LTBP蛋白功能探讨

王文娟 马海芬*

潜在转化生长因子β结合蛋白（LTBP）家族是细胞外基质（ECM）的重要组成成分，其主要功能与调节原纤蛋白、转化生长因子β（TGF-β）相关，不同种类的LTBP蛋白功能不完全相同，其中LTBP2蛋白功能侧重于原纤蛋白的调节，而LTBP4则集中于TGF-β 1的调节，因此所造成的疾病也有较大不同。本文主要介绍LTBP家族的分类、结构、功能，并分别介绍LTBP2与LTBP4缺陷所诱发疾病的不同，现综述如下。

1 LTBP蛋白的分类、结构与功能

ECM是由大分子构成的错综复杂的网络，为细胞的生存及活动提供适宜的场所，并通过信号转导系统影响细胞的形状、代谢、功能、迁移、增殖和分化。TGF-β作为转化生长因子超家族一员，有多种功能，促进ECM如胶原蛋白、纤粘连蛋白的表达和抑制ECM的降解，对细胞的形态发生、增殖和分化过程起重要作用，有利于胚胎发育和细胞修复。LTBP家族是ECM的重要组成成分，蛋白分子量介于120~220 kDa［1］。LTBP蛋白均具有钙结合表皮生长因子（EGF）结构域、8胱氨酸重复单位（8-Cys）结构域，对于8-Cys结构域而言，目前具有同样结构域的蛋白仅为原纤蛋白，相对于原纤蛋白，LTBP蛋白的长度更短且具有较多未知序列，可能与蛋白的延展性密切相关［2］。LTBP的功能主要包括：（1）与原纤蛋白的结合从而调控ECM；（2）通过与TGF-β的结合影响TGF-β的激活。在与原纤蛋白的结合中，目前已知的LTBP蛋白包括LTBP1-4四种，四种蛋白的C-段序列均被证实能够与原纤蛋白-1的N端序列相互作用，与此同时在各种组织中LTBP蛋白均与原纤蛋白-1共定位，在原纤蛋白1缺失的小鼠中，LTBP蛋白的定位受到影响，除此之外LTBP也能够与其它的细胞外基质组分如纤维连接蛋白（fibronectin）、Fibulin等结合［3］，因此LTBP的部分功能被认为是纤维蛋白与细胞外基质其余组分的连接蛋白［4］，而部分的研究也集中于LTBP与老化、增生、弹性纤维的联系。在老化的研究中，LANGTON等使用QPCR与免疫荧光检测LTBP3在老化皮肤中的表达，结果表明在老化的口腔、皮肤中，LTBP3显著下降，可能与LTBP3蛋白下降导致的原纤蛋白1与表皮桥接减少、上皮变薄相关［5］。CHAN则于2011年发现LTBP2在食管鳞状上皮细胞系和肿瘤组织中表达下调，启动子高甲基化涉及LTBP-2的失活，并证实LTBP2具有降低癌细胞的迁移和侵袭能力［6］。LTBP家族与TGF-β之间的关联备受关注，TGF-β目前分为三种，作为一种分泌蛋白，广泛参与细胞生长、凋亡、分化等生物学过程［7］，通常状况下TGF-β与LAP、LTBP蛋白结合，并以无活性状态存在于细胞外基质中，因此LTBP的功能改变能够显著影响TGF-β的激活［8］，而不同类型的LTBP对TGF-β功能的影响截然不同，如在LTBP3缺陷的小鼠中，小鼠体重显著变轻且颜面缺损，且在出生后数月，胸腺、脾脏发育均滞后，这些表型的改变与TGF-β缺陷小鼠骨症状极其相似，提示LTBP3功能主要为调节TGF-β在骨发育中的功能［9］，与LTBP3类似，LTBP1、4均与维持TGF-β的功能密切相关，LTBP2则与TGF-β无显著相关［10］。在LTBP4缺陷的细胞中，TGF-β异常降低，且能够诱导肺气肿、心肌病与结直肠癌［11］，这与LTBP4主要与TGF-β 1形成复合物，从而调节TGF-β 1的功能相关。LTBP2在LTBP家族中的研究较多，且是功能最重要的蛋白，LTBP-2定位于染色体14q24，在肺实质中大量表达［12］。已有研究证实LTBP2缺失的小鼠在胚胎着床期（E3.5-E6.5）就会死去［13］，过表达其它LTBP蛋白并不能拯救这一胚胎致死效应，即使在切除第一个外显子以最小程度改变基因组的小鼠中，小鼠仍然出现睫状小带微纤维破碎与晶状体脱位现象［14］。进一步研究证实LTBP2在弹性组织如主动脉、肺实质中高表达，且LTBP2并不能与TGF-β相结合，因此LTBP2的功能主要与原纤蛋白1相关［15］。

