5′肌醇磷酸酶影響骨骼肌纖維發育的研究進展

熊琪　李曉鋒　索效軍　張年　陶虎　劉洋　陳明新

摘要：5′肌醇磷酸酶（Skeletal muscle and kidney enriched inositol polyphosphate phosphatase，SKIP）基因多物種的QTL定位表明，SKIP是影響骨骼肌發育的候選基因，其在骨骼肌里面的表達由成肌轉錄因子MyoD所調控。SKIP在成肌分化過程中發揮著重要的負調控作用，其作用機制主要依賴于水解磷脂酰肌醇三磷酸PI（3，4，5）P3的酶活性及對PI3K-AKT信號通路的負調控。因此，對SKIP影響骨髓肌纖維發育進行了簡要綜述。

關鍵詞：SKIP；QTL；PI3K-AKT；肌纖維發育

中圖分類號：Q445 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）24-6127-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.005

Abstract： The QTL locations of SKIP gene in many species indicated that SKIP is a candidate gene of skeletal muscle development. The expression of SKIP in skeletal muscle is controlled by the transcription factor MyoD. SKIP plays a negative role in myoblast differentiating. The mechanism mainly dependents on its activity to hydrolyze PI（3，4，5）P3 and its negative role in the PI3K-Akt pathway.Therefore，SKIP on skeletal muscle development is reviewed.

Key words： SKIP；QTL；PI3K-AKT；muscle fiber development

1 SKIP的發現

2000年，Ijuin等[1]首先發現并分離了人的一個新肌醇磷酸酶（Skeletal muscle and kidney enriched inositol polyphosphate phosphatase，SKIP），存在3個可變性剪接體，剪接體2相比剪接體1多出230 bp的外顯子序列，剪接體3的C端非編碼區有937 bp序列缺失（圖1A），因而SKIP的分子質量有51 ku和43 ku兩種大小（圖1B）。SKIP具有肌醇多磷酸5-磷酸酶典型的2個保守結構域，C端SKICH結構域介導SKIP的轉移[2]。該肌醇磷酸酶在各組織中廣泛表達，在心臟、骨骼肌和腎臟中高表達，故SKIP也稱骨骼肌和腎臟高表達的肌醇磷酸酶。

2 SKIP的5′肌醇磷酸酶活性

Schmid等[3]發現SKIP能水解磷脂酰肌醇磷酸PI（3，4，5）P3、PI（4，5）P2以及肌醇磷酸I（1，4，5）P3、I（1，3，4，5）P4第5位的磷酸。PI（3，4，5）P3作為細胞內一種重要的第二信使，在PI3K-AKT信號通路中的作用十分關鍵。在多種類型的細胞中，SKIP通過水解PI3K的下游信號分子PI（3，4，5）P3的5位磷酸，負調控PI3K-Akt信號，如在CHO、L6、C2C12等胰島素敏感細胞內，細胞內源SKIP表達的抑制可顯著提高胰島素介導的PI3K-Akt活性，促進葡萄糖載體GLUT4的轉移和葡萄糖的吸收效率[4]。在靜息細胞中，SKIP分布于核周內質網；在胰島素、IGFs等細胞因子作用轉移至細胞膜外；在腳手架蛋白Pak1支撐下，與磷脂酰肌醇PI（3，4，5）P3的效應物（Akt2、PDK1及Rac1）結合形成蛋白復合物，水解PI（3，4，5）P3并使效應物失活[2，5]。

PI（4，5）P2是調節肌動蛋白聚合的信號分子[6]。研究表明，SKIP水解細胞中PI（4，5）P2的能力與水解胰島素介導的PI（3，4，5）P3的能力相同[4]，相比水解PI（1，4，5）P3的能力提高6倍。肌動蛋白應力纖維在SKIP聚集處消失的研究證實SKIP通過水解PI（4，5）P2參與細胞骨架的重排[1]。

3 SKIP基因的QTL定位

人類SKIP基因定位于17號染色體短臂p13.3上。SKIP與相鄰基因綜合癥有關，如米-迪綜合征（無腦回畸形）是由17p13.3上400 kb區域內8個基因（PRP8，RILP， SREC， PITPNa， SKIP， MYO1C， CRK，and 14-3-3ζ）的雜合缺失引起[7]；17p13.3區域等位基因的丟失會導致乳房、卵巢和神經的惡性腫瘤[8-10]。豬、牛、羊等經濟動物基因組內SKIP基因則多影響生產性狀的QTL，如豬SKIP基因定位在12號染色體長臂q1.3上，其所在位置存在影響第10肋骨背膘厚、胴體長[11]。肌纖維數目[12]和大腿重[13]的QTL區域。相關研究也表明SKIP基因的多態位點可顯著影響大白豬×梅山豬F2代群體的背最長肌高度、皮率、骨率、至第一頸椎胴體長、至第一肋胸胴體長、內脂率等多項胴體性狀[14]。牛的SKIP同源基因定位于19號染色體長臂q1.3上，其所在位置存在影響犢牛出生重[15]的QTL區域。綿羊SKIP基因定位于11號染色體長臂q1.5-1.6，這段區域存在影響體重、胴體重以及體內脂肪量[16]的QTL區域。

