SNARE及其相關(guān)蛋白與生育能力相關(guān)性的探討

(天津愛維醫(yī)院生殖中心，天津 300171)

可溶性NSF附著蛋白受體(Soluble NSF Attachment Protein Receptor，SNARE)蛋白通過介導(dǎo)囊泡的膜融合來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸和調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。此外，多項(xiàng)研究表明SNARE及其相關(guān)蛋白與卵泡發(fā)育排卵、卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂、受精和男性生殖器的發(fā)育存在一定的關(guān)聯(lián)。

一些大分子物質(zhì)或是不能穿透細(xì)胞膜或是細(xì)胞器膜的顆粒性物質(zhì)，需要借助囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)(Vesicle trafficking)的方式來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)以及物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)各個(gè)細(xì)胞器之間的轉(zhuǎn)運(yùn)。在囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)過程物質(zhì)被膜包裹形成囊泡、囊泡與質(zhì)膜融合后將物質(zhì)釋放到細(xì)胞外或目標(biāo)細(xì)胞器腔內(nèi)。如胰島素在胰島β細(xì)胞內(nèi)高爾基體上合成分泌后,它被包裹形成囊泡，囊泡與細(xì)胞膜融合后將胰島素分泌到細(xì)胞外(血液中)[1]。而在囊泡膜融合過程中可溶性NSF附著蛋白受體(Soluble NSF Attachment Protein Receptor，SNARE)及其相關(guān)蛋白起著重要作用。

1 SNARE及其相關(guān)蛋白的概述

1.1SNARE蛋白的構(gòu)成：可溶性NSF附著蛋白受體(Soluble NSF Attachment Protein Receptor，SNARE)蛋白因?yàn)樽鳛镹-乙基馬來酰胺-敏感因子(N-ethyl-maleimide-sensitive factor,NSF)和可溶性NSF附著蛋白(soluble NSF attachment proteins,SNAP)的膜受體而被命名。SNARE蛋白是一個(gè)龐大的蛋白超家族，在哺乳動(dòng)物的細(xì)胞上其擁有60個(gè)成員[2]。Synaptobrevin/VAMP,syntaxin及SNAP-25以1：1：1的比例聚合成穩(wěn)定的三聚體結(jié)構(gòu),即SNAREs核心復(fù)合體。其中Synaptobrevin/VAMP為位于囊泡膜上的SNARE蛋白(vesicle membrane SNAREs，v-SNAREs)，syntaxin及SNAP-25則是停靠在靶細(xì)胞膜或是靶細(xì)胞器膜上的SNARE蛋白(target membrane SNAREs，t-SNAREs)。v-SNAREs與t-SNAREs結(jié)合形成SNARE核心復(fù)合體，從而啟動(dòng)了囊泡膜融合過程[3]。

1.2SNARE主要相關(guān)蛋白及功能：現(xiàn)筆者簡要介紹與膜融合過程關(guān)系密切的三類SNARE相關(guān)蛋白。Munc-18蛋白在脊椎動(dòng)物體內(nèi)被發(fā)現(xiàn)，有研究表明Munc-18 與syntaxin 結(jié)合可調(diào)節(jié)SNARE 核心復(fù)合體的形成。在最新的研究中發(fā)現(xiàn)，Munc-18在二型糖尿病大鼠胰島內(nèi)的過量表達(dá)可以促進(jìn)Munc18b/Syntaxin-3/VAMP8/SNAP-25復(fù)合體的組裝，從而促進(jìn)膜融合增強(qiáng)胰島素的釋放，改善由于對(duì)葡萄糖刺激不敏感所導(dǎo)致的胰島素分泌不足[4]。但也有其他研究表明Munc-18與syntaxin 結(jié)合會(huì)抑制后者與SNAP-25或是Synaptobrevin的結(jié)合從而阻礙SNARE 核心復(fù)合體的形成[5]。

在膜融合囊泡內(nèi)物質(zhì)釋放之后,NSF和α-SNAP蛋白協(xié)助SNARE 核心復(fù)合體解聚，從而實(shí)現(xiàn)SNARE蛋白的循環(huán)再利用。其中NSF具有ATP水解酶活性，它與SNARE 核心復(fù)合體結(jié)合后為SNARE 核心復(fù)合體的解聚提供能量。而NSF與SNARE的結(jié)合必須借助α-SNAP才能實(shí)現(xiàn)[6]。

