淺論αB晶狀體蛋白在晶狀體外的研究概況

淺論αB晶狀體蛋白在晶狀體外的研究概況【摘要】αB晶狀體蛋白是脊椎動(dòng)物眼晶狀體中的主要蛋白成分之一，在機(jī)體各種組織中都有廣泛表達(dá)，它是小分子熱休克蛋白家族成員之一，具有分子伴侶活性，能抑制多種環(huán)境變化下的細(xì)胞凋亡，同時(shí)與某些腫瘤的發(fā)生發(fā)展及腫瘤治療中的抗藥性都有密切關(guān)系，作者就此對(duì)近年來(lái)的相關(guān)研究作一概述。

【關(guān)鍵詞】αB晶狀體蛋白;熱休克蛋白;細(xì)胞保護(hù)作用;腫瘤抗藥性;文獻(xiàn)綜述

αB晶狀體蛋白是眼晶狀體中的主要結(jié)構(gòu)成分。近年來(lái)，αB晶狀體蛋白相繼在晶狀體外的組織(如腦、心臟、胃、肺、腎臟、肌肉及視網(wǎng)膜等)中的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)識(shí)到，αB晶狀體蛋白在晶狀體中不僅是結(jié)構(gòu)成分，可能還具有重要的功能意義。我們都比較熟悉αB晶狀體蛋白在晶狀體中的作用，但近幾年發(fā)現(xiàn)αB晶狀體蛋白在晶狀體外也發(fā)揮著生物學(xué)作用。

1αB晶狀體蛋白的編碼基因、表達(dá)部位和結(jié)構(gòu)

αB晶狀體蛋白是脊椎動(dòng)物眼晶狀體中主要的蛋白成分之一，是α晶狀體蛋白兩條基因之一的αB基因的編碼產(chǎn)物，含有175個(gè)氨基酸序列。αB基因位于11號(hào)染色體，它和αA晶狀體蛋白的基因源于一條古老的α晶狀體蛋白基因,這條基因在軟體魚(yú)與高等脊椎動(dòng)物分支進(jìn)化前一直存在，它的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物發(fā)揮小分子熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)的功能和當(dāng)今脊椎動(dòng)物體內(nèi)的αB晶狀體蛋白發(fā)揮的功能一樣。

αB晶狀體蛋白主要在哺乳動(dòng)物的晶狀體中表達(dá)，它與αA晶狀體蛋白的摩爾濃度比為1∶3，約占晶狀體蛋白總量的%[1]。除了晶狀體，在許多器官、組織、細(xì)胞內(nèi),αB晶狀體蛋白也都有結(jié)構(gòu)性表達(dá),具有分子伴侶功能,發(fā)揮小分子HSP的作用,例如在心臟、骨骼肌、橫隔膜、比目魚(yú)肌、腎中可檢測(cè)到大量的αB晶狀體蛋白的存在。在眼中,視網(wǎng)膜色素細(xì)胞、睫狀體、虹膜、角膜、視神經(jīng)也有αB晶狀體蛋白的存在。當(dāng)機(jī)體遭受傷害性刺激如炎癥、缺血、熱損傷、滲透壓改變時(shí)，相應(yīng)部位的αB晶狀體蛋白就會(huì)表達(dá)增加，發(fā)揮抗損傷保護(hù)機(jī)體的作用。

對(duì)α晶狀體蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究顯示:α晶狀體蛋白N末端域(外顯子1)1～63位氨基酸殘端(對(duì)于人,相當(dāng)于1～87位氨基酸殘端),在不同物種的小分子HSP之間并不具有保守性,只在同物種的小分子HSP之間才具有相對(duì)保守性。一個(gè)短而非保守的中間域(外顯子2)64～105位氨基酸殘端,將N末端與一個(gè)較大的α晶狀體蛋白結(jié)構(gòu)域相連。α晶狀體蛋白結(jié)構(gòu)域(外顯子3)106～175位氨基酸殘端(包括C末端,或在人HSP27中,為88～167位氨基酸殘端)在同物種的小分子HSP之間高度保守,甚至在不同物種之間也有很高的保守性。例如,人HSP27的122～143位氨基酸殘端與果蠅相對(duì)應(yīng)的小分子HSP序列有70%相同。C末端為一短而非保守的區(qū)域。對(duì)許多物種αA晶狀體蛋白鏈的進(jìn)化研究發(fā)現(xiàn),在10×106α的進(jìn)化過(guò)程中,只有3%的氨基酸殘端發(fā)生了改變,而在相同的時(shí)間內(nèi),αB晶狀體蛋白只有7%發(fā)生了改變。對(duì)小分子HSP的二、三級(jí)結(jié)構(gòu)知之甚少。Haley等用冷凍電子顯微鏡研究αB晶狀體蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn),它有可變的4級(jí)結(jié)構(gòu),中心有空洞的形狀。之后用這個(gè)技術(shù)對(duì)、HSP27、人αB晶狀體蛋白結(jié)構(gòu)作了研究,發(fā)現(xiàn)為規(guī)則、對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu),但α晶狀體蛋白和HSP27沒(méi)有明顯的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

