鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用*

盧夢云 胡溢洪 韓語誠 鄒先瓊

1 桂林醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院，廣西桂林市 541004； 2 桂林醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院

鞘脂是一類復(fù)雜脂類，是細(xì)胞膜和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)復(fù)合物的重要組成部分，包括神經(jīng)酰胺、1-磷酸—神經(jīng)酰胺(Ceramide-1-phosphate, C1P)、糖鞘脂等多種分子[1]。研究已經(jīng)確定某些鞘脂及其代謝產(chǎn)物具有生物活性，是多種生物功能的重要調(diào)節(jié)因子，在細(xì)胞生長、分化、死亡、細(xì)胞遷移和自噬等方面發(fā)揮重要作用，還參與了類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和癌癥等炎癥相關(guān)疾病的病理過程[1]。由于鞘脂的結(jié)構(gòu)具有多樣性，且其水溶性差，需要特殊的運(yùn)輸系統(tǒng)。一般而言，囊泡運(yùn)輸途徑是細(xì)胞內(nèi)大部分脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，而具有高特異性的靶向轉(zhuǎn)運(yùn)是通過非囊泡運(yùn)輸途徑實(shí)現(xiàn)的。囊泡運(yùn)輸，出芽囊泡收集蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，從供體膜的出芽部分移動到目標(biāo)位置并與受體膜融合，釋放其內(nèi)容物。非囊泡運(yùn)輸通常依賴脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Lipid transfer proteins, LTPs)，不同的細(xì)胞內(nèi)LTPs可以識別特定的脂質(zhì)并將其轉(zhuǎn)移到目標(biāo)位置[2-4]。越來越多的證據(jù)表明，非囊泡運(yùn)輸過程是整個鞘脂生物合成途徑的限速步驟，鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)過程正在成為鞘脂發(fā)揮生物學(xué)功能的重要部分，在抵抗癌癥發(fā)生發(fā)展方面具有潛在作用[2]。雖然鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在某些疾病發(fā)生發(fā)展中的作用已有相關(guān)報道，但其他方面仍然是個謎。鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為鞘脂代謝的潛在瓶頸的重要性還沒有得到充分認(rèn)識。有些是真正的鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，將鞘脂從合成部位轉(zhuǎn)運(yùn)到特定部位以發(fā)揮功能，而其他可能具有傳感器作用。現(xiàn)主要討論神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Ceramide transporter, CERT)、糖脂轉(zhuǎn)移蛋白(Glycolipid transfer protein, GLTP)、磷脂酰肌醇4-磷酸銜接蛋白(phosphatidylinositol 4-phosphate adaptor protein, FAPP)2和1-磷酸神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)移蛋白(Ceramide-1-phosphate transfer protein, CPTP)四種鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在某些疾病中發(fā)揮作用的已知內(nèi)容，研究所揭示的許多關(guān)鍵過程,有望成為治療這些疾病的新靶點(diǎn)。

1 CERT

CERT是一種68kD的胞質(zhì)蛋白，其不同功能的結(jié)構(gòu)域或基序調(diào)節(jié)該蛋白的活性，它能將神經(jīng)酰胺從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到反式高爾基體，影響神經(jīng)酰胺的代謝、細(xì)胞濃度、生物活性以及調(diào)節(jié)鞘磷脂生物合成[5]。神經(jīng)酰胺是鞘脂代謝的核心，是下游鞘脂和糖鞘脂的前體，對細(xì)胞增殖、遷移、衰老等功能有關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，參與糖尿病、阿爾茨海默病和抑郁癥等病理過程[6-7]。

