Swiprosin-1的研究進展及其生物學作用

李三鳳 石 晶 李亞軍

西安醫學院第一附屬醫院，陜西 西安 710000

Swiprosin-1被稱為SWSI或EFHD2，是一種含有240個氨基酸，相對分子質量為27 000的新型蛋白。其分子結構中包含四個假定的豆蔻酰化位點(脂質修飾)，三個含SH3結構域的結合位點，兩個EF-手域和一個位于C-末端的卷曲螺旋結構域[1-2]。Swipro-sin-1在不同物種的不同細胞或組織中廣泛表達，并且在許多病理情況下如炎癥(急性和慢性)、神經變性、癡呆、精神分裂癥和癌癥中的表達顯著上調[3]。Swiprosin-1首先在人淋巴細胞中被發現，主要存在于CD8+T、CD4+T和CD19+B淋巴細胞中，后來在其他免疫細胞，肥大細胞，上皮細胞，內皮細胞和巨噬細胞中相繼被發現。Swiprosin-1在遞送膜支架中也起著關鍵作用，該支架對Syk-、SLP-65和PLC-gamma2-依賴性B細胞受體(BCR)誘導的鈣通量是必不可少的[1-2，4-5]。Swiprosin-1作為與脂筏結合的小銜接蛋白起作用，并參與Ca2+信號傳導，表明Swiprosin-1可能在細胞毒性細胞通路中起關鍵作用。Swiprosin-1調節HMC和Jurkat T細胞中的PKC-βI/η，PKC-θ和NF-κB信號通路。此外，通過FcεRI交聯，在RBL-2H3細胞中比在HMC-1和Jurkat T細胞中更快誘導Swiprosin-1產生[4]。Swiprosin-1在人間充質干細胞的成骨細胞分化過程中和用RANK-L(NK-kB配體受體激活劑或腫瘤壞死因子配體超家族成員11)處理后小鼠RAW264巨噬細胞系分化為破骨細胞期間誘導產生[5]。且膿毒癥期間在小鼠巨核細胞(MKs)血小板中高度表達[6]，在凝血酶刺激后的大鼠和人血小板中亦高度表達[7]。

1 Swiprosin-1在免疫細胞激活中的作用

免疫反應受廣泛的細胞類型特異性調節，且共享的激活和抑制受體對來自外在或內在的信號有反應[8]。免疫細胞中的這些反應調節大量基因的表達，導致細胞因子、脂質介質、組織重塑酶、有毒氣體的大量產生[8]。研究證明，Swiprosin-1的異位表達可以在肥大細胞激活過程中使促炎細胞因子(TNF-α和IL-3)、趨化因子(IL-8)和組胺分泌增多[9]。漿細胞是一種類似于哺乳動物單核細胞和巨噬細胞的血細胞[10]。當分化的巨噬細胞如果蠅的血細胞和果蠅S2細胞系中表達時，EFhd表現出吞噬活性[10-12]。同樣發現Swiprosin-1/EFhd2在小鼠單核細胞系RAW264[5]、人PBMC[13]、小膠質細胞[14]和NK樣細胞[15]中表達。用重組牛分枝桿菌菌株刺激人單核細胞系THP-1，與肌動蛋白一起上調。這種刺激增強了THP-1細胞的抗原提呈能力，加強了CD8+免疫應答和促進了TNF-α的產生[13]。因此，Swiprosin-1在先天和適應性免疫系統的許多細胞類型中跨物種表達。體液免疫導致抗體產生、Th2激活、細胞因子產生、生發中心形成，同種型轉換、親和力成熟和記憶細胞生成[14-16]。選擇活化的B細胞用于抗體特異性和生發中心的同種型轉換，其受檢查點或凋亡調節[15]。而Swiprosin-1可以促進活化B細胞的凋亡[17]。

