组蛋白Histatin 1研究进展

姚宇 施昌劲 吴刚 孙平 冯剑颖*

组蛋白Histatin是一组富含组氨酸的小分子、阳离子同源多肽，由腮腺、下颌下和舌下腺的浆液性腺泡分泌，在人和高等灵长类动物的唾液中表达，具有广谱抗菌活性［1］。现已分离出12种Histatin，即Histatin 1～12［2］。Histatin 1（Hst 1）和 Histatin 3（Hst 3）分别是由基因HIS1和HIS2编码的全长产物，其余组蛋白均由Hst 1和Hst 3蛋白水解切割产生［3］。Hst 1在人类唾液的组蛋白中含量最多，具有促进细胞扩散、迁移、粘附和抗菌等作用。近年来，有学者检测到Hst 1在除口腔外的其他组织中表达，如泪腺和副泪腺、黑色素瘤细胞系［4-5］等。本文重点介绍Hst 1的主要生物学功能、信号传导通路，为Hst 1的临床应用前景提供思路。

1 组蛋白Hst 1分子结构

Hst 1是具有两亲性的阳离子肽，包含38个氨基酸，其氨基酸序列为：DSHEKRHHGYRRKFHEKHHSHREFPFYGDYGS NYLYDN。天然条件下，Hst 1分子结构为有规律的α-螺旋和β-折叠，其蛋白结构的Ser2区磷酸化后，可具有多种生物学功能［6］。OUDHOFF［7］等利用氨基酸逐步截短法，发现介导Hst 1促进伤口闭合的最小结构域为SHREFPFYGDYGS。将氨基酸首尾端共价连接环化Hst 1，可增强其促进细胞迁移、粘附的能力，表明Hst 1的空间结构影响其对细胞的激活。

2 组蛋白Hst 1生物学功能及机理

2.1 促进细胞粘附 （1）促进细胞-基底粘附：OUDHOFF［7］和SUN［8］通过测定细胞丝状伪足和片状脂蛋白表面积，发现Hst 1促进上皮细胞、内皮细胞和成骨细胞在玻璃基底上的粘附。研究证实，Hst 1不仅可促进上皮细胞与基底的粘附速度，还可将其与基底的粘附强度提高30%。VAN DIJK等［9］通过细胞计数法，证实Hst 1促进成骨细胞、成纤维细胞在钛基底和羟基磷灰石上粘附，其中成骨细胞对钛的粘附速度提高1.5倍。其机制在于Hst 1提高细胞中F肌动蛋白含量，增加半桥粒的形成，从而促进细胞-基底粘附。（2）促进细胞间粘附：VAN DIJK等［10］通过猪链球菌跨单层上皮细胞转运实验，发现Hst 1抑制细胞旁路途径。研究证明，Hst 1将上皮细胞的跨上皮电阻提高20%［11］，表明Hst 1促进细胞间的粘附，形成上皮屏障。Hst 1通过提高细胞中E-cad、occuldin、Claudin、ZO-1蛋白含量，增加桥粒和紧密连接蛋白形成，从而促进细胞间粘附。

TGFβ和EGF是诱导肿瘤上皮间充质转化（EMT）的细胞因子，下调细胞中E-cad和ZO-1表达。有学者证明，在含有TGFβ和EGF培养基中加入Hst 1，鳞状上皮癌球体表面积减小1/3，球体形态更紧凑，提示Hst 1通过增强球体内细胞间相互粘附，抵消EMT驱动因子对细胞连接的抑制作用，延缓癌细胞脱落转移［10］。

2.2 促进细胞迁移 近年来已有研究通过记录细胞迁移路径、Boyden、Transwell、体外划痕实验等多种实验方法证明，Hst 1可促进黏膜、牙龈、角膜和皮肤等不同来源的各种上皮细胞迁移［9-11］，提升内皮细胞、牙龈成纤维细胞、人乳腺癌细胞、成骨细胞、脂肪细胞、黑色素瘤细胞的迁移能力［6-8］。研究证明，Hst 1促进细胞前端形成树突，增加细胞中微丝含量，形成新的细胞附着，提高细胞收缩力，从而促进细胞迁移［8-10］。有学者利用炎症因子、紫外线、双磷酸盐，分别抑制成纤维细胞、角膜上皮细胞、成骨细胞的迁移，发现Hst 1将细胞迁移能力恢复至原有水平［12-13］。YAGUCHI等［5］在黑色素瘤细胞中检测到Hst 1的表达，通过siRNA降低黑色素瘤细胞中Hst 1的表达，结果显示细胞迁移能力降低。

2.3 抑制细胞凋亡 研究发现，在正常环境中Hst 1不参与细胞凋亡进程的调节［14］。在异常不良环境中，如紫外线、双磷酸盐等不利环境，Hst 1可抑制角膜上皮细胞、内皮细胞、成骨细胞的凋亡［12-13］。研究证明，Hst 1通过上调细胞凋亡调节因子Bcl-2的表达，抑制下游凋亡蛋白Caspase-3的激活，从而抑制细胞在异常不良环境中凋亡。

2.4 抗菌及抗真菌 Hst 1为阳离子型多肽，中和微生物膜的负电荷，导致细胞膜透化，细菌失去膜势而死亡。有学者通过琼脂糖弥散抗菌实验，发现Hst 1对变形链球菌和金黄色葡萄球菌有抗菌活性。变形链球菌是主要的致龋菌之一。MACKEY等［15］研究发现，Hst 1在体外能抑制变形链球菌的生长和活力，且静止期的变形链球菌对Hst 1更敏感。PEDRO等［16］利用吸光度实验，证明Hst 1通过破坏靶细胞磷酸酯膜，促进白色念珠菌及其孢子凋亡，起到抗真菌作用。

