膜相關孕酮受體蛋白家族的結構和生理功能研究進展

白紅梅 魏鳳香，2*

(1. 佳木斯大學 基礎醫學院，黑龍江 佳木斯 154000；2. 深圳市龍崗區婦幼保健院中心實驗室，廣東 深圳 518100)

膜相關孕酮受體(Membrane-associated progesterone receptor，MAPR)是一組相當小的、部分同源的蛋白質，它們具有與細胞色素b5(Cyt-b5)相似的非共價血紅素結合域，被認為是Cyt-b5的進化保守遠距離同源物[1]?！澳は嚓P孕酮受體”這個術語強調了它們與孕酮結合的能力，以及獨立于經典類固醇激素受體而產生快速類固醇效應的能力[2]。MAPR參與了多種細胞功能，MAPR家族成員孕酮受體膜組分1(PGRMC1，也被稱為IZA，sigma-2受體，DAP1)，孕酮受體膜組分2(PGRMC2)，神經營養因子蛋白(neudesin，NENF)和細胞色素b5結構域蛋白(neuferricin，CYB5D2),它們的氨基酸序列在脊椎動物中非常保守，從人類到斑馬魚。MAPR家族成員具有高度同源性的一級結構，但有不同的定位模式，即neudesin和neuferricin都是分泌型蛋白，而PGRMC1和PGRMC2是單一的跨膜蛋白。它們都具有血紅素結合域，其生物活性依賴于血紅素與其Cyt-b5樣血紅素/類固醇結合域的結合[3]。

1 孕酮受體膜組分1(PGRMC1)

Meyer等人[4]首次從豬肝細胞中純化出一種高親和力的孕酮結合蛋白，后來稱為孕酮受體膜組分1(PGRMC1)。PGRMC1包含細胞色素b5結構域，屬于在真核生物中廣泛存在的膜相關孕酮受體(MAPR)蛋白家族。PGRMC1主要在哺乳動物的肝臟和腎臟中表達，但也在類固醇生成和生殖組織、腦、乳腺、心臟、肺、骨骼肌、胰腺和其他器官中表達。通常，它與微粒體細胞色素P450(CYP)共同定位于平滑內質網，但也定位于細胞核、細胞質、質膜和線粒體[5]。近年來，人們關注PGRMC1在細胞存活、抗凋亡和損傷反應中的作用。

在脂質代謝過程中，PGRMC1調節膽固醇的合成，而Neudesin在脂肪形成中起作用。PGRMC1調節膽固醇/類固醇生物合成和代謝，通過調節鐵調素表達和鐵螯合酶活性來實現鐵穩態和血紅素運輸[6]。PGRMC1通過其細胞色素b5結合域和其他潛在結合伙伴(包括細胞色素P450)之間的相互作用來調節細胞生長和增殖[7]。

有研究表明PGRMC1表達受二惡英等致癌物誘導[8]，它在乳腺癌和其他腫瘤中增加，促進癌癥進展，導致更差的預后[9]。PGRMC1在多種腫瘤中過表達，因而代表了癌癥進展，是潛在的抗癌藥物重要生物標志物。PGRMC-1在癌細胞增殖過程中以磷酸化和去磷酸化狀態存在[10]。最近的研究表明PGRMC1是細胞增殖的生物標記物和用于抑制腫瘤發生的優異的治療目標。PGRMC1在卵巢癌和其他癌細胞中高表達，并被認為在化療耐藥中起重要作用。越來越多的研究進一步支持PGRMC1在藥物反應中的作用和作為潛在的藥物靶點，例如PGRMC1增加了對酪氨酸激酶抑制劑AG-1478和厄洛替尼的易感性[11]，PGRMC1抑制阿霉素誘導的細胞毒性，表現出抗凋亡作用，并促進癌細胞增殖和細胞周期進入S期，PGRMC1過表達導致對阿奇霉素敏感的MES-SA細胞的上皮-間充質轉化(EMT)，從而促進其遷移和侵襲[12]。類固醇拮抗劑米非司酮(MIF)可通過上調PGRMC1的表達，有效地逆轉非典型抗精神病藥物(AAPD)誘導的脂質紊亂[13]。

