Vanin-1基因在炎症聚集和氧化应激反应中作用的研究进展

布娅·米然别克，吴育连，康牧星

（浙江大学医学院第二医院普外科，浙江 杭州 310009）

Vanin-1是一种广泛分布于小鼠上皮组织中的具有泛酰巯基乙胺酶（pantetheinase）活性的胞外酶，由Aurrand－Lions等[1]于1996年在小鼠中首次发现，其表达于血管周围胸腺基质细胞的GPI锚定的细胞膜表面，并且参与骨髓细胞到胸腺归巢的调控，其基因与表达的蛋白名称相同。人类的重组人血管非炎性因子（VNN1）基因结构与小鼠Vanin-1基因结构基本相同，目前发现VNN1基因广泛表达于脾脏、肾脏、皮肤、脑组织和血液中，并且随着基因表达水平的上调或下调，调控着相关脏器疾病的发展并可影响其预后。Vanin-1/半胱胺（cysteamine）通路在炎症的聚集和氧化应激反应中发挥的作用引起了越来越多学者的关注，成为目前研究的热点。随着对Vanin-1/VNN1研究的深入，以该基因为靶点的治疗将有可能逆转炎症和氧化应激相关疾病的发展，成为治疗或预防该类疾病的关键因子。

1 Vanin-1/VNN-1的结构和功能

1.1 VNN-1的基因结构 人类 VNN-1基因和小鼠Vanin-1基因的总氨基酸具有高度一致性。本文作者认为：人类的VNN-1基因相当于小鼠Vanin-1基因。人类VNN-1基因编码定位于人类6q23-q24染色体上[2]，编码区cDNA包含3 844个核苷酸。Vanin-1基因从属于泛酰巯基乙胺酶基因家族，其家族包括3个独立的基因：Vanin-1/VNN1、GPI-80/VNN2和Vanin-3/VNN3，每个基因均由7个外显子组成[3]。

1.2 Vanin-1/VNN1的蛋白结构 Vanin-1蛋白由513个核苷酸组成，相对分子质量为54 000，有6个潜在的氨基末端的糖基化位点，其中几个位点的糖基化参与了Vanin-1蛋白的重组[1]。Vanin-1基因表达的蛋白为泛酰巯基乙胺酶，并包含1个CN水解酶域，故从属于CN水解酶家族和BTD/VNN亚族[2]，表现为分泌蛋白和膜通道蛋白。

1.3 Vanin-1/VNN1蛋白的功能 人VNN1蛋白和VNN2蛋白均是膜相关胞外酶，而VNN3是分泌酶。Vanin-1蛋白虽未显示任何生物素酰胺酶活性，但却控制了泛酰巯基乙胺酶的活动，泛酰巯基乙胺酶水解酶水解泛酰巯基乙胺，产生维生素B5供机体回收。水解后的代谢产物之一为半胱胺（cysteamine），cystamine是cysteamine的氧化形式（二硫化物）[4]，最初被认为是氧化应激中有效的抗氧化剂[2]。

