昆蟲甾醇轉運蛋白

劉星男，龔銀盈，杜馨

（湖北工業大學 生物工程與食品學院，湖北武漢 430068）

1 scavenger receptor class B type I(SR-BI)

1.1 SR-BI的功能

SR-BI是一種脂肪酰化糖蛋白，可在培養細胞的表面聚集成蜂窩狀結構域。SR-BI介導HDL膽固醇能夠向細胞進行選擇性脂質攝取。選擇性脂質攝取的機制與受體介導通過包被的凹坑和囊泡的內吞攝取不同，它涉及脂質的有效受體介導的傳遞，而不是來自HDL的外殼蛋白。在鱗翅目昆蟲中，SR-BI在確定血漿HDL膽固醇水平和介導的調節、選擇性遞送HDL膽固醇到類固醇生成組織中起著重要作用。

1.2 SR-BI的作用機制

SR-BI介導選擇性HDL膽固醇攝取，在棉鈴蟲等鱗翅目昆蟲HDL代謝、逆轉膽固醇轉運和全身膽固醇穩態中起重要作用。SR-B存在于肝臟中，其表達受雌激素、飲食中的膽固醇和脂肪調節，并控制鱗翅目昆蟲血漿HDL膽固醇水平和膽汁膽固醇的分泌。SR-BI也在嚙齒動物類固醇生成細胞中表達，其作用機制為促進膽固醇攝取并儲存或促進類固醇激素的合成，而其在該表達過程中受營養激素調節。

2 氨肽酶N

2.1 氨肽酶N的結構特征

氨肽酶N（APN）在所有鱗翅目昆蟲中腸上皮細胞都有豐富的含量，它屬于鋅依賴性多肽酶家族，具有鋅指結構和N連接的糖基化位點，與昆蟲中腸的刷狀緣膜以糖偶聯的磷脂酰肌醇相連。APN屬于胞外酶類，是昆蟲中腸微絨毛膜的標志酶，偏好水解多肽氨基端的中性氨基酸。氨肽酶N具有相似的結構特征，即都有一個GPI信號序列，一個鋅結合的HEXXH基序，含有信號肽序列的N端和含有O-糖基化位點C端，且N端和C端都是疏水端。

2.2 氨肽酶N的分類

目前共搜集到19種鱗翅目昆蟲的90個APN基因序列。其中APN1基因為20個，共有10個物種；APN2基因20個，共有10個物種；APN3基因14個，共有11個物種；APN4基因13個，共有10個物種；APN5基因2個，共有2個物種；其他APNs序列為19個，共有11個物種[1]。

2.3 氨肽酶N的作用機制

氨肽酶N的可能作用機制有兩種，（1）作為一個更為復雜的能夠引起毒蛋白結合和孔形成的蛋白復合體的一部分；（2）毒蛋白在與氨肽酶羧基末端結合以后，新形成的結合體被轉移到其他數量較少的蛋白上發揮作用。氨肽酶N主要存在于昆蟲的消化道和腸腔中，其主要功能是在消化中切除多肽的末端中性氨基酸殘基[2]。若在APN與毒蛋白的作用過程中，阻止APN形成能夠引起毒蛋白結合和孔形成蛋白復合體，或阻止毒蛋白與氨肽酶羧基末端結合，使昆蟲在消化過程中無法切除多肽的末端中性氨基酸殘基，從而導致昆蟲正常生長發育受到影響，有效降低昆蟲的數量。

3 P-糖蛋白

3.1 P-糖蛋白的分布和功能

在哺乳動物體內存在兩種P-糖蛋白：轉運P-糖蛋白和第二類不能運輸疏水性抗癌藥物的糖蛋白。P-糖蛋白由DDR3和多藥耐藥基因（DR2）編碼，其主要分布在肝細胞的膽管小管膜、B細胞、心臟和肌肉中，并在膽固醇代謝過程中具有特殊作用。由于原核生物的P-糖蛋白結構和功能相似，所以在鱗翅目昆蟲中P-糖蛋白也在膽甾醇的合成中具有重要作用。

3.2 P-糖蛋白的作用機制

P-糖蛋白在磷脂酰膽堿分泌到膽汁中起著至關重要的作用，并推測它可能是磷脂轉運蛋白。P-糖蛋白介導的底物轉運存在飽和性，并且對滲透壓變化敏感，需要依靠ATP水解釋放能量形成底物的濃度梯度，在一定濃度梯度下進行底物的轉運[3]。若在P-糖蛋白介導的底物轉運過程中，抑制ATP水解釋能，從而減小濃度梯度，使滲透壓不能滿足底物轉運所需的最小值，即可阻止鱗翅目昆蟲合成膽甾醇，抑制其生長繁殖。

