Prokineticin及其受体在生殖系统中作用研究进展

刘宇宁，余 薇，查文良

(湖北科技学院 1. 临床医学院, 2. 基础医学院，3. 药学院， 湖北 咸宁 437100)

1999年 Mollay C等从蟾蜍的皮肤分泌物中发现了一种分子量为8 ku的蛋白质并命名为 Bv8( Bombina variegate molecular mass-8 ku)[1]。对其结构分析发现Bv8是前动力蛋白(Prokineticin，PK)的一种表型，随后在一些哺乳类动物(鼠、猴、人等)体内都发现了Bv8的同源蛋白，分别命名为前动力蛋白1 (Prokineticin 1，PK1)和前动力蛋白2 ( Prokineticin 2，PK2或Bv8)。PK是一种小分子信号肽，自被发现以来逐渐成为研究的热门，许多科研工作者都着手尝试解析PK及前动力蛋白受体( Prokineticin receptor，PKR)在人体内的作用及其作用机制，以期通过PK及PKR来调控疾病发生发展。研究发现，PK及PKR在中枢系统中持续诱导新的中间神经元从脑室下区延伸至嗅球，以此调节嗅球的生长发育，同时PK与离散脑区的发育、机体痛觉过敏和动物摄食行为等具有密切联系，甚至可以保护受脑缺血影响的神经元[2-3]；在心血管系统中可以促进心脏细胞的增殖和存活，改善病变后的心脏功能和预后[4]；同时PK对血管的再生也有一定的调控作用，PKR在不同的内皮细胞中有着不同的表达，可以促进STAT3活性和STAT3下游血管生成与促增殖/存活基因的表达，进而调控肿瘤细胞的生长[5]；同时，机体发生病理改变后，PK能干涉机体的炎症反应与应激反应，在炎性粒细胞和巨噬细胞中表达增加，刺激单核细胞的迁移，引发炎性疼痛并且驱动外周致敏，进而调控局部炎症反应[5-7]。

近年来，越来越多的研究表明，PK及其受体(PKR)在卵巢、子宫、胎盘、睾丸的生理功能中扮演着重要角色[8]。本文就PK及其受体在生殖系统的研究展开综述。

1 PK的生理结构

PK1和 PK2的编码基因位于人类1号染色体短臂和3号染色体短臂上，仅有45%的氨基酸序列相同，但在序列末端有着相同的六肽序列氨基酸，此序列可影响PK的生物活性。PK1又称内分泌腺源性血管内皮生长因子(endocrine gland-derived vascular endothelial growth factor，EG-VEGF)，其编码基因位于染色体1P21.1上，由3个外显子组成，迄今为止，还没有关于替代剪接所产生的产品的报告。相反，位于染色体3P13.3上的PK2基因有4个外显子，由两个蛋白质交替剪接而产生。PK编码基因经翻译后形成了两种大约含有80个残基的分泌蛋白，两种蛋白间除了具有5个相同的二硫键母基外，保守的N-末端延伸和C-末端结构域也十分相似，经过诱变和蛋白酶消化实验证明这些结构对PK的生物活性具有关键意义[9]。

2 PK在生殖系统中的作用

由于血管生成对雌性黄体和胎盘的正常发育和功能具有重要的影响，而PK又在血管生成的过程中发挥了关键作用，因此许多研究者着手研究PK在生殖器官中的潜在作用。编码PK的基因在生殖系统中高表达已被证实，主要是集中分布在哺乳动物的睾丸、卵巢、胎盘与子宫等器官中[8]。PK1和PK2在不同组织中的表达量有所不同，但都发挥了特定的生理作用，调控机体生殖器官的生长发育及发挥正常的生理功能。同时，PKR作为PK的受体，因其选择性不同而在各种生殖器官中的表达量存在差异，因PK和PKR有多种结合方式，其不同的组合方式将会产生特异的功能性质。

2.1 PK 1在生殖系统中的作用PK1也被称为曼巴肠毒素1或EG-VEGF，早期研究发现其结构与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)家族不同，但在特定的细胞与组织内却有着与VEGF相似的生物学活性。随着研究的深入，PK1的结构与功能越发清晰，不但确定其归属于分泌蛋白家族，同时发现PK1在机体诸多系统中皆有所作用。

PK1在男性生殖系统中主要存在于睾丸中，由睾丸间质细胞合成。PK1通过与VEGF-a的结合进而诱导睾丸内皮细胞的增殖、存活与迁移而参与睾丸的血管生成及维持内皮细胞的完整性[10]。在前列腺中PK1也有部分表达，主要是由腺上皮合成，发挥着同样的作用。虽然PK1参与调控睾丸及前列腺血管生成的调节，但在蛋白水平上PK1的表达仅仅在增生和发生癌变的组织中才能大量检测到，提示睾丸肿瘤与前列腺肿瘤的发展与PK1密切相关[11]。

