張洪峰，彭 軍

(中南大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)系，湖南長(zhǎng)沙 410078)

肌球蛋白是一超家族蛋白質(zhì)，目前至少發(fā)現(xiàn)了25種，它們的結(jié)構(gòu)和功能各不相同。研究最多的是肌球蛋白Ⅱ，它和肌動(dòng)蛋白一起構(gòu)成了心肌、骨骼肌和平滑肌的主要收縮蛋白。非肌肉細(xì)胞中也存在肌球蛋白 Ⅱ，稱為非肌肉肌球蛋白Ⅱ(non-muscle myosinⅡ，NMⅡ)。作為一種分子馬達(dá)(molecular motor)，NMⅡ通過(guò)與ATP水解偶聯(lián)，為細(xì)胞中各種成分的運(yùn)動(dòng)及分子間的相互作用提供動(dòng)力。近年研究表明，NMⅡ除了為細(xì)胞內(nèi)分子運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力外，也參與了細(xì)胞的各種生理活動(dòng)，如細(xì)胞遷移、黏附、胞質(zhì)分裂、囊泡轉(zhuǎn)移、細(xì)胞吞飲和基因轉(zhuǎn)錄等。

1 NMⅡ的生物學(xué)特性

1.1 NMⅡ結(jié)構(gòu)與功能 像肌肉中肌球蛋白一樣，NMⅡ是由3對(duì)多肽組成:兩條分子量為230 ku的重鏈(NMHC)，兩條20 ku的調(diào)節(jié)輕鏈(MLC20)和兩條17 ku的必需輕鏈(MLC17)。根據(jù)NMHC不同可將NM Ⅱ分為NM Ⅱ-A、B、C 3個(gè)亞型。在人類它們分別被3個(gè)不同的基因——肌球蛋白重鏈(MYH)9、MYH 10和 MYH 14編碼［2］。用胰蛋白酶處理肌球蛋白分子，可產(chǎn)生帶有兩個(gè)頭部和足夠長(zhǎng)度桿部的區(qū)段稱為重酶解肌球蛋白(HMM)。HMM經(jīng)木瓜蛋白酶處理，形成肌球蛋白頭部(S1)和桿部(Fig 1)。NMⅡ具有多種功能:在氨基端的2個(gè)球狀馬達(dá)區(qū)域能與肌動(dòng)蛋白結(jié)合并水解MgATP;桿狀螺旋區(qū)域?qū)?dòng)蛋白絲的組裝有重要作用;在非螺旋尾部(non-helical tail，NHT)，不同NM Ⅱ亞型中氨基酸序列也不同，包含很多可被PKC和酪氨酸激酶磷酸化位點(diǎn)。

Fig 1 Schematic diagram for the structure of non-muscle myosinⅡ

1.2 NMⅡ的活性調(diào)節(jié) NMⅡ有兩個(gè)磷酸化區(qū)域:MLC20和NMHC。激活NMⅡ過(guò)程中重要的一步就是MLC20位點(diǎn)Ser19的磷酸化，Ser19的磷酸化影響MgATPase的活性和肌動(dòng)蛋白絲的組裝，MLC20位點(diǎn)Thr18磷酸化水平升高會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)MgATPase的活性。去磷酸化的NMⅡ會(huì)通過(guò)分子頭部和尾部的相互作用折疊成緊湊的結(jié)構(gòu)，阻斷肌球蛋白絲的組裝。許多激酶如肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)、Rho激酶(ROCK)、Zipper相互作用蛋白激酶(ZIPK)等可通過(guò)磷酸化激活MLC20。在NMHC的羧基端的螺旋區(qū)段和非螺旋的尾部也存在磷酸化位點(diǎn)，這些位點(diǎn)可被CKⅡ、TRPM7和PKC等激酶磷酸化。CKⅡ能作用NMHC非螺旋尾部的Ser1943位點(diǎn)，而TRPM7則能磷酸化NMⅡB和NMⅡC螺旋區(qū)域和非螺旋尾部的位點(diǎn)［3－4］。

2 NMⅡ與細(xì)胞遷移

NMⅡ?qū)︷ぶ叩纳L(zhǎng)分布、細(xì)胞偽足的形成和微管的穩(wěn)定性有重要作用。分別用低濃度的NMⅡATP酶抑制劑blebbistatin和NMⅡ激活劑calyculin A處理細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)這些處理并不改變NMⅡ的分布，而是影響NMⅡ的活動(dòng)。被blebbistatin處理過(guò)的細(xì)胞比正常細(xì)胞形成更小的、致密度低的黏著斑，而被calyculin A處理的細(xì)胞卻發(fā)現(xiàn)更大的、更致密的黏著斑，提示增加NMⅡ的收縮能力可以促進(jìn)黏著斑的生長(zhǎng)和分布［5］。有NMⅡ-A缺陷的細(xì)胞會(huì)阻礙黏著斑的形成、細(xì)胞收縮、應(yīng)力纖維組織和細(xì)胞尾部的回縮。這種缺陷細(xì)胞的無(wú)定向遷移速度增加了2～3倍，呈現(xiàn)異常大的板狀偽足，伴隨廣泛無(wú)極性的細(xì)胞起皺，這是由于NMⅡ-A的缺失增強(qiáng)了微管在細(xì)胞邊緣偽足中的聚集，使膜廣泛起皺和移動(dòng)速度增加，說(shuō)明NMⅡ-A能調(diào)節(jié)細(xì)胞收縮并維持微管和肌動(dòng)球蛋白間的平衡，負(fù)性調(diào)節(jié)膜起皺和細(xì)胞的移動(dòng)［6］。對(duì)細(xì)胞遷移能力和突起伸展的負(fù)性調(diào)節(jié)現(xiàn)象同樣也存在NMⅡ-B 缺失的細(xì)胞［7］。