2 Vanin-1/VNN1参与调控氧化应激的可能作用机制

2.1 Vanin-1/VNN1促进炎症因子的聚集、加剧氧化应激反应 目前，国内外与Vanin-1功能相关的报道仅有不到40篇，多数研究均提示Vanin-1在多种疾病进展过程中发挥着促炎因子释放、致组织损伤的作用；Pitari等[5]发现：Vanin-1可间接减少体内谷胱甘肽（GSH）的合成从而造成机体抗氧化应激能力的减弱，也可直接通过其产物半胱胺（cysteamine）调节胞内酶活性、机体应激和炎症反应。Jansen等[6]通过qPCR检验了不同组织上皮细胞中Vanin基因家族的表达发现：Vanin-1基因在肺、肾、肝脏和血液组织中呈高表达，Vanin-2在肺、脾脏和血液组织中呈高表达，Vanin-3在肺、肝脏和血液组织中呈高表达，其中Vanin-1和Vanin-3的高表达与银屑病和过敏性皮炎有关联，提示泛酰巯基乙胺酶活性的增加是炎性再生表皮分化过程中的组成部分。Berruyer等[7]发现：敲除Vanin-1基因后可明显改善三硝基苯（TNBS）诱导的小鼠肠道损伤、炎细胞浸润、快速进展的恶病质的死亡率，而这一保护途径可被Vanin-1下游产物cystamine完全阻断；细胞因子芯片分析结果提示：Vanin-1及其下游产物cystamine可促进白介素-6（IL-6）、蜂毒肽（MP-1）、人巨噬细胞炎性蛋白2（MIP-2）、9′-（1，3-苯基）二-9H-咔唑（MCP-9）和环氧化酶-2（COX-2）等多种促炎因子的释放，而在干扰Vanin-1表达的细胞株中即使给予白介素-1β（IL-1β）这一高效的促炎刺激因素，也未能引起MCP-1或MIP-2的表达水平增加。同时有研究结果显示：Vanin-1－/－小鼠在外源性氧化应激等损伤作用下，体内γ谷氨酸半胱氨酸合成酶活性增强、GSH水平升高，促炎细胞因子、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和COX2表达水平均明显降低，多种器官及组织凋亡减少及炎症反应减轻，提示Vanin-1可以阻断GSH的抗应激作用。Vanin-1表达在肠上皮细胞中，其缺乏将限制肠上皮细胞产生炎症信号。Pouyet等[8]发现：肠上皮细胞参与炎症导致的肠道肿瘤的增殖，在此过程中Vanin-1是一个关键的作用因子，Vanin-1的缺乏将下调上皮细胞中的炎症通路，从而限制肿瘤的增长，因此调节泛酰巯基乙胺酶的活性有可能是一个新兴的控制炎症性肠病和肠道肿瘤的治疗途径。

2.2 Vanin-1/VNN1下调 PPAR－γ通路 PPAR-γ是细胞核激素受体PPAR超家族中的一员，广泛分布于全身肌肉和脂肪等组织，是一种参与调控细胞分化、增殖、代谢和炎症反应的转录因子。研究[6]显示：Vanin-1与PPAR-γ之间有着密切的功能关联，Vanin-1与PPAR-γ的RNA和蛋白表达水平间呈直接的负相关关系，在Vanin-1沉默或过表达的细胞株中，不仅观察到PPAR－γ出现了相应的基因和蛋白水平的表达量升高或降低，而且可见PPAR－γ向核内转位减弱；PPAR-γ激活剂和阻断剂也可相应促进或抑制由Vanin-1引起的炎性介质释放。2011年Zhang等[9]筛查63位患特发性血小板减少性紫癜（ITP）儿童的全血基因组芯片发现：VNN-1基因的高表达与ITP的病程进展有很强的关联性；血单核细胞经氧化应激诱导剂处理后，引起了VNN-1基因表达显著上调和PPAR－γ基因表达下调，表明VNN-1是外周血的氧化应激传感器；该研究还发现：ITP患儿全血GSH/GSSG比值显著低于正常儿童，治疗后儿童全血GSH/GSSG比值显著高于未治疗的儿童。上述结果均表明：VNN-1基因可以通过抑制血细胞的抗氧化应激能力下调PPAR－γ基因的活性，从而加剧ITP病程的进展。Varady等[10]分别给雌性小鼠喂养新鲜脂肪和氧化脂肪6d后发现：小鼠小肠黏膜组织中Vanin-1基因与氧化应激通路有关联的粪卟啉原三氧化酶异构体1（GPX-1）、醛糖还原酶样蛋白（AKR1B8）和超氧化物歧化酶-1（SOD-1）水平均显著增高且PPAR-γ基因的表达水平降低。此外，VNN-1也介导了血管内皮细胞参与的氧化应激。Dammanahal等[11]发现：Vanin-1基因敲除后，明显改善了由二酰胺和血小板源生长因子（PDGF）诱导的小鼠血管内皮细胞的氧化应激损伤，并且提高了GSH和PPAR－γ基因的表达水平，且此保护途径可以被下游产物cysteamine所阻断。因此，本文作者认为：Vanin-1基因在氧化应激和PPAR-γ通路中扮演了传感器的作用。