CERT蛋白在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)，在胚胎和大腦發(fā)育及維持線粒體的整體完好性中發(fā)揮重要作用，在CERT缺陷小鼠胚胎中觀察到心臟功能不全的心力衰竭，在CERT突變胚胎中發(fā)現(xiàn)鞘磷脂和質(zhì)膜神經(jīng)酰胺水平降低，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體中神經(jīng)酰胺水平升高，細(xì)胞周期相關(guān)蛋白表達(dá)水平降低，細(xì)胞生存途徑被激活，導(dǎo)致細(xì)胞生長停滯而不發(fā)生凋亡[8]。研究表明，CERT在衣原體胞內(nèi)寄生中有重要作用，沙眼衣原體在宿主細(xì)胞包涵體膜內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，而CERT和膜脂是維持包涵體和其中細(xì)菌復(fù)制所必需的。細(xì)菌效應(yīng)蛋白IncD在包涵體膜的胞質(zhì)側(cè)通過CERT PH結(jié)構(gòu)域?qū)ERT募集到包涵體中[9]，這表明包涵體—內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜接觸位點(diǎn)的形成讓神經(jīng)酰胺能夠有效轉(zhuǎn)移到包涵體膜，這對于專性細(xì)胞內(nèi)寄生蟲的感染是重要的。研究發(fā)現(xiàn)，CERT在HER2陽性型乳腺癌中過表達(dá)，且CERT蛋白高表達(dá)與不良預(yù)后相關(guān)，抑制CERT可通過促進(jìn)自噬使HER2陽性細(xì)胞對化療敏感，提示CERT的表達(dá)可能對預(yù)測特定癌癥患者群體的治療結(jié)果具有預(yù)后價值[5, 10]。在三陰性乳腺癌中CERT低表達(dá)，基底乳腺癌亞型的CERT mRNA水平比其余分子亞型明顯降低，且比正常乳腺組織略有降低，低CERT表達(dá)似乎與基底樣乳腺癌亞型有關(guān)，但其具體機(jī)制尚不清楚。此外，在轉(zhuǎn)移性前列腺癌中也發(fā)現(xiàn)CERT轉(zhuǎn)錄水平降低[10]，表明CERT是動態(tài)調(diào)控的，不同情況下上調(diào)和下調(diào)都可能對腫瘤細(xì)胞有益。有研究表明，CERT在脂中毒條件下的鞘脂代謝調(diào)控中發(fā)揮作用，直接抑制CERT表達(dá)會影響神經(jīng)酰胺含量和胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[11]。以上研究表明CERT功能喪失對生長和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的影響可能與細(xì)胞類型有關(guān)。CERT不僅能通過影響線粒體完好性進(jìn)而導(dǎo)致線粒體功能障礙，其在乳腺癌和轉(zhuǎn)移性前列腺癌等疾病中發(fā)揮重要作用，但詳細(xì)作用機(jī)制尚不清楚，需要進(jìn)一步的研究。

2 GLTP

人類GLTP是一種24kD的可溶性兩性蛋白，是大多數(shù)糖鞘脂的轉(zhuǎn)運(yùn)體，它采用一種特別嚴(yán)格的全α-螺旋結(jié)構(gòu)，以“三明治基序”排列，此“三明治”狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被視為GLTP超家族的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，形成一個獨(dú)立的“口袋狀”糖脂結(jié)合位點(diǎn)，即為GLTP折疊，人類GLTP被視為真核生物GLTP蛋白家族的原型蛋白[12]。

