分泌粒蛋白Ⅲ的生物学功能与临床意义*

李冯锐，田晓菲，周懿舒，朱兰卉，庞 灏△

(1中国医科大学法医学院，辽宁 沈阳 110001;2包头医学院法医学系，内蒙古 包头 014060)

分泌粒蛋白Ⅲ(secretogranin III，SCG3/Sg III)是粒蛋白家族(granin family)中一个较新的成员。该蛋白与粒蛋白家族其它成员一样，在分泌颗粒(secretory granules)的基质中表达丰富，为亲水性酸性蛋白质，带有丰富的电荷，广泛分布于神经内分泌细胞、内分泌细胞及神经细胞。早在1985年，Martens等[1]将蟾蜍置于阴暗环境中，发现其脑垂体中叶的前阿皮黑素皮质素(pro-opiomelanocortin，POMC)、促黑色素细胞激素(melanocyte-stimulating hormone，MSH)的前体物质以及SCG3的mRNA表达水平均有所升高，提示SCG3可能调节肽类激素的分泌过程。Holthuis等[2]进一步研究证实 SCG3在细胞内以硫酸盐化的蛋白形式存在，出胞后经历蛋白水解过程，可能产生了具备某些生物活性的多肽而参与神经内分泌调节途径。

1 SCG3基因及蛋白质性质

人类SCG3基因(AF 453583)位于15号染色体上，包括12个外显子和11个内含子，开放性阅读框架由1404个核苷酸组成，编码468个氨基酸，蛋白分子量53 kD，等电点4.8。该蛋白在第325位氨基酸至第348位氨基酸之间的序列，与粒蛋白家族其它成员表现出较高的相似性，是一段高度保守的序列。经氨基酸测序分析显示SCG3蛋白有3个N-连接寡聚糖潜在位点(Asn-X-Ser/Thr)，不存在O-连接寡聚糖潜在位点。此外，在第123位氨基酸残基上存在1个潜在的酪氨酸硫酸化位点，在该蛋白中含有DSTK重复序列和7对二元碱性氨基酸(dibasic sites)，并在N端可能存在由19个氨基酸残基组成的信号肽[3]。

2 SCG3的表达与分布

Rong 等[3]采用 Northern blotting技术，以完整的SCG3基因编码区 cDNA为探针对人脑、心脏、骨骼肌、肾脏、肝脏、肠、胎盘等多个组织的SCG3 mRNA表达情况进行检测。结果显示被检测组织分别在2.2 kb与1.9 kb处出现杂交条带，而在脑组织检出分子量为4.5 kb、3.3 kb、2.2 kb、1.9 kb 4 种 mRNA，并发现4.5 kb与3.3 kb mRNA为脑组织所特有。既往研究曾经指出大鼠SCG3基因存在2.2 kb与1.9 kb 2种mRNA，其产生原因为3'端多聚腺苷酸(polyA)出现位置不同[4]。因此，推测人类SCG3基因的4种不同转录产物是由于在基因转录后修饰过程中，第12位外显子后3'非翻译区polyA出现位置不同所致。

SCG3广泛分布于具有内分泌功能的组织细胞，Rong等[3]研究发现，SCG3在小肠、结肠、胎盘组织有不同程度表达，而在脑、心脏、骨骼肌、肾脏及肝脏表达量明显升高。Lein等[5]通过原位杂交技术证实SCG3在神经元及星形胶质细胞中有大量分布。Stridsberg等[6]应用免疫组织化学研究显示SCG3存在于胰腺的胰岛素细胞及胰高血糖素细胞。Portela-Gomes等[7]报道，SCG3在正常的肾上腺细胞表达颇为丰富。Grönberg等[8]证实在人类乳腺组织上皮细胞与肌上皮细胞中有SCG3的表达，并因此推测乳腺组织可能具有内分泌功能。此外，研究证实在血小板[9]及肥大细胞[10]等非神经内分泌细胞中SCG3也有表达和释放，并推测其可能发挥调节内分泌的功能。

