蘇 里(綜述)，張 圓(審校)

(1.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科，內(nèi)蒙古 包頭 014010； 2.包頭醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)學(xué)院病理生理學(xué)教研室，內(nèi)蒙古 包頭 014060)

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是蛋白質(zhì)降解的主要途徑[1]。其主要由泛素激活酶、泛素交聯(lián)酶、泛素連接酶和26s蛋白酶體組成，可有效地識別和泛素化蛋白底物或酶底物，其中泛素連接酶是促進(jìn)蛋白底物降解的限速酶，它決定了泛素化反應(yīng)的特異性。神經(jīng)調(diào)節(jié)素受體降解蛋白1(neuregulin receptor degradation protein 1，Nrdp1)也稱為環(huán)指蛋白41，是一種泛素連接酶，2001年Abdullah等[2]在小鼠造血干細(xì)胞和祖母細(xì)胞的研究過程中發(fā)現(xiàn)，它通過特異性地作用于某些底物分子參與多種生理或病理過程?，F(xiàn)就Nrdp1的結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能及其與疾病的關(guān)系予以綜述。

1 Nrdp1的結(jié)構(gòu)和功能

人的Nrdp1基因長度大約為12 kb，定位于染色體12q13，含有8個(gè)外顯子。Nrdp1由外顯子2～6編碼，環(huán)指結(jié)構(gòu)域由外顯子2和3編碼，外顯子1、6、7和8包含該基因的5′和3′非翻譯區(qū)。Nrdp1具有高度的進(jìn)化保守性，其同源物存在于果蠅、斑馬魚、非洲爪蟾、小鼠和人中，同時(shí)Northern雜交顯示，Nrdp1在成人各組織中具有廣泛的分布，尤其在心臟、大腦、骨骼肌、睪丸、前列腺和卵巢中表達(dá)豐富[2]。Nrdp1蛋白含317個(gè)氨基酸，分子質(zhì)量為35.9×103，屬于RBCC(RING，B-box，coiled-coil)亞家族。在N端含有一個(gè)環(huán)指結(jié)構(gòu)域、一個(gè)B-box結(jié)構(gòu)域、一個(gè)卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域[3]。

Nrdp1具有泛素連接酶活性，在細(xì)胞內(nèi)不穩(wěn)定,蛋白酶體抑制劑MG132和蛋白酶體抑制劑1可以增強(qiáng)Nrdp1的穩(wěn)定性。研究表明，Nrdp1可以自我泛素化，并通過蛋白酶體降解[3]。Nrdp1的自我降解依賴于環(huán)指結(jié)構(gòu)，C34S/H36Q突變可以破壞環(huán)指結(jié)構(gòu)域，導(dǎo)致泛素連接酶活性喪失，Nrdp1不能自身泛素化，從而增加其穩(wěn)定性[3-4]。進(jìn)一步的研究表明，脫泛素酶泛素特異性肽酶8(ubiquitin specific peptidase 8,USP8)可與Nrdp1結(jié)合，促進(jìn)Nrdp1在細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定性，而USP8催化活性喪失的突變體不能穩(wěn)定內(nèi)源的Nrdp1[5]。

2 Nrdp1的生物學(xué)功能

2.1抑制細(xì)胞增殖 研究表明，Nrdp1可通過表皮生長因子受體(epithelial growth factor receptor，EGFR)信號分子抑制細(xì)胞增殖[3-4]。ErbB酪氨酸激酶受體家族包括EGFR、ErbB2、ErbB3和ErbB4，在調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、增殖和分化方面具有重要作用。研究表明，Nrdp1特異性地與ErbB3和ErbB4結(jié)合，但是不結(jié)合ErbB2和EGFR[3]。在非洲綠猴腎細(xì)胞中表達(dá)Nrdp1，導(dǎo)致ErbB3從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)，ErbB3和ErbB4的蛋白水平降低。進(jìn)一步研究表明，Nrdp1通過C端的結(jié)構(gòu)域和ErbB3的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)相互作用，通過N端的環(huán)指結(jié)構(gòu)域促進(jìn)ErbB3的泛素化降解[3-4]。

