組蛋白Histatin 1研究進展

姚宇 施昌勁 吳剛 孫平 馮劍穎*

組蛋白Histatin是一組富含組氨酸的小分子、陽離子同源多肽，由腮腺、下頜下和舌下腺的漿液性腺泡分泌，在人和高等靈長類動物的唾液中表達，具有廣譜抗菌活性［1］。現已分離出12種Histatin，即Histatin 1～12［2］。Histatin 1（Hst 1）和 Histatin 3（Hst 3）分別是由基因HIS1和HIS2編碼的全長產物，其余組蛋白均由Hst 1和Hst 3蛋白水解切割產生［3］。Hst 1在人類唾液的組蛋白中含量最多，具有促進細胞擴散、遷移、粘附和抗菌等作用。近年來，有學者檢測到Hst 1在除口腔外的其他組織中表達，如淚腺和副淚腺、黑色素瘤細胞系［4-5］等。本文重點介紹Hst 1的主要生物學功能、信號傳導通路，為Hst 1的臨床應用前景提供思路。

1 組蛋白Hst 1分子結構

Hst 1是具有兩親性的陽離子肽，包含38個氨基酸，其氨基酸序列為：DSHEKRHHGYRRKFHEKHHSHREFPFYGDYGS NYLYDN。天然條件下，Hst 1分子結構為有規律的α-螺旋和β-折疊，其蛋白結構的Ser2區磷酸化后，可具有多種生物學功能［6］。OUDHOFF［7］等利用氨基酸逐步截短法，發現介導Hst 1促進傷口閉合的最小結構域為SHREFPFYGDYGS。將氨基酸首尾端共價連接環化Hst 1，可增強其促進細胞遷移、粘附的能力，表明Hst 1的空間結構影響其對細胞的激活。

2 組蛋白Hst 1生物學功能及機理

2.1 促進細胞粘附 （1）促進細胞-基底粘附：OUDHOFF［7］和SUN［8］通過測定細胞絲狀偽足和片狀脂蛋白表面積，發現Hst 1促進上皮細胞、內皮細胞和成骨細胞在玻璃基底上的粘附。研究證實，Hst 1不僅可促進上皮細胞與基底的粘附速度，還可將其與基底的粘附強度提高30%。VAN DIJK等［9］通過細胞計數法，證實Hst 1促進成骨細胞、成纖維細胞在鈦基底和羥基磷灰石上粘附，其中成骨細胞對鈦的粘附速度提高1.5倍。其機制在于Hst 1提高細胞中F肌動蛋白含量，增加半橋粒的形成，從而促進細胞-基底粘附。（2）促進細胞間粘附：VAN DIJK等［10］通過豬鏈球菌跨單層上皮細胞轉運實驗，發現Hst 1抑制細胞旁路途徑。研究證明，Hst 1將上皮細胞的跨上皮電阻提高20%［11］，表明Hst 1促進細胞間的粘附，形成上皮屏障。Hst 1通過提高細胞中E-cad、occuldin、Claudin、ZO-1蛋白含量，增加橋粒和緊密連接蛋白形成，從而促進細胞間粘附。

TGFβ和EGF是誘導腫瘤上皮間充質轉化（EMT）的細胞因子，下調細胞中E-cad和ZO-1表達。有學者證明，在含有TGFβ和EGF培養基中加入Hst 1，鱗狀上皮癌球體表面積減小1/3，球體形態更緊湊，提示Hst 1通過增強球體內細胞間相互粘附，抵消EMT驅動因子對細胞連接的抑制作用，延緩癌細胞脫落轉移［10］。

2.2 促進細胞遷移 近年來已有研究通過記錄細胞遷移路徑、Boyden、Transwell、體外劃痕實驗等多種實驗方法證明，Hst 1可促進黏膜、牙齦、角膜和皮膚等不同來源的各種上皮細胞遷移［9-11］，提升內皮細胞、牙齦成纖維細胞、人乳腺癌細胞、成骨細胞、脂肪細胞、黑色素瘤細胞的遷移能力［6-8］。研究證明，Hst 1促進細胞前端形成樹突，增加細胞中微絲含量，形成新的細胞附著，提高細胞收縮力，從而促進細胞遷移［8-10］。有學者利用炎癥因子、紫外線、雙磷酸鹽，分別抑制成纖維細胞、角膜上皮細胞、成骨細胞的遷移，發現Hst 1將細胞遷移能力恢復至原有水平［12-13］。YAGUCHI等［5］在黑色素瘤細胞中檢測到Hst 1的表達，通過siRNA降低黑色素瘤細胞中Hst 1的表達，結果顯示細胞遷移能力降低。

2.3 抑制細胞凋亡 研究發現，在正常環境中Hst 1不參與細胞凋亡進程的調節［14］。在異常不良環境中，如紫外線、雙磷酸鹽等不利環境，Hst 1可抑制角膜上皮細胞、內皮細胞、成骨細胞的凋亡［12-13］。研究證明，Hst 1通過上調細胞凋亡調節因子Bcl-2的表達，抑制下游凋亡蛋白Caspase-3的激活，從而抑制細胞在異常不良環境中凋亡。

2.4 抗菌及抗真菌 Hst 1為陽離子型多肽，中和微生物膜的負電荷，導致細胞膜透化，細菌失去膜勢而死亡。有學者通過瓊脂糖彌散抗菌實驗，發現Hst 1對變形鏈球菌和金黃色葡萄球菌有抗菌活性。變形鏈球菌是主要的致齲菌之一。MACKEY等［15］研究發現，Hst 1在體外能抑制變形鏈球菌的生長和活力，且靜止期的變形鏈球菌對Hst 1更敏感。PEDRO等［16］利用吸光度實驗，證明Hst 1通過破壞靶細胞磷酸酯膜，促進白色念珠菌及其孢子凋亡，起到抗真菌作用。