2.5 促血管生成 CASTRO等［13］通过体外细胞培养和鸡胚绒尿囊膜实验，记录血管网络形态，量化血管生成数量，发现Hst 1增加血管网络形成，提高血管生成数量，促进体外血管形态发生，体内血管生成，其促进血管生成效果与VEGF效果相似，是一种新型促血管生成因子。研究证实，Hst 1通过增加活性Rac1含量，激活血管生成信号通路，上调细胞中VEGF、FGF2、CD105和CD31的表达，增强内皮细胞的迁移和粘附能力，促进血管生成［16-17］。

2.6 预防龋齿，促进再矿化 有学者研究发现，无龋者唾液中Hst 1含量高于患龋率高的患者，提示Hst 1与低患龋率相关［18］。Hst 1是获得性牙釉质薄膜的组成蛋白之一。细菌在牙齿表面代谢时产酸，Hst 1中富含组氨酸分子，其包含的咪唑环中和细菌产生的酸，调节牙菌斑的pH值，阻止羟基磷灰石中的钙流失，抑制牙釉质脱矿，在龋病发生早期阶段起到防龋作用［19-20］。通过液闪测量实验，证实Hst 1在口内竞争性抑制高分子量糖蛋白吸附于羟基磷灰石表面，减少变形链球菌对牙釉质表面的粘附，降低龋病的发生［21］。MARGOLIS［3］研究发现Hst 1抑制磷酸钙的沉积，使唾液处于磷酸钙过饱和状态，未治疗的早期龋病病变吸收唾液中的Ca2+，促进病变再矿化。

3 Histatin 1 相关信号传导通路

3.1 细胞迁移信号通路 细胞迁移相关的信号通路有MARK/ERK1/2、PI3K/AKT、Wnt3a、Jake/STAT、SMAD等。有学者研究发现，Hst 1具有提高内皮细胞中磷酸化ERK1/2水平，促进细胞迁移［16］。MAPK/ERK信号通路阻断剂U0126可抑制Hst 1促进内皮细胞迁移的能力［22］，提示Hst 1通过MAPK/ERK信号通路促进内皮细胞迁移。

PEDRO等［16］通过载体质粒转染、western blot、poll-down实验证实，Hst 1促进内皮细胞中RIN2含量增加，激活Rab5，进而促进Rac1磷酸化，通过上调磷酸化ERK1/2含量表达，激活MAPK/ERK信号通路。利用siRNA抑制内皮细胞表达RIN2，进一步证实Hst 1通过Rin2-Rab5-Rac1信号轴激活内皮细胞MAPK/ERK信号通路，从而促进其迁移。OUDHOFF［7］通过上皮细胞伤口闭合实验，发现百日咳毒素作为G蛋白偶连受体抑制剂，抑制Hst 1对上皮细胞迁移的促进作用，减少细胞内ERK1 1/2含量，提示Hst 1也可通过G蛋白偶连受体激活MAPK/ERK。DANDAN等［23］通过免疫荧光染色和共聚显微镜，发现Hst 1在线粒体和内质网上有共同定位，提示Hst 1通过促进线粒体-内质网偶连，激活重塑细胞骨架、微丝收缩，并促进线粒体呼吸，提供细胞迁移和粘附所需能量，从而促进细胞迁移与粘附。

3.2 抑制细胞凋亡信号通路 Bcl-2是第一个被确认能对抗细胞凋亡的基因。HUANG［12］通过RT-PCR证实，Hst 1增加细胞中Bcl-2 mRNA及蛋白含量，下调Bax mRNA及蛋白含量，抑制紫外线诱导的角膜上皮细胞凋亡。Caspase3具有剪切细胞结构蛋白作用，是细胞凋亡最终执行分子。CASRTO等［13］研究发现，Hst 1降低磷酸化Caspase3蛋白含量，抑制双磷酸盐诱导的成骨细胞凋亡。提示在异常不良环境中，Hst 1通过调节Bcl-2表达，激活Bcl-2/Bax/Caspase3信号通路，抑制细胞凋亡。

4 小结

Hst 1是一种多功能肽，具有促进细胞迁移、粘附、抗菌及抗真菌、抑制细胞凋亡、促血管生成、防龋等作用，在组织工程和再生医学中具有巨大潜力。Hst 1在临床应用前景如下：（1）Hst 1作为组蛋白家族中最有效的体外创口闭合剂，是人唾液中促进口腔角质形成、创口闭合的主要因子。作为创口修复剂，可促进皮肤创口的再上皮化、口内黏膜创口愈合、角膜缺损的修复、血管生成；（2）利用其抗菌及抗真菌特性，可预防创口感染；（3）应用于骨科及口腔植入物，改善植入物与骨组织的整合。促进牙龈与口腔种植体基台的粘附，阻止微生物侵入，提高种植成功率；（4）应用于早期龋病的预防及治疗，抑制龋病进展，促进脱矿牙釉质再矿化。

Hst 1抵消肿瘤上皮间充质转化驱动因子作用，可增强癌细胞间相互粘附，为抑制癌症转移提供潜在的可能性，特别是以E-cad水平为转移决定因素的口腔鳞癌。研究Hst 1在肿瘤发生和癌症进展中的作用及机制将是学者们今后研究的热点和方向。