精子发生相关的锌指蛋白的研究

尤新国 樊姝彤 满 怡 综述 潘智芳 冯卫国 审校

潍坊医学院细胞生物学教研室（山东潍坊 261053）

·综 述·

精子发生相关的锌指蛋白的研究

尤新国 樊姝彤 满 怡 综述 潘智芳 冯卫国 审校

潍坊医学院细胞生物学教研室（山东潍坊 261053）

锌指蛋白（zinc finger protein，ZNF）是一类广泛存在于生物体内的具有“指状”结构的转录因子，可以与DNA、RNA、锌指蛋白等结合，完成各项生物学功能，如细胞的增殖凋亡、胚胎的发育、肿瘤的发生与抑制等。近年来研究发现，部分锌指蛋白参与精子的发生，并在精子生成的过程中发挥重要的作用。本文对与精子发生相关的锌指蛋白的背景知识及与精子发生的关系做简单阐述。

一、锌指蛋白的概述

（一）锌指蛋白的结构及分类

1983年，Miller等首次在非洲爪蟾卵母细胞的转录因子TFⅢA中发现了呈“手指”状的锌指蛋白[1]。随后，上千种锌指蛋白被陆续发现。锌指蛋白是目前所知真核生物基因组中分布最广的蛋白。1989年，Lee等通过磁共振的方法证实，每个锌指结构都是由2个反向平行的β折叠片和1个α螺旋组成的独立的包含Zn2+的小结构域[2]，由组氨酸His和（或）多个半胱氨酸Cys通过Zn2+形成紧密的ββα四面体结构。Zn2+稳定了锌指蛋白的螺旋构象，是锌指蛋白发挥调控功能的关键。

根据锌指蛋白保守结构域的特征，可以分为C2H2型、C4型、C6 型三类。其中 C4型又包括GATA蛋白，LIM蛋白和核激素受体蛋白[3]。

（二）锌指蛋白的作用方式

锌指蛋白具有可以识别DNA的结合域，是最大的 DNA 结合蛋白家族。通过自身的DNA结合域进入DNA双螺旋反应沟内，与DNA 碱基发生特异性结合，识别特定的DNA 序列[4]。其次，某些锌指蛋白也可以结合RNA。Searles等第一次详细研究了TFⅢA中的锌指与5s RNA结合的特性[5]。同时，Mackay证明，锌指蛋白与锌指蛋白之间，也能够通过相互作用调控基因的转录水平，完成相应的生物学功能[6]。

二、锌指蛋白与精子发生

精子发生是精原细胞经过分裂分化发育为精子的过程，包括生殖细胞发育为精原细胞，精原细胞增殖再发育为精母细胞，精母细胞减数分裂形成圆形精子，圆形精子变形为精子等阶段。该过程涉及众多基因和蛋白的调控[7,8]。

（一）锌指蛋白313

ZNF313基因定位于20q13，编码288个氨基酸，属于C2H2类锌指蛋白[9]。ZNF313基因具有2个转录本，较短的为753bp，较长的为24Kb，两者开放阅读框架完全一致。较短的转录本在睾丸组织中高表达[10]。RT-PCR分析显示，与正常男性睾丸比较，ZNF313基因在无精子症患者及胎儿睾丸中的表达明显降低；通过免疫组化检测及亚细胞定位发现，ZNF313定位于精原细胞、初级精母细胞和次级精母细胞的细胞核中。该基因主要是核蛋白，可能参与了睾丸组织的发育过程并调控精子发生，主要在精原细胞增殖，精母细胞减数分裂形成圆形精子的过程中发挥作用。

ZNF313同时含有C3HC4的RNIG锌指结构域和C2H2的锌指结构域[9]。生物信息学分析发现[11,12]：不同生物ZNF313的两种锌指结构域及其周围的氨基酸序列均十分保守。预测这两个结构域在ZNF313功能研究方面发挥重大作用。ZNF313的RING锌指结构域有两个β折叠片（β1和β2），一个α螺旋。C2H2锌指结构区域有一个较长的α螺旋。这个区域与泛素结构域（UIM domain）有一定的同源性[11]。推测ZNF313蛋白对精子生成过程的调控是通过泛素途径实现的。

Proscan软件分析发现，ZNF313基因缺乏TATAbox和CAATbox启动子序列，但检测到 AP-2、T-Ag 和 SP-1结合位点等保守序列[13]。 转录因子特化蛋白-1（SP-1）结合于保守性序列GGGCGG的GC丰富序列，并发挥重要的转录调控作用[14]。研究发现，SP-1可在多种组织中表达，调节细胞生长及细胞周期调节蛋白的表达。深入探究SP-1在ZNF313基因的表达调控中所起的重要作用，将有助于分析ZNF313基因在生精过程中的具体作用，为无精子症疾病的治疗提供好的解决方案。

（二）锌指蛋白265

ZNF265首先由Karginova等[15-17]在大鼠肾球旁细胞中克隆，具有两个C4型锌指蛋白，一个Ser-Are（SR）富集区，一个谷氨酸富集区，一个核定位信号（NLS）。ZNF265在组织中普遍表达，具有典型的RNA结合结构域，可以推测ZNF265通过与目的基因的mRNA结合调控目的基因，在基因调控，细胞分化，个体发育、疾病发生等方面发挥重要作用。

