βB2晶狀體蛋白與白內障

蔣　燕，康剛勁，徐曼華，李開明

作者單位：(646000)中國四川省瀘州市，四川醫科大學附屬第一醫院眼科

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βB2晶狀體蛋白與白內障

蔣燕，康剛勁，徐曼華，李開明

作者單位：(646000)中國四川省瀘州市，四川醫科大學附屬第一醫院眼科

Beta B2-crystallin and cataract

Yan Jiang, Gang-Jin Kang, Man-Hua Xu, Kai-Ming Li

Citation:Jiang Y, Kang GJ, Xu MH,etal. Beta B2-crystallin and cataract.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(2):261-264

摘要

βB2晶狀體蛋白是β族晶狀體蛋白中含量最多的一種，在維持晶狀體的透明性和屈光性中起著重要作用。βB2晶狀體蛋白異常可能與多種類型白內障的形成有關。近年來，CRYBB2基因突變所致白內障的機制成為研究的熱點。本文將對βB2晶狀體蛋白的結構、功能、相關突變、與各類型白內障關系做一綜述。

關鍵詞：βB2晶狀體蛋白；白內障；功能；結構

引用：蔣燕，康剛勁，徐曼華，等.βB2晶狀體蛋白與白內障.國際眼科雜志2016;16(2):261-264

0 引言

晶狀體蛋白是晶狀體的主要組成部分，是維持晶狀體透明的一個重要因素。晶狀體蛋白家族可分為α，β，γ三類：α晶狀體蛋白為結構和功能蛋白，在晶狀體內外發揮分子伴侶的作用，β、γ晶狀體蛋白是結構蛋白，對維持晶狀體的透明和屈光度也發揮一定的作用。βB2晶狀體蛋白是β晶狀體蛋白中最豐富、可溶性最高、最耐熱、穩定性最好、在老化中最少被修飾的蛋白質，尤其隨著年齡的增長，其在維持晶狀體的透明性中起著重要作用。近年來，有許多關于晶狀體內βB2晶狀體蛋白的結構、功能、與白內障的相關性研究，本文將此做相關綜述。

1 βB2晶狀體蛋白

β晶狀體蛋白占總晶狀體蛋白的35%，屬于水溶性蛋白。β晶狀體蛋白分為酸性蛋白βA(βA1/3，βA2，βA4)和堿性蛋白βB(βB1，βB2，βB3)兩類。βB2晶狀體蛋白是β族晶狀體蛋白中含量最高的蛋白質，約占晶狀體蛋白的14%~20%。在人類，βB2晶狀體蛋白的編碼基因為CRYBB2基因，位于22q11.2，小鼠的β2基因為CRYBB2，位于5號染色體上。完整βB2晶狀體蛋白由4個Greek-Key基序構成，Greek-Key基序通過β折疊，分為N端和C端兩個結構域。C-端僅形成水溶性的單聚體，N-端結構域與其他β族晶狀體蛋白非共價結合形成二聚體或多聚體。βB2晶狀體蛋白主要以2~8個亞基組成的同源或異源聚合體形式存在，在生理條件下可與其他β晶狀體蛋白形成異源二聚體。C端之間有許多分子間的聯系，突變影響分子間的聯系就會影響βB2晶狀體蛋白的穩定性和溶解性，破壞綁定能力，破壞四聚體與其他可溶性晶狀體蛋白的綁定。

2 βB2晶狀體蛋白在晶狀體中的作用

βB2晶狀體蛋白對晶狀體的透明性和屈光度的維持有重要的作用。尤其是隨年齡增長，在老化的晶狀體中作用更加明顯。晶狀體的透明，得益于晶狀體蛋白相互作用而形成短程有序狀態[1]。βB2晶狀體蛋白與多種晶狀體蛋白之間的相互作用已被證實[2]，并且對維持它們的可溶性有著重要意義。究其原因，主要有以下幾方面。

2.1較少的翻譯后修飾翻譯后修飾(post-translational modifications，PTM)與年齡相關性白內障相關性研究已得到證實。隨著年齡增加，晶狀體蛋白發生廣泛的PTM。βB2晶狀體蛋白發生的PTM主要包括：谷胱苷肽加合物形成、脫酰胺作用[1-3]、消旋及異構化[4-5]、截尾[6]。谷胱苷肽加合物形成可以增加βB2晶狀體蛋白的可溶性。脫酰胺作用對βB2晶狀體蛋白的可溶性影響不大[7]。Srivastava等[6]也通過研究發現，βB2晶狀體蛋白也經歷與年齡相關的截尾作用，但是隨著年齡的增長，βB2晶狀體蛋白始終保持親水N端。總的來說，βB2晶狀體蛋白是晶狀體中可溶性最高的蛋白，也是受到翻譯后修飾最少的晶狀體蛋白[1]，廣泛存在于其他晶狀體蛋白中的氧化、甲基化、糖基化等修飾都未見發生于βB2晶狀體蛋白。

