曾媛媛 魏丽
[摘要] 酪氨酸3-加单氧酶/色氨酸5-加单氧酶激活蛋白(14-3-3蛋白)家族是高度保守的可溶性酸性蛋白质。14-3-3蛋白调节着许多重要细胞生命活动,如新陈代谢、细胞周期、细胞生长发育、细胞的存活和凋亡以及基因转录,该蛋白家族异常与疾病的发生密切相关。其中14-3-3β蛋白是重要的亚型之一,引起了相关学者的关注。14-3-3β蛋白已成为一些疾病的临床诊断指标,其作为疾病治疗的靶点也在研究之中。本文主要简述了14-3-3β蛋白在糖脂代谢中发挥的作用及该蛋白与临床疾病的关系。
[关键词] 14-3-3β蛋白;糖代谢;脂代谢;临床疾病
[中图分类号] Q493.4 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210(2016)03(c)-0059-04
[Abstract] Tyrosine-3-monooxy genase/tryptophane-5-monooxy-genase activator protein (14-3-3 proteins) comprise a family of highly conserved acidic protein. 14-3-3 proteins have been shown to contribute to the regulation of such crucial cellular processes as metabolism, signal transduction, cell cycle control, cell growth and differentiation, apotosis, protein trafficking, transcription, stress responses and malignant transformation. It links 14-3-3 to disorders. Among them the 14-3-3 beta protein is one of the important subtypes, and the relevant scholars paid great attention to it. The 14-3-3β test has been used for the diagnosis of priondiseases. 14-3-3 beta protein could be exploited for therapeutic purposes. This paper briefly describes the role of the 14-3-3 beta protein in the glucolipid metabolism and the relationship between the protein and clinical disease.
[Key words] 14-3-3β protein; Glycogen metabolism; Lipid metabolism; Clinical disease
影響糖脂代谢的蛋白数以千计,如谷丙转氨酶、腺苷酸活化蛋白激酶。其中,酪氨酸3-加单氧酶/色氨酸5-加单氧酶激活蛋白(14-3-3β)的研究发现与糖脂代谢有关,影响糖酵解、糖异生、脂肪的合成等[1-2]。并且14-3-3β蛋白参与到临床的多种疾病,与神经系统、生殖系统、内分泌系统等多种系统的疾病都有关联。本文就14-3-3β蛋白关于上述方面的最新研究进展进行综述。
1 14-3-3蛋白的概况
1967年Moore和Perez进行牛脑神经元蛋白电泳时发现了一组可溶性同源/异源二聚体蛋白[3],根据纤维素膜柱层析(DEAE)的片段数目和淀粉凝胶电泳的迁移位置将这一蛋白家族命名为14-3-3。该蛋白是在真核细胞中普遍存在的、高度保守的酸性蛋白家族,分子量在28~33 kD之间。14-3-3蛋白家族在氨基酸序列上是高度保守的,如非洲爪蟾与人类14-3-3蛋白在氨基酸序列上就有84%的同源性[4]。14-3-3 蛋白具有广泛的组织特异性,在脑、肺、肝脏、心脏等几乎所有的组织中均有分布。在淋巴组织,尤其是胸腺和脾脏中表达最高[5]。哺乳动物有7种亚型(β、γ、ε、ζ、η、σ、τ),其中一种亚型即14-3-3β,又称蛋白激酶 C 抑制蛋白1(protein kinase C inhibitor protein 1),是14-3-3 蛋白家族的主要成员,含量最高。
2 14-3-3 β蛋白与糖代谢
2.1 14-3-3β蛋白与糖酵解
