膜相关孕酮受体蛋白家族的结构和生理功能研究进展

白红梅 魏凤香，2*

(1. 佳木斯大学 基础医学院，黑龙江 佳木斯 154000；2. 深圳市龙岗区妇幼保健院中心实验室，广东 深圳 518100)

膜相关孕酮受体(Membrane-associated progesterone receptor，MAPR)是一组相当小的、部分同源的蛋白质，它们具有与细胞色素b5(Cyt-b5)相似的非共价血红素结合域，被认为是Cyt-b5的进化保守远距离同源物[1]。“膜相关孕酮受体”这个术语强调了它们与孕酮结合的能力，以及独立于经典类固醇激素受体而产生快速类固醇效应的能力[2]。MAPR参与了多种细胞功能，MAPR家族成员孕酮受体膜组分1(PGRMC1，也被称为IZA，sigma-2受体，DAP1)，孕酮受体膜组分2(PGRMC2)，神经营养因子蛋白(neudesin，NENF)和细胞色素b5结构域蛋白(neuferricin，CYB5D2),它们的氨基酸序列在脊椎动物中非常保守，从人类到斑马鱼。MAPR家族成员具有高度同源性的一级结构，但有不同的定位模式，即neudesin和neuferricin都是分泌型蛋白，而PGRMC1和PGRMC2是单一的跨膜蛋白。它们都具有血红素结合域，其生物活性依赖于血红素与其Cyt-b5样血红素/类固醇结合域的结合[3]。

1 孕酮受体膜组分1(PGRMC1)

Meyer等人[4]首次从猪肝细胞中纯化出一种高亲和力的孕酮结合蛋白，后来称为孕酮受体膜组分1(PGRMC1)。PGRMC1包含细胞色素b5结构域，属于在真核生物中广泛存在的膜相关孕酮受体(MAPR)蛋白家族。PGRMC1主要在哺乳动物的肝脏和肾脏中表达，但也在类固醇生成和生殖组织、脑、乳腺、心脏、肺、骨骼肌、胰腺和其他器官中表达。通常，它与微粒体细胞色素P450(CYP)共同定位于平滑内质网，但也定位于细胞核、细胞质、质膜和线粒体[5]。近年来，人们关注PGRMC1在细胞存活、抗凋亡和损伤反应中的作用。

在脂质代谢过程中，PGRMC1调节胆固醇的合成，而Neudesin在脂肪形成中起作用。PGRMC1调节胆固醇/类固醇生物合成和代谢，通过调节铁调素表达和铁螯合酶活性来实现铁稳态和血红素运输[6]。PGRMC1通过其细胞色素b5结合域和其他潜在结合伙伴(包括细胞色素P450)之间的相互作用来调节细胞生长和增殖[7]。

有研究表明PGRMC1表达受二恶英等致癌物诱导[8]，它在乳腺癌和其他肿瘤中增加，促进癌症进展，导致更差的预后[9]。PGRMC1在多种肿瘤中过表达，因而代表了癌症进展，是潜在的抗癌药物重要生物标志物。PGRMC-1在癌细胞增殖过程中以磷酸化和去磷酸化状态存在[10]。最近的研究表明PGRMC1是细胞增殖的生物标记物和用于抑制肿瘤发生的优异的治疗目标。PGRMC1在卵巢癌和其他癌细胞中高表达，并被认为在化疗耐药中起重要作用。越来越多的研究进一步支持PGRMC1在药物反应中的作用和作为潜在的药物靶点，例如PGRMC1增加了对酪氨酸激酶抑制剂AG-1478和厄洛替尼的易感性[11]，PGRMC1抑制阿霉素诱导的细胞毒性，表现出抗凋亡作用，并促进癌细胞增殖和细胞周期进入S期，PGRMC1过表达导致对阿奇霉素敏感的MES-SA细胞的上皮-间充质转化(EMT)，从而促进其迁移和侵袭[12]。类固醇拮抗剂米非司酮(MIF)可通过上调PGRMC1的表达，有效地逆转非典型抗精神病药物(AAPD)诱导的脂质紊乱[13]。