GLTP基因表達(dá)變化會導(dǎo)致某些糖鞘脂的穩(wěn)態(tài)水平發(fā)生改變，GLTP能作為傳感器發(fā)揮功能，而且能調(diào)節(jié)某些癌細(xì)胞系的細(xì)胞形狀改變[13-14]。人類GLTP表達(dá)水平與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基中的葡萄糖神經(jīng)酰胺(Glucosylceramide, GlcCer)水平相關(guān)，過表達(dá)GLTP的細(xì)胞其GlcCer合成增加，在GlcCer積累的細(xì)胞中，GLTP表達(dá)也增加，然而，在胞吞作用中，GLTP水平對溶酶體中GlcCer的增加沒有反應(yīng)，這意味著GLTP可能作為新合成的GlcCer細(xì)胞內(nèi)水平的傳感器或調(diào)節(jié)器發(fā)揮功能[14]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人GLTP在HeLa或HEK-293細(xì)胞中過表達(dá)時，通過與δ聯(lián)蛋白相互作用改變了細(xì)胞形狀[13-14]。蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)顯示，GLTP在少突膠質(zhì)細(xì)胞中高度表達(dá)，參與C型尼曼—皮克病(Niemann-Pick Type C disease, NPC)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的髓鞘形成[15]。一項(xiàng)以雙環(huán)醇為探針的研究確定了GLTP是丙型肝炎病毒(HCV)復(fù)制的限制因子，GLTP與宿主囊泡相關(guān)膜蛋白相關(guān)蛋白A(Vesicle-associated membrane protein-associated protein-A, VAP-A)結(jié)合，阻止VAP-A和HCV非結(jié)構(gòu)5A蛋白復(fù)合物的形成，從而對HCV的復(fù)制有抑制作用[16]。GLTP蛋白高表達(dá)使細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(Cyclin-dependent kinase, CDK)抑制因子1B(p27)和1A(p21)上調(diào)，CDK2和CDK4、細(xì)胞周期蛋白E和D1水平下調(diào)，把細(xì)胞周期阻滯在G1/S期，發(fā)揮抑制人類結(jié)直腸癌HT-29細(xì)胞增殖的作用，此外，過表達(dá)GLTP的HT-29細(xì)胞發(fā)生了壞死性凋亡[17]，表明GLTP上調(diào)通過干擾細(xì)胞周期進(jìn)展、誘導(dǎo)壞死性凋亡來抑制人類結(jié)直腸癌HT-29細(xì)胞的生長，可能為對抗癌癥提供一條新途徑。生物信息學(xué)分析結(jié)果顯示，人類GLTP在胰腺腺癌組織中的表達(dá)水平高于癌旁正常組織[18]，提示GLTP可能對胰腺腺癌的發(fā)生發(fā)展有作用，但其具體作用機(jī)制需要進(jìn)一步探究。以上研究表明，GLTP不僅與細(xì)胞周期進(jìn)程及細(xì)胞壞死性凋亡有關(guān)，還能夠誘導(dǎo)細(xì)胞變圓，并參與NPC、丙型肝炎、結(jié)直腸癌、胰腺腺癌等疾病發(fā)生發(fā)展的相關(guān)過程。盡管已有以上研究數(shù)據(jù)，但GLTP在癌癥等疾病發(fā)生發(fā)展中的確切功能和調(diào)控機(jī)制仍不清楚，需要更深入的探究。

3 FAPP2

FAPP2由519個氨基酸編碼組成，屬于糖脂轉(zhuǎn)移蛋白(GLTP)家族，包含pleckstrin同源結(jié)構(gòu)域，其通過GLTP結(jié)構(gòu)域?qū)lcCer從高爾基體運(yùn)輸?shù)絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)以產(chǎn)生復(fù)雜的糖鞘脂[12,19]。

