SLP-2的生物学效应及其与疾病关系的研究进展

2016-02-21 08:00李冰仪综述徐红兵审校重庆医科大学附属第一医院妇产科重庆400016
现代医药卫生 2016年16期
关键词:证实线粒体生存率

李冰仪综述,徐红兵审校(重庆医科大学附属第一医院妇产科,重庆400016)

SLP-2的生物学效应及其与疾病关系的研究进展

李冰仪综述,徐红兵△审校
(重庆医科大学附属第一医院妇产科,重庆400016)

线粒体; T淋巴细胞; 神经免疫调节; 肿瘤; 妇产科,医院; 综述

Stomatin家族蛋白包含了性质和结构均相对保守的核心区域,称为stomatin-domain[1],其与prohibitin、flotillin 及HflK/HflC蛋白家族成员——包含了超过1 300种——中发现的区域(即stomatin、prohibitin、flotillin、HflK/ HflCdomain、SPFHdomain)有着更深层次的联系[2]。stomatin蛋白家族成员广泛存在于包括古生菌在内的几乎所有生命形式中[3]。尽管存在于有明显种族差异的哺乳动物、植物及细菌中,stomatin-domain的氨基酸序列却相当保守。

stomatin是最早从健康人红细胞中分离出的一种膜本体蛋白[4-6],其缺失可导致Na+和K+漏出,这一过程

1 Stoml2的发现

2000年,Wang等[9]报道了一种stomatin超家族成员——SLP-2,并概述了其主要特征。人类SLP-2基因从人类心脏cDNA文库中克隆,编码区域长度为1 071 nt,定位于9p13.1(而stomatin基因定位于9q34.1),编码长357的氨基酸序列大小约3.85×107,与人类stomatin有超过20%的同源性。与stomatin超家族中其他成员类似,SLP-2也包含了stomatin特征性序列,同时,SLP-2是这个家族中第一个被发现缺乏氨基末端疏水域的成员,并且包含了大量可溶于盐的低聚蛋白复合物,表明其可作为外周膜蛋白稳定存在于红细胞中。随后,Owczarek等[10]从人胚胎脑cDNA文库中分离出完整编码Stoml2的cDNA,其基因由3 250个碱基对组成,包含10个外显子及9个内含子,并提出了一个长1 068 nt、可编码356个氨基酸多肽(预计相对分子质量大小为3.85×104)的开放编码框,同时,该小组发现Stoml2蛋白缺乏跨膜区域。2006年,John等[11]才确定了Stoml2中约90%的序列,表明这一新发现蛋白结构的复杂性。

2 Stoml2功能研究

2.1 Stoml2和线粒体 自从Da Cruz等[12]确定Stoml2是线粒体蛋白并推测其可能同时存在于质膜及线粒体内膜以来,关于这种新发现蛋白和线粒体关系的研究便持续不断。Hájek等[13]证实了Stoml2连接于线粒体内膜、朝向膜间隙,并且可以与Mfn2(存在于线粒体外膜的线粒体融合蛋白2)形成高分子量复合物,以及Stoml2-Mfn2异质低聚体,且Stoml2为这一复合物形成的限制性因子。这一研究同时发现,敲除Stoml2可降低线粒体膜电势,但对线粒体形态无明显影响。以往有研究表明,线粒体膜固有电势(△ψm)高的亚克隆细胞系更倾向于表达状态稳定的血管内皮生长因子(VEGF)和基质金属蛋白酶-7(MMP-7),从而增强了细胞的侵袭性,这一特性与肿瘤的进展有关,对肿瘤特征的研究有着至关重要的作用[14]。随后Da Cruz等[15]证实Stoml2与线粒体中另一蛋白prohibitin有着密切关系。Hela细胞的Stoml2耗竭可导致prohibitins(prohibitin-1和prohibitin-2)的下调,以及由金属蛋白酶水解造成的呼吸链复合物Ⅰ和Ⅳ的降解,且线粒体应激造成的蛋白翻转增多可增加Stoml2的表达。发生于线粒体分裂之前,由凋亡刺激因子(如紫外线、放射菌素D等)激发应激介导的线粒体高融合过程需要L-OPA1、MFN1及SLP-2的参与,且可提供给细胞更多的OXPHOS和ATP[16]。Da Cruz等[17]证实,在Hela细胞中干扰Stoml2可降低由兴奋剂刺激导致的线粒体中Ca2+水平升高的幅度、缩短其持续的时间,并且与对照组相比可增加Ca2+从线粒体内外流的效率。去除Na+或加入线粒体Na+/Ca2+泵抑制因子可抵消这一现象,而将有通透性的细胞暴露在Na+和Ca2+浓度固定的细胞溶质中可增强这一现象。同时,尽管线粒体中Ca2+浓度增加,Stoml2的过表达可增加Ca2+从线粒体内外流的效率,且细胞质中Ca2+水平的上升幅度可随Stoml2的消耗增加,随Stom21的过表达而降低。这些数据表明,Stoml2参与调节线粒体中Ca2+的外流,且对线粒体缓冲Ca2+的能力及形成细胞质内Ca2+信号起调节作用。然而,该研究结果显示,干扰掉Stoml2对细胞线粒体内膜电势无影响,这与Hájek等[13]的研究结果截然不同。

