PHB2(Prohibitin 2)在線粒體中的研究進展

董艷博，馮 紅*

(天津體育學院健康與運動科學系 天津300381)

0 引 言

PHB首先作為細胞增殖的抑制劑而被發現，它的結構相當保守且普遍存在[1]。其廣泛分布于哺乳動物、原蟲、植物、細菌以及真菌等生物體中。人類基因組編碼兩種 PHB蛋白質，即 prohibitin 1(PHB1)和prohibitin 2(PHB2)，phb1基因位于染色體17q21上，phb2基因位于染色體 12p13上[2]。有研究表明，PHB1和PHB2的復合物是維持線粒體的功能所必需的，該復合物組成了一個環狀大分子結構，在不同的細胞過程(如細胞周期進程和衰老)以及許多疾病(如肥胖，糖尿病和癌癥等)中都發揮著重要作用(見圖1)[3]。

1 PHB2的結構

PHB2最初是由 Terashima及其同事們發現的，因與大鼠 B淋巴細胞的 IgM 受體(Immunoglobulin M receptor，免疫球蛋白質受體)相互作用而被命名為BAP37[4]。PHB2蛋白質的氨基端有一段疏水區域，該區域將PHB2固定在膜上；羧基端含有一個保守的PHB結構域和一個可預測的螺旋區域，在酵母細胞中該區域與 PHB蛋白質復合物的合成密切相關[5]。有研究表明，人類 PHB2蛋白質氨基端有一段MTS(腫瘤抑制基因，Multiple Tumor Suppressor)序列，可以使其定位在線粒體上；同時，PHB2也可以借助其羧基端的結構域，使其定位于細胞核內，所以PHB2蛋白質很有可能是穿梭在核與線粒體之間的蛋白質[6]。

圖1 PHB1和PHB2的基因結構及編碼區Fig.1 Genetic structures and coding regions of PHB1 and PHB2

2 PHB2蛋白質的翻譯后修飾

PHB2和PHB1相類似，也含有線粒體定位所需要的跨膜結構域(氨基酸 1-36)，中央 prohibitin結構域(氨基酸36-201)和重疊的卷曲螺旋結構域(氨基酸188-264)。除此之外，PHB2還包含有 ER(estrogen receptor，雌激素受體)結合結構域[7]。PHB1含有特定的核排斥序列，但在ER結構域內，PHB2與其相反，它含有一個特定的核導入序列(NIS，Nuclear into sequence)，這就說明翻譯后修飾(PTM，Posttranslational modification)可能和其他的蛋白質共同決定著PHB2的亞細胞定位[8]。

從Phospho Site數據庫中的檢索中，得知至少含有32個潛在的翻譯后修飾位點(泛素化，乙酰化和磷酸化)；其中大部分并沒有得到證實。在眾多的組織和細胞系中，大約可以檢測到 15個 Ser/Thr(絲氨酸/蘇氨酸)磷酸化位點。在那些位點中，S91是最明顯的，可以通過 Ca++/鈣調蛋白質依賴性激酶(CaMK，calcium/calmodulin-dependent protein kinase)IV 和AKT(蛋白質激酶B，Protein Kinase B)1/2磷酸化來證明[9]。

3 PHB2在線粒體中的功能

線粒體在細胞的能量代謝、生長發育的過程，衰老和凋亡以及其他各種生物化學途徑中都起著關鍵的作用。這些功能與線粒體隔室的形狀密切相關[10]。

3.1 PHB2能夠調節線粒體的分化和凋亡

最新的研究表明，在 MEFs(鼠胚胎成纖維細胞，Mouse Embryonic Fibroblasts)和Hela細胞中，PHB2的缺失導致線粒體分化的碎片堆積。然而，PHB2在心肌線粒體中的作用尚不清楚。為了檢測PHB2是否參與心肌細胞線粒體蛋白質的調節，用缺氧來處理心肌細胞，以誘導線粒體的分化和凋亡。在缺氧處理后，細胞經歷了線粒體的融合，導致 PHB2表達水平的下降[11]。由此可得，心肌缺血會導致線粒體 PHB2表達水平的降低。