2 LTBP2的功能

LTBP2功能的发挥主要依赖于原纤蛋白的共定位，LTBP2的C末端区域能够与原纤蛋白1的N端特异性作用，在耳软骨细胞中，LTBP2能够通过与fibulin-5的相互作用进一步调节耳软骨细胞的弹性发生［16］，在牙周膜中，LTBP2通过与fibulin-5的相互作用调节微纤维束的成熟［17］，由于LTBP2与弹性发生的密切关联，在LTBP2的相关疾病中，多数与微纤维相关，如在LTBP2缺失突变能够诱导原发性先天性青光眼，患者可伴有巨结膜、微球畸形和晶状体脱位等症状［18］，在错义突变（V1177>M）患者中则出现短指-球状晶体异位综合征（Weill-Marchesani综合征）及其相关症状［19］，除在眼球发育中的重要作用，LTBP2也可作为急性呼吸困难患者的全因死亡率的预测因子，同时能够预测心力衰竭的转归［20］，其单核苷酸多态性也与骨密度的变化、骨折风险相关［21］。目前关于LTBP2的研究更多的集中于眼球发育的研究中，在恶性肿瘤中的作用也有相应报道。WANG等［22］研究结果提示，胰腺导管腺癌组织中LTBP2蛋白水平远高于癌旁组织，LTBP2的过度表达与肿瘤分化差和较晚的TNM分期有关，LTBP2的高表达预示PDAC患者的总体和无疾病存活率较差。在头颈部鳞状细胞癌［23］、卵巢癌［24］和宫颈癌［25］中同样观察到LTBP2的表达增加，且与不利的结果和肿瘤进展相关。但是，CHAN等［26］在食管鳞状细胞癌（ESCC）研究中却发现相反的结局，其研究表明LTBP2在ESCC细胞系中的表达是高水平下调的并有助于癌细胞发展。启动子高甲基化、等位基因丢失是导致ESCC中LTBP2失活的两种重要机制。LTBP2显著降低ESCC癌细胞集落形成能力和非贴附性生长能力，其结果支持LTBP2的肿瘤抑制作用。这些相互矛盾的数据表明LTBP-2在不同癌症中的功能不同，LTBP-2的功能影响与特定细胞类型，组织起源和基质环境有关。

3 LTBP4的功能

LTBP4的结构域与其它LTBP蛋白类似，且在心脏、骨骼肌、胰脏、胎盘、子宫、肺中高表达，目前可被分为LTBP-4S、LTBP-4L1与LTBP-4L2三种［27］。目前对于LTBP4的功能研究相对较少，主要集中于LTBP4缺失诱发的TGF-β 1信号降低、弹性纤维形成受限所诱发的慢性阻塞性肺疾病（COPD）。如LTBP4S基因敲除小鼠中，小鼠肺终末气囊分隔减少，在分离的LTBP4S缺失小鼠成纤维细胞中，缺失的LTBP4能够导致TGF-β活性降低，同时BMP-4（骨形态发生蛋白-4）通路激活，而BMP-4的激活则直接导致小鼠的肺气肿［28］。LTBP4的纯合缺失也能够诱发Urban-Rifkin-Davis综合征，患者伴有肺、胃肠、泌尿生殖系统、骨骼肌肉和皮肤发育受损［29］。LTBP4在恶性肿瘤中的研究甚少，有研究显示LTBP4在舌鳞癌组织中低表达，构建过表达的细胞系可抑制舌鳞状细胞癌侵袭能力，并与侵袭性伪足的形成相关［30］。LTBP4与TGF-β 1功能密切关联，针对LTBP4的功能进行相关研究具有较好的前景。

4 小结

LTBP主要为一组存在于细胞外基质的蛋白，其主要功能与原纤蛋白、TGF-β的调节相关，鉴于TGF-β的调节、微纤维组织和弹性纤维组装过程中的复杂性，对于LTBP家族的具体功能的阐述依然任重道远。