红细胞膜带3蛋白的研究进展*

李葵花，严 鹏，谢利德

（承德医学院，河北承德 067000）

红细胞膜带3蛋白的研究进展*

李葵花，严 鹏，谢利德△

（承德医学院，河北承德 067000）

红细胞；膜蛋白；带3蛋白

正常红细胞呈双凹圆盘状，形态柔顺，在循环血流中能抵抗血管和脏器壁的切应力而不致碎裂，能把氧气运输给组织的各部位，再从各部位运送出代谢产物二氧化碳，是机体不可缺少的“运输队”。红细胞特有的柔韧性和变形性源自本身的膜结构和细胞骨架支撑，根据膜蛋白在红细胞超微结构上功能的不同，膜蛋白分为骨架蛋白、整合蛋白和锚定蛋白。带3蛋白是整合蛋白的代表性蛋白，对红细胞结构的稳定性和生理功能的正常发挥起着至关重要的作用。

1 带3蛋白的结构与功能

带3蛋白又称人阴离子交换蛋白1（Anion Exchanger 1，AE1），是存在于红细胞膜上的一种内在性蛋白质，约占红细胞膜蛋白含量的25%。带3蛋白有单体、二聚体、四聚体三种形式，只有二聚体才有离子转运功能。带3蛋白由跨膜段和胞浆段两部分组成，跨膜段贯穿红细胞膜脂质双分子层14次可形成阴离子通道，介导阴离子C1-/ HC03-转运，在组织CO2运输和肺CO2排出过程中发挥重要作用。胞浆段具有膜骨架蛋白、血红蛋白、糖酵解酶、过氧化氢酶、酪氨酸磷酸化酶等的结合位点，起着将膜与膜骨架、细胞内环境相联系的重要作用，从而调节红细胞的变形能力、糖酵解速率、携氧和免疫清除功能。

2 带3蛋白与红细胞其它蛋白的交互作用

带3蛋白作为红细胞膜蛋白中重要的跨膜蛋白，与红细胞的锚蛋白、带4.2蛋白、血红蛋白等有重要的交互作用，在红细胞正常形态和功能的维持中起着重要作用。

2.1 锚蛋白 锚蛋白是膜骨架和膜脂双层之间的主要连接分子，由N末端、C末端及中间片段三个部分形成的球状结构，中间片段中特定的结合肽段通过与带3蛋白及收缩蛋白的结合，将膜骨架固定在膜脂双层上。正常的红细胞是通过收缩蛋白-锚蛋白-带3蛋白形成垂直相互作用的三维膜骨架结构，这种结构对于维持膜脂双层的稳定性具有重要作用。锚蛋白缺陷转基因小鼠的红细胞由于缺乏这种结构，其膜脂经常以脂质小泡的形式脱落，导致细胞膜表面积的减少而形成球形，使红细胞变形性下降［1］。锚蛋白与带3蛋白及收缩蛋白的结合受磷酸化作用的调节，去磷酸化的锚蛋白很容易与收缩蛋白四聚体和带3蛋白相结合，磷酸化后的锚蛋白则可解除与收缩蛋白四聚体的结合，同时，与带3蛋白的结合能力也相应减弱，破坏以锚蛋白为中介的细胞骨架网络的形成，致使红细胞容易发生破裂溶血［2］。锚蛋白对维持带3蛋白单体、二聚体和四聚体之间的动态平衡非常关键。红细胞膜在去除锚蛋白的过程中，带3蛋白寡聚体逐渐变成二聚体，最后变成单体，但再加入过量的锚蛋白后，带3蛋白几乎都变成了四聚体。锚蛋白在带3蛋白四聚体形成过程中是必不可少的条件，但在维持带3蛋白三种形式转换的机理尚不明确。有人在组装的脂质小泡中发现，在无其它膜蛋白参与的情况下，锚蛋白能独立影响带3蛋白的运动特性，使其翻转和侧向运动能力下降。在正常人红细胞中带3蛋白的侧向运动和翻转运动是受到严格限制的，大约有40 %的带3蛋白分子和锚蛋白高亲和力结合而不能运动，这对于维持红细胞膜的稳定性和调控红细胞的代谢更新具有重要的意义［3］。

2.2 带4.2蛋白 带4.2蛋白是一种球状蛋白质，与带3蛋白、锚蛋白形成的锚定复合物对红细胞膜骨架六边型网状结构与细胞膜的连接有稳定作用［4］。带4.2蛋白的缺失，减弱了肌动蛋白与带3蛋白的结合能力，进而影响到以肌动蛋白构成红细胞膜骨架蛋白为主的二维网状结构的功能。另外，带4.2蛋白缺失的同时，引起CD47分子的大量缺失，红细胞会迅速被各个脏器的巨噬细胞吞噬，特别是肾脏的巨噬细胞吞噬清除，降低了红细胞膜的寿命［5］。

2.3 带4.1蛋白 带4.1蛋白是由两个亚基组成的球形蛋白，它在膜骨架中通过同血影蛋白结合，促使血影蛋白同肌动蛋白结合。血影蛋白四聚体-带4.1蛋白二聚体-肌动蛋白寡聚体复合物以锚蛋白、带4.1为桥梁，与主要由带3-血型糖蛋白组成的膜内复合体相连接。随着，带4.1蛋白与带3蛋白的分离，带3蛋白与锚蛋白的相互作用增强，使细胞膜的变形性下降。此外，膜氧化可导致膜收缩蛋白、带3蛋白数量减少，与其它蛋白或自身交联及构型改变，减弱收缩蛋白结合带4.1蛋白的能力，从而降低结合肌动蛋白的能力，使膜分子结构改变，导致膜流动性改变，红细胞对切应力的应答能力丧失。