2αB晶狀體蛋白屬于小分子HSP家族成員,具有分子伴侶活性

HSP分類(lèi)

HSP是所在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞遭受高溫或其他應(yīng)激所產(chǎn)生的一組在結(jié)構(gòu)上高度保守的蛋白質(zhì)家族,它們?cè)谏矬w的生長(zhǎng)、發(fā)育及進(jìn)化過(guò)程中,在維持機(jī)體的生理狀態(tài)以及某些疾病的病理生理過(guò)程中均發(fā)揮重要作用。HSP依據(jù)其亞單位的大小分為HSP90(81～100kD)、HSP70(65～80kD)、HSP60及小分子HSP(sHSPs)家族(小于35kD)4個(gè)主要的家族。所有的小分子HSP有一個(gè)共同的特征,就是存在一個(gè)大約80個(gè)氨基酸序列的“α晶狀體結(jié)構(gòu)域”。它位于蛋白質(zhì)序列的C端。

αB晶狀體蛋白發(fā)揮細(xì)胞凋亡抑制作用主要機(jī)制

αB晶狀體蛋白是一類(lèi)普遍存在的小分子HSP，它的表達(dá)常由生理及環(huán)境因素引起，他們能增強(qiáng)細(xì)胞在惡劣環(huán)境中的存活能力，但是病理狀態(tài)下的高表達(dá)卻與某些腫瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切的聯(lián)系。主要機(jī)制有：(1)強(qiáng)大的分子伴侶作用，阻止新生的及累積的錯(cuò)誤折疊的蛋白聚集、沉淀。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處于非正確的天然構(gòu)象的時(shí)候，那些存在于球狀蛋白質(zhì)內(nèi)部的非疏水性氨基酸將會(huì)暴露出來(lái)，將與一些肽、核酸分子和一些大分子發(fā)生不良的相互作用。作為分子伴侶，αB晶狀體蛋白將會(huì)解決這一問(wèn)題。當(dāng)新生的多肽一出現(xiàn)在核糖體中時(shí)，他們就結(jié)合到新生的多肽上，保護(hù)疏水的氨基酸殘基不進(jìn)行一些無(wú)效的相互作用。αB晶狀體蛋白作為分子伴侶，不斷地和蛋白質(zhì)結(jié)合或釋放，αB晶狀體蛋白的構(gòu)象在發(fā)生著不斷的變化，這種變化是在ATP的水解和交換的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的。(2)直接和各種細(xì)胞凋亡調(diào)控元件相互作用，抑制細(xì)胞凋亡途徑的激活。劉雙等經(jīng)Westernblot檢測(cè)發(fā)現(xiàn),與αB晶狀體蛋白相互作用產(chǎn)生的蛋白復(fù)合物中存在線粒體凋亡相關(guān)蛋白p53、核因子κb、細(xì)胞色素c和Smac，并經(jīng)免疫沉淀證實(shí)H2O2誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡時(shí)，αB晶狀體蛋白與p53、細(xì)胞色素c和Smac等促凋亡蛋白相互結(jié)合增多而與抗凋亡蛋白核因子κb相互結(jié)合減少。(3)αB晶狀體蛋白抑制caspase3凋亡途徑的激活。(4)和蛋白酶活化受體2結(jié)合抑制神經(jīng)酰胺介導(dǎo)的細(xì)胞死亡。另外αB晶狀體蛋白還能抑制Fas/APO21受體和它的配體所介導(dǎo)的凋亡。αB晶狀體蛋白可保護(hù)鼠L929細(xì)胞系免受腫瘤壞死因子TNFα所介導(dǎo)的細(xì)胞壞死。在心肌的缺血再灌注中，心臟中的αB晶狀體蛋白與肌動(dòng)蛋白相結(jié)合,結(jié)合位點(diǎn)位于I帶的中央[10]。心肌缺血可致心肌纖維鈣超載,同時(shí)鎂離子濃度升高、pH值下降,這一系列改變可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)αB晶狀體蛋白濃度增高,發(fā)揮保護(hù)性作用。