Nrdp1對ErbB3的作用存在神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1介導(dǎo)的反饋機(jī)制。神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白1激活ErbB3，導(dǎo)致下游蛋白激酶B活化，蛋白激酶B介導(dǎo)USP8蘇氨酸殘基T907磷酸化，導(dǎo)致USP8穩(wěn)定，USP8進(jìn)一步穩(wěn)定Nrdp1，從而引起ErbB3的泛素化和降解[6]。同時(shí)Fry等[7]研究發(fā)現(xiàn)，Nrdp1在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與ErbB3前體結(jié)合激活ErbB3的降解過程，而且提出一個(gè)受體酪氨酸激酶數(shù)量控制的新機(jī)制，即信號感受態(tài)受體的穩(wěn)態(tài)水平通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)局限性的降解途徑來控制。

2.2促進(jìn)細(xì)胞凋亡 BRUCE(BIR repeat-containing ubiquitin-conjugating enzyme)是一個(gè)膜結(jié)合的凋亡抑制蛋白，含有一個(gè)泛素結(jié)合酶結(jié)構(gòu)域。體內(nèi)外泛素化實(shí)驗(yàn)證明，Nrdp1與BRUCE存在相互作用，Nrdp1通過C端與BRUCE結(jié)合將其泛素化降解[8]。在多種類型的細(xì)胞中，凋亡刺激因素促進(jìn)BRUCE通過蛋白酶體降解，通過RNA干擾降低Nrdp1的表達(dá)后，可以減少BRUCE的降解，同時(shí)干擾RNA可降低BRUCE的表達(dá)或者過表達(dá)Nrdp1，均可促進(jìn)細(xì)胞凋亡。以上結(jié)果提示，Nrdp1介導(dǎo)BRUCE的降解可能是引起凋亡的一種新途徑[8]。心內(nèi)膜心肌活檢是診斷心臟移植后急性細(xì)胞性排斥反應(yīng)的金標(biāo)準(zhǔn)，研究發(fā)現(xiàn)Nrdp1表達(dá)水平的上調(diào)和BRUCE表達(dá)水平的下調(diào)與心內(nèi)膜心肌活檢引起的心肌細(xì)胞凋亡程度密切相關(guān)，在心臟移植中對BRUCE和Nrdp1轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行定量和特異性檢測，可以作為判斷急性細(xì)胞性排斥反應(yīng)引起細(xì)胞凋亡嚴(yán)重程度的指標(biāo)[9]。

2.3抑制炎癥反應(yīng) 許多炎癥刺激因子通過Toll樣受體反應(yīng)通路來發(fā)揮作用。最近體外研究顯示，脂多糖刺激過度表達(dá)Nrdp1的巨噬細(xì)胞后，細(xì)胞內(nèi)致炎細(xì)胞因子生成減少，而Ⅰ型干擾素合成增多，Nrdp1通過泛素化降解髓樣分化因子和激活TANK(TRAF-associated NF-κB activator)結(jié)合激酶1來調(diào)控Toll樣受體反應(yīng)通路，且利用Nrdp1轉(zhuǎn)基因小鼠和基因剔除小鼠也驗(yàn)證了Nrdp1與炎癥之間的密切關(guān)系[10]。此外，研究表明過度表達(dá)Nrdp1的巨噬細(xì)胞可使M2的標(biāo)志分子表達(dá)增多，而剔除Nrdp1表達(dá)可以有效抑制巨噬細(xì)胞M2相關(guān)基因的表達(dá)[11]。最新研究結(jié)果表明，Nrdp1可以作為調(diào)控USP8穩(wěn)定性的重要調(diào)控子來控制細(xì)胞因子受體的運(yùn)輸[12]。Nrdp1還可與細(xì)胞因子受體復(fù)合物相互作用來調(diào)節(jié)它們在細(xì)胞表面的表達(dá)[13]。