NMⅡ在腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。溶血磷脂酸(LPA)與腫瘤的生長(zhǎng)、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Kim等［8］證實(shí)LPA可激活LPA1受體，該受體可促進(jìn)MLC20磷酸化導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的遷移。LPA誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞的遷移可被blebbistatin或沉默NMⅡ的表達(dá)所抑制，增加NMⅡ的表達(dá)則恢復(fù)細(xì)胞的遷移能力。P-鈣黏蛋白在黑色素瘤的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用，抑制NMⅡ-B活性也可促進(jìn)P-鈣黏蛋白對(duì)黑色素瘤的轉(zhuǎn)移的抑制作用［9］。

3 NMⅡ與細(xì)胞黏附

NMⅡ可通過(guò)調(diào)節(jié)鈣黏素參與上皮細(xì)胞黏附、細(xì)胞連接等。NMⅡ?qū)︹}黏素定位和聚集必需的。Shewan等［10］在Mcf7乳腺癌細(xì)胞和中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞證明NMⅡ和鈣黏素存在相互作用，這種作用被NMⅡ活性抑制劑減弱，在有E-鈣黏素的細(xì)胞連接里發(fā)現(xiàn)存在NMⅡ，它的募集需要E-鈣黏素的活性。用blebbistatin或ML-7抑制NMⅡ的活性，會(huì)很快削弱細(xì)胞連接處聚集E-鈣黏素的能力，伴有細(xì)胞黏附能力下降。Conti等［11］將小鼠胚胎干細(xì)胞中的NMⅡ-A剔除后，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞間黏附缺失，小鼠在E6.5之前不能發(fā)育成正常內(nèi)臟內(nèi)胚層，并在E7.5死亡，這可能是由于E-鈣黏素和β-連環(huán)蛋白不能夠募集到細(xì)胞黏附位點(diǎn)引起的。

Miyake等［12］發(fā)現(xiàn)ROCK和NM Ⅱ ATPase抑制劑阻斷細(xì)胞黏著連接組分的聚集。剔除NMⅡ-B的基因會(huì)導(dǎo)致胚胎發(fā)育中神經(jīng)上皮細(xì)胞黏附缺陷，有趣的是，這種缺陷可部分被馬達(dá)蛋白受損的NMⅡ-B蛋白修復(fù)，提示NMⅡ-B在調(diào)控AJC的形成時(shí)主要起到結(jié)構(gòu)性的作用［13］。新近發(fā)現(xiàn)幽門螺旋桿菌導(dǎo)致的胃黏膜屏障減弱與胃上皮細(xì)胞的NMⅡ活性有關(guān)，幽門螺旋桿菌感染可提高M(jìn)LCK活性和促進(jìn)MLC的磷酸化，使胃黏膜上皮細(xì)胞的緊密連接調(diào)節(jié)異常［14］。

4 NMⅡ與胞質(zhì)分裂

NMⅡ影響紡錘絲的組裝、定位。Blebbistatin或 Y-27362處理后，NMⅡ活性受到抑制，細(xì)胞染色體的分離被阻斷，且紡錘體組裝和定位受到干擾［15］。Matson等［16］首次證實(shí)在減數(shù)分裂的細(xì)胞中，MLCK抑制劑ML-7通過(guò)阻止紡錘體的旋轉(zhuǎn)和收縮環(huán)的形成呈劑量依賴的抑制第二極體的形成。NMⅡ可影響胞質(zhì)分裂時(shí)分裂溝的收縮。Blebbistatin可抑制分裂溝的收縮而不影響細(xì)胞分裂和收縮環(huán)的組裝［17］。磷酸化的MLC20可促進(jìn)NM Ⅱ的ATPase活性和NMⅡ的組裝，MLC20去磷酸化后，HeLa細(xì)胞分裂減緩，這種現(xiàn)象可以被MLC20磷酸化逆轉(zhuǎn)。在參與胞質(zhì)分裂的調(diào)節(jié)中，NMⅡ各個(gè)亞型的作用不同。缺乏NMⅡ-B的心肌細(xì)胞許多呈現(xiàn)多核，提示它們有細(xì)胞分裂缺陷，補(bǔ)充NMⅡ-A并不能改變這一現(xiàn)象。在人肺癌細(xì)胞系A(chǔ)549，用特異性siRNA干擾NMⅡ-C1的表達(dá)會(huì)使細(xì)胞數(shù)量急劇減少、分裂明顯延遲，而抑制NMⅡ-B卻不影響細(xì)胞的增殖，這種抑制作用可通過(guò)補(bǔ)充NMⅡ-C1(而非NM Ⅱ-B或Ⅱ-A)來(lái)挽救。Wu等［18］首次證明癌細(xì)胞的胞質(zhì)分裂缺陷是由于MLC磷酸化障礙造成的，降低MLC磷酸化水平會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞胞質(zhì)分裂缺陷，而增加MLC磷酸化水平則可逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象。