2.2 Stoml2与T细胞 T细胞通过抗原受体(TCR)的活化需要来自位于细胞膜上的脂筏微区中的信号传导体的持续信号作用。Kirchhof等[18]发现,体内外的活化可以使人原始淋巴细胞中的Stoml2表达上调,而这一过程涉及TCR中的信号传导体和聚合的肌动蛋白。进一步的研究表明,人T细胞系和原始外周血T细胞中Stoml2的表达上调可增加感受器的反应性,而Stoml2的表达下调可导致TCR中持续信号的缺失及T细胞活性的降低,这一结果表明Stoml2可作为潜在的免疫调节靶点。Stoml2的上调可使T细胞中心磷脂含量增加37%、线粒体DNA水平增加70%,且可显著提高具有代谢活性的线粒体量。同时Stoml2可将prohibitins募集至心磷脂,形成富含心磷脂的微区,这一过程可提高呼吸链复合物Ⅰ和Ⅱ的活性,增加细胞内ATP的含量及对细胞凋亡的抵抗力[19]。当T细胞激活时Stoml2聚集于免疫突触外围,而此处即是有信号传导作用的TCR聚集处,这一研究提出,在Stoml2作用下,线粒体膜和细胞质膜均有转变成功能性微区的可能[20]。同年,这一研究小组培育出T细胞特异的Stoml2缺陷型小鼠。这些小鼠的胸腺细胞和外周T细胞数量正常,但T细胞本身表现出TCR受到刺激后产生IL-2功能的缺陷,这使得CD4+T细胞的反应性降低。同时,Stoml2表达缺陷可损害线粒体膜中心磷脂的功能并降低呼吸链复合物水平,导致线粒体呼吸解耦合及细胞对糖酵解的依赖性增加。这些最终可干扰T细胞活化过程中的新陈代谢过程,导致T细胞功能障碍[21]。

