层黏连蛋白受体/40S核糖体蛋白SA在肿瘤和神经系统疾病及感染性疾病中的研究进展

刘萌萌，任文波综述，雷连成，黄 晶审校

0 引 言

相对分子质量为37 000层黏连蛋白受体前体/67 000层黏连蛋白受体(laminin receptor precursor/laminin receptor，LRP/LR)作为膜受体，其C端结构域可以与层黏连蛋白(laminin, LM)、硫酸乙酰肝素蛋白多糖、正常/感染形式的朊病毒蛋白(cellular prion protein, PrPc/ scrapie prion protein, PrPsc)、β-淀粉样蛋白(amyloid β-protein, Aβ)、某些细菌毒力因子以及病毒蛋白结合。LRP/LR参与多种疾病的发病机制，如肿瘤、阿尔兹海默症(Alzheimer′s disease, AD)和部分由细菌和病毒引起的感染性疾病[1]。在多种肿瘤中，LRP/LR的表达水平与肿瘤的增殖、黏附和转移呈现正相关，与肿瘤细胞的凋亡水平呈负相关[2-3]。LRP/LR也通过促进具有神经毒性的低聚物Aβ在细胞中的积累，加剧AD的发生和进展[2]。此外，LRP/LR还是某些细菌和病毒感染的靶标分子[4]，因此，靶向抑制LRP/LR的表达，为治疗肿瘤和感染性疾病提供了新方法。本文将对LRP/LR在肿瘤、AD等神经系统疾病和病原体感染中的作用作一综述。

2 LRP/LR的简述

1.1 LRP/LR蛋白的属性LRP分布广泛，可定位于细胞膜、细胞质和细胞核。其中LRP在细胞质中主要作为40S核糖体小亚基的组成成分，故又被称作40S核糖体蛋白SA(ribosomal protein SA, RPSA)。人类LRP蛋白是由人的RPSA基因编码而成(NCBI GeneID:3921,AccessionNo.:AC_000135)，人类RPSA基因位于染色体3p21.3，基因全长5833bp，包含7个外显子和6个内含子，该基因序列在哺乳动物中高度保守，与猪和小鼠同源性高达99.9%。在人类RPSA基因包含的7个外显子中，第1个为非编码，第2～5个编码N端RPS2结构域(1-209aa)，后两个外显子编码C末端，C末端仅在真核生物中存在，而且不同生物的C末端长短不一[1]。RPSA基因最终转录、翻译出一个295个氨基酸的蛋白质即LRP，但是关于LRP转变成细胞膜上成熟LR的具体机制尚不清楚，可能包含前体蛋白的二聚化和脂肪酸酰化、SUMO化修饰等多种翻译后修饰过程[5]。

1.2LRP/LR蛋白的生物学功能LRP/LR的生物学作用主要包含以下几个方面：①LRP/LR通过与LM结合，促使细胞黏附到基底膜上，并稳定和调节LM与其他受体的结合[6]。②LRP是40S核糖体小亚基的一个重要组成成分，是将21S前体rRNA加工为成熟的18S rRNA的关键[7-8]。同时LRP可能是介导核糖体与微管蛋白连接的关键蛋白，当下调LRP基因的表达后，核糖体则无法定位到细胞骨架上，进而导致蛋白质合成障碍[9]。③在细胞核内，LRP通过与组蛋白H2A、H2B、H4的直接作用来介导其自身与染色体DNA的紧密结合，并且可能具有染色质修饰活性[10]。与此同时，LRP还可以与DNA损伤修复相关蛋白环指蛋白8(ring finger protein 8, RNF8)和乳腺癌易感蛋白1(the breast cancer 1 protein, BRCA1)可逆性结合，帮助RNF8和BRCA1锚定到核仁上[11]。其中RNF8是一种E3泛素连接酶，因而也为LRP/LR可能的泛素化提供依据；④LRP/LR还能够作为细胞信号传导的中介，与多种不同反应的通路相联系。Wang等[12]表明，LRP/LR参与LM抑制细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)、c-Jun氨基末端激酶、p38蛋白的磷酸化，因而LRP/LR也被认为可能参与LM介导的信号传递过程。

