關于Mindin-F-spondin家族蛋白的生物學功能研究

薛小芳 黃慶文 巴亞斯古楞 任建林*

（1 福建醫科大學教學醫院（廈門大學附屬中山醫院），福建 廈門 361004；2 廈門大學附屬中山醫院消化內科 廈門大學消化疾病研究所 廈門市消化疾病中心，福建 廈門361004；3 福建醫科大學教學醫院（廈門大學附屬中山醫院）廈門大學消化疾病研究所 廈門市消化疾病中心，福建 廈門361004）

關于Mindin-F-spondin家族蛋白的生物學功能研究

薛小芳1黃慶文2巴亞斯古楞2任建林3*

（1 福建醫科大學教學醫院（廈門大學附屬中山醫院），福建 廈門 361004；2 廈門大學附屬中山醫院消化內科 廈門大學消化疾病研究所 廈門市消化疾病中心，福建 廈門361004；3 福建醫科大學教學醫院（廈門大學附屬中山醫院）廈門大學消化疾病研究所 廈門市消化疾病中心，福建 廈門361004）

Mindin/F-spondin家族蛋白成員是一群具有高度保守的分泌性細胞外基質蛋白。起初學者們發現該家族蛋白成員包括斑馬魚F-spondin、斑馬魚Mindin1和Mindin2、果蠅屬M-spondin，在此基礎上人們又陸續克隆出人和鼠的同源基因。本文就Mindin-F-spondin家族中蛋白相關成員的生物學功能進行闡述。

Mindin/F-spondin；生物學功能

Mindin/F-spondin 家族包括斑馬魚的F-spondin、斑馬魚的Mindin1和Mindin2、果蠅屬的M-spondin[1-3]。Mindin和F-Spondin是1992年最先在斑馬魚中發現，并主要積聚在基底層，能夠促進胚胎期的海馬神經元的生長。斑馬魚的F-spondin和Mindin主要在基底層細胞表達。此外，mindin1在底索細胞、Mindin2在生骨節細胞也有表達；而M-spondin主要在肌細胞中表達。各種蛋白在不同部位的表達，發揮著各種作用。

1 F-Spondin蛋白

1.1 F-Spondin的結構、分布

F-Spondin是1992年Klar等[4]采用消減雜交的方法發現的。它是一個底板蛋白衍生的黏附蛋白，相對分子質量大約90×103，后來把這種與底板表達和血小板反應蛋白同源的新蛋白命名為F-Spondin。氨基酸分子結構氨基端是F-Spondin1和F-Spondin2結構域，但是羧基端含有六個血小板反應蛋白重復序列（TSRs）。人們后倆又在兩棲動物[5]和斑馬魚[6]陸續發現F-Spondins。斑馬魚中的F-Spondin有兩種不同模式表達的F-Spondins：F-Spondin1和F-Spondin2。前者主要在底板表達，與鼠的F-Spondin有77%的同源性；后者在底板、體節、鏡頭、尾芽有表達，與鼠的F-Spondin有68%的同源性，與F-Spondin1則有72%。

1.2 F-Spondin蛋白的功能研究

在神經系統中，F-Spondin促進胚胎期海馬神經元的黏附和生長，并在海馬神經元上有相應的受體結合而發揮作用[6]。重組F-spondin可促進脊髓和感覺神經元的軸突和附著連接處的生長;這個附著點可以通過肝素或硫酸軟骨素來抑制[4]。也有研究克隆雞的F-Spondin[7]，無論是注射純化的F-spondin還是重組的F-spondin的TSR到雞胚胎的脊髓腔都將導致連合神經元通道的中斷，而不是作為一個緊密神經束通過底板的基礎部分。另外，將F-spondin TSR的抗體注射到脊髓中央管，將會逆轉異常的通道過程。

F-spondin不僅在底板表達，在發育中的周圍神經也表達[4,7,8]。切斷和粉碎大鼠坐骨神經病變遠端，F-spondin表達上調，在2周時出現高峰。Burstyn-Cohen等[8]研究發現神經源性的F-spondin能促進感官神經再生，但是具體的機制還不明確。

在構建的人牙周膜細胞中，F-spondin可以促進成牙骨質細胞的分化[9]。另外在骨關節炎中，F-Spondin通過轉化生長因子-β的介導方式調節軟骨組織的新陳代謝誘導軟骨退化[10]。在小鼠模型中，F-spondin通過載脂蛋白E受體2（LRP8）的介導方式可以抑制破骨細胞前體的分化，下調側牙周組織的募集反應。這說明了F-spondin對保護牙根表面吸收避免牙根組織唄吸收是必不可少的[11]。