3 SCG3的生物学功能

SCG3蛋白分子至少包括3个功能域:位于蛋白N端(SCG323-186)的胆固醇结合区域;位于中间部位(SCG3214-373)的嗜铬粒蛋白 A(chromogranin A，CgA)结合区域;位于蛋白C端(SCG3374-471)的羧肽酶E(carboxypeptidase，CPE)结合区域。SCG3可以与特异性蛋白质及脂类的结合，提示该蛋白在分泌颗粒的靶向输送过程中发挥着极其重要作用。在AtT-20细胞，将CgA分子中去除SCG3的结合区域导致了CgA蛋白分子的错误折叠，提示SCG3的功能是作为CgA结合至分泌颗粒的特异性受体。与CgA依赖于SCG3形成聚集物并运输至分泌颗粒相反，SCG3分子去除CgA结合区域后，仍旧可以发挥将其它可溶性蛋白输送至分泌颗粒的生物学功能。而去除SCG3蛋白N端胆固醇结合区域则导致了SCG3与 CgA的分离，并且从分泌颗粒膜上脱离[11，12]。SCG3与CPE 的相互作用在一定程度上提高了可溶性蛋白结合至分泌颗粒的效率，而SCG3可以独立于CPE将可溶性蛋白聚集物运输至分泌颗粒[13]。总之，3个功能域使SCG3具备重要的生物学功能，即在包含生物活性肽类与非肽类的核心聚集物与富含胆固醇的亚细胞结构域中间搭桥，使核心颗粒连接至富含胆固醇的分泌颗粒膜上并形成分泌颗粒，进而参与神经内分泌调节过程。

4 SCG3的病理生理学意义

4.1 在代谢性疾病中的作用 既往研究已经证实，SCG3的基本生物学功能是促进分泌颗粒的形成，参与神经内分泌调节过程。

①病理性肥胖(morbid oberity)SCG3在与食欲调节功能密切相关的下丘脑室旁核表达丰富[4]，其基因位于15号染色体q21，曾经有报道在此位置存在肥胖相关基因[14]。进一步研究发现，SCG3蛋白与促食素(orexin)、黑色素聚集激素(melanin concentrating hormone，MCH)、神经肽 Y(neuropeptide Y，NPY)、POMC等食欲相关的肽类激素共同表达，并且与这些神经肽类激素组成分泌颗粒样结构。出胞后SCG3被水解成短肽可抑制促食素、MCH、NPY、POMC等肽类激素的释放，从而抑制食物摄入，减少脂肪积累[15]。病例对照研究中，Tanabe 等[16]应用高通量检测技术证实在SCG3基因5'侧翼非编码区存在 rs3764220、rs16964465、rs169644763 个单核苷酸多态性位点(single nucleotide polymorphisms，SNPs)可调节SCG3表达量，且与肥胖症有着密切的关联。

②糖尿病(diabetes) 胰岛素由胰岛β细胞分泌，是调节血糖水平、维持机体代谢平衡的重要激素。胰岛素刺激-分泌偶联的信号调节是一个复杂交错的网络，受到多种肽类和营养物质的影响[17]。Tooze等[18]报道SCG3在胰岛β细胞表达丰富，并且与其家族成员CgA一起参与胰岛素的分泌调节进而影响机体血糖水平及能量代谢。另外有学者研究表明，在胆固醇丰富的分泌颗粒膜上紧密结合的SCG3与家族成员SgII共同发挥着收集与锚定可溶性蛋白质至分泌颗粒的功能，从而调控包括胰岛素在内的生物活性肽类的存储与释放[19，20]。在染色体上，与SCG3基因邻近的q15存在着Ⅱ型糖尿病易感基因[21]。Dowling等[22]以 MIN-6 细胞株作为模型研究发现，当细胞分泌颗粒的SCG3与SgII大量释放时，该细胞再接受葡萄糖刺激时不具备分泌胰岛素的功能。诸多研究结果提示，SCG3因为特定的分布特征与生物学特性，使其有望成为监测胰岛β细胞功能的生物标记，并辅助于糖尿病的诊断与治疗。

③动脉粥样硬化(artherosclerosis，AS)SCG3蛋白存在于血小板，受到外源性及内源性刺激后释放至外周血液，作为一个潜在性的单核细胞化学诱导物前体，参与动脉粥样硬化的发生[9]。He 等[23]研究发现经过低密度脂蛋白(low-density lipoprotein，LDL)处理的人单核细胞株THP-1，SCG3在基因与蛋白表达水平上均有明显升高，并证实在正常的脉管系统中没有SCG3蛋白的存在，但是当脉管系统的血管壁细胞遭受动脉粥样硬化性损伤时则发现SCG3蛋白的表达。SCG3的表达使中性粒细胞及单核细胞分泌颗粒中的髓过氧化物酶(myeloperoxidase)含量增高，进而激活跨膜蛋白二价金属离子转运体(divalent metal transporter 1，DMT-1)，促进LDL的氧化，加速动脉粥样硬化的发展进程。