2.3 Stoml2在肿瘤发生、发展及转归中的作用 2005年,Feng等[22]发现,与正常子宫内膜组织比较,子宫内膜癌组织中Stoml2 mRNA明显高表达,且过表达Stoml2的HEC-1B细胞处于G1期的数量降低12.5%,而处于S期的数量增加8.0%。Zhang等[23]发现了Stoml2在食道鳞状上皮癌(ESCC)中的过表达并证实了干扰Stoml2的基因可导致TE12细胞S期的阻滞并抑制细胞生长、增殖及细胞的黏附能力。随后该研究小组也发现,与正常组织比较,Stoml2同样在肺癌、喉癌及子宫内膜癌[24]中高表达,且这一过程在恶变前组织中已经发生。同时,干扰KYSE450细胞(一种食道鳞状上皮癌细胞系)中的Stoml2可降低细胞生长、增殖、肿瘤形成能力及黏附的能力[25]。Cao等[26]对Stoml2与多种恶性肿瘤相关性的研究取得了突破性进展。他们发现,与相邻正常组织比较,Stoml2在人喉鳞状上皮癌组织中过表达(P=0.000),且在淋巴转移(与临床分期相关)患者的组织中其表达量更高。利用组织芯片(tissue microarray)技术对263例早期乳腺癌患者的研究发现,138例(52.5%)癌组织中Stoml2呈高表达,而125例(47.5%)呈低表达或不表达。同时,高表达的Stoml2不仅与总生存率的降低有密切关系(P=0.011),且与肿瘤的分期及瘤体大小(>20 mm)(P=0.020)、淋巴结转移(P<0.001)、晚期临床分期(P<0.001)、远处转移(P=0.002)及HER-2/neu蛋白的表达(P=0.037)呈正相关,这些均可导致患者的低生存率[27]。2011年该小组进一步证实Stom2过表达与较差的乳腺癌总生存率相关,尤其在伴淋巴结转移及HER2/ neu阴性的患者中[28]。进一步的研究表明,与肿瘤中心组织比较,在ESCC边缘具有侵袭性的组织中Stoml2表达更高,而抑制Stoml2的表达可通过MMP-2依赖的途径减弱ESCC细胞的侵袭能力。同时,ERK1/2抑制剂(如PD98059、U0126等)可有效阻止Stoml2的上调,而AKT抑制剂(LY294002、MK-2206等)却无该作用,表明Stoml2的调节与 MAPK/ERK通路有着密切联系[29]。Gajbhiye等[30-31]证实近60%的子宫内膜异位症患者体内可检测到一系列的子宫内膜IgG、IgM抗体,而作为被发现的3种子宫内膜抗原之一的Stoml2可大大激发血清内针对其抗原决定簇抗体的产生,且anti-SLP2a-autoAb (50%、96%)和anti-SLP2c-autoAb(61%、93%)预测早期子宫内膜异位症的敏感性和特异性均高于血清CA125水平(21%、89%),这项研究为子宫内膜异位症的早期诊断提供了新的思路。Chang等[32]的研究表明,Stoml2在肺鳞状细胞癌中高表达且高水平的Stoml2与肿瘤远处转移(P=0.025)、总生存率(P=0.018)及无瘤生存率(P= 0.017)的降低有明显相关性,且可作为肺癌一项独立的预后因素。Yeoh等[33]在研究结直肠癌中疏水蛋白与肿瘤分期和分级的过程中发现,Stoml2在大于50%的高、中分化腺癌中明显高表达,且女性结直肠癌患者组织中Stoml2的表达明显升高。Song等[34]发现了神经胶质瘤组织和细胞系中Stoml2在转录和翻译水平表达中上调,并证实在神经胶质瘤细胞系中敲除Stoml2可通过降低NF-κB的转录活性抑制其相关目的基因,从而介导MMP-9的表达并大大降低神经胶质瘤细胞的迁移速度和侵袭能力。Liu等[35]发现与邻近正常胃黏膜上皮组织比较,Stoml2在胃癌组织中过表达(P<0.001),且高表达的Stoml2与肿瘤浸润深度、淋巴结转移、远处转移及美国癌症联合委员会分期呈明显正相关。此外,多变量分析证实Stoml2的高表达可作为胃癌的独立预后因素(P=0.005)。Li等[36]主导的一项大样本胃癌回顾性研究也证实了Stoml2在胃癌组织中的表达比癌灶周围正常组织中明显升高,且Stoml2高表达与更高级别的组织学类型(P=0.047)、T类分期(P<0.001)及N类分期(P= 0.01)相关,同时,可利用Stoml2的表达水平将N0期的患者生存时间进行分层,且癌组织中Stoml2表达量升高的患者相较于低表达的患者总存活率更低(中位数分别为38.9、64.0个月,P<0.001),与之前的研究相同,Stoml2的表达水平可作为胃癌一项独立的预后因素(RR= 1.920,P=0.001),即Stoml2表达量升高预示患者预后不佳。Towle等[37]发现,VCP、DCTN3和STOML2基因的表达均可单独促进口腔癌细胞的生长,同时该课题组也证实了在由正常组织转变为侵袭性的口腔癌过程中这3种基因被平行激活。Wang等[38]在对Stoml2与膀胱癌关联的研究中发现癌组织中Stoml2 mRNA和蛋白表达均较非癌组织明显升高,且Stoml2的表达水平与膀胱癌组织分级(P<0.001)、病理T分期(P=0.019)、临床分期(P= 0.001)及淋巴结转移(P=0.026)呈明显正相关,此外,Stoml2的表达水平与总生存率呈明显负相关,且高表达的Stoml2可作为膀胱癌患者生存期的一项独立预后因素。Salas等[39]发现,Stoml2在无复发的硬纤维瘤中表达下调,且可预测这种疾病的无进展生存率。Xiao等[40]证实,Stoml2 mRNA在宫颈癌组织中比正常宫颈组织中表达升高,同样,Stoml2的表达量可作为宫颈癌患者总生存时间的独立预后因素(P=0.022),且与肿瘤分期(P=0.013)、瘤体大小(P=0.025)密切相关,而与总生存率及无复发生存时间各自呈负相关(P=0.001、0.017)。Sun等[41]的研究表明,Stoml2 mRNA及蛋白在卵巢上皮肿瘤细胞中高表达且与肿瘤分期密切相关(P<0.001),并可作为卵巢上皮肿瘤患者生存期的一项独立预后因素。以上研究均表明,Stoml2在恶性肿瘤细胞中过表达,且Stoml2的表达量普遍预示患者总生存时间的减少。但是,Zambelli等[42]研究发现,Stoml2 mRNA高表达与尤文氏肉瘤转移及死亡风险的降低有关,表明其在不同肿瘤发生、发展及预后中功能的复杂性。

