TMEM家族成员免疫功能的研究进展



TMEM家族成员免疫功能的研究进展

魏晶陈纪飞①王冰王世仪乔鋆田飞李芳

(大连医科大学基础医学院免疫学教研室，大连116044)

①广西医科大学附属第四医院检验科，柳州545005。

2006年5月18日，Nature杂志公布了人类1号染色体的基因测序图，人类基因组计划完成，生命科学研究进入了功能基因组时代。虽然人类基因组全部序列已确定，但对许多基因的功能仍一无所知。基于此，跨膜蛋白(Transmembrane protein，TMEM)家族成员便成为研究对象，综合TMEM现有的功能报道文章，发现其多与细胞间、细胞内的信号传导、免疫相关疾病以及肿瘤发生、发展等相关，并且对这类蛋白进行了分型以及蛋白家族的确立，如MS4A家族、Anocta min家族等。TMEM参与多项生理过程，如构成质膜的离子通道、活化信号转导通路、介导细胞趋化、黏附、凋亡、自噬作用等。但对家族成员功能报道的文献甚少，表明对其研究仍处于初级阶段，也为该领域研究提供了广泛空间。

针对人类基因组计划诞生的大批新基因，国家基因组研究中心开展了400个以上未知功能的人类分泌蛋白和转录因子编码基因的克隆、表达、活性筛选及功能鉴定的工作，希望能够从中发现一些新的具有重要功能意义的基因[1]。迄今公认的人类编码蛋白质的基因数量大约在20,000-25,000个，其中大部分基因功能尚不明确，因此，大量人类新基因和蛋白质的功能仍有待研究，其中必然包括免疫相关基因。新近研究发现TMEM蛋白在人免疫相关疾病以及肿瘤的发生发展中也起到重要作用，虽然人们对其发挥作用的机制尚不清楚。本文列举家族中几个有功能报道的TMEM成员，对其主要功能进行综述，以期对家族中其他成员的功能或机制研究有所提示。

1TMEM9B

1.1生物学背景对TMEM9B进行生物信息学分析发现，该基因定位于11p15.3，等电点为8.35[2]，结构中含两个跨膜螺旋，在第33位氨基酸处有信号肽切割位点，成熟状态的蛋白质分子量为19KD，为糖基化蛋白[3]，主要定位于溶酶体膜，在免疫细胞、胎盘及全血中高表达。

1.2对NF-κB通路的影响研究表明TMEM9B在激活NF-κB的过程中具有明显的剂量依赖性，呈正相关，TMEM9B过表达能明显降低细胞内IκB(Inhibitor κB)蛋白含量，促进NF-κB入核，引起293T、HeLa细胞凋亡[2]。表明TMEM9B是活化NF-κB通路同时引起细胞凋亡的基因，但其引发凋亡的机制尚不明确。对NF-κB通路的相关信号转导机制深入研究，有助于进一步了解疾病发生的分子机制[4]。TMEM9B也是TNF激活MAPK通路的重要分子[3]，MAPK途径中诱导细胞凋亡的过程中发挥了重要作用，进一步说明TMEM9B与凋亡相关或具有调控炎症信号通路活性的作用。因此，TMEM9B也有望成为疾病治疗过程中药物作用的潜在靶点。

此外，TMEM9B除了可以激活NF-κB通路外，对衰老有一定的促进作用，其研究结果表明沉默TMEM9B后能绕开成纤维细胞衰老[5]，但对其作用机制仍不明确。

2TMEM16

2.1分类及背景研究对TMEM16的研究开展较早，功能报道较多。研究者更习惯称TMEM16为Anocta min。哺乳类动物Anocta min家族包括10个成员，不同物种之间序列高度保守，并推测具有类似的拓扑结构。Ano1与其他9个成员共同组成Anocta min家族，所有Anocta min蛋白结构类似，推测含有8个呈高度保守的跨膜结构域，包含胞质侧氨基末端和羧基末端。TMEM16A(Ano1)和TMEM16B(Ano2)的表达类似，对TMEM16A的研究更集中，对该家族其他成员的作用尚不清楚。TMEM16A基因定位于人类染色体11q13的CCND1-EMS1，含26个外显子，编码产物是由986个氨基酸组成具有8个跨膜区的膜蛋白，分子量为114 kD[6,7]。

