去唾液酸糖蛋白受体的研究现状

张黎，黄维金，许雪梅，王佑春



去唾液酸糖蛋白受体的研究现状

张黎，黄维金，许雪梅，王佑春

100050 北京，中国食品药品检定研究院艾滋病性病病毒疫苗室（张黎、黄维金、王佑春）；100005 北京，中国医学科学院基础医学研究所/北京协和医学院基础学院生物物理及结构生物学系（许雪梅）

去唾液酸糖蛋白受体（asialoglycoprotein receptor，ASGPR），也被称为肝细胞半乳糖/N-乙酰基葡糖胺受体，或者Ashwell-Morell 受体[1]。它主要表达于肝窦状间隙的肝实质细胞表面，是第一个被发现的凝集素。由于它结合配体的钙离子依赖性，因此属于 C 型凝集素。ASGPR 能够介导去唾液酸化的糖蛋白被肝细胞内吞降解[2]。目前已知的 ASGPR 的配体非常多，提示其在糖蛋白代谢、脂代谢、凋亡细胞降解、调节凝血、介导病毒进入细胞和自身免疫性炎症反应等多个生理环节均发挥着重要的作用[3]。

1 ASGPR 的发现

大约 48 年前（1965 – 1966 年），一位研究血浆铜蓝蛋白（ceruloplasimin）的生物化学家 Morell 在一次晚饭时，向朋友 Ashwell 提到了他在研究蛋白半衰期中的困难。Ashwell 于是建议他在蛋白的半乳糖末端标记3H[1]。Morell 通过两种方法对血浆铜蓝蛋白进行了标记，一种方法去掉了末端的唾液酸，而另一种保留有唾液酸。在接下来的实验中，Morell 惊奇地发现，这两种蛋白的半衰期有着巨大的差别，去掉唾液酸的蛋白半衰期大大缩短，并且在肝脏聚集。进一步的研究发现，ASGPR 为介导去唾液酸蛋白在肝细胞溶酶体降解的受体，该受体能够特异性地识别循环糖蛋白的半乳糖（Gal）或N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）。从兔肝脏纯化的 ASGPR 能够凝集去唾液酸化的人血和兔血红细胞，并且刺激去唾液酸化的淋巴细胞的有丝分裂。在此研究的基础上，人们发现了一系列细胞表面识别碳水化合物的受体，后来被称为凝集素[1]。因此，ASGPR 是第一个被发现的凝集素。

2 ASGPR 的基因和结构

ASGPR 由两个 II 型单次跨膜糖蛋白亚基组成，主要亚基 ASGR1（H1）和次要亚基 ASGR2（H2）[4]。哺乳动物的 H1和 H2 高度保守并且来自于同一个祖先基因[2]。目前只有 H1 CRD 区的晶体结构被解开，由于高度同源性，H2 被认为与 H1 有类似的结构。ASGR1 由约 40 个氨基酸的 N 端细胞内结构域、约 20 个氨基酸的单次跨膜区（transmembrane domain，TMD）、约 80 个氨基酸的胞外茎环区域以及约 140 个氨基酸的酸性碳水化合物识别区域（carbohydrate recognition domain，CRD）组成[4]。

人 ASGPR 由约 46 kD 的 H1 和 50 kD 的 H2 组成，两者含量比约为 3:1[4]。人 H1 的 mRNA 有两种可变剪切形式，H2 则有 3 种可变剪切形式（图 1）[5]。由于缺失了第二外显子的 117 个核苷酸，H1b 编码缺失跨膜区的可溶性蛋白。H2a 为最长的 H2 可变剪切形式，相对于H2c，它包含有 57 个核酸的胞内区域插入，以及 15 个核酸的紧邻跨膜区的插入[6]。由于这 15 个核酸编码的 5 个氨基酸可以作为蛋白水解信号，H2a 不能与细胞膜上的 H1 形成受体，而是以可溶形式被分泌至细胞外。H2b 和 H2c 则分别与 H1a 以不同比例组合形成异源聚合体。值得关注的是，H2b 和 H2c 不同时存在于同一聚合体中，提示两者可能形成不同的功能性受体[5]。