3.2 PHB2可以調節線粒體動力學和嵴形態的發生

除了細胞的增殖和分化，PHB2在調節線粒體形態中也具有重要作用。由PHB1和PHB2的大異源二聚體組成的線粒體內復合物，具有廣泛的功能，包括：①通過線粒體 m-AAA蛋白酶調節膜蛋白的降解；②可以作為分子伴侶和氧化磷酸化系統的組成部分；③具有維持線粒體基因組穩定性的作用；④通過OPA1的干預來調節線粒體嵴形態的發生[12]。有研究報道聲稱，在線粒體的膜間隙發現了 OPA1(視神經萎縮相關蛋白1，Optic atrophy associated protein 1)，它是線粒體融合和嵴重塑機械的核心部分，也是線粒體中PHB2的主要靶標[13]。PHB2基因的敲除會導致OPA1長型的選擇性缺失，還伴隨有嚴重的線粒體功能障礙及凋亡和異常的嵴形態發生[14]。

線粒體動力學(即線粒體的融合與分裂)這一過程是由一些與 dynamin相關的 GTP酶(如 Drp1，Mfn1，Mfn2和 OPA1)來介導的。Drp1(dynaminrelated protein 1，動蛋白相關蛋白1)從細胞質到線粒體的遷移促進了線粒體的裂變，哺乳動物中的Mfn1(mitofusin-1，線 粒 體 融 合 蛋 白 -1)和Mfn2(mitofusin-2，線粒體融合蛋白-2)是線粒體外膜融合的關鍵組分，OPA1是介導線粒體內膜融合的間質蛋白[15]。

3.3 Parkin介導的線粒體自噬需要PHB2

有研究顯示，在 HeLa細胞和鼠胚胎成纖維細胞(MEFs)中，Parkin介導的線粒體自噬期間需要PHB2的參與。在此期間，有研究使用缺乏 PHB2的 MEF驗證了PHB2發揮的重要作用。由于部分小鼠是早期胚胎致死的，用 Parkin表達質粒和 Cre表達的慢病毒轉導重組酶來穩定轉染 Phb2+/+或 Phb2flox/flox MEF。通過ATP5B點的清除率或HSP60降解的蛋白質印跡分析，得知阻斷內源性 PHB2(和 PHB1)蛋白和 OA誘導的間質細胞將導致高效消耗。因此，對于Parkin介導的線粒體自噬，PHB2是必不可少的。此外，OA誘導的嗜酸性粒細胞，導致ATG7 siRNA可以顯著阻斷 PHB1和 PHB2的降解，表明 PHB1和PHB2可以用作線粒體的標志物[16]。

4 結 論

線粒體是一個高度動態自主的雙膜細胞器，參與多個重要的細胞過程(例如氧化磷酸化、氨基酸生物發生、脂肪酸分解代謝和細胞凋亡)。因此，線粒體的質量控制對于細胞的存活是十分必要的[17]。線粒體通過不斷的融合與分裂來適應細胞生理學的形態要求，這一過程是由GTP酶(DRP)介導的，也是維持其功能的必要條件，并且這一過程需要 prohibitin-2(PHB2)的參與[18]。PHB2是一種普遍表達的多效蛋白質，在調節線粒體的正常生長發育、核轉錄調控、細胞增殖和凋亡、細胞周期調節和衰老中是至關重要的[19]。此外，它主要定位于線粒體中，但也存在于細胞質、細胞核和質膜中[20]。還與線粒體內膜中的PHB1形成大的多聚體環狀復合物，該復合物可以調節哺乳動物的炎癥、肥胖和癌癥等等[21]。因此可以預測，在線粒體自噬期間，prohibitin復合物可能有助于機體的抗衰老和疾病的預防。目前，PHB2的功能越來越受到重視，盡管正在嘗試應用新的技術和方法，但我們對其多樣性功能的理解仍然落后，許多問題仍有待回答。

［1］ Xu T，Fan X，Tan Y，et al. Expression of PHB2 in rat brain cortex following traumatic brain injury[J]. Int J Mol Sci.，2014，15(2)：3299-3318.

［2］ Chowdhury I，Thompson W E，Thomas K. Prohibitins role in cellular survival through Ras-Raf-MEK-Erk pathway[J]. J Cell Physiol.，2014，229(8)：998-1004.

