翻译控制肿瘤蛋白及其生物学功能研究进展

孟钇萍 戴文洁 陈 茹 谢陈南 李 芸应晨怡 李柯丹 张栋栋 杨受保

(绍兴文理学院 生命科学学院，浙江 绍兴 312000)

通信作者：杨受保(1975— )，男,安徽明光人，绍兴文理学院生命科学学院副教授，博士，研究方向：水

产动物免疫与病害、水产动物遗传育种与资源利用、功能基因与基因组学.

翻译控制肿瘤蛋白(Translationally controlled tumor protein，TCTP)，是一种分布广泛、进化上高度保守、大量表达和高度同源的亲水蛋白，又称Q23[1]、P21[2]、P23[3]、组胺释放因子[4]、Mmilp[5]、Tma19p[5]和fortilin[6]，广泛存在于动植物和酵母等真核生物中.TCTP生物学功能多样：调控细胞增殖、分化、凋亡，调节细胞骨架，参与肿瘤逆转和免疫应答等，并且该蛋白在细胞内、外均能起作用[7].本文就国内外在TCTP的结构、分布及其功能方面的研究进展作一简要概述.

1 TCTP的结构特征

人源TCTP蛋白家族均具有TCTP-1和TCTP-2两个特征结构域，从其基因结构组成上看，均包含5个外显子、6个内含子以及调控序列[2-3,8].TCTP在细胞中呈组成性表达，是管家基因中的一类，包括多个假基因：人源TCTP有15个假基因，而鼠源TCTP有13个，且均有高度的种间保守性[9].人源TCTP基因的开放阅读框由519个核苷酸构成，编码172个氨基酸的假定蛋白，但不同物种的TCTP蛋白在分子量大小上稍有差异.TCTP蛋白可形成双链蛋白结构，包括3个功能域，保守序列主要集中在β链的中心区域，该区域可与延长因子相互作用[10]；其α螺旋区和自由环区可与Ca2+和微管蛋白相结合[10-12]，这也就决定了TCTP的相关功能.研究发现，人源TCTP与Mss 4/Dss 4(Mammalian suppressor of Sec 4)蛋白家族结构相似，二者构成结构超家族[13].不同物种间TCTP的序列及结构比对如图1所示[14].

图1 不同物种间TCTP的序列及结构比对示意图[14]

2 TCTP的生物学功能

2.1 调控生长、调节细胞的增殖与分化

TCTP是一类进化上高度保守的蛋白质，参与调控生长、细胞的增殖与分化.马强[15]发现，TCTP的下调能抑制结肠癌细胞(LoVo)在体内体外的增殖.JACEK等[16]发现，纺锤体两极的TCTP水平高于正常标准，证明TCTP可作为纺锤体蛋白来调节细胞增殖.TSAI等[17]的研究表明，在β胰岛细胞中特异性敲除TCTP后，核FoxO1蛋白和肿瘤抑制蛋白p53的表达增强，而p70 S6激酶的磷酸化水平、细胞周期蛋白D2(Cyclin-D2)和细胞周期蛋白依赖性激酶2(Cdk2)的表达水平都下降，从而使β胰岛细胞的生长与增殖受抑制，表明TCTP对β胰岛细胞的生长与增殖具有一定的作用.GU等[18]发现，当脊髓受到损伤后，TCTP的表达量逐渐增加，并在第3天时达到高峰；同时，TCTP的上调伴随着增殖蛋白如PCNA表达水平的增加.张莉林等[19]研究发现，在敲除MoTCTP的突变体中，6个与细胞分裂周期有关的蛋白和3个产孢蛋白的表达量下降，3个与细胞分裂周期有关的蛋白的表达量上升，表明MoTCTP基因对稻瘟病菌的生长具有重要的作用.张志霞[20]对大菱鲆(Scophthamusmaximus)翻译控制肿瘤蛋白(SmTCTP)的研究表明，Wild-SmTCTP蛋白C-末端Cys残基的突变既可抑制原核细胞大肠杆菌的生长，又能抑制真核细胞——牙鲆鳃细胞系(FG)的生长，提示SmTCTP蛋白的促生长作用机制可能也是高度保守的.GOODMAN等[21]发现，TCTP蛋白在骨骼肌肥大和萎缩条件下均有上调，并且TCTP的过表达足以诱导肌纤维生长.此外，TCTP过表达阻止肌肉细胞特异性泛素蛋白连接酶E3——MuRF1启动子的活性，能起到降解蛋白质的作用.ROQUE等[22]发现，敲除TCTP基因后，非洲爪蟾视网膜轴突表现出与线粒体功能障碍相关的缺陷，此外TCTP蛋白在轴突间隔区域能与Mcl1蛋白互作，表明TCTP通过调控促生存信号和轴突线粒体内环境稳定来支持视网膜轴突的发育.