图 1 ASGR1 和 ASGR2 的 mRNA 可变剪切

关于 H1 和 H2 是以何种组合形式，或何种比例在膜表面形成二聚体或多聚体，尚未有定论。目前的研究认为，两者可以形成 H1-H1、H2-H2 或 H1-H2 等不同形式的组合。不同的组合形式可能在与不同配体结合时发生变化，与配体的分子结构、大小以及亚基间的距离等相关。图 2 总结了各种组合形式的模式图，其中以 2 个 H1 和 1 个 H2 组成的异源三聚体被认为具有最高的亲和力[2]。最近，Renz 等[7]利用集成荧光共振能量转移联合光激活定位显微镜单分子计数的方法证实了这一推测。

3 ASGPR 的细胞和组织分布

ASGPR 主要表达于肝脏实质细胞，平均一个细胞有（1 ~ 5）× 105个结合位点。体外实验表明，大约有一半的ASGPR 存在于细胞内内体运输相关的囊泡组织、内质网或者高尔基体。细胞表面的 ASGPR 在网格蛋白聚集处富集，并且随机分布在窦状小管或者朝向毛细血管的细胞膜基底面，而不存在于朝向胆小管的细胞膜顶面[2]。此外，一些肝外组织，如单核巨噬细胞[8]、肠上皮细胞[9]、睾丸[10]、甲状腺也有该受体的表达[11]。ASGPR 在胎儿时期不表达，出生后被迅速诱导表达于肝组织[12]。

图 2 细胞膜表面 H1 和 H2 的不同组合形式

4 ASGPR 的功能和应用

4.1 被推测的生理功能——血浆糖蛋白的代谢

血浆中有很多糖蛋白，在末端去除唾液酸后，能够暴露 Gal 或者 GlcNAc 残基，成为 ASGPR 的配体[13]。因此，在ASGPR 被发现后的很长一段时间内，人们认为它的生理学功能为清除循环中的去唾液酸化的糖蛋白，维持血浆蛋白的平衡[3]。直到 ASGR1 和 ASGR2 基因敲除小鼠模型的成功建立，这一假说才被推翻。研究者们发现 ASGR1/2 单独缺失的小鼠具有正常的表型，它们不仅生育、发育以及寿命等都与野生型无差异，而且并未被检测到各种血浆蛋白水平的变化[14-16]。

虽然绝大多数血浆蛋白含有 Gal 残基而非 GlcNAc，但是 ASGPR 对 GlcNAc 的亲和力要比 Gal 高 7 倍，这也提示血浆蛋白可能并不是 ASGPR 主要的天然受体[4]。Weigel 和 Yik曾经提出了半乳糖稳态假说，认为 ASGPR 的功能可能是清除血浆中“有害”的糖蛋白。正常情况下，包含 Gal/GlcNAc 的糖蛋白与其相应的组织配体结合，处于稳定平衡状态，当机体处于疾病、感染或组织损伤时，会引起 Gal/GlcNAc 糖蛋白的增加，竞争性地结合它的配体，破坏稳态。ASGPR 的作用则是降解这些多余有害的 Gal/GlcNAc 糖蛋白，调节应激状态半乳糖基复合物的平衡。当给予小鼠各种毒素刺激后，发现该受体的表达分布、功能以及细胞的生存状况都发生了变化，从而提示 ASGPR 可能在肝损伤和再生中发挥作用[17-19]。一项近期的报道还发现，ASGPR2 基因敲除小鼠中出现了一些炎症标志物的上升，如肝球蛋白、血清淀粉样蛋白、羧酸酯酶等，然而这些报道都不能直接证明上述假说[20]。

一些研究发现 ASGPR 参与清除凋亡的细胞、细胞废弃的纤连蛋白，调节循环中的 IgA 的平衡，结合并清除低密度脂蛋白（LDL）以及残留的乳糜颗粒[4]。然而，ASGPR 基因敲除的小鼠中没有检测到任何凋亡细胞，纤连蛋白积聚或者脂代谢异常[3]。虽然基因敲除小鼠表现出了对外源 IgA 的清除障碍，但是研究者并未证实 IgA 与 ASGPR 的直接相互作用，是否有其他分子共同参与这一过程也未知，因此清除 IgA 复合体可能也不是该受体主要的生理功能。此外，一些研究者们还报道 ASGPR 能够结合乳铁蛋白以及 IgG，而这些结合并不依赖于 ASGPR 与糖链结合的区域（CRD）[3]。上述研究虽然揭示了 ASGPR 的各种功能，但都未能确认该受体的主要内源性配体。

