GPI锚定蛋白的研究进展

潘红燕

（浙江大学医学院附属第二医院 浙江 杭州 310008）

糖基化磷脂酰肌醇锚定蛋白(glycosylphosphatidylinositol-anchored protein，GPI-APs)是一类通过其羧基末端的GPI结构锚定于细胞膜表面而不跨越其磷脂双层结构的蛋白。[1]在脊椎动物，真核生物，植物，软体动物，昆虫，血吸虫病，真菌和原生动物中发现了大量的GPI-AP[2]。目前，GPIAP主要用于细胞生物学，分子生物学及相关疾病的研究。例如，IL-12基因与GPI信号肽序列的融合为初步制备肾癌疫苗奠定了基础[3]；B7-1和GPI-AP的剪接和相关细胞的融合可以促进T细胞的活化。从而介导肿瘤细胞凋亡以达到治疗目的[4]。GPI-APs还可锚定CD等细胞因子，促进T细胞活化，从而介导抗肿瘤[5]。

1.GPI-APs的分子结构

GPI锚定蛋白的基因位于第19号染色体，基因跨度大于40kbp，包括18个内含子，17个外显子[6],全长蛋白约56kD，是一个与多种疾病相关的多功能蛋白。GPI-APs广泛分布于各类生物体内，它含有大约20个氨基酸的组成的特殊C末端序列，该序列即为膜钩连接的标志，从而能将蛋白质锚定于细胞膜表面，但不跨越膜结构，从而不干涉细胞内信号传递[7]。研究认为[8]，GPI-APs和其他脂化蛋白是与脂质相关联的，这些蛋白质大部分分布于细胞膜的脂筏上，可看作是膜相关的含脂双层脂筏域的蛋白质。因此，这些蛋白可通过质膜的流动性而定位于细胞的不同位置上，从而进一步发挥其锚定蛋白本身的作用。

2.GPI-APs的生物学特点及功能

2.1 GPI-APs可与细胞膜可逆性结合

人体内可水解GPI-APs中肌醇磷酸酯键的只有糖基化磷脂酰肌醇特异性磷脂酶D(glycosylphosphatidy-linositol specific phospholipaseD,GPI-PLD)。目前发现，GPI-PLD基因可在多种组织细胞中表达，肝脏是其主要来源[9]。其可调节水解作用控制锚定蛋白的表达和发挥生理功能。简言之，细胞膜上的GPI-APs可以被GPI-PLD洗脱，并释放出完整的GPI-APs，发挥其作用。GPI蛋白同样可以被去污剂从细胞表面洗脱，而当游离的GPI分子再次与靶细胞或细胞膜共同孵育时，可自动整合至细胞膜表面，并恢复其原有功能[10]。

2.2 GPI-APs参与细胞信号传导

GPI-AP主要参与细胞与细胞，细胞和环境之间的相互作用，如信号转导，膜蛋白转运，细胞粘附和补体调节等。GPI微域(GPI microdomain)是在细胞表面GPI锚点蛋白与鞘脂（包括鞘糖脂和鞘磷脂）、胆固醇、src家族蛋白酪氨酸激酶（protein tyrosine kinase,PTK）、G蛋白和细胞骨架蛋白和少量跨膜蛋白等组成的具有特定结构和功能的质膜微区。GPI锚定的蛋白质与这些组分相互作用以执行细胞内和细胞外信号传导[10]。

2.2.1 介导细胞胞饮作用 GPI-AP具有相对较长的脂肪酸链，可以插入膜的细胞质层，与细胞质层中与信号分子相关的脂肪链相互作用，并诱导微区中细胞外和细胞内分子的重排，使Lck、Fyn等蛋白酪氨酸激酶在膜中重新分布并聚合。聚合的蛋白酪氨酸激酶可以通过彼此的酪氨酸磷酸化活化，进而进一步磷酸化下游分子酪氨酸，触发细胞内信号转导并导致细胞胞饮作用[10]。