5 NMⅡ其它功能

NMⅡ?qū)δ遗莸霓D(zhuǎn)移和釋放、細(xì)胞吞飲、病毒入侵等方面有重要作用。Seabrooke等［19］發(fā)現(xiàn)在突觸前膜和突觸后膜存在NMⅡ，當(dāng)用ML-9抑制NMⅡ的活性時(shí)，囊泡的移動(dòng)能力呈劑量依賴性遞減，提示NMⅡ參與了囊泡移動(dòng)。當(dāng)用blebbistatin或ML-7處理嗜鉻細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞膜附近的嗜鉻粒的移動(dòng)和釋放頻率都降低，說(shuō)明NMⅡ參與嗜鉻粒釋放兒茶酚胺［20－21］。同樣，NM Ⅱ活性受到抑制時(shí)，自然殺傷(NK)細(xì)胞的裂解性顆粒釋放減弱，不能與靶細(xì)胞膜融合［22］。除了調(diào)節(jié)突觸囊泡與突觸后膜的融合外，NMⅡ還可調(diào)節(jié)囊泡與后膜“kiss-and-run”的接觸過(guò)程，通過(guò)融合孔和后膜連接來(lái)釋放遞質(zhì)。當(dāng)神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞過(guò)表達(dá)正常的NMⅡ的調(diào)節(jié)輕鏈時(shí)，與對(duì)照比較，融合孔的開放時(shí)間延長(zhǎng)，神經(jīng)遞質(zhì)釋放增多，推測(cè)NMⅡ可通過(guò)調(diào)節(jié)融合孔開放時(shí)間來(lái)控制神經(jīng)遞質(zhì)的釋放量［23］。Megalin是腎小球?yàn)V過(guò)過(guò)程中蛋白重吸收受體，最近發(fā)現(xiàn)NM-ⅡA參與megalin介導(dǎo)的蛋白內(nèi)吞作用［24］。NMⅡ還在細(xì)胞自噬中扮演重要角色，MLC磷酸化可促進(jìn)細(xì)胞的自噬作用，敲除或抑制NMⅡ可使饑餓下細(xì)胞自噬小體的形成受阻［25］。NM-ⅡA通過(guò)與膜糖蛋白B(gB)相互作用來(lái)充當(dāng)單純性皰疹病毒(HSV-1)侵入細(xì)胞的受體。針對(duì)NM-ⅡA的抗體或NM-ⅡA基因敲除可阻斷HSV-1對(duì)宿主細(xì)胞的的感染和細(xì)胞融合。而且在HSV-1入侵的初始階段，宿主細(xì)胞表面的 NM-ⅡA被顯著和快速地誘導(dǎo)表達(dá)［26］。在結(jié)腸平滑肌細(xì)胞中，核肌球蛋白Ⅱ能識(shí)別ICAM-1核心啟動(dòng)子區(qū)域的AGCTCC序列，MLC20的去磷酸化能促進(jìn)ICAM-1的轉(zhuǎn)錄，反之則下調(diào)ICAM-1的轉(zhuǎn)錄。而且在結(jié)腸炎癥發(fā)生時(shí)，核MLCK受抑制，使核MLC20的去磷酸化水平提高，導(dǎo)致ICAM-1轉(zhuǎn)錄的增強(qiáng)［27］。以上都提示核肌球蛋白Ⅱ是一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。

6 結(jié)語(yǔ)

目前對(duì)NMⅡ的細(xì)胞遷移、黏附、胞質(zhì)分裂等方面的研究較透徹，但NMⅡ的其它功能的研究較少。如在介導(dǎo)囊泡轉(zhuǎn)移和釋放方面，主要集中在對(duì)神經(jīng)突觸傳遞、嗜鉻細(xì)胞和NK細(xì)胞等的研究，NMⅡ在其它分泌細(xì)胞和吞噬細(xì)胞(如垂體、腎上腺、巨噬細(xì)胞等)中的作用尚不清楚，囊泡釋放的作用機(jī)制亦無(wú)定論［20］。肌球蛋白不僅存在胞質(zhì)，也發(fā)現(xiàn)存在細(xì)胞核中，已證實(shí)核肌球蛋白Ⅱ在特定組織中具有調(diào)節(jié)細(xì)胞間黏附因子-1(ICAM-1)轉(zhuǎn)錄功能［27］，但核肌球蛋白Ⅱ在其它細(xì)胞或組織調(diào)節(jié)的基因轉(zhuǎn)錄尚未闡明。此外，對(duì)NMⅡ-B和NMⅡ-C的前mRNA選擇性剪接形成的各種單體的分布和功能也值得我們深入研究。

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