4.2 ASGPR 的生理功能——调节凝血

直到 2008 年，Grewal 等[21]首次阐释了 ASGPR 生理条件下的功能。他们证实了去唾液酸化的血小板和血管性血友病因子（von Willebrand factor，vWF）是 ASGPR 的天然配体，并且解释了脓毒症引起的致死性凝血障碍的发病机制。该研究小组发现，在 ST3Gal-IV 唾液酸转移酶缺失的情况下，血小板和 vWF 去唾液酸化成为 ASGPR 的配体而被降解。进一步研究发现，在一些病理状态下，例如肺炎链球菌感染时，由于该细菌具有的去唾液酸酶（神经氨酸酶）活性，能够引起血小板和 vWF 迅速的去唾液酸化。ASGPR 的作用则为清除这些去唾液酸化的凝血因子。研究还解释了肺炎链球菌引起血小板减少症的原因，既不是细菌感染本身，也不是由于感染后弥散性血管内凝血 DIC（disseminated or diffuse intravascular coagulation）的消耗，而是由于 ASGPR 的清除作用，而这一作用恰恰减轻了 DIC 的形成，对于机体具有保护作用[21]。

4.3 ASGPR 与病毒性肝炎

近年来，有许多 ASGPR 介导肝炎病毒进入细胞的报道，包括甲型肝炎（HAV）[22-23]、乙型肝炎（HBV）[24-29]以及丙型肝炎（HCV）[30]。

虽然 HAVCR1（hepatitis A virus cellular receptor 1）为公认的 HAV 功能性受体[31]，但是它在肝外组织的广泛分布，与生物体内 HAV 只攻击肝细胞不相符，提示 HAV 特异性的肝靶向性可能存在其他机制[23]。2000 年，Dotzauer 等[23]发现 HAV 可以通过 IgA 介导的 ASGPR 结合而进入肝细胞。研究者们利用不能表达 HAVCR1 的小鼠肝细胞进行实验，发现该细胞可以通过表面的 ASGPR 受体内吞 IgA-HAV 复合物，复制并产生 HAV 病毒颗粒。该研究小组进一步的研究还阐释了甲肝粪口途径传播可能的机制，即 HAV 可以通过与 IgA 形成复合体，在多聚免疫球蛋白受体（pIgR）的辅助下从肠上皮细胞的顶面转至底面，通过肠上皮屏障进入血液，最终通过 HAV-IgA-ASGPR 感染肝细胞[22]。

1994 年，Treichel 等[24]报道了 HBV 颗粒可以与人肝组织纯化的 ASGPR 结合，能够进入 ASGPR 高表达的细胞系（HepG2 和 Huh7），而不能进入不表达 ASGPR 的细胞系 COS。用 EDTA、含有半乳糖基的 ASGPR 的配体、抗 ASGPR 的兔血清或者抗 HBV preS1 抗体可以抑制HBV 和肝细胞的结合。1997 年，该研究小组进一步研究发现，ASGPR 特异性的配体去唾液酸胎球蛋白可以竞争性抑制 HepG2 细胞感染 HBV 后病毒颗粒的分泌[26]。2006 年，Yang 等[25]发现用针对 ASGR1 特异性的反义寡核苷酸，可以抑制 ASGR1 表达水平的同时，抑制体外培养的肝细胞中 HBV 的复制。同年，Owada 等[27]发现 HBV 经过去唾液酸酶处理后，结合以及进入肝细胞的能力显著增强，这种结合可以被 ASGPR 特异性的配体去唾液酸胎球蛋白以及 EDTA 抑制。2010 年，Yang 等[28]报道了 HBV 可能通过纤连蛋白与 ASGPR 结合。增加纤连蛋白或者 ASGPR 能够促进 HBV 与易感肝细胞 HepG2.2.15 甚至非易感 293FT 以及 CHO 细胞的结合。2011 年，Zhang 等[29]则报道 HBV 包膜蛋白的 preS1 区域可以直接与 ASGPR 相互作用，作者通过酵母双杂交、酵母共转染、免疫共沉淀、哺乳细胞双杂交等验证了蛋白水平的相互作用，并用免疫荧光和免疫组化的方法验证了两者在细胞水平以及组织水平的共定位。

