鞘脂轉運蛋白在疾病發生發展中的作用*

盧夢云 胡溢洪 韓語誠 鄒先瓊

1 桂林醫學院附屬口腔醫院，廣西桂林市 541004； 2 桂林醫學院基礎醫學院

鞘脂是一類復雜脂類，是細胞膜和信號轉導復合物的重要組成部分，包括神經酰胺、1-磷酸—神經酰胺(Ceramide-1-phosphate, C1P)、糖鞘脂等多種分子[1]。研究已經確定某些鞘脂及其代謝產物具有生物活性，是多種生物功能的重要調節因子，在細胞生長、分化、死亡、細胞遷移和自噬等方面發揮重要作用，還參與了類風濕性關節炎和癌癥等炎癥相關疾病的病理過程[1]。由于鞘脂的結構具有多樣性，且其水溶性差，需要特殊的運輸系統。一般而言，囊泡運輸途徑是細胞內大部分脂質的轉運方式，而具有高特異性的靶向轉運是通過非囊泡運輸途徑實現的。囊泡運輸，出芽囊泡收集蛋白質和脂質，從供體膜的出芽部分移動到目標位置并與受體膜融合，釋放其內容物。非囊泡運輸通常依賴脂質轉運蛋白(Lipid transfer proteins, LTPs)，不同的細胞內LTPs可以識別特定的脂質并將其轉移到目標位置[2-4]。越來越多的證據表明，非囊泡運輸過程是整個鞘脂生物合成途徑的限速步驟，鞘脂轉運蛋白和鞘脂轉運過程正在成為鞘脂發揮生物學功能的重要部分，在抵抗癌癥發生發展方面具有潛在作用[2]。雖然鞘脂轉運蛋白在某些疾病發生發展中的作用已有相關報道，但其他方面仍然是個謎。鞘脂轉運蛋白作為鞘脂代謝的潛在瓶頸的重要性還沒有得到充分認識。有些是真正的鞘脂轉運蛋白，將鞘脂從合成部位轉運到特定部位以發揮功能，而其他可能具有傳感器作用。現主要討論神經酰胺轉運蛋白(Ceramide transporter, CERT)、糖脂轉移蛋白(Glycolipid transfer protein, GLTP)、磷脂酰肌醇4-磷酸銜接蛋白(phosphatidylinositol 4-phosphate adaptor protein, FAPP)2和1-磷酸神經酰胺轉移蛋白(Ceramide-1-phosphate transfer protein, CPTP)四種鞘脂轉運蛋白在某些疾病中發揮作用的已知內容，研究所揭示的許多關鍵過程,有望成為治療這些疾病的新靶點。

1 CERT

CERT是一種68kD的胞質蛋白，其不同功能的結構域或基序調節該蛋白的活性，它能將神經酰胺從內質網轉運到反式高爾基體，影響神經酰胺的代謝、細胞濃度、生物活性以及調節鞘磷脂生物合成[5]。神經酰胺是鞘脂代謝的核心，是下游鞘脂和糖鞘脂的前體，對細胞增殖、遷移、衰老等功能有關鍵調節作用，參與糖尿病、阿爾茨海默病和抑郁癥等病理過程[6-7]。