Shakeel等人的研究證實PGRMC1通過與兩種中樞自噬蛋白MAP1LC3(微管相關蛋白1輕鏈3，也稱為LC3)和UVRAG(抗紫外線相關/紫外線輻射相關基因)的相互作用促進自噬[14]，研究發現PGRMC1、PGRMC2能抑制細胞進入細胞周期[15]，Peluso等人[16]的研究表明PGRMC1和PGRMC2參與調節細胞進入細胞周期的G1階段，耗盡細胞中的PGRMC1或PGRMC2會增加細胞進入細胞周期但不會增加細胞增殖。PGRMC1和/或PGRMC2耗竭，細胞會在中期積累并經歷細胞凋亡。因為PGRMC1和PGRMC2都定位于有絲分裂紡錘體，它們的缺失可能是細胞在中期停滯的原因。

McCallum等人[17]的一項為期6個月的小鼠育種試驗表明，與對照小鼠相比，消融PGRMC1的小鼠在6個月的繁殖試驗中出生的窩總數顯著減少(P=0.041)，產生子宮內膜囊腫，表明，PGRMC1在雌性生育能力和子宮組織穩態中起著重要作用。

Ieldo等人[18]發現在體外抑制sigma-2/PGRMC1蛋白表達會導致外源性淀粉樣蛋白β寡聚體與神經元的結合減少90%以上，sigma-2/PGRMC1在阿爾茨海默病患者的大腦中表達失調。使用sigma-2/PGRMC1受體拮抗劑可防止和逆轉淀粉樣蛋白β寡聚體對阿爾茨海默病小鼠模型中的認知缺陷的影響。

2 孕酮受體膜組分2(PGRMC2)

人PGRMC2蛋白全長247個氨基酸。盡管它在結構上與PGRMC1相似，但對PGRMC2的研究較少[19]。PGRMC2與PGRMC1有很強的同源性，在結構上與PGRMC1具有相似的Cyt-b5結構域，但在N端的跨膜區有所不同，這些高度同源的蛋白質有許多共同的特性。PGRMC1和PGRMC2均定位于內質網。有研究表明[20]，在SKOV-3卵巢癌細胞中，PGRMC2可以抑制細胞遷移。PGRMC2還參與細胞周期調控[16]。

Intlekofer等人[21]研究發現，在對雌性生殖很重要的下丘腦核中檢測到編碼PGR、PGRMC1、PGRMC2和絲氨酸mRNA結合蛋白1(Serbp1，Pgrmc1的假定結合伙伴)的mRNA的高表達，這些孕激素信號分子的神經解剖學分布表明PGRMC1和PGRMC2可能在神經內分泌功能中發揮作用。

3 神經源性神經營養因子(Neudesin)

Neudesin最初被鑒定為一種具有神經營養活性的小鼠分泌蛋白[22]，也被稱為神經源性神經營養因子(NENF) 或候選癌基因GIG47。已在包括人類、小鼠和斑馬魚在內的脊椎動物中發現了Neudesin基因，但未在無脊椎動物中發現，這表明Neudesin基因是脊椎動物特有的。人的Neudesin由172個氨基酸組成，與小鼠Neudesin有很高的相似性(約91%的同源性)[23]。Neudesin在神經功能、腫瘤發生和能量代謝中發揮著多功能作用。

作為一種分泌蛋白，Neudesin的生理作用似乎與PGRMC1/2顯著不同，Neudesin的保守的細胞色素b5樣血紅素/類固醇結合域已被證明可以結合血紅素，并且是其活性所必需的，Neudesin對細胞外信號調節激酶(ERK)1/2的磷酸化受到百日咳毒素(PTX)(一種Gi/Go蛋白抑制劑)的抑制，表明其活性是通過激活MAPK(絲裂原活化蛋白激酶)和PI3K(磷脂酰肌醇3-激酶)途徑介導的，這可能與Gi/Go蛋白偶聯信號通路偶聯[23，24]。PGRMC1和PGRMC2有兩個保守的內含子，表明它們是由一個共同的祖先基因產生的。相比之下，Neudesin具有非保守的內含子。因此，Neudesin 在進化上與MAPR家族的其他成員無關[25]。

在成年小鼠中，Neudesin優先在中樞神經系統脊髓中表達，但也在幾個外周組織中表達，小鼠的Neudesin mRNA在大腦的神經元中表達，但在膠質細胞中不表達。Neudesin對原代培養的小鼠神經元有明顯的神經營養活性，但對原代培養的小鼠星形膠質細胞無促有絲分裂活性，表明它是一種神經營養因子[24]。

有研究[23]分析了Neudesin在包括乳腺癌在內的多種人類癌癥中的表達譜。結果表明Neudesin在包括子宮頸癌、淋巴瘤、結腸癌、肺癌、皮膚癌和白血病，以及乳腺癌中高度上調。此外，Neudesin的異位表達促進了乳腺癌細胞的侵襲性和腫瘤發生。與非腫瘤個體相比，星形膠質細胞腦腫瘤患者腦脊液中的Neudesin濃度更高[26]。