3 Vanin-1/VNN1在相关疾病中的作用

3.1 Vanin-1/VNN1与糖尿病和胰腺癌 在1型糖尿病的进程中，胰岛细胞的死亡是一个最关键的启动事件。Roisin-Bouffay等[4]发现：Vanin-1基因通过在组织中释放cystamine的途径对胰岛起到促进炎症的聚集和细胞保护的作用。在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病模型中，体内或体外实验中敲除Vanin-1基因后，小鼠的胰岛细胞凋亡均减弱。Vanin-1基因敲除的NOD小鼠表现了显著恶化的糖尿病。研究者认为：这是由于恶化的胰岛炎失去免疫监管的作用，添加了下游产物cystamine后，增加的泛酰巯基乙胺酶的活性，保护了胰岛细胞的活力。而近年来的研究趋向于证明Vanin-1基因是胰岛细胞的损伤机制。众所周知，炎症因子和氧化应激的刺激会造成胰岛功能降低和胰岛B细胞的凋亡，并在2型糖尿病的发生发展中扮演重要的角色。而炎症反应/氧化应激与胰岛功能关联性已被大量研究所证实，可见，虽然目前尚无Vanin-1基因直接调控胰岛功能的研究，但Vanin-1基因可能通过上述促炎因子释放和氧化损伤间接调控胰岛功能。Vanin-1基因还可能经过其主要代谢产物cysteamine对内分泌系统尤其是对胰岛功能产生影响。研究者[12]通过使用胰岛素钳夹试验发现：皮下注射cysteamine（200mg·kg－1）可以引起显著的胰岛素抵抗，并逆转辣椒素（capsaicin）改善胰岛素抵抗的作用；1985 年 Patel等[13]发现：虽然低浓度 cysteamine（1mmol·L－1）可刺激β细胞合成和释放胰岛素，但随着外源性cysteamine浓度梯度升高，β细胞在形态学尚无变化的情况下，其合成与释放胰岛素能力却逐渐降低，cysteamine达到10mmol·L－1时，胞内和培养液内胰岛素水平分别下降了90%和75%。上述实验与之前所述Vanin-1在1型糖尿病中对胰岛细胞的保护作用的结果正好相反。胰腺癌早期诊断困难，进展迅速，预后极差。目前有学者认为：新发糖尿病是胰腺癌早期的预警之一。为了能在胰腺癌相关新发糖尿病模型中寻找有意义的早期诊断相关的特异性分子标记，Huang等[14]通过对24例患者外周血单核细胞全基因芯片的筛查首次发现：Vanin-1基因的表达水平与胰腺癌相关新发糖尿病有高度相关性。胰腺癌伴发糖尿病患者的肿瘤组织中Vanin-1基因表达水平明显增高，癌旁组织中则次之；而单纯胰腺癌不伴糖尿病患者的病理切片仅可见Vanin-1蛋白的少量阳性颗粒，但2组患者的血清中均未能发现Vanin-1的表达。上述研究均证明Vanin-1在外周血基因水平和肿瘤原位蛋白水平同时与胰腺癌伴发糖尿病有高度的关联性，Vanin-1有可能与胰腺癌抑制胰岛功能呈正相关关系。Vanin-1与胰岛功能、2型糖尿病和胰腺癌相关糖尿病之间均存在着某种尚未明确但密切的潜在关联，因此Vanin-1基因有望成为2型糖尿病的治疗靶点或是潜在的早期胰腺癌生物学标记之一。