既往研究证实，SCG3因为其特有的生物学功能而参与诸多代谢性疾病的发生与发展过程，关注于SCG3在此类疾病中的角色，将对发病机制研究以及疾病的诊断、治疗、预后评估具有重要的临床指导意义，并为新药的开发提供宝贵的基础数据。

4.2 与雌激素相关疾病的关联 Blake等[24]应用雌激素处理大鼠后发现脑下垂体前叶SCG3蛋白表达下调并同时伴有SCG2蛋白上调，证实雌激素通过对分泌粒家族蛋白表达量的影响在一定程度上改变了内分泌途径及其它相关激素表达量。Martyniuk等[25]应用17-α -炔雌醇(17-alpha-ethinylestradiol，EE2)处理金鱼后，相同作用浓度下SCG3在端脑与下丘脑的表达变化趋势截然不同，揭示SCG3对神经内分泌的调节具有组织特异性并与不同部位分布的活性肽类功能密切相关。总之，雌激素及其类似药物可通过影响SCG3的表达量而影响脑组织神经递质与神经肽类激素的产生与释放，使机体呈现出不同的病理生理状态。

4.3 在脑损伤中的作用 SCG3及其家族成员分布广泛，而在脑组织中表达尤其丰富。诸多研究已经表明，分泌粒家族参与脑组织中分泌颗粒的构成及神经递质的调节，是神经细胞分泌颗粒分布、运输与代谢情况最具价值的生物学标记。Paco等[26]研究发现，穿孔性脑损伤后星形胶质细胞对外源性刺激表现出不同程度的反应性，此时SCG3 mRNA及蛋白质的表达水平均显著增高。同时发现，脑损伤诱导的反应性星形胶质细胞中，包括生长因子、细胞活素类(例如:肾上腺髓质素、内皮素、干扰素、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子)等一系列分泌肽类物质均出现表达增高，可以推测此时SCG3急剧增高，以便及时存储与运输大量增多的各种肽类物质。除了细胞内功能，升高的SCG3蛋白一部分被分泌至胞外，广泛存在于细胞外基质中。该现象提示大量释放出胞的SCG3蛋白，在神经细胞的信息交换、损伤细胞清除及损伤修复过程中发挥着极其重要的作用。

5 SCG3的临床意义

5.1 神经内分泌肿瘤的诊断 Portela-Gomes等[7]从事分泌粒家族蛋白在神经内分泌肿瘤中表达情况研究，采集的样本包括人体肺脏、胃肠、胰腺、肾上腺等多个组织器官不同类型的神经内分泌瘤，研究发现SCG3与CgA形成复合物，在众多组织的神经内分泌瘤中有较高表达，提示分泌粒家族蛋白可能参与神经内分泌肿瘤的发生。

①小细胞肺癌(small-cell lung cancer，SCLC)Moss等[27]在SCLC转移患者外周血有核细胞成分中抽提mRNA，发现患者血液中由于循环肿瘤细胞(circulating tumor cells，CTC)存在且其中的神经元限制性沉默因子(neuron-restrictive silencer factor，NRSF)失功能，可以表达特异性转录产物，而此类转录产物在健康人循环细胞中不表达。SCG3 mRNA是被检测到的特异性转录产物之一，并且具有表达量极高的特点，提示外周血CTCs中SCG3 mRNA可以作为监控SCLC转移情况最为有效的生物标记。

② 前列腺癌(prostate cancer，PC)Jongsma 等[28，29]从事前列腺癌的细胞分化发生机制研究并寻找更多的相关生物学指标，SCG3因其在神经内分泌细胞中的重要生物学功能而受到重视，大量研究揭示患者分泌至外周血中SCG3蛋白可以作为监测肿瘤细胞分化程度的一项重要指标，从而监控前列腺癌的病程并对其预后进行评估。