2 LRP/LR在疾病中的作用

2.1 LRP/LR在肿瘤中的作用LRP/LR与肿瘤的增殖能力有关。Naiddo等[13]研究表明，在致瘤性乳腺癌细胞中LRP/LR和端粒酶逆转录酶催化亚基hTERT过表达，在细胞表面和核周区共定位。抑制乳腺癌细胞LRP/LR基因的表达后，显著降低了细胞的端粒酶活性和肿瘤的增殖。这提示LRP/LR可以通过增强端粒酶的活性来促进肿瘤的高度增殖。LRP/LR在许多肿瘤细胞中过表达，并且LRP/LR的表达水平往往与肿瘤的黏附和转移能力正相关[2, 14]。虽然LRP/LR促进肿瘤的黏附和转移的机制尚未被完全解析，但根据目前的报道来看，原发肿瘤细胞表面的LRP/LR通过与LM结合修饰和降解基底膜，同时还会激活肿瘤和基质细胞来源的蛋白水解酶，这些水解酶通过降解基底膜，消除肿瘤细胞迁移的物理障碍[15-16]。

此外，LRP/LR还参与肿瘤血管生成的过程。血管生成过程包含两个关键步骤，分别是细胞外基质的降解以及血管内皮细胞的迁移[17]。肿瘤细胞表面的LRP/LR与LM结合激活的蛋白水解酶不仅能降解细胞外基质促进肿瘤的侵袭，还会引起促血管生成因子的释放导致血管内皮细胞向此处迁移[18-19]。除了上述作用外，LRP/LR还可以维持肿瘤细胞的生存活力。肿瘤的发生往往伴随着较低的细胞凋亡水平，从而维持肿瘤的不断增殖和侵袭。Song等[20]研究表明LRP/LR可以抑制卵巢癌细胞的凋亡，在抑制细胞LRP/LR基因表达后，卵巢癌细胞凋亡水平明显升高。LRP/LR能够降低肿瘤细胞的凋亡水平，其机制在于LRP/LR与LM结合可以使得黏着斑激酶与LRP/LR相互作用，激活PI3K-Akt和MEK/ERK1/2信号通路，这两条通路的激活进一步促进下游分子抗凋亡蛋白Bcl-2的表达上调，从而发挥抗凋亡作用[21]。综上所述，LRP/LR可以通过促进肿瘤的增殖、黏附、转移、血管生成以及抑制肿瘤细胞的凋亡等机制来发挥促肿瘤作用。同时研究证明，利用抗体阻断细胞表面LRP/LR与LM的结合，可以有效阻止肝癌和胰腺癌细胞的黏附和侵袭[22-23]。

2.2LRP/LR在朊病毒病中的作用朊病毒病又称传染性海绵状脑病，是错误折叠的朊病毒PrPsc内化入胞并在神经细胞中大量聚集而引发的一种神经退行性疾病[24]。其中PrPsc来源于正常宿主编码的朊病毒蛋白PrPc，在生理条件下，PrPc通过糖基磷脂酰肌醇锚定在细胞膜上，但由于PrPc缺乏跨膜结构域，所以必须依赖其跨膜受体才能在细胞内发挥生理及病理作用。事实上，LRP/LR是PrPc在细胞膜上的受体之一[25]。酵母双杂交的实验结果也表明LRP/LR上存在两个PrPc的结合位点：一个直接的结合位点，位于161-180aa；另一个间接的结合位点，位于180-285aa，此种结合必须依赖于LRP/LR与另一配体硫酸乙酰肝素蛋白多糖的结合[26]。进一步的体内实验证实了LRP/LR在朊病毒病中的作用，在用LRP/LR的抑制剂处理小鼠下丘脑神经元细胞系GT1和人胚肾细胞系HEK-293后，LRP/LR和PrPc的结合得到了明显的抑制[27]。在Leucht等[25]用siRNA下调了感染朊病毒的小鼠神经瘤母细胞的LRP/LR基因后， PrPsc在细胞中的积累受到了明显的抑制。这些结果表明，LRP/LR是PrPc和PrPsc的结合受体，可以介导PrPsc进入神经细胞并在神经细胞内聚集。应用LRP/LR的小分子抑制剂可以破坏PrPsc在神经细胞中的累积，减轻细胞毒性[27]。这暗示了在临床上通过靶向抑制神经细胞的LRP/LR来减轻朊病毒病患者的临床症状的可能性。