2.2 调节细胞骨架

KIM等[23]对纯化后的重组拟南芥TCTP(GST-AtTCTP)和猪微管蛋白进行GST pull-down试验的结果显示，TCTP对调节细胞骨架有显著影响，而且这种影响是通过TCTP与微管(MTS)的相互作用实现的，肌动蛋白在维持细胞形态上具有重要作用，主要原因是由于TCTP与肌动蛋白的共定位.KLOC等的研究证实了这一点[24].通过对HIO180、OVCAR3和SKOV3等三种卵巢癌细胞系进行TCTP与肌动蛋白的双重染色，KLOC等发现，在这三种类型细胞中，TCTP与肌动蛋白丝的分布十分相似，在HIO180和OVCAR3细胞中，TCTP定位于长肌动蛋白丝，而在KOV3细胞中，TCTP定位于短肌动蛋白组成的彗星结构或短纤维丝；同时，在这三种细胞中，TCTP在细胞核中均有出现.上述研究显示，TCTP通过与微管蛋白互作调节细胞骨架.

2.3 抗凋亡作用

翻译控制肿瘤蛋白(TCTP)具有抗凋亡作用，但其缺乏典型的Bcl-2家族成员的结构.THÉBAULT等[25]认为，TCTP包含一个类似BH3的结构域并和Bcl-xL构成一些杂合物.另外，即使缺少H1结构域的相互作用，一个缺失Bcl-xL基因的变异TCTP11-13混合晶体结构，揭示了当TCTP捆绑了带Bcl-xL的BH3槽时会重新折叠回螺旋构象.使用体内体外再生系统以及TCTP(+/-)注射小鼠的实验结果表明，与其它BH-3蛋白相反，TCTP激发了Bcl-xL的抗凋亡活性.用Bax的非保守H1结构域替换TCTP的非保守H1结构域后发现，Bcl-xL复合物的亲和性大大增加了，同时Bcl-xL的生物学特性也发生了改变，表明TCTP这种新型BH3结构域蛋白能够增强Bcl-xL的抗凋亡功能.RHO等[26]研究发现，TCTP在肺癌细胞中过量表达使p53介导的细胞凋亡发生逆转，而通过小型干扰RNA来抑制TCTP的正常表达则会增加肺癌细胞的凋亡；此外，TCTP的过表达会促进p53的降解；这些结果清楚地显示TCTP与p53相互作用的存在，即通过破坏p53来阻止细胞的凋亡.因此，TCTP是一种肺癌细胞凋亡的负调节蛋白.

同时，TCTP基因表达的蛋白又称为fortilin，该蛋白具有抗凋亡特性.在关于TCTP抗凋亡机制的研究中发现，TCTP既可与其他凋亡调节因子相互作用，也能单独行使抗凋亡功能.YANG等[27]发现，TCTP可通过其N末端区域和抗凋亡细胞因子Bcl-xL磷酸化来抑制细胞凋亡.另外，LI等[28]发现，fortilin可以量-效依赖关系阻止etoposide所诱导的细胞凋亡.并且在U2SO细胞中，fortilin是通过抑制etoposide刺激引起caspase-3的活化实现的.对乳腺癌细胞系MCF-7的fortilin基因进行反义消除后，导致大量细胞凋亡，提示fortilin具有抗凋亡作用.另外，GRAIDIST等[29]认为，fortilin和Mcl-1可通过相互作用，以增加彼此的稳定性从而增强U20S细胞对5-FU刺激引起的细胞凋亡的耐受程度.LIU等[30]发现，TCTP可能通过干扰Mcl-1蛋白的泛素依赖的降解途径来维持其稳定.SUSINI等[31]发现，通过嵌入线粒体膜，TCTP可抑制促凋亡因子Bax的二聚体化，进而通过抑制线粒体损伤而发挥抗凋亡作用.SHEN等[32]发现，TCTP的耗尽造成OS(骨肉瘤)细胞株在S期显著积累，以及在G2/M期起调控作用的细胞周期蛋白B1和CDC25A表达水平降低，而Bad和caspase-3增加，最终导致细胞凋亡.张飞等[33]的研究表明，干扰胰腺癌细胞株中TCTP的表达，将会下调Pim-3的表达水平，可抑制细胞的增殖，促进细胞的凋亡，抑制裸鼠皮下胰腺肿瘤的生长.张国寿[34]通过酵母双杂交筛选的方法，证明在肝细胞中存在TCTP蛋白与Skp2等蛋白的相互作用，TCTP可通过蛋白互作调节Skp2，从而增强其介导的下游p27分子的降解，进而导致细胞周期调控的异常，影响肝癌细胞的增殖.郭泽等[35]证明合成的siRNA能够有效下调A431 细胞中PT1及TCTP的表达，凋亡检测和MTT 检测显示这种下调能引起A431细胞凋亡率的上升及抑制细胞的增殖.上述研究表明，TCTP不仅可通过与Bcl-2家族的Bcl-xL、Bax、Mcl-1、Bad等蛋白互作，还可通过与p53、原癌基因Pim-3以及Skp2等蛋白互作，从而在抗凋亡方面发挥重要作用.