FAPP2在反式高爾基網(wǎng)絡(luò)(Trans-Golgi network, TGN)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，F(xiàn)APP2的敲低會改變GlcCer在高爾基體內(nèi)的分布，導(dǎo)致TGN上GlcCer的丟失和順式高爾基區(qū)域的積累，其也與細(xì)胞凋亡過程及腫瘤的發(fā)生相關(guān)[12,20-21]。在一組膠質(zhì)瘤、乳腺癌和結(jié)腸癌細(xì)胞系中，F(xiàn)APP2基因敲低增強(qiáng)了這些細(xì)胞對Fas/Fas配體誘導(dǎo)凋亡的敏感性，揭示了FAPP2在抵抗凋亡中的潛在作用[20]。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)APP2基因在肝細(xì)胞癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)中表達(dá)上調(diào)，并通過增強(qiáng)Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路的激活發(fā)揮對HCC細(xì)胞增殖和侵襲的促進(jìn)作用，故其可能成為抗肝癌治療的一個重要候選靶點(diǎn)[19]。有研究證明，在結(jié)腸癌組織中FAPP2基因上調(diào)，并通過激活Wnt信號促進(jìn)人結(jié)腸癌腫瘤細(xì)胞增殖，敲除FAPP2基因可抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長[21]，這些發(fā)現(xiàn)將為結(jié)腸癌提供新的分子治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)HCV感染細(xì)胞時，宿主磷脂酰肌醇-4-激酶能被HCV NS5A蛋白激活，產(chǎn)生許多磷脂酰肌醇4-磷酸(phosphatidylinositol 4-phosphate,PI4P)脂質(zhì)體，其重新分布至復(fù)制復(fù)合體上，然后PI4P與FAPP2結(jié)合調(diào)控HCV基因組復(fù)制到病毒粒子的產(chǎn)生過程，此外，敲低FAPP2會干擾病毒感染細(xì)胞中膜網(wǎng)囊泡的形成，改變HCV復(fù)制酶蛋白的分布，阻礙HCV RNA的合成，表明FAPP2基因在HCV基因組復(fù)制過程中發(fā)揮重要作用[22]。最新的研究表明，F(xiàn)APP2是T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia,T-ALL)中一個潛在的致癌基因。FAPP2基因在人類T-ALL中表達(dá)上調(diào)，在T-ALL細(xì)胞系中，F(xiàn)APP2表達(dá)下調(diào)能夠抑制細(xì)胞增殖，阻滯細(xì)胞周期至亞G1期，促進(jìn)細(xì)胞自噬以及抑制PI3K/AKT/mTOR通路，提示FAPP2可能通過PI3K/AKT/mTOR途徑參與致瘤[23]，此項(xiàng)研究將為T-ALL的具體發(fā)病機(jī)制和潛在的靶向治療提供新觀點(diǎn)。以上研究表明，F(xiàn)APP2參與細(xì)胞凋亡過程的調(diào)節(jié)，其在HCC、結(jié)腸癌、丙型肝炎、T-ALL等疾病的發(fā)生發(fā)展中也發(fā)揮重要作用。隨著FAPP2在癌癥的發(fā)生發(fā)展中占據(jù)著越來越關(guān)鍵的地位，迫切需要進(jìn)一步的研究來確認(rèn)FAPP2作為癌癥治療靶點(diǎn)的潛力。

4 CPTP

人類CPTP作為GLTP家族的新成員，能夠形成GLTP折疊，可以選擇性地將C1P從高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到質(zhì)膜[3]。C1P由神經(jīng)酰胺激酶直接磷酸化神經(jīng)酰胺而產(chǎn)生，其與細(xì)胞膜上的Gi蛋白結(jié)合可調(diào)節(jié)多條信號通路，從而在細(xì)胞生長、衰老、惡性細(xì)胞遷移/侵襲、炎癥反應(yīng)、血管生成和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮重要作用[1, 5]。例如，C1P被認(rèn)為是胞質(zhì)型磷脂酶A2α(cytosolic phospholipase A2α,cPLA2α)的直接激活劑，在siRNA誘導(dǎo)的CPTP敲除細(xì)胞中，TGN中C1P的積累誘導(dǎo)并激活cPLA2α，進(jìn)而導(dǎo)致花生四烯酸和促炎二十烷類化合物的產(chǎn)生[3]。