CERT蛋白在中樞神經系統表達，在胚胎和大腦發育及維持線粒體的整體完好性中發揮重要作用，在CERT缺陷小鼠胚胎中觀察到心臟功能不全的心力衰竭，在CERT突變胚胎中發現鞘磷脂和質膜神經酰胺水平降低，而內質網和線粒體中神經酰胺水平升高，細胞周期相關蛋白表達水平降低，細胞生存途徑被激活，導致細胞生長停滯而不發生凋亡[8]。研究表明，CERT在衣原體胞內寄生中有重要作用，沙眼衣原體在宿主細胞包涵體膜內進行復制，而CERT和膜脂是維持包涵體和其中細菌復制所必需的。細菌效應蛋白IncD在包涵體膜的胞質側通過CERT PH結構域將CERT募集到包涵體中[9]，這表明包涵體—內質網膜接觸位點的形成讓神經酰胺能夠有效轉移到包涵體膜，這對于專性細胞內寄生蟲的感染是重要的。研究發現，CERT在HER2陽性型乳腺癌中過表達，且CERT蛋白高表達與不良預后相關，抑制CERT可通過促進自噬使HER2陽性細胞對化療敏感，提示CERT的表達可能對預測特定癌癥患者群體的治療結果具有預后價值[5, 10]。在三陰性乳腺癌中CERT低表達，基底乳腺癌亞型的CERT mRNA水平比其余分子亞型明顯降低，且比正常乳腺組織略有降低，低CERT表達似乎與基底樣乳腺癌亞型有關，但其具體機制尚不清楚。此外，在轉移性前列腺癌中也發現CERT轉錄水平降低[10]，表明CERT是動態調控的，不同情況下上調和下調都可能對腫瘤細胞有益。有研究表明，CERT在脂中毒條件下的鞘脂代謝調控中發揮作用，直接抑制CERT表達會影響神經酰胺含量和胰島素信號轉導[11]。以上研究表明CERT功能喪失對生長和信號轉導的影響可能與細胞類型有關。CERT不僅能通過影響線粒體完好性進而導致線粒體功能障礙，其在乳腺癌和轉移性前列腺癌等疾病中發揮重要作用，但詳細作用機制尚不清楚，需要進一步的研究。

2 GLTP

人類GLTP是一種24kD的可溶性兩性蛋白，是大多數糖鞘脂的轉運體，它采用一種特別嚴格的全α-螺旋結構，以“三明治基序”排列，此“三明治”狀拓撲結構被視為GLTP超家族的結構基礎，形成一個獨立的“口袋狀”糖脂結合位點，即為GLTP折疊，人類GLTP被視為真核生物GLTP蛋白家族的原型蛋白[12]。

GLTP基因表達變化會導致某些糖鞘脂的穩態水平發生改變，GLTP能作為傳感器發揮功能，而且能調節某些癌細胞系的細胞形狀改變[13-14]。人類GLTP表達水平與內質網或高爾基中的葡萄糖神經酰胺(Glucosylceramide, GlcCer)水平相關，過表達GLTP的細胞其GlcCer合成增加，在GlcCer積累的細胞中，GLTP表達也增加，然而，在胞吞作用中，GLTP水平對溶酶體中GlcCer的增加沒有反應，這意味著GLTP可能作為新合成的GlcCer細胞內水平的傳感器或調節器發揮功能[14]。研究發現，當人GLTP在HeLa或HEK-293細胞中過表達時，通過與δ聯蛋白相互作用改變了細胞形狀[13-14]。蛋白質組學數據顯示，GLTP在少突膠質細胞中高度表達，參與C型尼曼—皮克病(Niemann-Pick Type C disease, NPC)中樞神經系統的髓鞘形成[15]。一項以雙環醇為探針的研究確定了GLTP是丙型肝炎病毒(HCV)復制的限制因子，GLTP與宿主囊泡相關膜蛋白相關蛋白A(Vesicle-associated membrane protein-associated protein-A, VAP-A)結合，阻止VAP-A和HCV非結構5A蛋白復合物的形成，從而對HCV的復制有抑制作用[16]。GLTP蛋白高表達使細胞周期蛋白依賴性激酶(Cyclin-dependent kinase, CDK)抑制因子1B(p27)和1A(p21)上調，CDK2和CDK4、細胞周期蛋白E和D1水平下調，把細胞周期阻滯在G1/S期，發揮抑制人類結直腸癌HT-29細胞增殖的作用，此外，過表達GLTP的HT-29細胞發生了壞死性凋亡[17]，表明GLTP上調通過干擾細胞周期進展、誘導壞死性凋亡來抑制人類結直腸癌HT-29細胞的生長，可能為對抗癌癥提供一條新途徑。生物信息學分析結果顯示，人類GLTP在胰腺腺癌組織中的表達水平高于癌旁正常組織[18]，提示GLTP可能對胰腺腺癌的發生發展有作用，但其具體作用機制需要進一步探究。以上研究表明，GLTP不僅與細胞周期進程及細胞壞死性凋亡有關，還能夠誘導細胞變圓，并參與NPC、丙型肝炎、結直腸癌、胰腺腺癌等疾病發生發展的相關過程。盡管已有以上研究數據，但GLTP在癌癥等疾病發生發展中的確切功能和調控機制仍不清楚，需要更深入的探究。