2.2与钙离子激活氯通道及肿瘤相关人们对Anocta min家族的生物信息学背景早已了解，但直到2008年，才发现TMEM16A能够编码钙离子激活氯通道(Calcium-activated chloride channels，CaCCs)[8-11]。迄今，只证实TMEM16A和TMEM16B能够产生Ca2+激活的Cl-电流[8-13]，从家族成员跨膜结构域高度保守的角度推测其他Anocta min也可能作为Cl-通道起作用。TMEM16A在CaCCs广泛存在的多种上皮组织都有表达，尤其是气管上皮组织[8,9,14,15]。Rock等[16,17]研究发现TMEM16A敲除小鼠气管软骨环的形成发生改变，导致小鼠出生后不久便会死于气管塌陷引起的窒息。还发现TMEM16A敲除的小鼠Ca2+依赖的Cl-分泌明显减少，并且在气道积聚了大量黏液。证实了TMEM16A的本质是钙离子激活氯通道。

此外，TMEM16A的另外一个重要特征是其在多种肿瘤组织存在过表达。临床上经常提到与肿瘤相关的DOG-1(Discovered on gastrointestinal stromal tumors protein 1)、ORAOV2(Oral cancer overexpre-ssed protein 2)以及TAOS-2(Tumor-amplified and overexpressed sequence 2)本质上就是TMEM16A，在多种肿瘤组织尤其是胃肠道肿瘤高表达[18]。由于CaCCs在细胞增殖、迁移以及癌细胞对凋亡刺激耐受性等方面发挥重要作用，因此TMEM 16A可能成为肿瘤治疗的潜在靶点。但也有文献指出TMEM16A过表达可能源于包含该基因的染色体区域的扩增效应，该染色体区域也包含了许多其他与肿瘤细胞存活、增殖及侵袭相关的基因[19-21]。

TMEM16B表达于光感受器和嗅感觉神经元。在光感受器中，TMEM16B存在于突触膜上，可能介导突触排出。在嗅感觉神经元中，它表达于嗅纤毛并类似于经典的嗅觉CaCCs，参与大多数气味诱导的去极化电流生成[22]。但迄今对其具体作用鲜有深入研究报道。

3TMEM74

3.1生物学背景TMEM74的cDNA是从人类食道cDNA图谱中发现，定位于8q23.2，由2 087 bp组成，ATG起始密码子周围序列遵循Kozak序列规则[23]。序列中包含两个外显子和一个内含子，编码由305个氨基酸组成的蛋白质，分子量为33.33 kD，等电点为4.87。亚细胞定位分析TMEM74被证实定位于溶酶体和自噬小体上。数据库资料分析显示，TMEM74基因在人、猕猴、牛、褐家鼠、小家鼠高度保守，与已知的基因或蛋白无明显同源性[24]。

3.2与HeLa细胞自噬相关在HeLa细胞中，TMEM74过表达会引起吞噬小泡广泛形成，并且提高丹酰戊二胺(MDC)、GFP转染组微管相关蛋白(GFP-LC3)的点分布以及上调内生LC3-Ⅱ的水平[24]。MDC印记以及LC3表达水平，均是反映细胞自噬作用强弱的常用指标[25,26]。进一步研究使用可以阻断自噬作用的渥曼青霉素(磷脂酰肌醇3-激酶抑制剂)，能够完全抑制TMEM74过表达所造成的自噬作用[24]。此外，在通过siRNA技术建立TMEM74敲除模型中，饥饿介导的自噬作用基本被消除[24]。自噬存在于机体多种病理生理过程中，但其发挥的具体作用尚未完全阐明，值得研究者关注。

4TMEM132

4.1分类及相关背景TMEM132家族已发现共有5个成员，分别是TMEM132A、B、C、D、E。在分析TMEM 132E与恐慌症关系时，追踪到染色体17q11.2-q12区带，该区域包括TMEM132E的基因编码区[27]，TMEM132A(又称HSPA5-binding protein1)和TMEM132E均属单次跨膜糖蛋白，但迄今对家族中其他成员鲜有报道。