2 SNARE及其相關(guān)蛋白對(duì)生育能力的影響

2.1對(duì)卵泡發(fā)育及排卵的影響：α-SNAP協(xié)助NSP實(shí)現(xiàn)SNARE 核心復(fù)合體解聚和循環(huán)再利用，因此α-SNAP對(duì)維持SNARE蛋白的功能以保證囊泡膜融合能持續(xù)進(jìn)行起到重要作用。有研究者檢測出生天數(shù)不同的小鼠卵巢中α-SNAP的表達(dá)量，結(jié)果顯示α-SNAP的表達(dá)量在出生后30 d小鼠卵巢中開始明顯升高，并且在出生后60 d小鼠卵巢中其表達(dá)量上升至頂峰。考慮在出生后30 d或60 d的小鼠的卵巢內(nèi)處于發(fā)育階段的竇卵泡數(shù)目大量增加，因此可以推測α-SNAP的表達(dá)量與發(fā)育的竇卵泡和成熟卵泡有關(guān)。此外，研究者對(duì)比了α-SNAP基因突變小鼠和正常野生小鼠的各項(xiàng)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在給予這兩種小鼠PMSG/HCG刺激后，這兩種小鼠卵巢內(nèi)的α-SNAP的表達(dá)量均較刺激前有所增加，α-SNAP基因突變小鼠卵巢中α-SNAP的表達(dá)量要明顯低于正常野生小鼠，并且α-SNAP基因突變小鼠卵巢中竇卵泡占總卵泡的比例也低于正常野生小鼠。在給予PMSG/HCG刺激后，α-SNAP基因突變小鼠卵巢中排卵后的黃體數(shù)目明顯低于正常野生小鼠，而且取卵所得到的MII期成熟卵子的數(shù)目也少于正常野生小鼠[7]。以上的研究結(jié)果提示了α-SNAP與卵泡發(fā)育、成熟及排卵有關(guān)。

SNAP-25、Synaptobrevin和syntaxin 是構(gòu)成SNARE核心復(fù)合體的蛋白，它們的表達(dá)量直接影響SNARE核心復(fù)合體介導(dǎo)的膜融合。有研究顯示在注射了孕馬血清促性腺激素(PMSG)后，在FSH的刺激下小鼠卵巢內(nèi)SNAP-25和synaptotagmin VII的表達(dá)量明顯增加，并且將FSH受體的 siRNA導(dǎo)入竇前卵泡的顆粒細(xì)胞后解除了FSH刺激所導(dǎo)致的SNAP-25和synaptotagmin VII的表達(dá)量的增加。表明SNAP-25和synaptotagmin VII的表達(dá)受FSH及FSH受體的調(diào)節(jié)[8]。同時(shí)其他文獻(xiàn)報(bào)道在注射HCG后8 h，大鼠卵巢顆粒細(xì)胞中SNAP-25的表達(dá)量明顯增加，并且孕酮受體(Progesterone receptor，PGR)基因表達(dá)小鼠(排卵障礙小鼠模型)在注射HCG后8 h其卵巢顆粒細(xì)胞上SNAP-25的表達(dá)的增加量要明顯低于正常野生小鼠，這表明SNAP-25的表達(dá)量受LH調(diào)節(jié)[9]。但也有文獻(xiàn)報(bào)道調(diào)節(jié)SNAP-25在顆粒細(xì)胞上表達(dá)量的是FSH而不是LH[10]。有研究者發(fā)現(xiàn)雌激素(E2)和睪酮(T)降低了人呼吸道平滑肌細(xì)胞(airway smooth muscle cells，ASMCS) 上SNAP-25的表達(dá)[11]。此外，有研究表明伴有胰島素抵抗的多囊卵巢綜合征患者子宮內(nèi)膜上Munc18c的表達(dá)量高于正常子宮內(nèi)膜，而其Syntaxin-4的表達(dá)量低于正常子宮內(nèi)膜。同時(shí)體外實(shí)驗(yàn)添加胰島素和睪酮顯著降低了人子宮內(nèi)膜間質(zhì)細(xì)胞上Munc18c的表達(dá)，但未影響其Syntaxin-4的表達(dá)量[12]。

綜上所述，可以推斷SNARE及其相關(guān)蛋白與卵泡發(fā)育、成熟及排卵有關(guān)。關(guān)于SNARE及其相關(guān)蛋白調(diào)節(jié)卵泡發(fā)育的作用機(jī)制尚未明確。但是之前有研究指出顆粒細(xì)胞或卵母細(xì)胞是以胞吐的形式分泌抗苗勒管激素(AMH)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白15(BMP15)及生長分化因子9(GDF9)[13]等卵泡發(fā)育調(diào)節(jié)因子。因此筆者推測SNARE及其相關(guān)蛋白通過影響囊泡的膜融合過程來影響這些卵泡生長調(diào)節(jié)因子的胞吐式分泌釋放，從而調(diào)節(jié)卵泡生長過程。同時(shí)筆者還猜測SNARE及其相關(guān)蛋白不僅影響這些卵泡生長調(diào)節(jié)因子從顆粒細(xì)胞或是卵母細(xì)胞上的胞吐式分泌，還有可能影響這些調(diào)節(jié)因子作用于下丘腦、垂體及卵巢細(xì)胞時(shí)的膜融合胞吞過程，從而影響它們對(duì)下丘腦、垂體及卵巢的反饋調(diào)節(jié)作用。當(dāng)然，這些猜想和推斷需要進(jìn)一步的研究來驗(yàn)證。