動脈粥樣硬化是心腦血管疾病的主要原因[10]，其發病機制復雜，可以分為脂質條紋期、纖維斑塊期、粥樣斑塊期共3個階段[18]。 動脈粥樣硬化斑塊中主要有巨噬細胞、平滑肌細胞、血管內皮細胞，當動脈內皮發生損傷時，單核細胞的黏附增多，移行至血管內膜轉變為巨噬細胞，而巨噬細胞將低密度脂蛋白吞噬，最后形成泡沫細胞，促進脂質條紋的產生[19]。除此之外，巨噬細胞還能夠分泌相關炎癥因子促進動脈粥樣硬化的發展[20]。動脈粥樣硬化斑塊組織中有大量的巨噬細胞，這些巨噬細胞的過度凋亡是導致動脈粥樣硬化斑塊不穩定的重要因素[21]ox-LDL 是一種脂蛋白，可以將膽固醇運輸到全身各處的組織細胞中，而巨噬細胞吞噬 ox-LDL 攜帶的膽固醇，能夠黏附在動脈血管壁上，導致動脈粥樣硬化發生[22]。表明Swiprosin-1 表達下調能夠抑制動脈粥樣硬化過程中巨噬細胞的凋亡和炎癥因子的分泌。

2 Swiprosin-1在細胞凋亡中的作用

細胞凋亡是由化療藥物，電離輻射或線粒體損傷，caspases等半胱氨酸蛋白酶家族所致的細胞自殺過程[23]。Swiprosin-1表達的WEHI231細胞通過caspase-7途徑誘導細胞凋亡并降低Bcl-xL水平，在缺乏Swiprosin-1時Bcl-xL蛋白水平比在BCR活化期間增加了3倍。此外，在正常培養條件下，Swiprosin-1的異位表達減少了ΔΨm，表明Swiprosin-1可以在轉錄水平上調節Bcl-xL的量，從而影響B細胞中促凋亡BCR信號傳導[2]。MIELENZ等和BLAGOEV等證明，Swiprosin-1在BCR和EGFR信號轉導過程中與無活性的caspase-9有關[24-25]。此外 Swiprosin-1結構中兩個潛在EF-hand結構域的存在可能調節細胞凋亡過程中caspase-9的鈣依賴性激活[23]。

3 Swiprosin-1與NF-κB通路

NF-κB是一種典型的促炎癥信號通路，可調節促炎介質如細胞因子，趨化因子和粘附分子的表達[26]。Swiprosin-1在BCR信號通路中作為NF-κB活化的負調節因子[2]以及在PKC-I/I信號通路中作為NF-κB活化的正調節因子起著雙重作用[9]。研究發現，Swiprosin-1的異位表達顯著增加了用PMA/A23187處理的HMC-1細胞中NF-κB和I-κB降解的轉錄活性，其Swiprosin-1水平的增加促進了促炎性細胞因子，趨化因子和組胺釋放的表達[9，27]。此外，RAWLINGS等[28]證明了由PKCβ途徑通過Carma1/Bcl10/MALT1復合物活化激活NF-κB通路，其也被PLCβ2/Ca2+信號傳導下游的BCR激活。

4 Swiprosin-1在癌癥侵襲和細胞遷移中的作用

癌癥侵襲和轉移是指局部生長的腫瘤轉變為全身性、轉移性和威脅生命的疾病的具有里程碑意義的事件[29]。與注射GFP的對照組小鼠相比，注射穩定表達GFP-Swiprosin-1的B16F10細胞的小鼠肺中黑色結節的數量和大小顯著增加，提示肺轉移。此外，在注射穩定轉導shRNA-Swiprosin-1的B16F10細胞的小鼠中，肺轉移的肺結節的大小和數量顯著減少[3]。目前，針對Swiprosin-1在腫瘤轉移中的發揮的作用機制的研究較少，因此在這方面仍有大量工作要做。