［3］ Lee M H，Lin L，Equilibrina I，et al. ASURA (PHB2)is required for kinetochore assembly and subsequent chromosome congression[J]. Acta Histochemica Et Cytochemica，2011，44(6)：247-58.

［4］ 武標，劉曉穎，范禮斌，等. 人Prohibitin 2哺乳動物細胞株的轉染表達與定位的初步研究[J]. 安徽醫科大學學報，2010(1)：5-8.

［5］ Liu S，Wang W，Brown L E，et al. A novel class of small molecule compounds that inhibit hepatitis C virus infection by targeting the Prohibitin-CRaf pathway[J]. EBioMedicine，2015，2(11)：1600-1606.

［6］ 彭單單，覃遠漢，邵明斌，等. Prohibitin1 和 Prohibitin2 在缺氧性腎小管上皮細胞損傷中的表達及作用[J]. 實用兒科臨床雜志，2012，27(5)：346-348.

［7］ Bavelloni A，Piazzi M，Raffini M，et al. Prohibitin 2：At a communications crossroads[J]. IUBMB Life，2015，67(4)：239-254.

［8］ Jiang L，Dong P，Zhang Z，et al. Akt phosphorylates Prohibitin 1 to mediate its mitochondrial localization and promote proliferation of bladder cancer cells[J]. Cell Death & Disease，2015，6(2)：1660.

［9］ Sun L，Cao X，Liu B，et al. CaMK IV phosphorylates prohibitin 2 and regulates prohibitin 2-mediated repression of MEF2 transcription[J]. Cell Signal，2011，23(10)：1686-1690.

［10］ Klecker T，Wemmer M，Haag M，et al. Interaction of MDM33 with mitochondrial inner membrane homeostasis pathways in yeast[J]. Scientific Reports，2015(5)：18344.

［11］ Wang K，Long B，Zhou L Y，et al. CARL lncRNA inhibits anoxia-induced mitochondrial fission and apoptosis in cardiomyocytes by impairing miR-539-dependent PHB2 downregulation[J]. Nat Commun.，2014，5(5)：3596.

［12］ Merkwirth C，Martinelli P，Korwitz A，et al. Loss of prohibitin membrane scaffolds impairs mitochondrial architecture and leads to tau hyperphosphorylation and neurodegeneration[J]. PLoS Genet.，2012，8(11)：e1003021.

［13］ Sievers L，Billig G，Gottschalk K，et al. Prohibitins are required for cancer cell proliferation and adhesion[J]. PLoS One.，2010，5(9)：e12735.

［14］ Kowno M，Watanabe-Susaki K，Ishimine H，et al. Prohibitin 2 regulates the proliferation and lineagespecific differentiation of mouse embryonic stem cells in mitochondria[J]. PLoS One，2014，9(4)：e81552.

［15］ Lakshmi R B，Ren J G，Alicia M B，et al. Involvement of de novo synthesized palmitate and mitochondrial EGFR in EGF induced mitochondrial fusion of cancer cells[J]. Cell Cycle，2014，13(15)：2415-2430.

［16］ Wei Y，Chiang W C，Sumpter R Jr，et al. Prohibitin 2 is an inner mitochondrial membrane mitophagy receptor[J]. Cell，2017，168(1-2)：224-238.

［17］ Lahiri V，Klionsky D J. PHB2/prohibitin 2：An inner membrane mitophagy receptor[J]. Cell Research，2017(27)：311-312.

［18］ Ising C，Koehler S，Br?hler S，et al. Inhibition of insu-lin/IGF-1 receptor signaling protects from mitochondriamediated kidney failure[J].EMBO Mol Med.，2015，7(3)：275-287.

［19］ Yurugi H，Rajalingam K. A role for prohibitin in mast cell activation：location matters[J].Sci Signal.，2013，6(292)：pe29.

［20］ Kuramori C，Azuma M，Kume K，et al. Capsaicin binds to prohibitin 2 and displaces it from the mitochondria to the nucleus[J].Biochem Biophys Res Commun，2009，379(2)：519-525.

［21］ Fu P，Yang Z Y，Bach L A. Prohibitin-2 binding modulates insulin-like growth factor-binding protein-6(IGFBP-6)-induced rhabdomyosarcoma cell migration[J].J Biol Chem.，2013，288(41)：29890-29900.