3 FAPP2

FAPP2由519個氨基酸編碼組成，屬于糖脂轉移蛋白(GLTP)家族，包含pleckstrin同源結構域，其通過GLTP結構域將GlcCer從高爾基體運輸到內質網以產生復雜的糖鞘脂[12,19]。

FAPP2在反式高爾基網絡(Trans-Golgi network, TGN)中發揮關鍵作用，FAPP2的敲低會改變GlcCer在高爾基體內的分布，導致TGN上GlcCer的丟失和順式高爾基區域的積累，其也與細胞凋亡過程及腫瘤的發生相關[12,20-21]。在一組膠質瘤、乳腺癌和結腸癌細胞系中，FAPP2基因敲低增強了這些細胞對Fas/Fas配體誘導凋亡的敏感性，揭示了FAPP2在抵抗凋亡中的潛在作用[20]。研究發現，FAPP2基因在肝細胞癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)中表達上調，并通過增強Wnt/β聯蛋白信號通路的激活發揮對HCC細胞增殖和侵襲的促進作用，故其可能成為抗肝癌治療的一個重要候選靶點[19]。有研究證明，在結腸癌組織中FAPP2基因上調，并通過激活Wnt信號促進人結腸癌腫瘤細胞增殖，敲除FAPP2基因可抑制結腸癌細胞的生長[21]，這些發現將為結腸癌提供新的分子治療靶點。研究發現，當HCV感染細胞時，宿主磷脂酰肌醇-4-激酶能被HCV NS5A蛋白激活，產生許多磷脂酰肌醇4-磷酸(phosphatidylinositol 4-phosphate,PI4P)脂質體，其重新分布至復制復合體上，然后PI4P與FAPP2結合調控HCV基因組復制到病毒粒子的產生過程，此外，敲低FAPP2會干擾病毒感染細胞中膜網囊泡的形成，改變HCV復制酶蛋白的分布，阻礙HCV RNA的合成，表明FAPP2基因在HCV基因組復制過程中發揮重要作用[22]。最新的研究表明，FAPP2是T細胞急性淋巴細胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia,T-ALL)中一個潛在的致癌基因。FAPP2基因在人類T-ALL中表達上調，在T-ALL細胞系中，FAPP2表達下調能夠抑制細胞增殖，阻滯細胞周期至亞G1期，促進細胞自噬以及抑制PI3K/AKT/mTOR通路，提示FAPP2可能通過PI3K/AKT/mTOR途徑參與致瘤[23]，此項研究將為T-ALL的具體發病機制和潛在的靶向治療提供新觀點。以上研究表明，FAPP2參與細胞凋亡過程的調節，其在HCC、結腸癌、丙型肝炎、T-ALL等疾病的發生發展中也發揮重要作用。隨著FAPP2在癌癥的發生發展中占據著越來越關鍵的地位，迫切需要進一步的研究來確認FAPP2作為癌癥治療靶點的潛力。

4 CPTP

人類CPTP作為GLTP家族的新成員，能夠形成GLTP折疊，可以選擇性地將C1P從高爾基體轉運到質膜[3]。C1P由神經酰胺激酶直接磷酸化神經酰胺而產生，其與細胞膜上的Gi蛋白結合可調節多條信號通路，從而在細胞生長、衰老、惡性細胞遷移/侵襲、炎癥反應、血管生成和細胞內運輸等方面發揮重要作用[1, 5]。例如，C1P被認為是胞質型磷脂酶A2α(cytosolic phospholipase A2α,cPLA2α)的直接激活劑，在siRNA誘導的CPTP敲除細胞中，TGN中C1P的積累誘導并激活cPLA2α，進而導致花生四烯酸和促炎二十烷類化合物的產生[3]。