Swiprosin-1與肌動蛋白細胞骨架結合，調節板狀偽足和細胞遷移。細胞骨架是一種細胞內基質，在細胞中起著幾個基本作用，包括組織亞細胞細胞器的空間排列，調節細胞動力學和運動性，提供與相鄰細胞相互作用的平臺，最終定義整體細胞形狀[30]。細胞遷移始于膜突起的形成，如片狀突起，絲狀偽足和膜褶皺依賴于肌動蛋白動力學，肌動蛋白動力學受多種肌動蛋白結合蛋白的調節，協同作用以重組肌動蛋白絲[3，31]。Rho家族的鳥苷三磷酸酶(GTP酶)(RhoA，Rac1和Cdc42)的成員在多種信號傳導途徑中起作用，導致細胞黏附、遷移、增殖和轉化。如Cdc42是細胞極性和絲狀偽足形成所必需的，Rac1是板狀偽足，皺褶形成和細胞遷移所必需的，而RhoA則需要收縮遷移細胞的后緣[3，28]。已知F-肌動蛋白富集于微絨毛狀區域(板狀基形成)[4]，而Swiprosin-1定位于微絨毛，如HMC-1細胞的突起和293T細胞的膜頂端脊區域。此外，當分別用PMA和EGF刺激細胞時，Swiprosin-1隨著F-肌動蛋白的運動在COS-7和B16F10細胞中重新定位[11，31-32]。KWON等[32]觀察到類似的Swiprosin-1在T細胞活化期間被募集到Jurkat T中的富含肌動蛋白的區域或人原代T細胞中。另一方面，Swiprosin-1不促進由Arp2/3復合物和WASP的VCA結構域介導的肌動蛋白聚合，WASP是Arp2/3復合物的輔助因子，并且不像VCA結構域那樣起輔助因子的作用，但S183中Swiprosin-1的磷酸化作用通過阻斷其對F-肌動蛋白的作用來抑制肌纖維蛋白介導的肌動蛋白解聚，這表明Swiprosin-1的磷酸化/去磷酸化的動態交換在調節膜動力學中起關鍵作用[31]。

在細胞遷移方面，HUH等[3]發現，Swiprosin-1異位表達轉位于運動B16F10細胞前緣，誘導了膜皺褶、微棘和片狀偽足的形成，也增強了Rac1和Cdc42活性，但降低了B16F10細胞中的RhoA活性。Swiprosin-1的卷曲螺旋結構域和EFhand基序的缺失顯著減少了片狀偽足的形成和細胞擴散，這主要在細胞質區域中觀察到，但在細胞外圍的富含纖維型肌動蛋白的區域無顯著的定位，表明細胞外周肌動蛋白結合活性和層粘連蛋白形成之間存在聯系[32]。此外，KWON等[32]證明，Swiprosin-1可增強SDF-1α介導的T細胞擴散，而Swiprosin-1的N末端區域的磷酸化位點具有片狀偽足形成的調節功能，從而通過用Rho家族的GTP酶重塑肌動蛋白細胞骨架調節細胞擴散和遷移。

5 Swiprosin-1在神經元軸突運輸中的作用

神經元是高度分化的細胞，軸突運輸分為從細胞體到末端(順行)和從末端到細胞體(逆行)的兩個方向。軸突運輸可能受到運輸機械各組成部分改變的影響，并導致神經退行性疾病的發生[33]。與野生型小鼠相比，在Nogo-A敲除小鼠中，Swiprosin-1表達下調增加了神經突生長和再生潛力[34]。MARTINS等[35]在精神分裂患者額葉皮質中觀察到Swiprosin-1與微管相關蛋白一起上調。這些數據表明Swiprosin-1可能參與神經退行性疾病和神經元再生。另一方面，在小鼠神經突中，Swiprosin-1與tau，MAP2，突觸蛋白1a/b和PSD-95共定位，表明Swiprosin-1也可能與運輸突觸蛋白的運輸囊泡相關，且可作為突觸蛋白。如Swiprosin-1基因敲除小鼠增加了軸突運輸的速度，但其抑制了KIF5A(驅動蛋白)介導的MT(微管)以劑量依賴性方式滑動[36]。同樣，BORGER等[37]研究還表明Swiprosin-1的敲除促進了神經元中大量突觸的發育，但并未影響其轉變為成熟突觸的能力。

6 Swiprosin-1與中樞神經系統

劉瑋曄等[38]在腦微血管內皮中發現一種新型蛋白Swiprosin-1，該課題通過閉塞鼠大腦中動脈建立鼠缺血性卒中模型，用免疫組化法檢測Swiprosin-1在腦中的分布，發現其主要集中分布于腦血管中，為了進一步確認，劉瑋曄等[38]提取并培養了原代大鼠微血管內皮細胞(brain microvascular endothelial cell，BMEC)，發現Swiprosin-1主要存在于微血管內皮細胞漿中，該實驗結果表明Swiprosin-1通過調節腦微血管內皮細胞中緊密連接蛋白occludin、OZ-1的表達和分布，與應力纖維F-actin的分布調節血腦屏障通透性。

