac和阻礙淋巴細胞的趨化作用，這種激活CD4+T淋巴細胞的作用在沒有抗原和趨化因子的刺激條件下也同樣可以產生［22-23］。

此外，ELMO1還是貓傳染性腹膜炎相關基因，但具體作用機制還有待進一步的研究［24］。

4 ELMO1與糖尿病性腎病

ELMO1在糖尿病腎病（DN）的發病中具有重要作用［24-28］。對日本人（黃種人）、非洲裔美國人（黑種人）以及高加索人（白種人）進行全基因組關聯分析（GWAS）和腎臟遺傳學研究（GoKinD study）顯示，ELMO1基因位點的突變與糖尿病性腎病相關。但是，ELMO1與腎臟疾病有關的突變體在3個種族的人群之中是不同的，這表明等位基因的異質性可能來源于不同的種族群體祖先的不同遺傳背景［29］。即ELMO1的基因多態性與DN的種族性相關聯［30］。ELMO1的遺傳性突變將導致ELMO1在糖尿病患者的腎小球之中表達增加［31］。ELMO1與DN相關的多態性位點位于其轉錄起始位置。ELMO1的基因多態性與腎小球硬化癥的發展和腎臟在高糖條件下的纖維化過程密切相關［32-33］。如果這些發現可以被后續的功能學研究所支持的話，那么ELMO1將有可能成為全新的、具有極大吸引力的腎臟保護藥的作用靶點［29］。

原位雜交實驗顯示，正常小鼠腎臟中只在腎小球和腎小管上皮細胞可以檢測到低表達的ELMO1，但遠不及糖尿病小鼠的腎臟中ELMO1表達量。ELMO1在高糖培養細胞中的表達量明顯高于常規培養的細胞。此外，ELMO1高表達的細胞其細胞外基質中I型膠原蛋白、纖連蛋白、TGF-β和整合素連接激酶表達明顯增加，而金屬蛋白酶表達減少［29-30，33］。功能研究業已證實ELMO1促進了慢性腎小球損傷的發展。ELMO1通過對細胞外基質（ECM）代謝的異常調節導致了ECM的積聚，進而導致腎小球和腎小管基膜增厚，而兩者均已被確認為糖尿病性腎病晚期的重要標志［34］。

Yang和Sorokin［31］發現，ELMO1可能通過調節COX-2活性在腎小球損害中發揮作用，主要導致腎小球中ECM沉積物的積聚。ELMO1和COX-2兩種蛋白相互作用增強了COX-2環氧酶的活性從而增加了纖連蛋白的表達。他們同時還發現，ET625，一種缺乏Rac1活性的細胞，當其上的ELMO1與COX-2相互作用時，也能夠增加COX-2環氧酶的活動并且促進COX-2介導的纖連蛋白的上流調節。為了進一步去除Rac1作為ELMO1介導的一種調節器對COX-2活動的影響，實驗使用一種Rac1本來就被激活的細胞Q63E，并證明了Rac1信號通路對COX-2介導的纖連蛋白啟動子的活動并沒有影響。說明COX-2造成腎小球疾病的機制可能是通過刺激纖連蛋白的積聚。ELMO1和COX-2的相互作用對腎小球損害的發生發展起到了至關重要的作用。此外，ELMO1不依賴于Rac1的激活而增加COX-2的活性，ELMO1和COX-2的直接相互作用造成COX-2的構象變化并增強了COX-2環氧酶的活性。

此外，ELMO1在糖尿病性腎病中不僅僅預示腎臟受損的開始，還可能導致腎臟功能的衰竭［34］。

5 ELMO1與腫瘤侵襲性生長

ELMO1在包括肺癌、乳腺癌、食管腺癌、卵巢癌、甲狀腺癌、橫紋肌肉瘤和神經膠質瘤等多種惡性腫瘤中有不同程度的異常表達，且與腫瘤的臨床分期及預后密切相關，是與腫瘤細胞遷移相關的基因之一［35-40］。

肺泡性橫紋肌肉瘤（ARMS）預后較差，容易發生廣泛轉移；相比之下，早期胚胎性橫紋肌肉瘤（ERMS）轉移較少，預后較好，五年生存率可達80%。Rapa等［35］通過微陣列分析發現兩者在DNA修復、細胞周期和細胞遷移等具有明顯的不同，而ELMO1的過度表達就與橫紋肌肉瘤的侵襲性呈明顯正相關。

在T細胞雜交瘤中，DOCK2能夠誘導Rac的激活和肌動蛋白的磷酸化，而DOCK2和ELMO1的相互作用對DOCK2介導的Rac激活至關重要，因此，ELMO1和DOCK2有可能成為淋巴細胞浸潤造成的免疫紊亂的一個治療靶點［36］。

Pfeifer等［37］通過監測甲狀腺癌和甲狀腺腺瘤的福爾馬林固定石蠟包埋組織中ELMO1表達水平發現，前者表達明顯受抑制，采用ELMO1作為兩者鑒別診斷的分子標志物的敏感性和特異性均高于70%，這將為甲狀腺腫物切除術后的病理診斷提供極大幫助。

在腦膠質細胞瘤中，DOCK180參與了細胞侵襲力的調節，并且在腫瘤高度侵襲轉移的區域，DOCK180/ELMO1表達明顯增高；抑制內源性DOCK180/ELMO1表達可致腫瘤侵襲力下降，并且使Rac1活性減低。相反，當外源性過表達DOCK180/ELMO1時，膠質瘤的侵襲轉移能力顯著增強［12］。與此類似，卵巢癌細胞SKOV3中，ELMO1相互作用蛋白DOCK180的下調直接導致了ELMO1的下調，并且細胞增殖、遷移能力、侵襲力受到明顯抑制，同時伴有細胞形態的改變，如片狀偽足和絲狀偽足形成能力下降等。提示ELMO1與DOCK180相互支撐，協同刺激下游效應酶Rac1，調控細胞動力和卵巢癌細胞的惡性行為［15，38］。乳腺癌研究表明，ELMO1的表達與淋巴結和遠處轉移有關，ELMO1的敲除可以導致乳腺癌的肺轉移發生障礙［39］。此外，ELMO1還被證實與肝細胞癌、食管腺癌有重要關系［38-40］。

6 總結

綜上所述，ELMO1作為吞噬細胞運動蛋白，在諸多生物過程中發揮重要作用。無論在凋亡細胞的清除，精子的發生，細菌的吞噬和侵襲，HIV-1的感染還是多種惡性腫瘤如卵巢癌、神經膠質瘤的侵襲轉移過程中ELMO1都是協同DOCK180激活Rac酶來實現其功能的。此外，ELMO1還在糖尿病性腎病的發生、發展過程中起到重要作用。因此，研究ELMO1的生物學特征對于闡明上述疾病的發病機制和治療具有重要意義。

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10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2015.01.013

國家自然科學基金（81302142、81172039）；廣東省自然科學基金（S2011010005864）；廣東省科技計劃項目（2013B021800134）作者單位：510008廣州，中山大學中山醫學院臨床醫學系（程錦萍）；510080廣州，中山大學附屬第一醫院肝外科（沈順利、彭寶崗）

彭寶崗，Email：pengbaogang@medmail.com.cn

2014-07-27