2.2對(duì)卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂的影響：由于持續(xù)高水平的環(huán)磷酸腺苷(Cyclic Adenosine monophosphate，cAMP)在維持減數(shù)分裂抑制中起到重要作用，而持續(xù)性活化的G蛋白偶聯(lián)受體(G Protein-Coupled Receptor，GPCR)對(duì)于維持高水平的cAMP起重要作用，同時(shí)活化的GPCR是通過參與囊泡膜融合的過程實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。因此有研究者通過誘導(dǎo)SNAP-25基因突變的蟾蜍卵母細(xì)胞來探討囊泡膜融合與減數(shù)分裂抑制之間的關(guān)系。結(jié)果表明阻斷囊泡膜融合導(dǎo)致了絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和細(xì)胞分裂周期蛋白25同源蛋白C(cell division cyclin 25 homolog C，Cdc25C)信號(hào)的驟減，從而激活了促成熟因子 (maturation promoting factor，MPF)，誘發(fā)生殖泡裂解、促使卵母細(xì)胞成熟并停留于第二次減數(shù)分裂中期(MII期)。也就是說SNAP-25基因的突變、囊泡膜融合的障礙會(huì)破壞減數(shù)分裂的抑制而誘發(fā)卵母細(xì)胞的減數(shù)分裂再啟動(dòng)和成熟化[14]。此外，有研究表明syntaxin 4表達(dá)于第二次減數(shù)分裂中期(MII期)的卵母細(xì)胞上[15]。

2.3對(duì)受精過程和男性生殖器發(fā)育的影響：頂體為覆蓋成熟精子頭部表面2/3的囊泡結(jié)構(gòu)，在頂體內(nèi)部存在大量的頂體酶。精子頭部與成熟卵子的透明帶接觸后誘發(fā)頂體反應(yīng)，導(dǎo)致頂體內(nèi)的頂體酶以泡吐的方式釋放出來。普遍認(rèn)為頂體反應(yīng)與SNARE蛋白介導(dǎo)的膜融合過程有關(guān)聯(lián)。當(dāng)精子頭部與透明帶接觸后，隨著Ca2+的內(nèi)流，精子頭部質(zhì)膜形態(tài)發(fā)生改變以暴露頂體外膜，然后頂體外膜與卵子質(zhì)膜在SNARE蛋白介導(dǎo)下發(fā)生膜融合，膜融合之后，在頂體外膜上出現(xiàn)許多小孔，頂體酶經(jīng)這些小孔釋放出來消化局部的透明帶，同時(shí)頂體帽逐漸從精子頭部脫落下來，之后穿過透明帶的精子頭部與卵子質(zhì)膜上的受體結(jié)合從而啟動(dòng)精子頭部質(zhì)膜與卵子質(zhì)膜的融合[16]。有研究發(fā)現(xiàn)在精子的中段、尾部和精子頭部的細(xì)胞內(nèi)部構(gòu)造中不存在syntaxin1和syntaxin2，但是在精子頭部的頂體表面有syntaxin的存在，但是在精子頭部的赤道板和頂體后區(qū)域上沒有syntaxin的存在，同時(shí)VAMP1和VAMP2也存在著類似的分布[17]。此外，有研究表明α-SNAP缺陷的雄性小鼠的精子存在頂體反應(yīng)障礙阻礙受精[18]。由此證實(shí)SNARE蛋白與受精過程中的頂體反應(yīng)存在著一定的關(guān)聯(lián)。

為了研究SNARE蛋白對(duì)男性生育能力的影響，研究者將含有人類VAMP7基因的染色體顯微注射入小鼠的受精卵內(nèi)，以得到表達(dá)人類VAMP7基因的雄性小鼠模型。結(jié)果表明VAMP7基因表達(dá)的增加會(huì)導(dǎo)致雄性小鼠雙側(cè)睪丸下降障礙導(dǎo)致隱睪，同時(shí)還可以導(dǎo)致雄鼠外生殖器的畸形。并且經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)這是由于VAMP7增強(qiáng)了雌激素受體在雄鼠泌尿生殖系統(tǒng)的效應(yīng)，因此導(dǎo)致生殖器男性化發(fā)育障礙，造成先天性泌尿生殖系統(tǒng)缺陷[19]。

3 結(jié)語

SNARE及其相關(guān)蛋白通過介導(dǎo)囊泡融合過程從而調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。已經(jīng)有研究表明SNARE及其相關(guān)蛋白與兒童多動(dòng)癥[20]及對(duì)葡萄糖刺激不敏感所致的胰島素分泌障礙型二型糖尿病有關(guān)聯(lián)[4，21]。同時(shí)，對(duì)SNARE及其相關(guān)蛋白與女性和男性生育能力相關(guān)性的研究表明，女性的卵泡發(fā)育、成熟及排卵，還有男性精子和生殖器的功能均與SNARE及其相關(guān)蛋白有著密切的關(guān)聯(lián)。因此，進(jìn)一步闡明SNARE及其相關(guān)蛋白對(duì)生育能力調(diào)節(jié)的具體作用機(jī)制，對(duì)實(shí)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)SNARE及其相關(guān)蛋白的效應(yīng)來改善各種生育障礙性疾病具有重要意義。