昆虫甾醇转运蛋白

刘星男，龚银盈，杜馨

（湖北工业大学 生物工程与食品学院，湖北武汉 430068）

1 scavenger receptor class B type I(SR-BI)

1.1 SR-BI的功能

SR-BI是一种脂肪酰化糖蛋白，可在培养细胞的表面聚集成蜂窝状结构域。SR-BI介导HDL胆固醇能够向细胞进行选择性脂质摄取。选择性脂质摄取的机制与受体介导通过包被的凹坑和囊泡的内吞摄取不同，它涉及脂质的有效受体介导的传递，而不是来自HDL的外壳蛋白。在鳞翅目昆虫中，SR-BI在确定血浆HDL胆固醇水平和介导的调节、选择性递送HDL胆固醇到类固醇生成组织中起着重要作用。

1.2 SR-BI的作用机制

SR-BI介导选择性HDL胆固醇摄取，在棉铃虫等鳞翅目昆虫HDL代谢、逆转胆固醇转运和全身胆固醇稳态中起重要作用。SR-B存在于肝脏中，其表达受雌激素、饮食中的胆固醇和脂肪调节，并控制鳞翅目昆虫血浆HDL胆固醇水平和胆汁胆固醇的分泌。SR-BI也在啮齿动物类固醇生成细胞中表达，其作用机制为促进胆固醇摄取并储存或促进类固醇激素的合成，而其在该表达过程中受营养激素调节。

2 氨肽酶N

2.1 氨肽酶N的结构特征

氨肽酶N（APN）在所有鳞翅目昆虫中肠上皮细胞都有丰富的含量，它属于锌依赖性多肽酶家族，具有锌指结构和N连接的糖基化位点，与昆虫中肠的刷状缘膜以糖偶联的磷脂酰肌醇相连。APN属于胞外酶类，是昆虫中肠微绒毛膜的标志酶，偏好水解多肽氨基端的中性氨基酸。氨肽酶N具有相似的结构特征，即都有一个GPI信号序列，一个锌结合的HEXXH基序，含有信号肽序列的N端和含有O-糖基化位点C端，且N端和C端都是疏水端。

2.2 氨肽酶N的分类

目前共搜集到19种鳞翅目昆虫的90个APN基因序列。其中APN1基因为20个，共有10个物种；APN2基因20个，共有10个物种；APN3基因14个，共有11个物种；APN4基因13个，共有10个物种；APN5基因2个，共有2个物种；其他APNs序列为19个，共有11个物种[1]。

2.3 氨肽酶N的作用机制

氨肽酶N的可能作用机制有两种，（1）作为一个更为复杂的能够引起毒蛋白结合和孔形成的蛋白复合体的一部分；（2）毒蛋白在与氨肽酶羧基末端结合以后，新形成的结合体被转移到其他数量较少的蛋白上发挥作用。氨肽酶N主要存在于昆虫的消化道和肠腔中，其主要功能是在消化中切除多肽的末端中性氨基酸残基[2]。若在APN与毒蛋白的作用过程中，阻止APN形成能够引起毒蛋白结合和孔形成蛋白复合体，或阻止毒蛋白与氨肽酶羧基末端结合，使昆虫在消化过程中无法切除多肽的末端中性氨基酸残基，从而导致昆虫正常生长发育受到影响，有效降低昆虫的数量。

3 P-糖蛋白

3.1 P-糖蛋白的分布和功能

在哺乳动物体内存在两种P-糖蛋白：转运P-糖蛋白和第二类不能运输疏水性抗癌药物的糖蛋白。P-糖蛋白由DDR3和多药耐药基因（DR2）编码，其主要分布在肝细胞的胆管小管膜、B细胞、心脏和肌肉中，并在胆固醇代谢过程中具有特殊作用。由于原核生物的P-糖蛋白结构和功能相似，所以在鳞翅目昆虫中P-糖蛋白也在胆甾醇的合成中具有重要作用。

3.2 P-糖蛋白的作用机制

P-糖蛋白在磷脂酰胆碱分泌到胆汁中起着至关重要的作用，并推测它可能是磷脂转运蛋白。P-糖蛋白介导的底物转运存在饱和性，并且对渗透压变化敏感，需要依靠ATP水解释放能量形成底物的浓度梯度，在一定浓度梯度下进行底物的转运[3]。若在P-糖蛋白介导的底物转运过程中，抑制ATP水解释能，从而减小浓度梯度，使渗透压不能满足底物转运所需的最小值，即可阻止鳞翅目昆虫合成胆甾醇，抑制其生长繁殖。