3.2 Vanin-1基因与肾损伤 鉴于肾脏和肝脏组织中Vanin-1基因的高表达，其相关的研究也陆续增加。Hosohata等[15]显示：有机溶剂导致的肾小管损伤中，Vanin-1基因可以作为一个有意义且快速的分子标记物。体外实验显示：将肾小管细胞暴露于有机溶剂24h后，Vanin-1基因的mRNA的水平高于正常组，且早于单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）和肾损伤分子（KIM-1）出现高峰的时间；体内研究发现：用乙二醇处理大鼠3周后，其组织中Vanin-1mRNA水平同样高于正常组，随后免疫荧光实验也证实了该结果；Hosohata等[16]发现：用高剂量顺铂处理大鼠5d后，大鼠肾脏当中的Vanin-1蛋白表达水平即有显著下降，庆大霉素处理的大鼠肾脏组织在第9天Vanin-1蛋白表达水平下调，免疫荧光分析显示大鼠肾小管细胞中的Vanin-1蛋白的免疫反应在顺铂处理组降低。上述研究均证明在急性肾损伤中，Vanin-1基因及其表达的蛋白是较为快速且敏感的分子标记物。

3.3 Vanin-1基因与肝脏疾病 Moffit等[17]通过野生型和PPARα敲除小鼠在用过氧化酶增殖物安妥明（CFB）预处理后再用扑热息痛导致肝损伤模型中发现：Vanin-1基因有可能在CFB介导的保肝作用中发挥作用。HPLC-ESI/MS/MS分析显示：提高肝脏提取物中Vanin-1基因的表达，将增加下游产物cystamine的表达水平，由此推测Vanin-1基因可能通过 Vanin-1/cystamine通路在CFB的保肝作用中发挥重要的作用。Goring等[18]通过基因序列分析发现：顺式调节的Vanin-1/VNN1作为隐匿的序列变异将影响高密度脂蛋白和胆固醇的聚集。Motomura等[19]分析了小鼠在高脂饮食后肝脏Vanin-1mRNA的表达量和游离脂肪酸处理肝细胞后细胞Vanin-1mRNA的表达量发现：在喂养高脂饮食仅1d的小鼠肝脏中Vanin-1mRNA表达水平即上调，甚至早于脂质分化相关蛋白等，低至0.01 mmol·L－1不饱和脂肪酸处理肝细胞系 HuH-7后，细胞Vanin-1mRNA水平也显著上升。上述结果提示：在非酒精性脂肪肝的发病机制中，Vanin-1基因可以作为一个新兴的调控因子。

3.4 Vanin-1/VNN1与其他疾病 Vanin-1基因所表达的蛋白－泛酰巯基乙胺酶不仅调控炎症信号，参与氧化应激，而且在免疫功能、性器官的发育和皮肤病等多个生理或病理过程中发挥作用。Aurrand-Lions等[1]于1996年首次发现：Vanin-1基因可以调控生理、非炎性条件下的胸腺细胞的晚黏附过程；又有学者发现：Vanin-1参与性器官的发育；Wilson等[20]发现：Vanin-1高表达于发育中的睾丸支持细胞中，并且参与了细胞向胚胎中肾的迁移。类似的结果被不同的研究者[21－23]证实。而 Vanin-1基因的下游产物cysteamine也在多种疾病中发挥着重要的角色，例如在神经退行性疾病中起保护作用，Gibrat等[24]探讨了cysteamine和其氧化形式的cystamine作为治疗帕金森和亨廷顿疾病药物的可能性。

4 Vanin-1基因研究前景

Vanin-1基因作为一个近来新发现的基因，主要功能为促进炎症因子的聚集、加剧氧化应激反应和下调PPAR－γ通路，从而导致相关疾病的进展，但是其具体机制尚不十分清楚。随着对Vanin-1/VNN1研究的深入，以该基因为靶点的治疗将可能逆转炎症和氧化应激相关疾病的发展，但这需要进一步通过大量的实验室研究和临床试验证实。

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