表1　CRYBB2基因突變相關的白內障

2.2可溶性N末端隨著年齡的增加，βB2晶狀體蛋白仍能保持其可溶性的N末端，而α晶狀體蛋白的C末端及βA1/A3和βB1晶狀體蛋白的N末端大部分被切除。有研究報道[8],在體外將βB2晶狀體蛋白的N末端酶切后會導致蛋白沉淀，推測N末端和βB2晶狀體蛋白的可溶性有關。所以βB2晶狀體蛋白的水溶性有可能和N末端較少被切除有關。Wilmarth等[9]也推測N末端的無序去除可能和白內障的形成有關。

2.3維持其他晶狀體蛋白可溶性βB2晶狀體蛋白與βA3晶狀體蛋白結合能保護βA3在高溫下聚集[10]。有學者發現，把βB2從β晶狀體蛋白寡聚體中分離后，其他β晶狀體蛋白的可溶性會下降。βA4、βA3在HeLa細胞中表達有明顯聚集傾向，但是如果和βB2共表達則聚集明顯減少，βA3熱穩定性也增加[11-12]。

2.4維持寡聚物動態平衡在脊椎動物晶狀體中，β晶狀體蛋白以大量的同源或異源低聚物狀態存在，這種存在狀態對于維持晶狀體的透明性起著重要作用。Lampi等[3]研究發現β晶狀體蛋白，特別是βB2晶狀體蛋白，不是靜止的，是動態地以同源或異源二聚體的形式存在，這種結構的靈活性，可能促進其形成大小不同、高度有序、在透明晶狀體中發現的結構。

2.5較弱的鈣離子綁定屬性在進化過程中，βγ晶狀體蛋白功能從一個典型的鈣離子綁定蛋白變為主要的結構分子蛋白。Suman等[13]通過相關實驗證明：進化過程中，βγ晶狀體蛋白結構的穩定性是建立在減少鈣離子綁定功能的基礎上的。晶狀體中的βB2晶狀體蛋白與其他βγ晶狀體蛋白一樣，僅殘留較弱的鈣離子綁定功能[14]。研究顯示，βγ晶狀體蛋白N端結構域僅1/4位點存有較弱的鈣離子綁定功能，并且剩余的鈣離子綁定功能可能在維持晶狀體透明中具有重要作用，而鈣離子所致的有害作用可被C端結構域所保護[13, 15]，而C端結構域的則不可以。

3 βB2晶狀體蛋白與白內障

先天性白內障是兒童期常見的眼病，發病機制復雜，約1/3為遺傳因素。在β晶狀體蛋白家族中，βB2晶狀體蛋白與先天性白內障相關的突變報道最多，也有鼠CRYBB2基因敲除所致年齡相關性白內障的相關報道(表1)。

3.1 βB2晶狀體蛋白與先天性白內障βB2晶狀體蛋白基因突變所致白內障的最終路徑是：減低βB2晶狀體蛋白的水溶性及穩定性，使晶狀體蛋白聚集，破壞晶狀體的透明性和屈光性。但是基因突變導致白內障的致病分子機制少有報道。

動態寡聚性對于β晶狀體蛋白水溶性和穩定性起著重要作用[16, 33]。β晶狀體蛋白的長期穩定和功能是通過同源和異源-低聚物精確平衡達到的，這個平衡取決編碼在一級序列上的信息。晶狀體蛋白的動態低聚性有可能在維持β晶狀體蛋白的水溶性和穩定性中起著重要作用，動態寡聚性平衡有可能是維持穩定性和對抗外界壓力下聚集的途徑。Zhang等[33]實驗發現：當晶狀體蛋白濃度>0.2mg/L，R188H突變體較野生型的晶狀體蛋白更易變性和聚合，由此推測βB2晶狀體蛋白C端末鏈在維持其穩定性和與其他蛋白質聚集性有重要作用；R188H突變通過解聚βB2晶狀體蛋白二聚體和穩定四聚體、單體而破壞低聚物動態平衡，導致先天性白內障形成，從而推測破壞寡聚物的動態平衡有可能是遺傳性突變導致先天性白內障的重要機制。A2V突變延緩四聚體的形成，輕度減少穩定性和增加βB2晶狀體蛋白的聚集傾向[16]。徐佳等研究發現，位于βB2晶狀體蛋白的N末端的A2V突變對蛋白自身的寡聚化造成影響。

位于疏水核心的色氨酸殘基的W59C和W151C突變則會顯著影響溶解度和穩定性，而結構域表面親水的氨基酸突變為色氨酸后會降低蛋白穩定性，促進蛋白聚集。D128V突變增加βB2晶狀體蛋白126~139位氨基酸殘基的疏水性，促進晶狀體蛋白聚集[21]。Chen等[23]發現W151C突變促進晶狀體蛋白在晶狀體上皮細胞內形成聚集體，導致先天性進行性膜性白內障。

3.2 βB2晶狀體蛋白與年齡相關性白內障PTM調節著蛋白質的活性狀態、定位、折疊以及蛋白質-蛋白質之間的交互作用[2]。對于晶狀體蛋白的不良修飾，尤其是年齡相關的修飾，會對其構型、聚合狀態及溶解度造成不良影響，致使晶狀體透明度下降，βB2晶狀體蛋白也發生脫酰胺基作用[34]及消旋、異構化。