4 微囊蛋白-1和膜联蛋白-2杂合物

4.1 微囊蛋白（Caveolin-1）的功能

微囊是一种烧瓶状的结构，是由细胞质膜上富含胆固醇和鞘脂的微结构域脂筏与微囊蛋白（Caveolin-1）结合后向细胞内凹陷形成的。微囊蛋白是细胞膜上的一种支架蛋白，在几乎所有的细胞中都有分布。微囊蛋白是微囊的重要组成部分，去除微囊蛋白-1基因后生物胚胎成纤维细胞膜上缺乏微囊形成，细胞缺少支架蛋白，使细胞增殖速度明显加快。微囊蛋白-1参与许多细胞生命活动，包括细胞内吞、胆固醇运输、细胞膜组装和信号传导等。

4.2 膜联蛋白-2（Annexin-2）的功能

膜联蛋白-2是一类磷脂结合蛋白，主要位于细胞质、细胞核、高尔基体和内质网中，在细胞中参与胞吐作用、信号传导、钙离子通道的形成、细胞分化和胆固醇运输等膜转运活动。膜联蛋白-2还能够调节细胞膜的运输功能，在上皮细胞中膜联蛋白-2参与蛋白的剪切变种，但其仅存在于高尔基体膜上鞘脂和胆固醇丰富的区域。

4.3 微囊蛋白-1（caveolin-1）和膜联蛋白-2（annexin-2）杂合物的作用机制

微囊蛋白-1和膜联蛋白-2都参与细胞生命活动，并都与胆固醇的运输有关。若去除微囊蛋白-1基因则导致生物胚胎细胞膜上缺乏微囊形成；若去除膜联蛋白-2基因则导致细胞膜转运功能降低，无法形成钙离子通道和进行胞吐作用等。限制微囊蛋白-1和膜联蛋白-2基因表达时，将抑制细胞的胞吞胞吐、细胞膜形成和胆固醇运输，而细胞增殖速度加快，使昆虫无法正常生长发育，从而抑制鳞翅目昆虫的生长繁殖。

5 ABC转运蛋白家族

5.1 ABC转运蛋白的结构

ABC转运蛋白的核心结构通常由4个结构域组成，包括2个高度疏水的跨膜结构域（Transmembrane Domain，TMD）和2个核苷酸结合域（Nucleotide-Binding domain，NBD）。其跨膜结构域主要参与底物的识别过程和底物分子的跨膜运输，为实现底物分子的跨膜运输，每一个跨膜结构域都会形成一个跨膜通道。核苷酸结合域位于细胞质，主要功能是结合和水解ATP。还有一些具有膜外结合蛋白的ABC转运蛋白，其作用是识别底物并呈送给跨膜结构域，使跨膜结构域进行底物的识别和相关底物分子的跨膜运输。

5.2 ABC转运蛋白的作用机制

所有生物的ABC转运蛋白具有结构的相似性，2个核苷酸结合域具有高度保守性，由于这两种性质原核和真核生物中的ABC转运蛋白的作用机制相近。ABC转运蛋白的整个转运过程分为外向运输和内向运输：对于外向运输ABC转运蛋白，是从细胞内侧底物与ABC转运蛋白跨膜结构域的结合开始的；而内向运输ABC转运蛋白的过程较为复杂，首先形成外周蛋白和底物的复合体，然后与ABC转运蛋白相互作用，进而把底物传递给它的跨膜结构域部分。切断细胞内侧底物与ABC转运蛋白TMD区的结合，或阻止底物与外周蛋白形成复合体，使底物无法与ABC转运蛋白作用，进而不能将底物传递给跨膜结构域，可以有效阻止昆虫合成胆甾醇，从而影响昆虫正常生长、变态发育及繁殖。

6 高密度和低密度脂蛋白

6.1 高密度脂蛋白（HDL）的功能

高密度脂蛋白（HDL）和逆向转运胆固醇有关。胆固醇和磷脂流出细胞与多种载脂蛋白有关，其过程是在载脂蛋白AI、载脂蛋白AII、载脂蛋白AIV以及载脂蛋白E作用下产生的，去掉载脂蛋白AI结合脂质的C羧基末端能够明显降低游离胆固醇和磷脂的逸出。高密度脂蛋白作为细胞内胆固醇外流的重要的脂蛋白受体，还能够促进肝内新合成的胆固醇外流，防止细胞内出现过量的胆固醇从而维持细胞内胆固醇代谢稳定。