Shakeel等人的研究证实PGRMC1通过与两种中枢自噬蛋白MAP1LC3(微管相关蛋白1轻链3，也称为LC3)和UVRAG(抗紫外线相关/紫外线辐射相关基因)的相互作用促进自噬[14]，研究发现PGRMC1、PGRMC2能抑制细胞进入细胞周期[15]，Peluso等人[16]的研究表明PGRMC1和PGRMC2参与调节细胞进入细胞周期的G1阶段，耗尽细胞中的PGRMC1或PGRMC2会增加细胞进入细胞周期但不会增加细胞增殖。PGRMC1和/或PGRMC2耗竭，细胞会在中期积累并经历细胞凋亡。因为PGRMC1和PGRMC2都定位于有丝分裂纺锤体，它们的缺失可能是细胞在中期停滞的原因。

McCallum等人[17]的一项为期6个月的小鼠育种试验表明，与对照小鼠相比，消融PGRMC1的小鼠在6个月的繁殖试验中出生的窝总数显著减少(P=0.041)，产生子宫内膜囊肿，表明，PGRMC1在雌性生育能力和子宫组织稳态中起着重要作用。

Ieldo等人[18]发现在体外抑制sigma-2/PGRMC1蛋白表达会导致外源性淀粉样蛋白β寡聚体与神经元的结合减少90%以上，sigma-2/PGRMC1在阿尔茨海默病患者的大脑中表达失调。使用sigma-2/PGRMC1受体拮抗剂可防止和逆转淀粉样蛋白β寡聚体对阿尔茨海默病小鼠模型中的认知缺陷的影响。

2 孕酮受体膜组分2(PGRMC2)

人PGRMC2蛋白全长247个氨基酸。尽管它在结构上与PGRMC1相似，但对PGRMC2的研究较少[19]。PGRMC2与PGRMC1有很强的同源性，在结构上与PGRMC1具有相似的Cyt-b5结构域，但在N端的跨膜区有所不同，这些高度同源的蛋白质有许多共同的特性。PGRMC1和PGRMC2均定位于内质网。有研究表明[20]，在SKOV-3卵巢癌细胞中，PGRMC2可以抑制细胞迁移。PGRMC2还参与细胞周期调控[16]。

Intlekofer等人[21]研究发现，在对雌性生殖很重要的下丘脑核中检测到编码PGR、PGRMC1、PGRMC2和丝氨酸mRNA结合蛋白1(Serbp1，Pgrmc1的假定结合伙伴)的mRNA的高表达，这些孕激素信号分子的神经解剖学分布表明PGRMC1和PGRMC2可能在神经内分泌功能中发挥作用。

3 神经源性神经营养因子(Neudesin)

Neudesin最初被鉴定为一种具有神经营养活性的小鼠分泌蛋白[22]，也被称为神经源性神经营养因子(NENF) 或候选癌基因GIG47。已在包括人类、小鼠和斑马鱼在内的脊椎动物中发现了Neudesin基因，但未在无脊椎动物中发现，这表明Neudesin基因是脊椎动物特有的。人的Neudesin由172个氨基酸组成，与小鼠Neudesin有很高的相似性(约91%的同源性)[23]。Neudesin在神经功能、肿瘤发生和能量代谢中发挥着多功能作用。

作为一种分泌蛋白，Neudesin的生理作用似乎与PGRMC1/2显著不同，Neudesin的保守的细胞色素b5样血红素/类固醇结合域已被证明可以结合血红素，并且是其活性所必需的，Neudesin对细胞外信号调节激酶(ERK)1/2的磷酸化受到百日咳毒素(PTX)(一种Gi/Go蛋白抑制剂)的抑制，表明其活性是通过激活MAPK(丝裂原活化蛋白激酶)和PI3K(磷脂酰肌醇3-激酶)途径介导的，这可能与Gi/Go蛋白偶联信号通路偶联[23，24]。PGRMC1和PGRMC2有两个保守的内含子，表明它们是由一个共同的祖先基因产生的。相比之下，Neudesin具有非保守的内含子。因此，Neudesin 在进化上与MAPR家族的其他成员无关[25]。

在成年小鼠中，Neudesin优先在中枢神经系统脊髓中表达，但也在几个外周组织中表达，小鼠的Neudesin mRNA在大脑的神经元中表达，但在胶质细胞中不表达。Neudesin对原代培养的小鼠神经元有明显的神经营养活性，但对原代培养的小鼠星形胶质细胞无促有丝分裂活性，表明它是一种神经营养因子[24]。

有研究[23]分析了Neudesin在包括乳腺癌在内的多种人类癌症中的表达谱。结果表明Neudesin在包括子宫颈癌、淋巴瘤、结肠癌、肺癌、皮肤癌和白血病，以及乳腺癌中高度上调。此外，Neudesin的异位表达促进了乳腺癌细胞的侵袭性和肿瘤发生。与非肿瘤个体相比，星形胶质细胞脑肿瘤患者脑脊液中的Neudesin浓度更高[26]。