PK1在女性生殖器官中主要分布于卵巢之中，雌激素、孕酮、人绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin，HCG)以及低氧诱导均可刺激PK1的合成，同时PK1的分泌水平会随着卵巢周期的变化而波动，与VEGF相比PK1的表达要强数倍，同样具有着促进血管生成的作用，同时，在子宫内膜容受性、胚胎着床和胎盘形成中具有明显的作用，这些作用在后续研究中发现与多囊卵巢综合征(polycystic ovarian syndrome，PCOS)和卵巢过度刺激综合征(ovarian hyperstimulation syndrome，OHSS)等卵巢疾病发生有关。一旦女性受孕进入妊娠早期时，PK1受到HCG的刺激在胎盘中开始大量表达，血中蛋白浓度最高峰时可达到非孕妇的5倍。PK1在妊娠的前3个月中可以控制绒毛外滋养细胞的迁移和假血管网络的形成而稳定妊娠的发展。随着时间的推延，到了妊娠中期PK1表达逐渐下降，但仍然高于非孕妇的蛋白水平，同时集中的分泌部位转变为合体滋养层。后续研究发现，在妊娠晚期阶段反复注射PK1不仅不会引起宫缩，反而可以稳定子宫防止流产的发生，而反复妊娠丢失(recurrent pregnancy loss，RPL)的女性体内PK1及其受体PKR1、PKR2的多态性和正常女性相比有显著性差异[12]，由此可知，PK1及其受体在女性生殖功能上有着不可或缺的作用，可作为评价RPL风险的新型生物标志物，另可通过改变机体PK1的含量可有效保护女性生殖安全用以稳定正常妊娠，探索PK1/PKR的调控机制有望减少PCOS、OHSS及RPL等疾病的发生。

2.2 PK 2在生殖系统中的作用一直以来在人们的认知中，PK2更多是作为促进肠道收缩的蛋白而存在的，随后发现PK2在生殖系统也有所作用，不仅参与哺乳动物的生殖器官的生长发育，同时对维持动物正常的繁殖生育能力具有重要的调控作用。与PK1在雌性生殖器官大量表达不同，PK2在雌性生殖器官中几乎无法检测到，但最近的研究表明，PK2可能通过下丘脑前阿片皮质激素途径弧形投射到视前内侧核的阿片-促黑素细胞皮质素原神经元上刺激女性产生性冲动从而参与了雌性动物生殖行为的调节[2]。

而在雄性生殖器官中，PK2基因出现高度表达，尤其是在雄性的睾丸中能稳定检测到PK2蛋白，并发现其主要是在初级精母细胞中表达，而在其他细胞中的表达几乎可以忽略不计。当研究者将小鼠的PK2基因敲除后，小鼠出现类似于人类Kallmann综合征的表现，即下丘脑促性腺激素释放激素(gonadotropin-releasing hormone，GnRH) 神经元数量急剧减少，同时伴有嗅觉缺失或减退的低促性腺激素型性腺功能减退的症状，在生殖方面表现为青春期性发育不佳和生育能力受损，基本上丧失了生育能力[13]。观察组织结构发现PK2基因被敲除的雄鼠表现出生精小管不仅较正常小鼠的生精小管更为纤细，同时部分小管管腔缺乏，单倍体精母细胞和精子细胞缺如，而雌性小鼠则出现因卵泡发育不全、缺乏成熟卵泡和黄体而导致的发情周期中断和生育能力丧失[14]。在一项病例报道中发现对GnRH缺乏症患者使用性激素替代治疗后成年个体的临床病症得到了一定程度的缓解，但仍有少数PK2结构突变的患者依然保持着少精子/无精子的症状无法缓解[15]，提示PK2在调节原发性睾丸功能和精子发生中的重要作用，因此，PK2也可以作为检测GnRH缺乏症病因的途径之一。而当睾丸出现炎症反应时，睾丸中PK2及其受体PKR的表达量出现了明显的变化，有趣的是在此研究中急性炎症反应和慢性炎症反应所出现的变化呈现不同的趋势[16]，由此我们可以推测出PK2及其受体在不同的疾病中通过不同的信号通路发挥特定的作用，进而对维护机体组织的完整性及其正常的生物功能作出重要的贡献。但现阶段研究尚不充足，亟需更多的实验来研究PK2及其受体在生殖系统中的具体功能及机制。