毫无疑问，检测神经内分泌肿瘤患者外周血中SCG3 mRNA或蛋白表达情况是一种行之有效的非侵袭性手段。与以往传统的组织学活检相比，该外周血检测技术对病人创伤小，更加简单易行。而与检测患者血清中其它肽类物质相比，SCG3具有较高的敏感性与特异性，对神经内分泌肿瘤病情诊断、治疗方案选择、复发与预后评估具有重要的临床指导意义。

5.2 多发性硬化(multiple sclerosis，MS)的诊断与分型 体液生物标记物对MS临床分型及监控病情具有重要意义。为了寻找区别于其它神经系统疾病并可对该病进行临床分型[复发缓解型(relapsingremitting，RR)、原发渐进型(primary-progressive，PP)、继发进展型(secondary-progressive，SP)、进展复发型(progressive-relapsing，PR)]的可靠生物标记，Teunissen等[30]采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术(matrix-assisted laser desorption/ionization time of flight mass spectrometry，MALDI-TOF MS)对不同类型MS及其它神经系统疾病病人脑脊液及血清样品进行分析，结果显示，SCG3分解成的短肽在不同类型MS病人样品中含量显著不同，并有别于其它神经系统疾病。检测MS病人血清及脑脊液中SCG3分解的短肽含量，有助于该病的临床诊断及分型。

6 小结与展望

鉴于SCG3广泛且特异的组织学分布特征及重要的生物学功能，使其成为研究神经内分泌系统分泌颗粒分布情况及其病理生理学意义最具价值的生物学标记，同时也成为人体神经内分泌肿瘤与多发性硬化的诊断、治疗及预后的辅助指标。随着人们对分泌粒家族研究的进一步深入，SCG3因其独特的蛋白质结构及生物学特性，将会成为分泌粒家族的又一核心成员，其生物学功能将会被深入研究，而相关的病理生理学意义及其在诸多临床疾病的诊断、治疗与预后中的指导意义将会被探索。

[1]Martens GJ，Civelli O，Herbert E.Nucleotide sequence of cloned cDNA for pro-opiomelanocortin in the amphibian Xenopus laevis[J].J Biol Chem，1985，260(25):13685-13689.

[2]Holthuis JC，Jansen EJ，Martens GJ.Secretogranin III is a sulfated protein undergoing proteolytic processing in the regulated secretory pathway[J].J Biol Chem，1996，271(30):17755-17760.

[3]Rong YP，Liu F，Zeng LC，et al.Cloning and characterization of a novel human secretory protein:secretogranin III[J].Sheng Wu Hua Xue Yu Sheng Wu Wu Li Xue Bao(Shanghai)，2002，34(4):411-417.

[4]Ottiger HP，Battenberg EF，Tsou AP，et al.1B1075:A brain-and pituitary-specific mRNA that encodes a novel chromogranin/secretogranin-like component of intracellular vesicles[J].J Neurosci，1990，10(9):3135-3147.

[5]Lein ES，Hawrylycz MJ，Ao N，et al.Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain[J].Nature，2007，445(7124):168-176.

[6]Stridsberg M，Grimelius L，Portela-Gomes GM.Immunohistochemical staining of human islet cells with regionspecific antibodies against secretogranins II and III[J].J Anat，2008，212(3):229-234.

[7]Portela-Gomes GM，Grimelius L，Stridsberg M.Secretogranin III in human neuroendocrine tumours:a comparative immunohistochemical study with chromogranins A and B and secretogranin II[J].Regul Pept，2010，165(1):30-35.

[8]Grönberg M，Amini RM，Stridsberg M，et al.Neuroendocrine markers are expressed in human mammary glands[J].Regul Pept，2010，160(1-3):68-74.

[9]Coppinger JA，Cagney G，Toomey S，et al.Characterization of the proteins released from activated platelets leads to localization of novel platelet proteins in human atherosclerotic lesions[J].Blood，2004，103(6):2096-2104.

[10]Prasad P，Yanagihara AA，Small-Howard AL，et al.Secretogranin III directs secretory vesicle biogenesis in mast cells in a manner dependent upon interaction with chromogranin A[J].J Immunol，2008，181(7):5024-5034.

[11]Hosaka M，Watanabe T，Sakai Y，et al.Identification of a chromogranin A domain that mediates binding to secretogranin III and targeting to secretory granules in pituitary cells and pancreatic β -cells[J].Mol Biol Cell，2002，13(10):3388-3399.