Byerly等人[27]通過大規模篩選，發現調節食物攝入的新的分泌型下丘腦蛋白Neudesin在調節食物攝入的下丘腦細胞核中強烈表達。通過腦室插管給予小鼠重組Neudesin可減少小鼠攝食量和體重，然而，在喂食高脂肪飲食(HFD)的肥胖小鼠中，Neudesin對食欲的抑制作用被取消，表明Neudesin功能的飲食依賴性調節。這些發現表明，Neudesin是食物攝取的重要中樞調節因子，可能涉及腦源性神經營養因子(BDNF)和黑皮質素信號傳導的調節回路。Neudesin也在小鼠的白色脂肪組織(WAT)中大量表達[28]。它已被證明可顯著抑制培養3T3-L1前脂肪細胞的脂肪生成。RNA干擾抑制Neudesin生成可明顯促進3T3-L1細胞的成脂作用，并抑制脂肪細胞分化過程中MAPK的活化，表明Neudesin可能是脂肪生成早期階段的負調節劑。 Ohta等人[29]發現給Neudesin基因敲除(KO)的小鼠喂食高脂飲食，交感神經活動顯著增加，導致能量消耗和熱量產生增加，棕色脂肪組織中的產熱增加和脂肪酸氧化增加，白色脂肪組織中的脂解作用增強，這些發現表明Neudesin可能是交感神經活性的負調節因子，肥胖和肥胖相關代謝功能障礙發生的一種新的調節因子。

Neudesin敲除(KO)小鼠的廣泛行為特征(運動、情緒和認知維度)顯示出焦慮樣行為。這種焦慮表型與多巴胺能輸入減少和腹側海馬齒狀回顆粒神經元內貧乏的樹突分支有關，在紋狀體(BNST)的床核中也觀察到較短的樹突，表明Neudesin在維持海馬焦慮回路中的作用[30]。

4 Neuferricin(CYB5D2)

Neuferricin也被稱為CYB5D2，以其通過抑制細胞增殖進而促進神經元分化的作用命名,在中樞神經系統、心臟、腎上腺等組織中廣泛表達，Neuferricin是通過對neudesin的類細胞色素b5血紅素/類固醇結合結構域進行同源性搜索而發現的，小鼠Neuferricin由263個氨基酸組成，其血紅素結合區與Neudesin相似[31]。人Neuferricin全長264個氨基酸，與b型血紅素結合，定位于內質網。

截止目前，對Neuferricin基因的功能研究報道還不是很廣泛。與轉染空載體(EV)的HeLa細胞相比，過表達Neuferricin可提高宮頸癌HeLa細胞在依托泊苷作用下的存活率[32]。Neuferricin的表達增加了化療藥物(紫杉醇、順鉑和阿奇霉素)對HeLa細胞的存活，其促進存活的能力依賴于其與血紅素的結合能力[33]。過表達Neuferricin對人宮頸癌HeLa細胞具有增殖抑制、遷移抑制、侵襲抑制作用，Neuferricin可能通過上調E-cadherin(上皮細胞鈣黏蛋白)，逆轉上皮間充質轉化(EMT)的發生進而抑制宮頸癌的侵襲與轉移[34]。

Neuferricin與乳腺癌(BC)的腫瘤抑制功能相關，Neuferricin過表達誘導乳腺癌MCF7細胞凋亡，Neuferricin敲低增強了MCF7細胞增殖。Ojo等人[35]通過對cBioPortal數據庫中的TCGA和Metabric數據集(n=817和n=2 509)中的數據進行統計，發現Neuferricin下調降低了總生存率，并獨立預測乳腺癌患者的死亡。

綜上所述， MAPR家族中PGRMC1，PGRMC2，Neudesin和Neuferricin都有一個類似Cyt-b5的血紅素/類固醇結合結構域，在幾個組織中廣泛表達，包括中樞神經系統，并且有重要的生理功能。雖然每個MAPR具有不同的功能，但它們都表現出與細胞分化和生存相關的活性，特別是在癌癥中，MAPR很可能成為治療性激素相關癌癥和疾病(如乳腺癌、卵巢癌、卵巢衰竭)的一個有前途的靶點。此外，PGRMC1和Neudesin在中樞神經系統的表達提示其在神經疾病的治療中有潛在的作用。對MAPR的進一步研究將為開發新的治療方法提供有用的線索。