3.2.1脫酰胺基作用Lampi等[2-3]體外研究發現，發生在βB2晶狀體蛋白重要位點的脫酰氨基作用，尤其是Q162和Q70，可破壞其穩定性及與其他晶狀體蛋白之間相互的作用，最終導致晶狀體蛋白聚集、沉淀。且根據修飾位點不同，影響機制存在差異，如βB2晶狀體蛋白二聚體接口，導致二聚體連接疏松、解聚，加熱時聚集、沉淀；βB2晶狀體蛋白與其他β晶狀體蛋白內部的接口，破壞穩定性，導致聚集；若位于表面的接口，破壞與其他蛋白質的相互作用[4]。

3.2.2消旋和異構化βB2晶狀體蛋白可發生消旋化的氨基酸殘基數僅低于βB1晶狀體蛋白。Hooi等研究指出，老年晶狀體中包括βB2晶狀體蛋白在內的部分氨基酸殘基發生消旋和異構化，破壞其高級結構，改變蛋白質之間相互作用、破壞其功能[7]。尤其是位點4發生顯著的D-β-Asp倒位和異構化，且老年白內障患者(67~77歲)該位點D/L比為0.88~3.21，這原來被認為是外消旋化的作用位點之一。然而通過光學分辨方法從晶狀體蛋白質中檢測氨基酸的異構體是非常復雜的， Maeda等通過液相色譜-質譜聯用儀(liquid chromatograph mass spectrometer，LC-MS)快速準確地檢測到晶狀體中異構化的Asp殘基，并且推測異構化的Asp殘基可作為研究年齡相關疾病的標記[35-36]。另外，Zhang等[37]也研究報道，敲除CRYBB2基因的小鼠發生年齡相關性白內障。

3.3 βB2晶狀體蛋白與其他類型白內障βB2晶狀體蛋白作為晶狀體主要結構蛋白之一，在糖尿病性白內障、糖皮質激素性白內障中的表達水平也有一定的變化。Su等[38]將1型和2型糖尿病白內障大鼠組分別分為控制飲食組和高脂飲食組，在第6wk通過雙向凝膠電泳技術(2-dimensional electrophoresis，2-DE)定量分析晶狀體蛋白發現，高脂飲食組βB2晶狀體蛋白均明顯低于控制飲食組；Wang等[39]將晶狀體放置于1~10μmmol/L地塞米松溶液中，通過2-DE定量分析發現，α晶狀體蛋白A和B相對含量增加，當濃度為1~100μmmol/L時，β晶狀體蛋白B2和A3相對含量增加，推測糖皮質激素性白內障形成機制為：增加了晶狀體對糖皮質激素濃度的易感性。

βB2晶體蛋白作為結構蛋白，在維持老齡化晶狀體的透明性中起著重要作用，但是其生理學功能尚不十分明確，其編碼基因的突變導致白內障的分子機制有待進一步研究。蛋白質組學技術在分析晶狀體蛋白的改變以及白內障發生機制等方面都有廣泛的研究，同時存在一定的局限性，所以新的蛋白質組學技術有可能是未來研究βB2晶狀體蛋白與白內障關系的一個重要方向。βB2晶狀體蛋白除了在晶狀體中高度表達外，在視網膜、睪丸、大腦等其他組織也有表達，在老鼠受傷的視網膜神經節細胞和感光細胞的再生過程以及在維持海馬功能中有重要作用，CRYBB2基因突變會導致雌性小鼠生育能力明顯下降，CRYBB2基因的多態性可能與非裔美國人患前列腺癌的患病風險相關。因此，βB2晶體蛋白在晶狀體、其他眼組織以及眼外組織細胞作用和功能的探索將有助于βB2晶狀體蛋白與白內障發生發展之間關系的進一步揭示。

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·文獻綜述·

Department of Ophthalmology, the First Affiliated Hospital of Sichuan Medical University, Luzhou 646000, Sichuan Province, China

Correspondence to:Gang-Jin Kang. Department of Ophthalmology, the First Affiliated Hospital of Sichuan Medical University，Luzhou 646000，Sichuan Province, China.929460414@qq.com

Received：2015-11-05Accepted：2016-01-11

Abstract?Beta B2-crystallin is the most abundant crystallin in the β-family, which plays an important role in the maintenance of the lens transparency and refraction. The abnormal of beta B2-crystallin may be associated with the formation of various types of cataract. In recent years, the mechanism of cataract which caused by the related mutations of CRYBB2gene is becoming a hot spot of research. This article summarized the structure, function and mutation of beta B2-crystallin and its relations with various types of cataract.

KEYWORDS:?beta B2-crystallin;cataract;function;structure

DOI:10.3980/j.issn.1672-5123.2016.2.16

收稿日期：2015-11-05 修回日期： 2016-01-11

通訊作者：康剛勁，畢業于重慶醫科大學，醫學碩士，主任醫師，碩士研究生導師，研究方向：晶狀體疾病.929460414@qq.com

作者簡介：蔣燕，在讀碩士研究生，研究方向：晶狀體疾病。