Byerly等人[27]通过大规模筛选，发现调节食物摄入的新的分泌型下丘脑蛋白Neudesin在调节食物摄入的下丘脑细胞核中强烈表达。通过脑室插管给予小鼠重组Neudesin可减少小鼠摄食量和体重，然而，在喂食高脂肪饮食(HFD)的肥胖小鼠中，Neudesin对食欲的抑制作用被取消，表明Neudesin功能的饮食依赖性调节。这些发现表明，Neudesin是食物摄取的重要中枢调节因子，可能涉及脑源性神经营养因子(BDNF)和黑皮质素信号传导的调节回路。Neudesin也在小鼠的白色脂肪组织(WAT)中大量表达[28]。它已被证明可显著抑制培养3T3-L1前脂肪细胞的脂肪生成。RNA干扰抑制Neudesin生成可明显促进3T3-L1细胞的成脂作用，并抑制脂肪细胞分化过程中MAPK的活化，表明Neudesin可能是脂肪生成早期阶段的负调节剂。 Ohta等人[29]发现给Neudesin基因敲除(KO)的小鼠喂食高脂饮食，交感神经活动显着增加，导致能量消耗和热量产生增加，棕色脂肪组织中的产热增加和脂肪酸氧化增加，白色脂肪组织中的脂解作用增强，这些发现表明Neudesin可能是交感神经活性的负调节因子，肥胖和肥胖相关代谢功能障碍发生的一种新的调节因子。

Neudesin敲除(KO)小鼠的广泛行为特征(运动、情绪和认知维度)显示出焦虑样行为。这种焦虑表型与多巴胺能输入减少和腹侧海马齿状回颗粒神经元内贫乏的树突分支有关，在纹状体(BNST)的床核中也观察到较短的树突，表明Neudesin在维持海马焦虑回路中的作用[30]。

4 Neuferricin(CYB5D2)

Neuferricin也被称为CYB5D2，以其通过抑制细胞增殖进而促进神经元分化的作用命名,在中枢神经系统、心脏、肾上腺等组织中广泛表达，Neuferricin是通过对neudesin的类细胞色素b5血红素/类固醇结合结构域进行同源性搜索而发现的，小鼠Neuferricin由263个氨基酸组成，其血红素结合区与Neudesin相似[31]。人Neuferricin全长264个氨基酸，与b型血红素结合，定位于内质网。

截止目前，对Neuferricin基因的功能研究报道还不是很广泛。与转染空载体(EV)的HeLa细胞相比，过表达Neuferricin可提高宫颈癌HeLa细胞在依托泊苷作用下的存活率[32]。Neuferricin的表达增加了化疗药物(紫杉醇、顺铂和阿奇霉素)对HeLa细胞的存活，其促进存活的能力依赖于其与血红素的结合能力[33]。过表达Neuferricin对人宫颈癌HeLa细胞具有增殖抑制、迁移抑制、侵袭抑制作用，Neuferricin可能通过上调E-cadherin(上皮细胞钙黏蛋白)，逆转上皮间充质转化(EMT)的发生进而抑制宫颈癌的侵袭与转移[34]。

Neuferricin与乳腺癌(BC)的肿瘤抑制功能相关，Neuferricin过表达诱导乳腺癌MCF7细胞凋亡，Neuferricin敲低增强了MCF7细胞增殖。Ojo等人[35]通过对cBioPortal数据库中的TCGA和Metabric数据集(n=817和n=2 509)中的数据进行统计，发现Neuferricin下调降低了总生存率，并独立预测乳腺癌患者的死亡。

综上所述， MAPR家族中PGRMC1，PGRMC2，Neudesin和Neuferricin都有一个类似Cyt-b5的血红素/类固醇结合结构域，在几个组织中广泛表达，包括中枢神经系统，并且有重要的生理功能。虽然每个MAPR具有不同的功能，但它们都表现出与细胞分化和生存相关的活性，特别是在癌症中，MAPR很可能成为治疗性激素相关癌症和疾病(如乳腺癌、卵巢癌、卵巢衰竭)的一个有前途的靶点。此外，PGRMC1和Neudesin在中枢神经系统的表达提示其在神经疾病的治疗中有潜在的作用。对MAPR的进一步研究将为开发新的治疗方法提供有用的线索。