[12]Hosaka M，Suda M，Sakai Y，et al.Sercretogranin III binds to cholesterol in the secretory granule membrane as an adapter for chromogranin A[J].J Biol Chem，2004，279(5):3627-3634.

[13]Hosaka M，Watanabe T，Sakai Y，et al.Interaction between secretogranin III and carboxypeptidase E facilitates prohormone sorting within secretory granules[J].J Cell Sci，2005，118(Pt20):4785-4795.

[14]Baghaei F，Rosmond R，Westberg L，et al.The CYP19 gene and associations with androgens and abdominal obesity in premenopausal women[J].Obes Res，2003，11(4):578-585.

[15]Hotta K，Hosaka M，Tanabe A，et al.Secretogranin II binds to secretogranin III and forms secretory granules with orexin，neuropeptide Y，and POMC[J].J Endocrinol，2009，202(1):111-121.

[16]Tanabe A，Yanagiya T，Iida A，et al.Functional single-nucleotide polymorphismsin the secretogranin III(SCG3)gene that form secretory granules with appetiterelated neuropeptides are associated with obesity[J].J Clin Endocrinol Metab，2007，92(3):1145-1154.

[17]李宗杰，王梅玉，周小理.生物活性肽调节胰岛素分泌的信号转导机制[J].中国病理生理杂志，2010，26(4):823-828.

[18]Tooze SA，Flatmark T，Tooze J，et al.Characterization of the immature secretory granule，an intermediate in granule biogenesis[J].J Cell Biol，1991，115(6):1491-1503.

[19]Sakai Y，Hosaka M，Hira Y，et al.Immunocytochemical localization of secretogranin III in the anterior lobe of male rat pituitary glands[J].J Histochem Cytochem，2003，51(2):227-238.

[20]Tsuchiya M，Hosaka M，Moriguchi T，et al.Cholesterol biosynthesis pathway intermediates and inhibitors regulate glucose-stimulated insulin secretion and secretory granule formation in pancreatic beta-cells[J].Endocrinology，2010，151(10):4705-4716.

[21]Stein CM，Song Y，Elston RC，et al.Structural equation model-based genome scan for the metabolic syndrome[J].BMC Genet，2003，4(Suppl 1):S99.

[22]Dowling P，Shields W，Rani S，et al.Proteomic analysis of conditioned media from glucose responsive and glucose non-responsive phenotypes reveals a panel of secreted proteins associated with beta cell dysfunction[J].Electrophoresis，2008，29(20):4141-4149.

[23]He C，Huang R，Du F，et al.LDL oxidation by THP-1 monocytes:Implication of HNP-1，SgIII and DMT-1[J].Clin Chim Acta，2009，402(1-2):102-106.

[24]Blake CA，Brown LM，Duncan MW，et al.Estrogen regulation of the rat anterior pituitary gland proteome[J].Exp Biol Med(Maywood)，2005，230(11):800-807.

[25]Martyniuk CJ，Xiong H，Crump K，et al.Gene expression profiling in the neuroendocrine brain of male goldfish(Carassius auratus)exposed to 17α -ethinylestradiol[J].Physiol Genomics，2006，27(3):328-336.

[26]Paco S，Pozas E，Aguado F.Secretogranin III is an astrocyte granin that is overexpressed in reactive glia[J].Cereb Cortex，2010，20(6):1386-1397.

[27]Moss AC，Jacobson GM，Walker LE，et al.SCG3 transcript in peripheral blood is a prognostic biomarker for REST-deficient small cell lung cancer[J].Clin Cancer Res，2009，15(1):274-283.

[28]Jongsma J，Oomen MH，Noordzij MA，et al.Androgen deprivation of the PC-310(correction of prohormone convertase-310)human prostate cancer model system induces neuroendocrine differentiation[J].Cancer Res，2000，60(3):741-748.

[29]Jongsma J，Oomen MH，Noordzij MA，et al.Different profiles of neuroendocrine cell differentation evolve in the PC-310 human prostate cancer model during long-term androgen deprivation[J].Prostate，2002，50(4):203-215.

[30]Teunissen CE，Koel-Simmelink MJ，Pham TV，et al.Identification of biomarkers for diagnosis and progression of MS by MALDI-TOF mass spectrometry[J].Mult Scler，2011，17(7):838-850.