2.4 参与免疫防御

TCTP也称为组胺释放因子(HRF)，其中疟疾TCTP是一种免疫介质的功能同系物，能够差别地调整细胞因子的分泌，比如嗜碱性粒细胞释放组胺和嗜酸性细胞释放白细胞介素8[36].而组胺以及白细胞介素是免疫反应中的重要生物因子,这说明TCTP可能参与了一系列免疫反应.

HU等[37]证实在转基因蚕中使用RNAi干涉介导敲除BmTCTP基因后，ERK的磷酸化受阻，最终导致对于口腔微生物感染的肠道先天免疫反应被抑制.符瑞佳等[38]进行了曼氏迭宫绦虫翻译控制肿瘤蛋白(Sm TCTP)的原核表达并获得了纯化的重组蛋白，该重组蛋白具有良好的免疫原性.阮志燕等[39]对日本血吸虫TCTP(SjTCTP)进行了研究，实验证明SjTCTP DNA免疫能诱导较明显的保护性Th1免疫应答，CpG基序可有效地诱导保护性Th1免疫应答，是一种非常有效的DNA免疫佐剂.陈亚萍等[40]利用竞争性ELISA检测方法，证明原核表达的弓形虫翻译控制肿瘤蛋白(rTgTCTP)能够增强小鼠腹腔细胞组胺的释放，表明TCTP具有对抗炎症的功能.

对水产动物TCTP的研究表明，受白斑综合征病毒(WSSV)感染后，斑节对虾(Penaeusmonodon)[41]、中国明对虾(Fenneropenaeuschinensis)[42]和凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)[43]的TCTP mRNA表达量均上调，但是当斑节对虾出现死亡时，TCTP的表达量出现明显的下降；同时，用dsRNA技术敲除TCTP基因后，WSSV病毒感染显著增加.这些结果都提示，TCTP在对虾对抗WSSV病毒的免疫反应过程中具有重要作用.RAJESH等[44]进一步证实了TCTP对于虾类的保护效应，可能是由于活性氧簇和细胞凋亡的减少，从而降低了线粒体损伤、酚氧化酶活性以及呼吸爆发的危险.LI等[45]发现，菲律宾蛤仔(Ruditapesphilippinarum)中TCTP的表达量在受到鳗弧菌刺激后上调，提示TCTP可能参与菲律宾蛤仔抗鳗弧菌感染的天然免疫反应.JIA等[46]研究了栉孔扇贝(Chlamysfarreri)TCTP (CfTCTP)的免疫调节功能，证明在病原体相关分子模式(PAMPs)刺激下，血球中CfTCTP mRNA的表达在3 h或6 h时增加，并在24 h时下降到正常水平.CfTCTP的重组蛋白可诱导BT-549细胞株释放组胺，表明CfTCTP是一种促炎因子.张志霞[20]发现，大菱鲆(Scophthamusmaximus)的TCTP(SmTCTP)具有抗氧化作用，并且其蛋白C末端的Cys残基对该蛋白的抗氧化功能是不可或缺的.上述研究表明，TCTP是一种重要的组胺释放因子，具有抗氧化功能，并在抵御细菌和病毒等抗病天然免疫反应中发挥重要作用.

2.5 与肿瘤逆转有关

肿瘤逆转是肿瘤细胞在很大程度上甚至是完全丧失其恶性表型的生物过程.研究发现，这一过程与翻译控制肿瘤细胞(TCTP)有关.TUYNDER等[47]通过RNA干扰等技术抑制TCTP的表达，结果引起抑制恶性表型和细胞重组，证明TCTP具有极强的差异表达能力，以及下调U937和SIAH-1-过表达细胞逆转的功能.TUYNDER等[48]用H1病毒作为选择剂，从肺癌、结肠癌、黑色素瘤细胞系癌三种癌症中得到回复体，上述细胞无论是在体内还是体外，其恶性表型都被强烈抑制，通过检测发现在大多数回复体中TCTP水平降低了.进一步的验证试验结果显示，在TCTP表达受抑制时，逆转细胞的数量比自发进行时增加了30%.AMSON等[49]发现，降低TPT1/TCTP 的浓度是恶性细胞包括癌干细胞重新编程的关键.因此通过调节TCTP表达水平，可调控肿瘤逆转过程.

3 小结与展望

总之，翻译控制肿瘤蛋白(TCTP)是一类在不同生物体内分布广泛、高度保守且功能多样的蛋白，在细胞增殖、分化、凋亡的调控，细胞骨架的调节，以及免疫应答与肿瘤逆转等方面均发挥着十分重要的作用.但目前人们多是通过其mRNA或蛋白水平上调或下调来验证其功能，而其详细的作用机制如信号通路等则鲜有报道.今后利用CRISPR/Cas9、RNAi和免疫共沉淀等技术方法，人们必将能进一步阐明其生物学功能、互作蛋白以及信号途径，为利用TCTP蛋白开展细胞增殖、分化与凋亡研究，分子免疫研究，以及肿瘤等疾病诊治提供新思路，开辟新途径.