2 M-Spondin的研究

2.1 M-Spondin的結構與分布

1997年，Umemiya et al[2]等從果蠅的細胞外基質蛋白中克隆出了新的基因序列，它具有相當為F-spondin的同源性。通過原位雜交和免疫組織化學等方法顯示出新的蛋白在發育中的肌肉中表達，他們把這種新的蛋白質命名為M-spondin。果蠅的M-spondin氨基酸包含兩個結構域：其中有70至80個氨基酸，與鼠的F-spondin結構域中有34%和41%的同源性，這部分分別稱作FS1和FS2；而M-spondin的羧基端只包含一個單一的TSR，與F-Spondin不同[12]。

2.2 M-spondin的功能研究

M-spondin在大量的胚胎體壁的肌肉中表達，分泌的M-spondin蛋白擴散并最終成固定在后期胚胎的肌肉附著點處。培養果蠅S2細胞中，有M-spondin表達、分泌并積聚在培養皿的表面。對于提出的M-spondin，可以確定是細胞外基質蛋白成分，可調解肌肉和表皮內突之間的機械聯動，但是作為細胞外基質蛋白具體的功能還不清楚。遺傳分析表明，缺失突變體和錯誤表達的突變體沒有受到明顯的發育缺陷[2]。目前對于M-Spondin蛋白的功能研究還比較少，有待進一步探討。

3 Mindin蛋白

3.1 Mindin的結構及其分布

Mindin也是由Higashijima等[3]于1997年在斑馬魚中發現。Mindin也含有FS1、FS2和一個含有WSXW模序的TSR結構域，它是一種分泌蛋白可結合到細胞外基質上。它們在早期神經管底板表達；另外，Mindin1在斑馬魚的脊索和底索也表達，mindin2亦可在生骨節細胞間質細胞中表達。后來科學家們又陸續克隆出人、和鼠的Mindin和F-spondin[6,13]。在氨基酸水平，小鼠Mindin與大鼠、人類和斑馬魚的Mindin分別有97%，85%和60%的同源性[14]。小鼠Mindin在多個器官都有表達，其中在小鼠腸道、peyer’s淋巴小結、脾臟、腸系膜淋巴結、肺臟以及心肌組織等有豐富的表達。

3.2 Mindin蛋白的功能

在神經系統中，Higashijima等[3]發現mindin蛋白的異位表達導致mindin免疫反應集聚在整個胚胎的基底膜，但這種過度表達，不會造成胚胎軸或中樞神經系統的發展嚴重異常。Mindin也有促進胚胎其的海馬神經元的黏附和生長，并在海馬神經元上有相應的受體結合而發揮作用[6]。

在小鼠模型中已有大量研究發現，Mindin在免疫系統中有重大作用。Mindin基因缺陷型小鼠能抵抗脂多糖引起的感染性休克，并且表現出在清除細菌感染的能力方面受損。巨噬細胞以及肥大細胞表現出對廣譜細菌刺激缺陷的反應，他們分泌的炎癥細胞因子TNF-a和IL-6有明顯的缺失[15]。作為一個模式識別分子，Mindin在啟動內源性免疫反應抵抗細菌和病毒病原體反應中，起著重要作用。在機體受到感染時，Mindin缺陷型小鼠表現出募集中性粒細胞及巨噬細胞向感染灶移動的能力受損。基因缺陷型小鼠也表現出對流感病毒清除能力的受損。很多研究說明了Mindin對炎性細胞有募集作用，可能是Mindin直接與病原體結合發揮作用。Mindin能夠提高嗜酸性粒細胞的黏附與遷移促進氣道炎性反應。這些效應是由于Mindin與黏附素在炎性細胞中相互作用而實現的[16]。此外，Mindin與黏附分子之間的相互作用在樹突狀細胞啟動的T細胞的過程中也發揮著重要作用[17]。基因缺陷型小鼠，由于T淋巴細胞聚集能力的下降，表現出樹突狀細胞啟動CD4+T細胞能力的受損。此外，控制樹突狀細胞啟動能力Rho鳥苷三磷酸酶Rac1和Rac2表達水平是下調。這些數據說明了Mindin在固有免疫或適應性免疫反應中都發揮重要作用。

人Mindin蛋白在體多種腫瘤中也有表達，如卵巢癌、肺癌、前列腺癌等。人DIL-1基因是Mindin-F-Spondin家族中斑馬魚Mindin的同源基因。相對于正常肺組織，它在小細胞型肺癌中表達量下降[18]。但是，DIL-1為什么在小細胞型肺癌組織中表達減少具體機制還不清楚，可能它是一個腫瘤抑制分子或是細胞外基質成分保護組織結構。Simon等[19]在臨床研究中，通過檢測血清中的Spondin-2作為人卵巢癌的新的腫瘤標志物。這為臨床的早期診斷和放射治療提供了又一方案。

另外，Mindin蛋白作為細胞外基質蛋白，可以介導細胞與基質之間的相互作用[4]。細胞外基質蛋白與細胞黏附分子相互作用對細胞的黏附、分化、遷移和增殖等都有影響。已有研究在人的肝癌細胞中干擾人源性Mindin的表達后，細胞表現出更高的遷移能力和侵襲力，與之相關的黏附分子如E-鈣連蛋白等也有相應的變化；但是在過表達Mindin的細胞株中，細胞的遷移能力和侵襲性則減弱[20]。

4 展 望

Mindin/F-Spondin家族蛋白在神經系統中發育、再生，機體免疫調節以及腫瘤診治等方面發揮著重要作用。有報道Mindin/F-Spondin家族蛋白發揮相關功能的具體機制可能是家族中各成員與結合蛋白或受體之間的相互作用，當然有待進一步深入探討闡明。

[1] Feinstein Y,Klar A.The neuronal class 2 TSR proteins F-spondin and mindin: a small family with divergent biological activities[J].Int J Biochem Cell Biol,2004,36(9): 975-980.