4 SKIP在骨骼肌細胞中的表達調控

Xiong等[17]研究發現SKIP啟動子區域存在多物種保守的MyoD結合位點。該位點的缺失或定點突變都導致肌源細胞中SKIP轉錄水平下降，MyoD干擾試驗也證明SKIP在肌源細胞中的表達活性依賴于MyoD的轉錄調控。該結果得到了日本神戶醫學研究所Tadaomi Takenawa團隊的證實，研究還發現SKIP從24 h開始表達上調，48 h達到峰值，且SKIP以MyoD依賴的方式表達上調[5]。這也解釋了SKIP在骨骼肌中高表達的原因，即肌肉組織中高表達的轉錄因子MyoD可能通過結合在SKIP 5′調控區的MyoD結合元件上增強其在骨骼肌中的轉錄。endprint

5 SKIP影響肌纖維發育的可能機制

研究表明肌肉特異性基因SKIP與肌纖維發育密切相關。SKIP基因雜合突變小鼠的比目魚肌和股四頭肌的重量顯著提高[18]。豬、牛、羊等經濟動物基因組內該基因的分布影響肌纖維發育的QTL，如豬肌纖維數目和大腿重、背最長肌高度以及犢牛出生重、綿羊胴體重等。盡管SKIP作為影響肌纖維發育的候選基因其作用機制仍有待闡明，SKIP可能通過以下機制調控肌纖維發育。

1）SKIP通過介導肌管中PI3K-Akt-mTOR的蛋白質合成信號，參與調控肌纖維的肥大過程。PI3K-Akt-mTOR信號可以通過增加特異性mRNA的翻譯控制蛋白質合成，是調控骨骼肌纖維肥大的重要信號通路。研究發現SKIP可抑制CHO細胞中的PI3K-Akt信號以及蛋白合成信號關鍵蛋白mTOR的下游靶蛋白p70S6活性[4]。在肌管細胞中，SKIP同樣也表現出了對PI3K-Akt信號的負調節作用[19]，需要進一步證實的是在肌纖維形成過程中SKIP對mTOR及下游靶蛋白p70S6活性的影響。

2）SKIP通過介導成肌細胞的骨架重排，參與肌纖維的形成。當肌細胞開始分化，經歷細胞遷移、細胞融合和肌動蛋白細胞骨架重排等細胞形態學和動力學上的改變。作為PI3激酶的下游信號分子，PI（3，4，5）P3能促進肌動蛋白絲的結構組裝[20]。借助分子伴侶SODD[21]，SKIP水解底物PI（3，4，5）P3來調控肌動蛋白絲結構組裝，調節細胞骨架的重排[20]；或SKIP通過PI（4，5）P2影響肌動蛋白應力纖維的聚集[1]，調控成肌細胞的融合。

3）SKIP通過抑制IGF2的表達負調控成肌分化，影響肌纖維數目，由骨骼肌源細胞的成肌分化所控制[22]。饑餓時，小鼠成肌細胞內的SKIP通過抑制自分泌促分化因子IGF2的表達負調控PI3K-AKT信號介導的成肌分化[5]。IGF2的下游信號Akt在促進成肌分化的許多環節中起作用，可調節細胞周期中G1→S期的進展[23]，控制著分化早期myogenin的表達，肌管的成熟[24]等。有研究表明抑制SKIP基因的表達使融入肌管的細胞核增多，肌管形成加速[5]。因此SKIP控制著成肌分化的進度，是影響肌纖維數目的關鍵基因。

6 展望

在成肌細胞分化過程中，SKIP從24 h開始才表達上調。相對于分化12 h內表達上調的肌肉特異性基因，SKIP屬于晚期上調基因。某些磷酸酶的晚期表達能重塑細胞信號網絡[25]。因此，SKIP基因上調表達很可能是MyoD對成肌分化進行自我控制的方式。而像這類成肌分化晚期表達基因的轉錄調控模式也需要進一步探究，這是控制骨骼肌細胞成肌分化的關鍵機制。

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