3 小结与展望

自Stoml2被发现以来,学术界对其定位、结构及功能的研究持续进行。Stoml2基因定位于染色体9p13、合成的氨基酸序列与人stomatin有超过20%的同源性。虽然与stomatin家族中其他成员一样包含特异性序列,Stoml2却因缺乏在其他同源蛋白中均存在特征性的氨基末端疏水域而显得尤为特殊。Stoml2与stomatin一样存在于人类红细胞中,但前者在组织和细胞系中有着更广泛的分布。一系列的研究证实Stoml2大量存在于线粒体中并与Mfn2结合成Stoml2-Mfn2异质寡聚体。Stoml也可调节线粒体中Ca2+的外流并协助线粒体缓冲Ca2+的能力,且对细胞质内Ca2+信号的形成起调节作用。同时,Stoml2与T细胞有着密切联系,表明Stoml2可作为潜在的免疫调节靶点。越来越多的研究发现,Stoml2与多种疾病,尤其与恶性肿瘤的发生、发展、预后有着密切关系。一系列的研究表明,与正常组织比较,某些恶性肿瘤,如子宫内膜癌、膀胱癌、宫颈癌,其组织中Stoml2mRNA表达显著升高。相应地,更多恶性肿瘤组织中被证实Stoml2蛋白过表达,包括食道鳞状细胞癌、肺癌、喉癌、子宫内膜癌、乳腺癌、结直肠癌、胃癌、口腔癌、膀胱癌、硬纤维瘤及宫颈癌。在多数被研究的恶性肿瘤组织中,Stoml2普遍与患者总生存率的降低、淋巴结转移、远处转移等不良预后呈正相关,表明其可作为恶性肿瘤的独立预后因素。综上所述,敲除Stoml2可降低线粒体膜电势,降低VEGF和MMP-7水平,减弱细胞的侵袭能力,从而抑制肿瘤进展。Stoml2的下调可导致G1期细胞数量的增加,而S期细胞数量相应减少,从而抑制细胞生长、增殖及黏附能力,表明Stoml2可作为肿瘤治疗的药物靶点。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.16.026

A

1009-5519(2016)16-2517-05

,E-mail:wslangna198962@sina.com。与遗传性口形红细胞增多症有关[7],而人类stomatin基因却未出现变异[8]。stomatin-like protein 2,也被称为Stoml2或人stomatin样蛋白2(SLP-2),其基因是stomatin基因超家族中的一员,最早从人类心脏cDNA文库中克隆并被发现广泛表达于正常和异常组织中。Stoml2蛋白与线粒体内膜相连并将膜本体蛋白连接于周围细胞骨架,且在细胞周期的调控、细胞迁移、侵袭等功能中发挥重要作用。

2016-02-22

2016-03-07)

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