Swiprosin-1/EFhd2(EFHD2)是一種F-肌動蛋白穩定蛋白，其卷曲螺旋結構域以Ca2+依賴性方式介導二聚化。研究證明，EFHD2在整個胚胎發育期間和成人中在CNS中高度表達[39]。在小鼠中主要存在于神經元中，在皮質和海馬區表達最高，位于軸突、樹突和突觸復合體中[40-41]。Western blot分析結果顯示，EFhd2在鼠大腦的各個部位(腦干、小腦、杏仁核、紋狀體、海馬、皮質和前額皮質)均有表達，且表達水平相近[42]。EFHD2受Ca2+結合調節，穩定F-肌動蛋白，可以促進神經突延伸。絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶細胞周期蛋白依賴性激酶5(CDK5)通過Ser74磷酸化EFHD2調節EFHD2的Ca2+結合親和力[43]。CDK5活性在阿爾茨海默病(AD)中失調，從而促進淀粉樣蛋白β的形成和TAU的過度磷酸化[44]。在AD小鼠模型和AD尸檢研究中描述了EFHD2在AD中的潛在參與疾病的病理過程[45]。這些研究表明，EFHD2與AD中的TAU和TAU相關蛋白相互作用。成人神經發生，即成年大腦中新神經元的產生，在海馬齒狀回(DG)內持續存在[46]。dk5是成人神經發生的調節劑，在轉基因淀粉樣蛋白前體蛋白的小鼠中敲除過度激活的Cdk5，挽救受損的神經發生[47]。REGENSBURGER等[48]研究了海馬神經的發生，在Efhd2基因敲除小鼠中觀察到成年新生神經元的存活率從早期神經母細胞階段開始嚴重下降。而且在Efhd2敲除小鼠中發現的嚴重海馬τ蛋白病，這些數據將Efhd2與阿爾茨海默病中存在的突觸可塑性受損聯系起來，并確定Efhd2在成人海馬中的神經元存活和突觸整合中的作用。說明突觸功能障礙和Ca2+失調與神經退行性過程和行為障礙有關。其他研究也表明EFhd2與突觸功能障礙相關疾病有潛在聯系，如在精神分裂癥患者[49]、自殺者[50]和肌萎縮側索硬化/運動神經元疾病的小鼠模型的前額皮質中[51]觀察到EFhd2蛋白水平的變化。

7 其他

酒精成癮是一種非常常見的精神疾病。研究發現，EFhd2單核苷酸多態性rs112146896與終身飲酒呈正相關，與健康青少年焦慮呈負相關。缺乏EFhd2降低了大腦中的細胞外多巴胺水平，但增強了對酒精的反應[52-53]。近交系短睡眠小鼠與近交系長睡眠小鼠的基因表達譜表明，EF手域中含有EFhd2(又稱Swiprosin-1)蛋白編碼基因D4Wsu27e，可能是酒精對鎮靜作用的彈性因子。與近交系睡眠時間較短的小鼠相比，近交系睡眠時間較長的小鼠小腦中EFhd2的表達量較高，且對酒精的鎮靜作用更為敏感[54]。研究發現，EFhd2的缺乏會導致小鼠對酒精的偏好增加，從而促進了小鼠的酒精攝入量的自發上升。EFhd2的缺乏也會降低酒精的鎮靜作用，而酒精的作用會減少，從而增加酒精的消耗。MIELENZ等[55]發現缺乏EFhd2會導致與增加酒精攝入相關的高風險人格特征。EFhd2和共同調節基因可以通過其一方面控制腦中腦邊緣系統中的單胺基礎活性和DA介導的酒精獎勵量來起作用；另一方面，EFhd2和共表達基因是完整皮質發育所必需的，從而間接控制人格特征和飲酒水平。EFhd2功能的降低會誘發高風險的人格特征，如尋求感官刺激或低焦慮，這可能與大腦皮質功能有關。