2.4 血红蛋白 由于成熟红细胞内没有细胞核和内膜系统，因此，红细胞内的蛋白主要分为膜蛋白、膜骨架及胞浆蛋白。胞浆蛋白中血红蛋白（Hemoglobin，Hb）占红细胞干重的35%。研究发现［6］，带3蛋白主要和脱氧Hb结合，结合点位于脱氧Hb表面由两条β链构成的“小穴”中。如果将Hb氧化或将其β链交联，带3蛋白就不能与其结合。Hb与氧的结合状态能够调节Hb与带3蛋白之间的相互作用，脱氧Hb可以与糖酵解酶竞争性结合带3蛋白的结合位点，比氧合Hb与带3蛋白的亲和强，进而改变带3蛋白的结构，使其阴离子通道的通透性增强，从而增快O2和CO2的气体交换。此外，Hb与带3蛋白的结合很可能参与了信号分子NO的定向传递。生理条件下，NO通过扩散的方式进入红细胞与Hb结合，然后Hb与带3蛋白结合，NO因此被传递到带3蛋白上，最后通过带3蛋白将NO转运到红细胞外［7］。

3 带3蛋白改变引起红细胞功能异常的分子机制

有关带3蛋白与某些遗传性疾病，如遗传性球形红细胞症已有许多文献报道。近年来，研究发现染毒、肿瘤、高血压及运动性贫血患者红细胞带3蛋白也发生变化。带3蛋白在三个方面的改变可能是引起这些患者红细胞功能异常疾病的分子机制。

3.1 蛋白含量的改变 各种疾病所致的红细胞形态及功能的改变常伴随着带3蛋白含量的变化。不同离子染毒均有导致红细胞棘形的可能，镉离子能诱发红细胞产生大量的H2O2，导致带3蛋白的自由基损伤，其蛋白表达明显减少，但砷离子和碘离子引起红细胞带3蛋白的表达增强［8-9］。常文露等［13］对中老年人生理状况的分析发现，随着收缩压的升高带3蛋白水平下降，其原因可能为原发性高血压、各种继发性高血压患者均存在氧化应激增强，与此同时，体内抗氧化酶含量降低且活性下降，血液中抗氧化维生素如A、C和E水平下降，机体的氧化程度超出抗氧化能力，使脂质过氧化反应增强，红细胞膜受自由基攻击更容易发生氧化损伤，红细胞带3蛋白成为攻击的靶点，蛋白易发生交联、降解。与青年人比较，老年患者带3蛋白含量显著降低，提示了带3蛋白还可能与年龄有关［14］。运动强度及运动时间的不同对红细胞带3蛋白的影响也存在较大的差异［15］。一次急性力竭运动会引起红细胞膜带3蛋白含量的减少， 大鼠红细胞变形能力降低；长期的中等体力活动，带3 蛋白水平明显高于轻体力活动水平；长期大强度运动训练，则使带3蛋白含量降低，产生适应性构象变化累积，直接影响红细胞寿命，表现为运动性贫血。说明随着体力活动的增加，红细胞膜带3蛋白水平升高，但体力活动的强度增大到一定程度，红细胞的带3蛋白水平降低，因此，控制活动的强度对上调红细胞带3蛋白水平，进而增加红细胞变形能力是非常关键的因素［16］。

3.2 带3蛋白功能的改变 最新的研究结果表明［10-12］，带3蛋白可能参与细胞增殖和凋亡过程。以Cl-荧光探针6-甲基-3-磺丙基-1-喹啉-水化合物测定发现，恶性肿瘤患者红细胞带3蛋白的阴离子转运活性明显增强，Western blot检测其带3蛋白表达增强。放疗后，肿瘤患者红细胞膜带3蛋白的离子转运活性及蛋白表达减弱，而转染带3蛋白膜段结构域cDNA至K562细胞后，对K562细胞生长有一定促进作用。

3.3 带3蛋白在红细胞膜上的分布改变 低剂量亚砷酸钠染毒后大鼠红细胞衰亡率增加，红细胞形态发生变化，细胞表面出现微小突起或明显棘突。免疫荧光检测结果显示，在砷暴露大鼠红细胞膜上，带3蛋白和CD35呈现簇集性增加［8］。用于血管造影的碘离子造影剂体外作用红细胞后，其形态与砷染毒后的红细胞类似，也向棘形红细胞发展，带3蛋白的分布发生了明显变化，由正常形态下的球形、对称、中心分布转变为矩形分布，并且从细胞膜的内侧向细胞膜外存在外翻运动，在棘形红细胞的突起部分呈局部性增强分布状态。

4 结语

综上所述，带3蛋白与红细胞的锚蛋白、带4.2蛋白、血红蛋白等有重要的交互作用。当机体生理状态发生改变时，带3 蛋白离子转运活性、蛋白水平及在红细胞膜上的分布会发生相应的变化。因此，有必要对红细胞带3蛋白进行更深入及广泛的研究，为生理与健康状况的评价提供了重要的科学依据。

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1004-6879（2016）03-0239-03

* 河北省高等学校科学技术研究重点项目（ZH2011123），河北省高等学校科学技术研究项目（QN20131033）

（2015-05-28）