2003 年，一篇关于 HCV 研究的文献报道提示，ASGPR 可以辅助 HCV 的结构蛋白结合并进入肝细胞。HCV 结构蛋白与 ASGPR 的结合为钙离子依赖的，具有剂量依赖和饱和效应，能够被 ASGPR 的经典配体以及针对 ASGR1 的 CRD 特异性的抗体抑制[30]。关于 HAV、HBV 的研究，大多只考虑了主要亚基 ASGR1 与病毒的关系[25]。该研究建立了同时过表达主要亚基 ASGR1 以及次要亚基 ASGR2 的 3T3-L1 细胞系，发现 ASGPR 与细胞的结合只与 ASGR1 相关，进入细胞却需要 ASGR1 和 ASGR2 同时存在，并且证明 HCV 结构蛋白的 p7 结构域为该蛋白进入肝细胞的关键区域[30]。

4.4 ASGPR 与自身免疫性肝病

在对自身免疫性肝病的研究时，人们发现抗肝特异性蛋白（live-specific proteins，LSP）的自身抗体能够在实验中诱导出与自身免疫性肝病（autoimmune hepatitis，AIH）类似的症状，并且该抗体的水平与患者的预后直接相关[32]。进一步的研究发现 ASGPR 为 LSP 的主要抗原成分[33]，抗 ASGPR 的自身抗体能够选择性地结合肝细胞，引起免疫介导的肝细胞破坏[34]。另外，从 AIH 患者血液里分离得到的 T 细胞克隆，能够在体外激活自身免疫 B 细胞产生抗 ASGPR 抗体，从而提示 ASGPR 在细胞免疫中也有重要的作用[35]。

一直到 20 世纪 90 年代，对于 ASGPR 自身抗体的研究都是基于从小鼠、兔或人亲和纯化的抗原，进行酶联免疫反应或者放射性免疫分析[36]。由于自身免疫性的抗体通常识别构象表位，或者成熟的 ASGR1 和 ASGR2 共同组成的异源二聚体的表位，所以导致抗原的纯化存在困难，很多关于人 ASGPR 受体的重组蛋白表达的尝试都因无法使其具有正确的抗原性而宣告失败[37]。目前为止，尚未有统一标准化的检测手段。2009 年，Hausdorf 等通过半乳糖-凝胶亲和层析的方法从兔肝匀浆中反复亲和，纯化得到了具有抗原性的 ASGPR，用以进行 ELISA 检测，该试剂盒已经商品化。

AIH 患者的 ASGPR 的自身抗体的阳性率被报道为 57% ~ 82%[38-39]。不同研究小组抗原的制备方式不同，检测方式不同，样本收集的时间不同（免疫抑制治疗后抗体水平下降）都可能是造成阳性率差异性的原因。一些 AIH 患者，虽然传统的自身免疫性抗体如 ANA、SMA、anti-SLA 和 anti-LKM1 检测为阴性，但 ASGPR 抗体呈阳性，因此对它的检测对于 AIH 的临床诊断具有一定的意义[3]。然而，另一些报道发现，原发性胆汁性肝硬化（PBC），慢性病毒感染如 HBV、HCV 以及酒精性肝病患者，也存在有 12% ~ 73% 的抗 ASGPR 的阳性率，因此该抗体作为 AIH 诊断指标的特异性并不强[40]。究竟抗 ASGPR 自身免疫性抗体是 AIH 的病因，还是肝细胞损伤破坏后引起的广泛性自身免疫反应之一，尚未有明确的结论[3]。研究发现，上述商品化的 ELISA 试剂盒，只能识别 AIH 患者的抗 ASGPR 自身抗体，不能识别 PBC 患者产生的 ASGPR 自身抗体，提示可能有 AIH 特异性自身免疫性 ASGPR 抗体的存在[37]。

另外，报道[3]认为，抗 ASGPR 自身抗体的水平与血清总的免疫球蛋白水平、患者对于免疫抑制性药物治疗的反应性以及停药后的复发率呈正相关。对 AIH 患者长期随访的研究还发现，抗 ASGPR 抗体的阳性出现在转氨酶 AST 阳性之前。因此，对于 ASGPR 自身免疫性抗体的检测，可以有助于 AIH 的诊断以及监测疾病的复发。