4.2与神经精神系统相关TMEM132A编码产物可能和大脑在胚胎期以及出生后的发育有关，此外也与压力相关基因被调整后的神经细胞存活有相关性[28]。TMEM132D的编码产物与神经细胞间的相互连接和信号传导有关[29]。另有一项研究表明TMEM132D在神经细胞中的表达产物与肌动蛋白存在同一区域[30]。在TMEM132E上游和下游分别发现了与惊恐性障碍(PD)和躁郁症相关的单核苷酸序列，推测TMEM132E可能提高PD等精神疾病的发病风险[27,31]。该家族成员与神经精神系统关联性较大，而免疫功能又与神经精神因素密切相关，可以将此作为深入研究的切入点，但对该家族其他成员的功能还未被报道。

5TMEM176A和TMEM176B

5.1相关背景TMEM176A和TMEM176B(又称LR8,Torid,Clast1)属于MS4A家族[32，33]。TMEM176A和TMEM176B定位第7号染色体(鼠源性定位第6号染色体)[33]。TMEM176A最早是在肝癌抗原中被发现，Tmem176A(鼠源性用Tmem表示，人源性用TMEM表示)在蛋白尿小鼠肾组织中高表达[34]。TMEM176B表达广泛，TMEM176B则最早在肺成纤维细胞中被发现[35]，但在同种异体移植小鼠模型的抗原递呈细胞中表达上调[33]。

5.2与移植免疫及肿瘤免疫相关对TMEM176A和TMEM176B的文献报道主要集中在移植和肿瘤方面，TMEM176A在HCV感染复发的移植肝中检测到其表达升高[36]。在小鼠实验中，Tmem176BmRNA表达水平与移植器官的耐受高度关联[37]。Maeda等[38]人的实验结果发现Tmem176B在同种异体移植出现移植物耐受的小鼠体内发现了该基因过表达，提示TMEM176A和TMEM176B与移植免疫相关，其过表达可能会抑制移植术后免疫排斥。除此还有文献指出，Tmem176B基因敲除小鼠由于小脑颗粒细胞缺陷更易产生不定时发作的共济失调。

Tmem176A与Tmem176B蛋白结构类似，均对树突细胞成熟有抑制作用[39]，推测可能会抑制机体抗肿瘤免疫。TMEM176A和TMEM176B在人类多种组织之间的表达存在明显差异，两者共同定位在细胞质膜和胞内囊泡的膜上，进一步证实二者的表达水平与多种肿瘤组织存在显著关联，并提出TMEM176A与TMEM176B蛋白的比例有望成为淋巴瘤、黑色素瘤、乳腺肿瘤和肝脏肿瘤的生物学标志物[40]。TMEM176A表达在肝脏恶性肿瘤，目前尚无进一步研究[41]，TMEM176B与人类非小细胞肺癌相关[42]；TMEM176A和TMEM176B的不正常CpG岛甲基化还与乳腺肿瘤相关[43]；在肝肿瘤组织中，TMEM176B的5′端和3′的转录水平均有明显降低[44]。二者机体抗肿瘤免疫中起的作用还需进一步深入研究。

6讨论及展望

人类基因组计划的目的是解码生命、了解生命起源、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制，为疾病的诊治提供科学依据。因此深入研究序列已知功能未知基因对基因诊断、基因治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因识别等意义重大。

现在研究局限于针对TMEM系列个别蛋白的功能，并且在功能研究中，对引发该功能的机制多数仍尚不明确。因此，扩大对TMEM家族的研究范围或者深入对其作用机制、研究可以作为下一步的研究方向。

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[收稿2015-01-20]

(编辑许四平)

通讯作者及指导教师：李芳(1958年-)，女，教授，博士生导师，主要从事细胞因子以及新基因功能研究，E-mail：lifang16@hotmail.com。

作者简介：魏晶(1979年-)，女，博士，讲师，主要从事功能基因组学相关研究，E-mail：weijingdl@126.com。

中图分类号R392.1

文献标志码A

文章编号1000-484X(2016)01-0127-04

doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2016.01.030