Haruhiko等[6]研究指出,在小鼠的肝细胞中,碳水化合物反应元件结合蛋白(carbohydrates response element binding protein,CHREBP)的 N-末端区域(125-135残基)通过与14-3-3蛋白相互作用调节其亚细胞定位,14-3-3蛋白通过与此区域的α螺旋结合,保留CHREBP在胞浆中,并且14-3-3蛋白与CHREBP的结合与输入蛋白α具有竞争作用,所以,14-3-3蛋白是通过影响CHREBP进入胞核来控制其作用的发挥。其中,14-3-3β蛋白是与CHREBP结合的最主要的内源性14-3-3蛋白亚型[7]。
2.2 14-3-3β蛋白与糖异生
胰高血糖素受体(glucagon receptor,GCGR)是一个具有7个跨膜序列的 G 蛋白偶联受体。GCGR主要的生物学作用是与其内源性配体胰高血糖素结合后通过PKA-cAMP途径和 Gq-PLC/Ca两种途径发挥作用[8-9],在肝脏中主要是通过PKA-cAMP途径。研究发现[10],低密度脂蛋白受体(low density lipoprotein receptor,LDLR),14-3-3β蛋白和TMED三个辅助蛋白与GCGR相互作用,在胰高血糖素的刺激下,三个辅助蛋白通过调节cAMP来调节糖异生。LDLR和TMED2通过增加cAMP的累积,增加了胰高血糖素刺激葡萄糖的生成,而14-3-3β蛋白抑制了血糖的生成。并且,LDLR和TMED2刺激了糖异生关键酶葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase)及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCK)基因的表达,14-3-3β蛋白抑制其表达。14-3-3β蛋白通过以上两种方式调节糖异生。这些新的研究提供了一个通过拮抗胰高血糖素来降血糖治疗糖尿病患者的新研究视野。
3 14-3-3β蛋白与脂肪的合成代谢
14-3-3β蛋白和14-3-3γ蛋白是PPARγ的转录调节分子,通过竞争性地与PPARγ的Ser273位点磷酸化来调节糖脂代谢。在Park等[11]的细胞实验中提出,14-3-3β蛋白和14-3-3γ蛋白通过调节PPAR的靶基因固醇调节元件结合蛋白(SREBP-1c)和脂肪酸易位酶(FAT)/CD36来影响肝脏的脂肪合成。14-3-3β蛋白增加了PPARγ的转录活性和靶基因表达水平,从而增加脂肪合成及运输。相反,14-3-3γ蛋白降低了PPARγ的转录活性和靶基因表达水平,在有高浓度的游离脂肪酸时抑制脂肪形成。
Yang等[12]的研究指出,在脂肪细胞中,seipin蛋白在胞质中通过其N和C末端与14-3-3β蛋白结合,在脂肪生成时,14-3-3β蛋白的表达上调,不需要影响关键的脂肪合成转录因子(PPARγ、C/EBPα、C/EBPβ、C/EBPσ和Srebp1c),14-3-3β蛋白的缺失就能引起脂肪生成的减少。在脂肪细胞的发育过程中,丝切蛋白-1(cofilin-1)调节了大量的肌动蛋白细胞骨架的形成。在胰岛素刺激下,14-3-3β蛋白与cofilin-1存在相互作用,在脂肪生成时调节了cofilin-1的定位。所以,在seipin蛋白招募cofilin-1改造肌动蛋白细胞骨架调节脂肪生成的过程中,14-3-3β蛋白的作用是不能低估的。
总之,14-3-3β蛋白在脂代谢的调节中起着重要的作用。因此,可以通过研发作用于14-3-3β蛋白的药物来治疗脂代谢紊乱性疾病,这些新的研究结果为脂代谢紊乱疾病的治疗提供了新思路。
4 14-3-3β蛋白与临床疾病
4.1 14-3-3β蛋白与神经系统疾病
研究发现[13],在不进行抗精神病治疗的情况下,与空白对照组相比,精神分裂症(schizophrenia,SZ)患者14-3-3β蛋白和14-3-3ζ蛋白的免疫反应性有所增加,但是在进行抗精神病干预后,14-3-3β蛋白免疫反应性有明显变化。研究表明了抗精神病的治疗能下调14-3-3β蛋白的表达水平。进一步的分析表明,14-3-3β蛋白和14-3-3ζ蛋白对于SZ具有特异性,但是与自杀行为无关。
又有报道提出[14],在對近亲交配的两种鼠系抗抑郁反应的研究中发现,在进行选择性5-羟色胺再摄取抑制剂(selective serotonin reuptake inhibitor,SSRI)治疗时,14-3-3β蛋白的表达上调。
最近的研究表明[15],14-3-3β蛋白与朊病毒蛋白质的中央疏水区氨基酸的106~126位点和138位点氨基端氨基酸存在相互作用。这种相互作用表明14-3-3β蛋白参与了朊病毒所致疾病的发生与克雅氏病相关。
阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种进行性神经退行性疾病,是老年人群中最常见引起老年痴呆的原因[16-17]。最新研究表明[18],14-3-3β蛋白与其他的一些蛋白共同作用改变AD患者脉络丛细胞中线粒体的功能并参与细胞凋亡的调控,从而发挥重要的生理学功能。
ADAM家族是一类具有去整合域和金属蛋白酶域的跨膜蛋白,广泛参与各种重要的生理过程, 如精卵结合、神经系统发育、成肌细胞融合以及炎性反应等。ADAM22在脑部高度表达, 基因剔除小鼠则出现严重的共济失调。研究表明[19],用酵母双杂合系统筛选到14-3-3β与ADAM22相互作用并具有专一性。ADAM22胞内部分系列缺失实验表明,C端第864~892氨基酸残基是14-3-3β的结合基序,在神经功能和发育中起重要作用。
4.2 14-3-3β蛋白与生殖系统疾病
研究发现[20],14-3-3β蛋白在人类、鼠类睾丸组织中的不同细胞都有表达,包括支持细胞、睾丸间质细胞、血管内皮细胞等。在睾丸组织中,14-3-3β蛋白与波形蛋白相互作用,通过阻止磷酸化波形蛋白的脱磷酸化来稳定已延长的波形蛋白细丝。因此,14-3-3β蛋白在正常精子的形成中是很有必要的。14-3-3β蛋白的功能障碍会引起男性不育。
此研究[20]又提出,在生殖细胞瘤的肿瘤细胞中能检测到14-3-3β蛋白强烈的免疫反应性,在胞核和胞浆中都存在,胞核中含量更高。此现象在支持细胞中也可观察到。在精原细胞瘤中,14-3-3β蛋白主要存在于恶性转化细胞的胞核中。
与正常的睾丸组织比较,14-3-3β蛋白在恶性转化细胞中的表达明显提高。吕德官等[21]的研究发现, 14-3-3β蛋白参与了癌症的发生、增殖、转移以及耐药的调节。并且也有证据表明,在星形胶质细胞瘤、肺癌、卡波肉瘤中,14-3-3β蛋白的表达都会上调[22-24]。有研究提出[25],14-3-3β mRNA在CINⅡ、CINⅢ和宫颈癌中表达明显上调,而在慢性宫颈炎、CINⅠ的表达比较差异无统计学意义。14-3-3β在宫颈癌中高表达,从慢性宫颈炎→CIN→宫颈癌的过程中,14-3-3β发挥了一定的作用,且其表达水平越高,宫颈病变程度也越高,越预后不良。故14-3-3β表达水平变化对宫颈癌的防治和高危患者的早期诊治具有非常重要的意义,有利于临床指导宫颈癌的早期诊断和治疗。又有研究报道[26],小鼠卵母细胞生发泡(GV)期卵母细胞中在mRNA水平上只有14-3-3β和14-3-3ε亚型存在,但14-3-3εmRNA水平显著高于14-3-3β。Tseng等[27]利用凝胶电泳和MALDI-TOF-TOF 实验方法发现胃癌SC-M1细胞中14-3-3β蛋白大量表达,与对照组相比,14-3-3β蛋白在胃癌组织和血清中的表达水平显著上升,与淋巴结转移数目、肿瘤大小和患者存活率关系紧密。Liu等[28]证实14-3-3β蛋白大量表达会明显促进肝肿瘤细胞的生长。其研究显示,14-3-3β蛋白和integrinβ1 共同大量表达会加强瘤细胞的迁移能力,增大细胞黏附性,加速瘤细胞的发展,缩短恶性肝肿瘤患者的存活期。这些都说明了14-3-3β蛋白潜在的致癌性,与肿瘤的诱导及恶化紧密相关,应该引起高度重视,深入研究14-3-3β蛋白与肿瘤的关系将为肿瘤诊疗提供新的思路。
4.3 14-3-3β蛋白與内分泌系统疾病
Zhang等[29]的研究发现通过曼-惠特尼U检验去分别检测在低、高骨密度组的不同蛋白表达水平,在绝经后妇女的低骨密度组发现了14-3-3β蛋白的表达下调。
5 总结与展望
14-3-3β蛋白通过蛋白质组学途径被确认与许多蛋白质相关联,在分子靶向治疗上可作为一个有用的标志物[30]。这些在T2DM中新确认的蛋白质能够为肝细胞脂肪变性的病理生理学研究及胰岛素抵抗提供新的视野。
综上所述,近几年来,众多研究者对14-3-3β蛋白的数千种体内外试验都能够证实其与糖脂代谢及多种疾病存在着一定的联系。随着新技术、新方法的出现,目前14-3-3β蛋白在临床疾病的发生、发展等方面的研究已经取得了巨大进展,但它们之间的具体机制尚需进一步明确。相信通过对14-3-3β 蛋白的研究可以更好地了解细胞的各种信号转导途径以及它们之间的相互作用,从而更好地阐明细胞的各种生命活动,为疾病治疗提供更多的理论基础。这方面的工作将会是目前和今后相当一段时期的热点,深入认识14-3-3β蛋白有望为疾病的早发现、早诊断和早治疗开辟新的途径。
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(收稿日期:2015-12-24 本文编辑:赵鲁枫)