4.5 ASGPR 介导的肝靶向性研究

由于肝细胞特异性高表达的特点，ASGPR 介导的药物、基因的肝靶向传递，肝脏成像等成为近年来人们研究的另一热点[41-43]。

利用 ASGPR 结合具有半乳糖残基的糖蛋白的特点，一些科学家对各种抗肿瘤或抗病毒药物进行了偶联改造以及半乳糖化，使其能够与 ASGPR 结合，从而具有肝靶向性。Cai 等[40]将干扰素与半乳糖化的人血清白蛋白（Gal-HAS）进行偶联，发现该复合物在小鼠体内具有明显的趋肝性；与之相类似，Di Stefano 等[44]将抗肿瘤药物多柔比星与 HAS偶联，并证明了它的肝靶向性；Jeong 等[45]用半乳糖化的合成载体偶联抗肿瘤药物紫杉醇（TX），证明了其在体外能特异性地识别杀伤肝肿瘤细胞；王银松等[46]将抗肿瘤药甲氨蝶呤（MTX）与半乳糖化的壳聚糖连接，并研究了该药物的体外溶解释放试验；Zhang 等[47]则将抗病毒药阿昔洛韦（ACV）整合到半乳糖化的各种复合物上，证明了其与 ASGPR 特异性的亲和力以及明显的肝靶向性。

由于正常肝细胞和肿瘤细胞都表达有 ASGPR，为了特异性地杀伤肿瘤肝细胞，Terada 等[48]将基质金属蛋白酶 2（MMP-2）的底物肽与脂质体偶联，并使之半乳糖化，该复合物只有在分泌有高浓度 MMP-2 的肿瘤细胞周围被水解后才能暴露半乳糖残基，从而达到肝肿瘤靶向给药的目的。

除了介导药物的肝靶向性，一些研究者还利用 ASGPR成功进行了基因的肝靶向性传递。例如，Peng 等[49]将能够诱导细胞凋亡的 apoptin 基因与 ASGPR 的配体去唾液酸血清黏蛋白（asialoorosomusoid，ASOR）偶联，在小鼠体内实验中观测到了 apoptin 特异性地分布于肝脏；Wang等[50]用多聚左旋赖氨酸与生存素基因的反义寡核苷酸偶联，包裹于含有 ASGPR 配体的脂质体中，在体外明显抑制了肝细胞中生存素的表达；Ma 等[51]用半乳糖偶联的聚乙烯亚胺（jetPEI）抑制 HBV 复制的 short hairpin RNA（shRNA）以及抑制生存素表达的 shRNA 特异性地转入肝细胞内，成功抑制病毒的复制并诱导肝细胞的凋亡。目前通过 ASGPR 介导的胞吞作用实现肝靶向传递的基因还有细菌氯霉素乙酰转移酶基因，乙肝病毒和土拨鼠肝炎病毒的反义寡核苷酸链，c-myc 基因的反义寡核苷酸链，微粒体三酰甘油转运蛋白的反义寡核苷酸链，人载脂蛋白 A-1 基因，以及人α-抗胰蛋白酶基因等[52]。

此外，ASGPR 介导的肝脏成像技术在日本已经被批准用于临床，用以进行肝功能的定量评价。人工合成的99mTe-GSA（放射性同位素99mTe、半乳糖以及人血清白蛋白的偶合物）可以通过与 ASGPR 结合被靶向送到肝脏，再通过99mTe 的放射性成像。由于不同疾病如肝炎、肝硬化、肝癌等患者肝细胞的 ASGPR 的数量和配体结合能力会有不同程度的下降，ASGPR 的显像技术有助于临床评估肝功能和慢性肝炎的进展[19, 43]。

5 结语

自 ASGPR 发现已经过去了近 50 年，上千篇相关研究的文章被发表，该受体的功能从最初预测的调节血浆蛋白代谢，到它在凝血系统中天然配体的发现；从介导各种肝炎病毒入侵肝细胞，到成为自身免疫性肝炎的主要自身抗原，随着越来越多的功能被逐渐阐明，越来越多的问题也伴随出现。ASGPR 各种生理功能间的本质联系、它在机体正常状态下发挥的生理功能以及肝脏炎症免疫反应中的作用都值得人们继续探讨。对 ASGPR 的深入研究，不仅有助于人们对于各种肝病发病机制的理解，还将为肝靶向性药物的开发提供基础和方向。

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国家自然科学基金（81371830）

王佑春，Email：wangyc@nifdc.org.cn

2013-12-11

10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2014.03.010