2.5 促血管生成 CASTRO等［13］通過體外細胞培養和雞胚絨尿囊膜實驗，記錄血管網絡形態，量化血管生成數量，發現Hst 1增加血管網絡形成，提高血管生成數量，促進體外血管形態發生，體內血管生成，其促進血管生成效果與VEGF效果相似，是一種新型促血管生成因子。研究證實，Hst 1通過增加活性Rac1含量，激活血管生成信號通路，上調細胞中VEGF、FGF2、CD105和CD31的表達，增強內皮細胞的遷移和粘附能力，促進血管生成［16-17］。

2.6 預防齲齒，促進再礦化 有學者研究發現，無齲者唾液中Hst 1含量高于患齲率高的患者，提示Hst 1與低患齲率相關［18］。Hst 1是獲得性牙釉質薄膜的組成蛋白之一。細菌在牙齒表面代謝時產酸，Hst 1中富含組氨酸分子，其包含的咪唑環中和細菌產生的酸，調節牙菌斑的pH值，阻止羥基磷灰石中的鈣流失，抑制牙釉質脫礦，在齲病發生早期階段起到防齲作用［19-20］。通過液閃測量實驗，證實Hst 1在口內競爭性抑制高分子量糖蛋白吸附于羥基磷灰石表面，減少變形鏈球菌對牙釉質表面的粘附，降低齲病的發生［21］。MARGOLIS［3］研究發現Hst 1抑制磷酸鈣的沉積，使唾液處于磷酸鈣過飽和狀態，未治療的早期齲病病變吸收唾液中的Ca2+，促進病變再礦化。

3 Histatin 1 相關信號傳導通路

3.1 細胞遷移信號通路 細胞遷移相關的信號通路有MARK/ERK1/2、PI3K/AKT、Wnt3a、Jake/STAT、SMAD等。有學者研究發現，Hst 1具有提高內皮細胞中磷酸化ERK1/2水平，促進細胞遷移［16］。MAPK/ERK信號通路阻斷劑U0126可抑制Hst 1促進內皮細胞遷移的能力［22］，提示Hst 1通過MAPK/ERK信號通路促進內皮細胞遷移。

PEDRO等［16］通過載體質粒轉染、western blot、poll-down實驗證實，Hst 1促進內皮細胞中RIN2含量增加，激活Rab5，進而促進Rac1磷酸化，通過上調磷酸化ERK1/2含量表達，激活MAPK/ERK信號通路。利用siRNA抑制內皮細胞表達RIN2，進一步證實Hst 1通過Rin2-Rab5-Rac1信號軸激活內皮細胞MAPK/ERK信號通路，從而促進其遷移。OUDHOFF［7］通過上皮細胞傷口閉合實驗，發現百日咳毒素作為G蛋白偶連受體抑制劑，抑制Hst 1對上皮細胞遷移的促進作用，減少細胞內ERK1 1/2含量，提示Hst 1也可通過G蛋白偶連受體激活MAPK/ERK。DANDAN等［23］通過免疫熒光染色和共聚顯微鏡，發現Hst 1在線粒體和內質網上有共同定位，提示Hst 1通過促進線粒體-內質網偶連，激活重塑細胞骨架、微絲收縮，并促進線粒體呼吸，提供細胞遷移和粘附所需能量，從而促進細胞遷移與粘附。

3.2 抑制細胞凋亡信號通路 Bcl-2是第一個被確認能對抗細胞凋亡的基因。HUANG［12］通過RT-PCR證實，Hst 1增加細胞中Bcl-2 mRNA及蛋白含量，下調Bax mRNA及蛋白含量，抑制紫外線誘導的角膜上皮細胞凋亡。Caspase3具有剪切細胞結構蛋白作用，是細胞凋亡最終執行分子。CASRTO等［13］研究發現，Hst 1降低磷酸化Caspase3蛋白含量，抑制雙磷酸鹽誘導的成骨細胞凋亡。提示在異常不良環境中，Hst 1通過調節Bcl-2表達，激活Bcl-2/Bax/Caspase3信號通路，抑制細胞凋亡。

4 小結

Hst 1是一種多功能肽，具有促進細胞遷移、粘附、抗菌及抗真菌、抑制細胞凋亡、促血管生成、防齲等作用，在組織工程和再生醫學中具有巨大潛力。Hst 1在臨床應用前景如下：（1）Hst 1作為組蛋白家族中最有效的體外創口閉合劑，是人唾液中促進口腔角質形成、創口閉合的主要因子。作為創口修復劑，可促進皮膚創口的再上皮化、口內黏膜創口愈合、角膜缺損的修復、血管生成；（2）利用其抗菌及抗真菌特性，可預防創口感染；（3）應用于骨科及口腔植入物，改善植入物與骨組織的整合。促進牙齦與口腔種植體基臺的粘附，阻止微生物侵入，提高種植成功率；（4）應用于早期齲病的預防及治療，抑制齲病進展，促進脫礦牙釉質再礦化。

Hst 1抵消腫瘤上皮間充質轉化驅動因子作用，可增強癌細胞間相互粘附，為抑制癌癥轉移提供潛在的可能性，特別是以E-cad水平為轉移決定因素的口腔鱗癌。研究Hst 1在腫瘤發生和癌癥進展中的作用及機制將是學者們今后研究的熱點和方向。