ZNF265在大鼠睾丸组织中的表达具有特异性，主要表达在睾丸支持细胞细胞核核周胞质，精子的尾部前端、血-睾屏障、血-附睾屏障。目前ZNF265与精子发生相关的实验研究重点集中在其表达对睾丸支持细胞的免疫调节机制[18]。研究已证实，支持细胞通过分泌TGF-β1、表达FasL，抑制炎症因子IL-lα和IL-6 的表达，发挥免疫调节作用[19]。干扰ZNF265表达后，IL-lα和 IL-6 的表达升高。而炎症晚期高表达的ZNF265则下调了炎症因子的表达，推断ZNF265作为调控因子，可能通过作用于TGF-β1在支持细胞炎症反应中发挥负调节作用。明确ZNF265在支持细胞中的调控机制，对于深入研究精子发生的调节等过程具有重要意义。

（三） 锌指蛋白185

1997年，Heiss等[20]通过外显子捕获的方法获得ZNF185。该基因定位于X 染色体长臂2区8带（Xq28）DXS52 区域。ZNF185cDNA编码一个452个氨基酸的蛋白，其锌指结构中富含Cys，结构单体为Cys2HisCys5，C端有一个LIM（Lin-1,Isl-1 and Mc-e 3）结构域，是LIM型锌指蛋白。LIM结构域和多种蛋白质，如蛋白激酶、转录调控因子等发生相互作用，调控某些基因的表达、细胞分化和细胞骨架形成等过程[21]。ZNF185在前列腺、骨髓、外周血、脑、肺、肾等组织也有较高表达[22]。

提取小鼠肝、睾丸与卵巢组织进行Westernbloting及免疫荧光技术分析发现，睾丸组织中ZNF185含量最多，在睾丸支持细胞、间质细胞和成熟精子中都有表达，成熟精子中表达量最高[23,24]，明确了ZNF185在生殖细胞中的定位。支持细胞的主要作用是为各级生精细胞提供结构支持，形成血-睾屏障，提供营养物质，调节精子发生等。间质细胞的主要作用是合成并分泌雄性激素（主要是睾酮），ZNF185在小鼠支持细胞和间质细胞的胞质高表达，推测ZNF185与精子发生过程中免疫屏障结构的形成及雄性激素的合成、分泌及运输相关[25-28]。

前期研究发现，ZNF185在性成熟前小鼠睾丸中的表达低于性成熟组和老年组，在精原细胞和精母细胞中无表达，精子中高表达。提示ZNF185在精子发生过程中主要作用于精子形成及释放过程。有研究报道表明，ZNF185参与了肌动蛋白（actin）共定位[29]。2012年郑全辉等证明ZNF185 与细胞骨架的结合是其发挥抑癌作用的关键，ZNF185通过与肌动蛋白纤维的结合，抑制人胶质瘤细胞的迁移[30,31]。而精子发生包括有丝分裂期，减数分裂期和精子形成期，该过程涉及细胞的分裂，运动等生理过程，需要大量细胞骨架的参与。推测ZNF185和精子发生密切相关，其发生机制与细胞骨架相关。分析其表达调控机制可以丰富精子发生的分子机理，为避孕药的研发提供可靠的分子靶点，具有重要的临床意义。

三、结语

虽然人类辅助生殖技术发展迅速，但对于导致男性不育的关键基因及作用机制知之甚少。发现并确定这些基因的作用机制才能为临床治疗提供理论支持，从根本上解决问题。锌指蛋白基因家族作为哺乳动物最大的基因家族之一，近年来在癌症的发生，机体免疫系统的调控等方面具有重要的研究前景。随着研究的进行，锌指蛋白在精子发生过程中的作用日益受到重视。以上概述了与精子发生相关的部分锌指蛋白的知识背景和研究进展，为研究生精过程的作用机制提供了部分理论依据。锌指蛋白具有的生物学功能是广泛多样的，如ZNF185不仅影响精子发生，同时在肿瘤发生和细胞骨架方面也起了至关重要的作用等。这启发我们，研究锌指蛋白和精子发生的作用机制，可以通过这些蛋白在其他领域的生物功能，进行推测分析。

近年来，随着对锌指蛋白作用方式的分析研究，根据人类需要，设计相应功能的人工锌指蛋白调控目的基因等技术有了很大发展，因此对锌指蛋白功能的研究尤为重要。目前所了解的锌指蛋白在精子发生方面的研究尚处于起步阶段，其具体的生殖调控机制尚待探讨和完善。相信随着进一步的研究，更多与精子发生相关的锌指蛋白被发现。可以确定，锌指蛋白的研究与应用，在精子发生方面有重大的前景，对男性不育等问题具有重要的理论和临床意义。

致谢：本课题受山东省科技发展计划（2 0 1 5 G S F 1 1 8 1 7 8）；山东省自然科学基金（ZR2013CM032）；山东省卫计委科技项目（201411）；潍坊医学院科技创新基金（K1302001）资助

锌指蛋白; 精子发生; 基因

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（2016-08-30收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2016.10.016

R 321.1; R 349.64