2.3 PKR在生殖系统中的作用PK能激活两种内源性G蛋白偶联受体(PKR1和PKR2)，两种受体有着高达85%以上的序列同源性，这种高度受体序列保守性提示我们PK在生物学过程中具有关键功能并以此受体通路发挥其生物学效应。虽然二者高度相似，但PKR1的信号转导效率要高于PKR2，这是因为PKR1中存在较强的正电荷氨基酸Arg，而PKR2中只有弱正电荷氨基酸Lys和中性氨基酸Asp，导致其在细胞第二内环中正电荷净量的不同而产生转导速率差异[17]。经受体转染的哺乳动物细胞系分析发现，在生殖系统中PK2与PK1相比对PKR具有较高的亲和力[18]，表明PK2是PK/PKR系统在生理条件下的较强的激动剂，发挥更强的生理学效应。另有研究表明，PKR2在大脑(嗅球、脑室下区等)、甲状腺、肾上腺及睾丸等内分泌组织中大量表达，而PKR1则主要表达于外周组织，比如心脏、前列腺、胃肠和脾脏等[19]。但在女性生殖系统中，PKR1和PKR2在卵巢和胎盘中都存在表达且发挥着不可或缺的作用。

当实验者将小鼠的PKR1和PKR2基因分别敲除后，发现PKR2基因敲除的小鼠不仅生殖器官的重量有所降低，更为显著的是睾丸的生精管萎缩，管腔狭小，间质稀疏且间质细胞较少，虽然生精细胞未明显减少但小管腔内未见精子；而雌性小鼠卵巢以未发育卵泡为主，只有少量卵泡呈腔状但不完整，同时未见黄体生成。而在激素水平上，小鼠的促性腺激素释放激素、睾酮和卵泡刺激素均明显低于对照组小鼠。相对的，PKR1基因敲除的小鼠的生殖系统并未发现显著性差异[20]。由此可知在生殖系统中PK是通过与PKR2结合来发挥其生殖功能调控作用的。

3 PK在生殖系统中发挥作用的生物信号通路

与其他G蛋白偶联受体家族一样，通过研究PKR的结构发现PKR上有两个结合位点：7 Trans Membrane (TM)-bundle结合位点和氨基末端细胞外表面结合位点，通过此双位点结构PK与PKR特异性结合。PK和PKR结合后受到局部效应和/或内分泌激素的调节，在不同的系统中与不同的G蛋白(例如GI、GQ和GS蛋白)偶联，激活磷脂酶C并形成第二信使IP3诱导细胞内钙离子的动员，刺激磷酸肌醇的周转，进而激活丝裂原活化蛋白激酶或磷酸肌醇3-激酶、丝氨酸/苏氨酸激酶、蛋白激酶C等信号传导通路[21]。

最近相关实验表明，PK2基因初级转录本有两个可选的剪接变异体PK2和PK2L，它们被切割成一个活性肽(即PK2β)，若激活PKR1受体将优先偶联GQ和GS蛋白，然后以此发挥生物学效应，值得注意的是由PK2β激活的PKR1将不能与GI蛋白偶联；但PK2β与PKR2结合，那么其结合体将优先选择GS蛋白，其次是GQ蛋白和GI蛋白，有着明显的偏好选择顺序[22]。PK在生殖系统中具体通过何种生物信号通路的研究暂时只有零星报道，有学者认为PK1/PKR1信号通过GQ/11-ERK激活子宫内膜中活化T细胞通路的钙调磷酸酶/核因子，从而调节基因转录[23]；而PK2/PKR1信号可降低睾丸炎症反应时IL-4和IL-10的生成，从而损害炎症过程中的抗炎免疫反应，有助于白细胞的浸润及免疫细胞中细胞因子的产生，减轻睾丸炎症损伤[24]。PK激活不同的PKR将产生多种偶联组合，那么这种信号多样性在机体各种系统中发挥的生理作用不尽相同，通过特定的组合方式可针对性调节机体功能，从而达到预防及治疗效果。

4 展望

PK是一个新的蛋白质家族，通过控制中枢激素分泌和外周器官发育等方式，不仅在维持生物正常生殖功能上发挥着无可替代的作用，同时越来越多的证据表明在病理状态下PK对机体的保护和修复有着不可或缺的作用。VEGF抑制剂已被批准用于临床治疗多种恶性肿瘤和多种新生血管疾病，可以有效改善患者预后及减轻其他治疗药物产生的不良反应[25]。PK和VEGF有着类似结构，PK在生殖系统的多种疾病中也是通过促进血管再生等方式造成病理改变。因此，将VEGF抑制剂和PK拮抗剂联合应用在部分疾病治疗中可能具有不错的前景。然而，就目前研究水平来看，虽然已明确发现PK及其受体PKR在生殖系统病理状态下发挥了特定的作用，但在大多数疾病中其发挥作用的机制尚不明朗，且多数研究都是以啮齿动物作为模型，缺乏灵长类动物研究的资料，并且在啮齿动物不同的疾病模型中PK发挥着不同的效应，其具体机制仍需我们继续深入研究。但可以肯定的是PK可作为一些疾病的早期标志物以供早期诊断，探究PK及其受体PKR在生殖系统病变中的相关性及作用机制有望为我们诊治生殖系统病变提供新的诊疗思路。