研究表明，RNA干擾技術(shù)誘導(dǎo)的CPTP缺陷會導(dǎo)致HeLa和HEK-293細(xì)胞自噬，但CPTP上調(diào)或下調(diào)后未檢測到細(xì)胞凋亡，CPTP缺失還可提高胱天蛋白酶1水平，通過NLR家族pyrin結(jié)構(gòu)域3顯著增加白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-18的釋放[24]，提示CPTP可能參與了自噬介導(dǎo)的有關(guān)病理進(jìn)程，從而影響細(xì)胞的相關(guān)生理功能和穩(wěn)態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，CPTP下調(diào)對A549肺上皮癌細(xì)胞具有促炎作用[3]。CPTP在重癥急性胰腺炎患者外周血中的表達(dá)低于健康組，其可能的機(jī)制是CPTP基因下調(diào) IVA cPLA2α表達(dá)水平，繼而改變緊密連接蛋白的表達(dá)，從而對腸上皮屏障有保護(hù)作用[25]。鑒于CPTP與自噬和炎癥有關(guān)，CPTP可能作為腫瘤生物標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)發(fā)揮作用[2, 24]。根據(jù)人類蛋白圖譜和癌癥基因組圖譜，CPTP在腫瘤組織或細(xì)胞系中異常表達(dá)，和癌旁非腫瘤組織比較，CPTP基因在胸腺瘤、胰腺腺癌、卵巢漿液性囊腺癌中表達(dá)上調(diào)，而在睪丸癌組織中的表達(dá)水平比癌旁正常組織低[26]，表明人類CPTP基因在不同的腫瘤組織中能夠發(fā)揮促進(jìn)或抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同作用。研究已證明，腫瘤抑制因子微RNA(microRNA,miRNA/miR)-328的直接靶點(diǎn)之一是CPTP，此外，miR-328-3p被報道通過參與內(nèi)源性RNA競爭機(jī)制介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和癌癥干細(xì)胞功能，從而抑制結(jié)直腸癌[27]和HCC[28]的發(fā)展。同時，miR-328在包括上述腫瘤在內(nèi)的多種腫瘤中低表達(dá)，靶向抑制miR-328可用于消除卵巢癌中的腫瘤干細(xì)胞和防止腫瘤轉(zhuǎn)移[29]，提示CPTP可能通過miR-328的靶點(diǎn)起抗腫瘤作用。以上表明人類CPTP蛋白可能在胸腺瘤、胰腺腺癌、卵巢漿液性囊腺癌、結(jié)直腸癌和HCC的發(fā)生發(fā)展中起作用。然而，人類CPTP基因在不同腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用具有復(fù)雜性，其具體的分子作用機(jī)制和特定功能需要進(jìn)一步的深入研究。這是目前一個研究熱點(diǎn)，可以為了解人類CPTP在癌癥、炎癥和自噬相關(guān)疾病中的作用奠定基礎(chǔ)。

5 小結(jié)與展望

鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及其調(diào)節(jié)的過程是鞘脂代謝的重要組成部分，這些過程通常是個別鞘脂新陳代謝的限速步驟，因此代表了藥物抗癌研究的潛在靶點(diǎn)[2]。已知鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)胞周期進(jìn)程、細(xì)胞凋亡等生物學(xué)功能中具有重要調(diào)節(jié)作用，其也參與了丙型肝炎、炎癥性疾病、結(jié)直腸癌等疾病的發(fā)生發(fā)展過程。鞘脂代謝的紊亂會引起各種疾病，如前所述，一些病原體會利用CERT和FAPP2的宿主機(jī)制，神經(jīng)鞘脂代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)的空間調(diào)控研究進(jìn)展將為該類藥物的開發(fā)提供線索。

雖然已有鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)、功能及其在癌癥等疾病中作用的相關(guān)研究，但鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在疾病發(fā)生發(fā)展中的詳細(xì)機(jī)制及其靶向不同細(xì)胞器的確切機(jī)制尚不清楚，我們對個別鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及其在癌癥中的作用知之甚少，因?yàn)槟壳翱梢詫?shí)時觀察鞘脂轉(zhuǎn)移的方法有限，所以鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在體內(nèi)功能的研究變得復(fù)雜化，而且大多數(shù)研究都是在體外進(jìn)行的。然而，隨著熒光標(biāo)記和成像技術(shù)的進(jìn)步，如超高分辨率顯微鏡[30]，已可用來詳細(xì)觀察鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白如何幫助鞘脂在細(xì)胞內(nèi)移動。可以預(yù)計的是，繼續(xù)尋找新的鞘脂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白并闡明其生物學(xué)功能及其在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用將對相關(guān)疾病的預(yù)防、診斷及治療有重要意義。