研究表明，RNA干擾技術誘導的CPTP缺陷會導致HeLa和HEK-293細胞自噬，但CPTP上調或下調后未檢測到細胞凋亡，CPTP缺失還可提高胱天蛋白酶1水平，通過NLR家族pyrin結構域3顯著增加白細胞介素-1β和白細胞介素-18的釋放[24]，提示CPTP可能參與了自噬介導的有關病理進程，從而影響細胞的相關生理功能和穩態。研究發現，CPTP下調對A549肺上皮癌細胞具有促炎作用[3]。CPTP在重癥急性胰腺炎患者外周血中的表達低于健康組，其可能的機制是CPTP基因下調 IVA cPLA2α表達水平，繼而改變緊密連接蛋白的表達，從而對腸上皮屏障有保護作用[25]。鑒于CPTP與自噬和炎癥有關，CPTP可能作為腫瘤生物標志物或治療靶點發揮作用[2, 24]。根據人類蛋白圖譜和癌癥基因組圖譜，CPTP在腫瘤組織或細胞系中異常表達，和癌旁非腫瘤組織比較，CPTP基因在胸腺瘤、胰腺腺癌、卵巢漿液性囊腺癌中表達上調，而在睪丸癌組織中的表達水平比癌旁正常組織低[26]，表明人類CPTP基因在不同的腫瘤組織中能夠發揮促進或抑制腫瘤發生發展的不同作用。研究已證明，腫瘤抑制因子微RNA(microRNA,miRNA/miR)-328的直接靶點之一是CPTP，此外，miR-328-3p被報道通過參與內源性RNA競爭機制介導腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲和癌癥干細胞功能，從而抑制結直腸癌[27]和HCC[28]的發展。同時，miR-328在包括上述腫瘤在內的多種腫瘤中低表達，靶向抑制miR-328可用于消除卵巢癌中的腫瘤干細胞和防止腫瘤轉移[29]，提示CPTP可能通過miR-328的靶點起抗腫瘤作用。以上表明人類CPTP蛋白可能在胸腺瘤、胰腺腺癌、卵巢漿液性囊腺癌、結直腸癌和HCC的發生發展中起作用。然而，人類CPTP基因在不同腫瘤發生發展中的作用具有復雜性，其具體的分子作用機制和特定功能需要進一步的深入研究。這是目前一個研究熱點，可以為了解人類CPTP在癌癥、炎癥和自噬相關疾病中的作用奠定基礎。

5 小結與展望

鞘脂轉運蛋白及其調節的過程是鞘脂代謝的重要組成部分，這些過程通常是個別鞘脂新陳代謝的限速步驟，因此代表了藥物抗癌研究的潛在靶點[2]。已知鞘脂轉運蛋白在細胞周期進程、細胞凋亡等生物學功能中具有重要調節作用，其也參與了丙型肝炎、炎癥性疾病、結直腸癌等疾病的發生發展過程。鞘脂代謝的紊亂會引起各種疾病，如前所述，一些病原體會利用CERT和FAPP2的宿主機制，神經鞘脂代謝和轉運的空間調控研究進展將為該類藥物的開發提供線索。

雖然已有鞘脂轉運蛋白結構、功能及其在癌癥等疾病中作用的相關研究，但鞘脂轉運蛋白在疾病發生發展中的詳細機制及其靶向不同細胞器的確切機制尚不清楚，我們對個別鞘脂轉運蛋白及其在癌癥中的作用知之甚少，因為目前可以實時觀察鞘脂轉移的方法有限，所以鞘脂轉運蛋白在體內功能的研究變得復雜化，而且大多數研究都是在體外進行的。然而，隨著熒光標記和成像技術的進步，如超高分辨率顯微鏡[30]，已可用來詳細觀察鞘脂轉運蛋白如何幫助鞘脂在細胞內移動。可以預計的是，繼續尋找新的鞘脂轉運蛋白并闡明其生物學功能及其在疾病發生發展中的作用將對相關疾病的預防、診斷及治療有重要意義。