6.2 低密度脂蛋白（LDL）的功能

在正常血液中胆固醇与蛋白质结合以低密度脂蛋白的形式运输，当细胞需要利用胆固醇合成质膜时，细胞制造出低密度受体蛋白，由低密度受体蛋白分离出胆固醇，并把它安装到质膜上。低密度脂蛋白还与胆固醇脂的水解和蛋白质的降解有关，其与细胞表面受体结合后与溶酶体融合，将胆固醇脂水解为游离胆固醇和脂肪酸，蛋白质降解为氨基酸。

6.3 高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的作用机制

抑制高密度脂蛋白的合成，从而减少细胞内胆固醇的外流，使细胞内聚集过量的胆固醇，影响细胞的正常代谢，可导致昆虫无法完成新陈代谢致死；而抑制高密度脂蛋白的合成减少胆固醇外流，使血液中胆固醇含量降低，无法与蛋白质正常结合形成低密度脂蛋白，导致质膜无法形成，可使昆虫细胞变异致死；抑制低密度脂蛋白的合成，使低密度脂蛋白含量过低，与溶酶体结合后无法将胆固醇酯水解为足够的游离胆固醇和脂肪酸，不能满足昆虫正常生长繁殖所需的胆固醇，使昆虫无法正常生长发育致死。

7 类固醇急性调节蛋白（StAR）

7.1 StAR的生物学特性

StAR蛋白组中有三种激素可诱导的线粒体蛋白的形式，分别为37ku、32ku、30ku，而根据胰酶肽谱显示30ku蛋白质的前体是37ku。在细胞浆中新合成的StAR蛋白是37ku，经过短暂的半衰期进入线粒体中，进而转变成30ku的成熟蛋白。

7.2 StAR的作用机制

类固醇合成急性调节蛋白在胆固醇从线粒体膜外转移到膜内的过程中起着重要作用，在类固醇合成组织中，StAR主要起介导和调节的作用。StAR介导类固醇的底物胆固醇，使之转移到线粒体膜内，然后在细胞色素P450侧链裂解酶的作用下，胆固醇转化为孕烯醇酮，StAR在此过程中起调节作用。若在线粒体外膜上的StAR蛋白被去掉的同时阻断胆固醇向线粒体内膜的转移，可使StAR蛋白进入线粒体后被修饰成较为成熟的蛋白。若阻断StAR在线粒体膜外向膜内的转移，使胆固醇无法转移到线粒体膜内，从而可阻止昆虫线粒体正常形成及作用。

8 甾醇转运蛋白

8.1 甾醇转运蛋白的作用

甾醇转运蛋白在胆固醇运输中起重要作用，胆固醇在细胞内的运输，可分为蛋白质介导和泡囊转运两种方式，其中，蛋白质介导的转运是通过SCP家族蛋白完成的，SCP蛋白介导的运输速度比泡囊的运输速度要快得多。胆固醇运出细胞的方式分为内源性和外源性两种，内源性胆固醇运出细胞既可以通过SCP蛋白介导转运，也可以通过泡囊转运，而外源性胆固醇运出细胞只能通过SCP蛋白介导。

8.2 SCP-2蛋白的功能

甾醇载体蛋白-2(Sterol Carrier Protein-2，SCP-2)是一种非特异性脂质转运载体蛋白,广泛存在于脊椎动物和无脊椎动物细胞内，主要参与细胞内脂质的运输、脂肪酸代谢以及氧化物酶体β-氧化等过程。

8.3 SCP-2蛋白的作用机制

SCP-2有2个底物结合位点，这2个底物结合位点都可以结合脂肪酸和脂酰辅酶A，但胆固醇是疏水性分子，在细胞内的运输需要依靠相应的胆固醇转运蛋白，只有其中的1个位点可以与胆固醇结合。在无脊椎动物中，埃及伊蚊和棉铃虫SCP-2蛋白对于胆固醇的亲和力远大于脂肪酸和脂酰辅酶A。

9 结语

胆固醇是昆虫蜕皮激素生物合成的前体，也是细胞膜的主要组成部分。昆虫不能自主合成生长发育繁殖所必需的胆固醇，因此必须从食物中吸收胆固醇以维持其正常生长、变态发育以及繁殖过程。抑制参与胆固醇转运的相关蛋白的功能，阻断或抑制基因的表达，阻断植物甾醇获取途径将有效抑制棉铃虫等鳞翅目昆虫的生长。