2.2.2 介导淋巴细胞活化 研究发现，T淋巴细胞表面的许多蛋白质通过GPI锚定在膜上，这些蛋白质的信号转导导致T淋巴细胞的增殖和细胞因子的产生。当T细胞抗原受体（T cell receptor,TCR）以非共价键结合方式形成的TCR/CD3复合物缺陷时，交联Thy-1和Ly-6的GPI-AP不能就引起T细胞增殖[7]。同样，当GPI-AP有缺陷时，TCR信号传导和CD3的磷酸化水平都显着降低，不能诱导T细胞增殖[11]。可见，GPI-APs是淋巴细胞活化的重要信号分子。

2.3 GPI-APs参与蛋白生物活性的实现

每种免疫细胞都可表达特征性CD分子。研究发现，不少CD分子本身就是GPI-APs，还有些CD分子必须和GPI-APs相互作用才能实现其生物学功能。如，CD14分为膜结合型与游离型两种，其中膜结合CD14就是GPI-CD14，它在巨噬细胞表面起到LDL受体的作用，可以介导巨噬细胞吞噬LDL使其泡沫化[12]。

3.GPI-APs的临床应用

3.1 检测类风湿关节炎（rheumatoid arthritis,RA）

1996年，Kouskoff等[14]在小鼠杂交实验中发现后代小鼠中产生类似RA的多关节炎症。Matsumoto[15]等发现TCR和致病免疫球蛋白识别的抗原是GPI。之后，人类类风湿性关节炎中也发现相同的GPI抗体及高浓度GPI抗原。2006年，Schaller[16]等进一步测定了不同RA患者血清和关节液中的GPI浓度，发现RA患者GPI总浓度较其它关节炎明显升高。2008年，张迎梅等[17]对类风湿关节炎中的GPI浓度再次测定，更加证明了这一现象。

3.2 检测肿瘤

GPI-APs可以作为肿瘤标记物，以完整的GPI-APs形式存在于肿瘤细胞表面，也可以失去锚定形式存在于血清、尿液及分泌物中。GPI-APs与肿瘤细胞增殖、生长和凋亡的相关性甚高，其中包括某些细胞黏附分子（如N-CAM、T-Cadherin等）和/或细胞分化抗原（如CD24、CD48、CD52、CD58、CD66、CD67、CDw75、CD80、CD93、CD106、CDw108、CDwl09、CD157、CD160等）、某些受体（如CD14、CDI6B、CD87、硫酸乙酰肝素类蛋白聚糖glypican家族、GDNFR-α等）及其相关的配体或细胞因子（如GPI-80、ULBPs、RaeI、ephrin-A类等），还有某些酶类（如ADP-核糖基化酶、转酰氨基酶、CD45等）[18]。GPI锚定蛋白与肿瘤的发生发展密切相关，但不同肿瘤涉及到何种GPI-APs的表达以及在肿瘤发展的各个阶段GPI-APs有何变化等问题仍然尚未得到解决。

4.问题与展望

从GPI-APs功能可以看出其可以帮助药物直接作用于细胞而不影响细胞的正常功能，可将药物或有利基因直接与GPI多肽序列基因拼接，导入细胞使其产生药效或表达相关基因产物，从而达到治疗肿瘤、心血管疾病等目的。也可将GPI与肿瘤细胞相关蛋白连接，用于定位肿瘤细胞的发生发展，增强肿瘤细胞的免疫识别和对肿瘤药物的敏感性。GPI锚定不同性质不同作用的蛋白质，能在医学生物学上发挥极大的作用。目前研究大多集中在GPI多肽序列基因与蛋白质基因序列拼接、构建新型GPI-AP基因，进一步将新型GPI-AP基因导入真核微生物或原核微生物进行体外表达，实现GPI-APs蛋白表达、增加药物的敏感性和细胞的免疫识别等是广大研究者所需努力的方向。

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