4 微囊蛋白-1和膜聯蛋白-2雜合物

4.1 微囊蛋白（Caveolin-1）的功能

微囊是一種燒瓶狀的結構，是由細胞質膜上富含膽固醇和鞘脂的微結構域脂筏與微囊蛋白（Caveolin-1）結合后向細胞內凹陷形成的。微囊蛋白是細胞膜上的一種支架蛋白，在幾乎所有的細胞中都有分布。微囊蛋白是微囊的重要組成部分，去除微囊蛋白-1基因后生物胚胎成纖維細胞膜上缺乏微囊形成，細胞缺少支架蛋白，使細胞增殖速度明顯加快。微囊蛋白-1參與許多細胞生命活動，包括細胞內吞、膽固醇運輸、細胞膜組裝和信號傳導等。

4.2 膜聯蛋白-2（Annexin-2）的功能

膜聯蛋白-2是一類磷脂結合蛋白，主要位于細胞質、細胞核、高爾基體和內質網中，在細胞中參與胞吐作用、信號傳導、鈣離子通道的形成、細胞分化和膽固醇運輸等膜轉運活動。膜聯蛋白-2還能夠調節細胞膜的運輸功能，在上皮細胞中膜聯蛋白-2參與蛋白的剪切變種，但其僅存在于高爾基體膜上鞘脂和膽固醇豐富的區域。

4.3 微囊蛋白-1（caveolin-1）和膜聯蛋白-2（annexin-2）雜合物的作用機制

微囊蛋白-1和膜聯蛋白-2都參與細胞生命活動，并都與膽固醇的運輸有關。若去除微囊蛋白-1基因則導致生物胚胎細胞膜上缺乏微囊形成；若去除膜聯蛋白-2基因則導致細胞膜轉運功能降低，無法形成鈣離子通道和進行胞吐作用等。限制微囊蛋白-1和膜聯蛋白-2基因表達時，將抑制細胞的胞吞胞吐、細胞膜形成和膽固醇運輸，而細胞增殖速度加快，使昆蟲無法正常生長發育，從而抑制鱗翅目昆蟲的生長繁殖。

5 ABC轉運蛋白家族

5.1 ABC轉運蛋白的結構

ABC轉運蛋白的核心結構通常由4個結構域組成，包括2個高度疏水的跨膜結構域（Transmembrane Domain，TMD）和2個核苷酸結合域（Nucleotide-Binding domain，NBD）。其跨膜結構域主要參與底物的識別過程和底物分子的跨膜運輸，為實現底物分子的跨膜運輸，每一個跨膜結構域都會形成一個跨膜通道。核苷酸結合域位于細胞質，主要功能是結合和水解ATP。還有一些具有膜外結合蛋白的ABC轉運蛋白，其作用是識別底物并呈送給跨膜結構域，使跨膜結構域進行底物的識別和相關底物分子的跨膜運輸。

5.2 ABC轉運蛋白的作用機制

所有生物的ABC轉運蛋白具有結構的相似性，2個核苷酸結合域具有高度保守性，由于這兩種性質原核和真核生物中的ABC轉運蛋白的作用機制相近。ABC轉運蛋白的整個轉運過程分為外向運輸和內向運輸：對于外向運輸ABC轉運蛋白，是從細胞內側底物與ABC轉運蛋白跨膜結構域的結合開始的；而內向運輸ABC轉運蛋白的過程較為復雜，首先形成外周蛋白和底物的復合體，然后與ABC轉運蛋白相互作用，進而把底物傳遞給它的跨膜結構域部分。切斷細胞內側底物與ABC轉運蛋白TMD區的結合，或阻止底物與外周蛋白形成復合體，使底物無法與ABC轉運蛋白作用，進而不能將底物傳遞給跨膜結構域，可以有效阻止昆蟲合成膽甾醇，從而影響昆蟲正常生長、變態發育及繁殖。

6 高密度和低密度脂蛋白

6.1 高密度脂蛋白（HDL）的功能

高密度脂蛋白（HDL）和逆向轉運膽固醇有關。膽固醇和磷脂流出細胞與多種載脂蛋白有關，其過程是在載脂蛋白AI、載脂蛋白AII、載脂蛋白AIV以及載脂蛋白E作用下產生的，去掉載脂蛋白AI結合脂質的C羧基末端能夠明顯降低游離膽固醇和磷脂的逸出。高密度脂蛋白作為細胞內膽固醇外流的重要的脂蛋白受體，還能夠促進肝內新合成的膽固醇外流，防止細胞內出現過量的膽固醇從而維持細胞內膽固醇代謝穩定。