3αB晶狀體蛋白在阻止細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞存活方面的研究概況

晶狀體蛋白屬于小分子HSP，具有分子伴侶活性。國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究表明，在組織、細(xì)胞經(jīng)熱休克、氧化應(yīng)激等處理后αB晶狀體蛋白表達(dá)急劇增加，與敲除αB晶狀體蛋白基因的對(duì)照組相比細(xì)胞存活率增高具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Liu等[11]研究表明，在高濃度的葡萄糖培養(yǎng)基中培養(yǎng)的臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡率是63%，而轉(zhuǎn)染了含大鼠pcDNA3質(zhì)粒的臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡率是36%，含αB晶狀體基因轉(zhuǎn)染質(zhì)粒的細(xì)胞降低了35%的高濃度葡萄糖激活的細(xì)胞凋亡蛋白酶活性，顯著減少了活性氧族的釋放。Alge等[12]的研究表明，在正常視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中存在αB晶狀體蛋白的表達(dá)，熱休克處理及氧化應(yīng)激能顯著提高αB晶狀體蛋白的表達(dá)，而高表達(dá)的αB晶狀體蛋白能通過(guò)抑制Caspase3途徑的激活減輕視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的凋亡，從而發(fā)揮保護(hù)作用。國(guó)內(nèi)湘雅醫(yī)學(xué)院的肖衛(wèi)民等[13]研究顯示，熱休克預(yù)處理組心肌細(xì)胞中αB晶狀體蛋白表達(dá)明顯增加，H2O2所致的細(xì)胞死亡率及LDH釋放率降低，總抗氧化能力增強(qiáng)，H2O2可引起αB晶狀體蛋白向胞核及微絲移位。這提示熱休克預(yù)處理的心肌細(xì)胞保護(hù)作用與其誘導(dǎo)αB晶狀體蛋白的增加有關(guān)，αB晶狀體可能通過(guò)細(xì)胞內(nèi)移位，保護(hù)某些核結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定細(xì)胞骨架，并增強(qiáng)心肌細(xì)胞抗氧化能力，從而發(fā)揮其保護(hù)作用。另外，國(guó)內(nèi)Ying等[14]就α晶狀體蛋白對(duì)視神經(jīng)損傷后的保護(hù)作用進(jìn)行了一系列相關(guān)研究，結(jié)果表明，無(wú)論是采用視神經(jīng)夾傷模型還是采用視神經(jīng)離斷模型，玻璃體腔內(nèi)注射α晶狀體蛋白組較空白對(duì)照組視網(wǎng)膜節(jié)細(xì)胞存活率的增高有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，同時(shí)他們的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞培養(yǎng)也表明α晶狀體蛋白有促進(jìn)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)作用。這種保護(hù)作用是αA晶狀體蛋白還是αB晶狀體蛋白或者是兩者共同的，該系列實(shí)驗(yàn)尚未說(shuō)明，但基于αB晶狀體蛋白的生物學(xué)作用，我們可以推測(cè)出αB晶狀體蛋白可能起到了不可缺少的作用。