[2] Umemiya T,Takeichi M,Nose A.M-spondin,a novel ECM protein highly homologous to vertebrate F-spondin,is localized at the muscle attachment sites in the Drosophila embryo[J].Dev Biol,1997,186(2): 165-176.

[3] Higashijima S,Nose A,Eguchi G,et al.Mindin/F-spondin family:novel ECM proteins expressed in the zebra fi sh embryonic axis[J].Dev Biol,1997,192(2): 211-227.

[4] Klar A,Baldassare M,Jessell TM.F-spondin: A gene expressed at high levels in the fl oor plate encodes a secreted protein that promotes neural cell adhesion and neurite extension[J].Cell,1992,69(1):95-110.

[5] Ruiz i Altaba A,Jessell TM.Midline cells and the organization of the vertebrate neuraxis[J].Curr Opin Genet Dev,1993,3(6):633–640.

[6] Feinstein Y,Borrell V,Garcia C,et al. F-spondin and mindin: Two structurally and functionally related genes expressed in the hippocampus that promote outgrowth of embryonic hippocampal neurons[J].Development,1999,126(16):3637–3648.

[7] Burstyn-Cohen T,Tzarfaty V,Frumkin A,et al.F-Spondin is required for accurate path fi nding of commissural axons at the fl oor plate[J].Neuron,1999,23(2):233–246.

[8] Burstyn-Cohen T,Frumkin A,Xu YT,et al.Accumulation of F-spondin in injured peripheral nerve promotes the outgrowth of sensory axons[J].J Neurosci,1998,18(21):8875–8885.

[9] Kitagawa M,Kudo Y,Iizuka S.Effect of F-spondin on cementoblastic differentiation of human periodontal ligament cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2006,349(3):1050-1056.

[10] Attur Mukundan G,Palmer Glyn D,Al-Mussawir Hayf E.F-spondin,a neuroregulatory protein,is up-regulated in osteoarthritis and regulates cartilage metabolism via TGF-β activation[J].FASEB J,2009,23(1):79-89.

[11] Oka H,Mouri M,Kihara H.F-Spondin Inhibits Migration and Differentiation of Osteoclastic Precursors[J].J Periodontol,2011,1(1):1-25.

[12] Gantt SM,Clavijo P,Bai X,et al.Cell adhesion to a motif shared by the malaria circumsporozoite protein and thrombospondin is mediated by its glycosaminoglycan-binding region and not by CSVTCG[J].J Biol Chem,1997,272(31):19205–19213.

[13] Adams JC,Tucker RP.The thrombospondin type 1 repeat (TSR)superfamily: diverse proteins with related roles in neuronal development[J].Dev Dyn,2000,218(2): 280-299.

[14] YouWen He,Li H,Zhang J,et al.The extracellular matrix protein mindin is a pattern-recognition molecule for microbial pathogens[J].Nat Immunol,2004,5(1): 88-97.

[15] Jia W,Li H,He YW.The extracellular matrix protein mindin serves as an integrin ligand and is critical for in fl ammatory cell recruitment[J].Blood,2005,106(12): 3854-3859.

[16] Li Z,Garantziotis S,Jia W,et al.The extracellular matrix protein mindin regulates traf fi cking of murine eosinophils into the airspace[J].J Leukoc Biol,2009,85(2): 124-131.

[17] Li H,Oliver T,Jia W,et al.Efficient dendritic cell priming of T lymphocytes depends on the extracellular matrix protein mindin[J].EMBO J,2006,25(17): 4097-4107.

[18] Manda R,Kohno T,Matsuno Y,et al.Identi fi cation of Genes(SPON2 and C20orf2) Differentially Expressed between Cancerous and Noncancerous Lung Cells by mRNA Differential Display[J].Genomics,1999,61(1):5-14.

[19] Simon I,Liu Y,Krall K,et al.Evaluation of the novel serum markers B7-H4,Spondin2,and DcR3 for Diagnosis and early detection of ovarian cancer[J].Gynecol Oncol,2007,106(2):112-118.

[20] Liao CH,Yeh SC,Huang YH,et al.Positive regulation of spondin 2 by thyroid hormone is associated with cell migration and invasion[J].Endocr Relat Cancer,2010,17(1):99-111.

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1671-8194（2011）31-0275-02

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