6.2 低密度脂蛋白（LDL）的功能

在正常血液中膽固醇與蛋白質結合以低密度脂蛋白的形式運輸，當細胞需要利用膽固醇合成質膜時，細胞制造出低密度受體蛋白，由低密度受體蛋白分離出膽固醇，并把它安裝到質膜上。低密度脂蛋白還與膽固醇脂的水解和蛋白質的降解有關，其與細胞表面受體結合后與溶酶體融合，將膽固醇脂水解為游離膽固醇和脂肪酸，蛋白質降解為氨基酸。

6.3 高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的作用機制

抑制高密度脂蛋白的合成，從而減少細胞內膽固醇的外流，使細胞內聚集過量的膽固醇，影響細胞的正常代謝，可導致昆蟲無法完成新陳代謝致死；而抑制高密度脂蛋白的合成減少膽固醇外流，使血液中膽固醇含量降低，無法與蛋白質正常結合形成低密度脂蛋白，導致質膜無法形成，可使昆蟲細胞變異致死；抑制低密度脂蛋白的合成，使低密度脂蛋白含量過低，與溶酶體結合后無法將膽固醇酯水解為足夠的游離膽固醇和脂肪酸，不能滿足昆蟲正常生長繁殖所需的膽固醇，使昆蟲無法正常生長發育致死。

7 類固醇急性調節蛋白（StAR）

7.1 StAR的生物學特性

StAR蛋白組中有三種激素可誘導的線粒體蛋白的形式，分別為37ku、32ku、30ku，而根據胰酶肽譜顯示30ku蛋白質的前體是37ku。在細胞漿中新合成的StAR蛋白是37ku，經過短暫的半衰期進入線粒體中，進而轉變成30ku的成熟蛋白。

7.2 StAR的作用機制

類固醇合成急性調節蛋白在膽固醇從線粒體膜外轉移到膜內的過程中起著重要作用，在類固醇合成組織中，StAR主要起介導和調節的作用。StAR介導類固醇的底物膽固醇，使之轉移到線粒體膜內，然后在細胞色素P450側鏈裂解酶的作用下，膽固醇轉化為孕烯醇酮，StAR在此過程中起調節作用。若在線粒體外膜上的StAR蛋白被去掉的同時阻斷膽固醇向線粒體內膜的轉移，可使StAR蛋白進入線粒體后被修飾成較為成熟的蛋白。若阻斷StAR在線粒體膜外向膜內的轉移，使膽固醇無法轉移到線粒體膜內，從而可阻止昆蟲線粒體正常形成及作用。

8 甾醇轉運蛋白

8.1 甾醇轉運蛋白的作用

甾醇轉運蛋白在膽固醇運輸中起重要作用，膽固醇在細胞內的運輸，可分為蛋白質介導和泡囊轉運兩種方式，其中，蛋白質介導的轉運是通過SCP家族蛋白完成的，SCP蛋白介導的運輸速度比泡囊的運輸速度要快得多。膽固醇運出細胞的方式分為內源性和外源性兩種，內源性膽固醇運出細胞既可以通過SCP蛋白介導轉運，也可以通過泡囊轉運，而外源性膽固醇運出細胞只能通過SCP蛋白介導。

8.2 SCP-2蛋白的功能

甾醇載體蛋白-2(Sterol Carrier Protein-2，SCP-2)是一種非特異性脂質轉運載體蛋白,廣泛存在于脊椎動物和無脊椎動物細胞內，主要參與細胞內脂質的運輸、脂肪酸代謝以及氧化物酶體β-氧化等過程。

8.3 SCP-2蛋白的作用機制

SCP-2有2個底物結合位點，這2個底物結合位點都可以結合脂肪酸和脂酰輔酶A，但膽固醇是疏水性分子，在細胞內的運輸需要依靠相應的膽固醇轉運蛋白，只有其中的1個位點可以與膽固醇結合。在無脊椎動物中，埃及伊蚊和棉鈴蟲SCP-2蛋白對于膽固醇的親和力遠大于脂肪酸和脂酰輔酶A。

9 結語

膽固醇是昆蟲蛻皮激素生物合成的前體，也是細胞膜的主要組成部分。昆蟲不能自主合成生長發育繁殖所必需的膽固醇，因此必須從食物中吸收膽固醇以維持其正常生長、變態發育以及繁殖過程。抑制參與膽固醇轉運的相關蛋白的功能，阻斷或抑制基因的表達，阻斷植物甾醇獲取途徑將有效抑制棉鈴蟲等鱗翅目昆蟲的生長。