4αB晶狀體蛋白在腫瘤組織中的異常表達(dá)及與腫瘤抗藥性關(guān)系的研究概況

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，在很多惡性腫瘤組織中都存在αB晶狀體蛋白的異常高表達(dá)，這些異常表達(dá)可能與腫瘤細(xì)胞抗細(xì)胞凋亡、腫瘤營(yíng)養(yǎng)血管的生長(zhǎng)以及腫瘤的抗藥性都有密切的關(guān)系。Stegh等研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)膠質(zhì)瘤中Bcl2L12轉(zhuǎn)錄子誘導(dǎo)αB晶狀體蛋白高表達(dá)，高表達(dá)的αB晶狀體蛋白極大地促進(jìn)了神經(jīng)膠質(zhì)瘤的生長(zhǎng)，而在敲除了αB晶狀體蛋白基因的膠質(zhì)瘤細(xì)胞中，盡管Bcl2L12表達(dá)存在，但腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制，細(xì)胞凋亡增加，細(xì)胞的這種凋亡與Caspase3途徑激活有關(guān)。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，敲除αB晶狀體蛋白基因的腫瘤組織，腫瘤血管形成明顯減少，Caspase3凋亡途徑活性增強(qiáng)，細(xì)胞凋亡增多。研究結(jié)果表明，αB晶狀體蛋白是一類(lèi)新的血管生長(zhǎng)源性物質(zhì)，在腫瘤的發(fā)展過(guò)程中起重要作用。在腫瘤抗藥性方面，Kase等[15]發(fā)現(xiàn)HSP27和αB晶狀體蛋白在化療后存活的腫瘤細(xì)胞中高表達(dá)，提示了HSP27和αB晶狀體由化療藥物誘導(dǎo)產(chǎn)生，并發(fā)揮抑制細(xì)胞凋亡、保護(hù)腫瘤細(xì)胞作用。Liu等[16]和Olga等[17]也相應(yīng)發(fā)現(xiàn),在肺腺癌和乳腺癌中存在αB晶狀體蛋白的高表達(dá)，并且這種異常表達(dá)與腫瘤的化療效果有著密切的關(guān)系。

5αB晶狀體蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究概況

在過(guò)去10年中發(fā)現(xiàn),一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病與αB晶狀體蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)的反常聚集有密切的關(guān)系。這些神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括星形膠質(zhì)細(xì)胞水腫引起的Alexander病、神經(jīng)元?dú)馇驑幼円鸬腃reutzfeldtJacob病、阿爾茨海默病、帕金森病、Lewy體病、Pick病和其他疾病。αB晶狀體蛋白是多發(fā)性硬化的自身免疫性反應(yīng)的主要抗原[18],在少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)。Shalina等[19]發(fā)現(xiàn),αB晶狀體蛋白除了在多發(fā)性硬化病活動(dòng)早期的患者腦組織表達(dá)增加外，在正常腦組織也有它的身影。他們證實(shí)αB晶狀體蛋白是一種潛在的反向調(diào)節(jié)因子，能阻斷免疫系統(tǒng)和中樞系統(tǒng)的一些炎癥反應(yīng)途徑。αB晶狀體蛋白基因缺失的大鼠表現(xiàn)出更為嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎，T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌更多的細(xì)胞因子1和細(xì)胞因子17，中樞神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)出的炎癥更加強(qiáng)烈，此外αB晶狀體蛋白基因缺失的大鼠Caspase3凋亡蛋白表達(dá)更多、TUNEL染色陽(yáng)性率更高，這表明了αB晶狀體蛋白具有抗凋亡和神經(jīng)保護(hù)作用。從多發(fā)性硬化癥患者的腦脊液和自身免疫性腦脊髓炎老鼠血清中可以檢測(cè)到αB晶狀體蛋白抗體，針對(duì)炎癥反向調(diào)控因子αB晶狀體蛋白的免疫攻擊加劇了炎癥反應(yīng)和脫髓鞘，αB晶狀體蛋白表達(dá)系統(tǒng)的重構(gòu)能顯著改善自身免疫性脊髓炎大鼠的病情。盡管隨著年齡的增加,腦內(nèi)神經(jīng)元的數(shù)目逐漸減少,但αB晶狀體蛋白的水平卻有所增高。同時(shí)αB晶狀體蛋白在腦腫瘤、腦血管病變[20]時(shí)表達(dá)也出現(xiàn)增多，這些也都與αB晶狀體蛋白的抗凋亡和神經(jīng)保護(hù)性密不可分。同時(shí)αB晶狀體蛋白在癲癇患者腦組織局部高表達(dá)，可以作為癲癇病灶的組織標(biāo)記物，描記病灶的范圍，為手術(shù)切除提供可靠的依據(jù)[21]。

6展望

αB晶狀體蛋白與白內(nèi)障發(fā)生發(fā)展的關(guān)系歷來(lái)是αB晶狀體蛋白研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。但近年來(lái)的研究使得αB晶狀體蛋白與其他疾病的關(guān)系日益受到人們的關(guān)注，對(duì)αB晶狀體蛋白的作用也進(jìn)行了越來(lái)越深入的研究。αB晶狀體蛋白的HSP活性、抗細(xì)胞凋亡作用日益受到人們的重視，無(wú)論是它的急性損傷后的細(xì)胞保護(hù)作用方面，還是腫瘤發(fā)生機(jī)制及腫瘤治療的抗藥性方面的研究，都有著非常重要的意義。

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