2.3LRP/LR在AD中的作用AD是一种以认知功能减退为特征的神经退行性病变，是具有神经毒性的Aβ低聚物长期在神经细胞内聚集所致[28]。Aβ是淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)依次经β和γ分泌酶裂解产生，并且Aβ可以通过激活糖原合成酶激酶3β信号通路(glycogen synthase kinase-3β, GSK3β)来增强其神经毒性[29]。Bhattacharya等[30]的研究表明，在用LRP/LR的抑制剂处理神经细胞后，“常规”APP分泌途径(内质网→高尔基体→溶酶体→质膜)，则转变为“非常规”途径(内质网→回收→质膜)，从而改变APP的加工过程。并且抑制剂处理还能够阻止APP的C端和N端糖基化和磷酸化，进而破坏其正常合成。此外，LRP/LR还通过与γ分泌酶的直接相互作用以及可能与β分泌酶的间接相互作用而对Aβ的脱落产生影响[31]。因而LRP/LR对Aβ的合成具有重要作用。与此同时，PrPc是Aβ的高亲和性受体，细胞膜上的LRP/LR可以介导PrPc-Aβ复合物被神经细胞摄取，利用抗体阻断细胞的LRP/LR，可以减少Aβ在神经细胞中积累[2]。这些结果提示LRP/LR参与Aβ被细胞摄取的过程。而且LRP/LR抑制剂处理还可以失活ERK1/2通路，激活Akt通路，进而使得Aβ发挥神经毒性作用有关的GSK3β途径失活[30]。Ferreira等[32]体内实验也表明，AD转基因鼠在用LRP/LR特异性抗体处理后，脑中Aβ斑块明显减少，小鼠的记忆力也明显得到改善。综上所述，LRP/LR参与Aβ的产生、内化并且与Aβ发挥毒性作用有关，利用LRP/LR的特异性抗体可以通过抑制Aβ的脱落来减轻AD的神经毒性[33-34]。

2.4LRP/LR在癫痫中的作用癫痫持续状态是一种医学急症，表现为持续的癫痫活动。癫痫持续状态能够增加血脑屏障(blood brain barrier, BBB)通透性，诱发脑组织血管源性水肿，影响神经元的兴奋性并造成脑实质损伤[35]。Park等[36]研究发现，癫痫持续状态发生后星形胶质细胞和内皮细胞表达的LRP/LR减少促进了BBB的破坏。一方面是LRP/LR表达降低会下调肌营养不良蛋白的表达，进一步通过激活p38 MAPK通路来介导血管内皮生长因子的表达，进而触发BBB分解。另一方面可能由于减少通道蛋白-4的表达破坏了血管内的水分转运，最终引发血管源性水肿。此外，LRP/LR表达下调激活的p38 MAPK / VEGF轴还能够促进LM过表达[36]，Kim等[37]认为LM的过度表达可能是机体的一种继发的适应性反应，与BBB破坏的修复和内皮屏障的重建相关。这些结果表明，生理条件下LRP/LR对于维持BBB完整性发挥着一定的作用，并且LRP/LR的表达水平在癫痫的发生中受到了调节。

2.5LRP/LR在感染性疾病中的作用肺炎链球菌、脑膜炎奈瑟菌、流感嗜血杆菌和2型猪链球菌等细菌可以利用宿主脑微血管内皮细胞表面的LRP/LR，帮助其穿越BBB并引起脑膜炎的发生[1, 38]。其中，肺炎链球菌编码的胆碱结合蛋白A、脑膜炎奈瑟菌编码的孔蛋白、流感嗜血杆菌编码的外膜蛋白及2型猪链球菌编码的烯醇化酶分别是LRP/LR的结合配体[38-39]。刘洪涛等[38]研究发现，当LRP/LR与2型猪链球菌编码的烯醇化酶结合后，可以激活p38/ERK-eIF4E信号通路，引起脑微血管内皮细胞凋亡，并通过抑制紧密连接蛋白的表达增加BBB的通透性。这些研究表明，LRP/LR不仅是细菌入侵的重要靶点，还参与细菌对BBB的破坏过程。

一些病毒的衣壳蛋白或包膜糖蛋白也可以与宿主细胞表面的LRP/LR受体结合实现其黏附和入侵，如登革热病毒、腺相关病毒、乙型脑炎病毒、经典猪瘟病毒、兔出血热病毒等[1, 40-41]。然而LRP/LR在不同病毒侵袭过程中的作用并不完全一致，Zhu等[42]研究发现，在口蹄疫病毒入侵猪肾细胞时，LRP/LR并不参与入侵过程，而是通过激活MAPK信号通路，起到抑制病毒复制的作用，但随后其作用会被口蹄疫病毒的结构蛋白VP1所抑制。这些结果表明LRP/LR参与多种病毒的入侵过程，但在不同的病毒感染过程中其发挥的作用可能不同。

3 展 望

综上所述，LRP/LR在肿瘤、朊病毒病、AD、癫痫以及病原体感染等疾病中发挥着重要作用，这使得靶向抑制LRP/LR的疗法对于上述疾病的临床治疗具有很大潜力。但与此同时也要认识到，LRP/LR还是表没食子儿茶素没食子酸酯、黄连碱、原花青素C1等药物在肿瘤细胞上结合受体，帮助其发挥抗肿瘤作用[43-45]。因此，未来对这种独特受体双向作用的认识可能有助于我们更好地理解多种疾病的发病机制，并为疾病的预防和治疗提供新的思路和途径。