3 Nrdp1與疾病

3.1Nrdp1與腫瘤 腫瘤細(xì)胞中Nrdp1發(fā)揮作用主要通過與ErbB3的相互作用來實(shí)現(xiàn)。人的乳腺癌細(xì)胞系中過度表達(dá)Nrdp1可導(dǎo)致ErbB3蛋白水平降低，抑制細(xì)胞增殖和遷移。相反，剔除Nrdp1或者過表達(dá)無泛素連接酶活性的Nrdp1后，增強(qiáng)了ErbB3的水平，并誘導(dǎo)細(xì)胞增殖。另外，在人的乳腺癌組織和小鼠乳腺癌模型中，Nrdp1的表達(dá)水平與ErbB3呈負(fù)相關(guān)[14]。去勢抵抗型前列腺癌的形成中Nrdp1和ErbB3均發(fā)揮作用，研究顯示雄激素撤退療法通過降低Nrdp1的表達(dá)和促進(jìn)ErbB3蛋白的聚集促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)增，前列腺癌發(fā)展過程中對去勢療法產(chǎn)生抵抗的原因可能與Nrdp1的功能缺失有關(guān)[15]。此外，研究發(fā)現(xiàn)乳腺癌發(fā)病過程中通過較強(qiáng)的轉(zhuǎn)錄后機(jī)制來抑制Nrdp1的表達(dá)，而且Nrdp1蛋白的不穩(wěn)定狀態(tài)構(gòu)成其在腫瘤組織中表達(dá)缺失的主要原因[16]。

3.2Nrdp1和造血系統(tǒng)疾病 人的Nrdp1基因定位于染色體12q13，而此區(qū)域常發(fā)生與急性髓細(xì)胞白血病和非霍金森淋巴瘤相關(guān)的染色體異常。通過對小鼠和人的Nrdp1基因外顯子1進(jìn)行測序，發(fā)現(xiàn)其啟動(dòng)子中包含幾個(gè)與造血相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子的多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，Nrdp1基因在胚胎細(xì)胞、成人造血干細(xì)胞及祖母細(xì)胞中進(jìn)化的保守性和表達(dá)的特異性，表明其與造血細(xì)胞系的延續(xù)及分化密不可分，提示Nrdp1可能與惡性造血系統(tǒng)疾病相關(guān)[2]。進(jìn)一步的研究表明，在鼠多能造血祖細(xì)胞系中過表達(dá)Nrdp1，明顯削弱細(xì)胞因子促紅細(xì)胞生成素、白細(xì)胞介素3和視黃酸介導(dǎo)的紅系和髓系的分化[17]。通過檢測慢性淋巴細(xì)胞性白血病患者和正常對照人群中微小RNA-15a/16-1和92個(gè)預(yù)測的微小RNA-15a/16-1的靶基因發(fā)現(xiàn)，患者組Nrdp1表達(dá)顯著上調(diào)[18]。

3.3Nrdp1與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病 Parkin是帕金森病發(fā)病過程中的關(guān)鍵分子，Parkin同時(shí)也是一種泛素連接酶。酵母雙雜交實(shí)驗(yàn)表明，Nrdp1可與Parkin直接結(jié)合，隨后的體外結(jié)合實(shí)驗(yàn)、免疫共沉淀實(shí)驗(yàn)等均證實(shí)Nrdp1和Parkin之間存在相互作用，且Parkin是Nrdp1的底物[19]。腦組織中Nrdp1活性增高會(huì)降低Parkin蛋白水平，導(dǎo)致腦內(nèi)Parkin底物的聚集，Nrdp1可通過降低Parkin表達(dá)水平而調(diào)節(jié)帕金森病的發(fā)病，也可能直接參與到帕金森病的發(fā)病過程中[19]。進(jìn)一步研究表明，過表達(dá)Nrdp1會(huì)明顯降低內(nèi)源性的Parkin水平，且過度表達(dá)Nrdp1可增加活性氧類的水平，反之，通過干擾RNA抑制Nrdp1后，可導(dǎo)致活性氧類水平降低，由此提示Nrdp1-Parkin的相互作用可造成細(xì)胞內(nèi)的氧化-抗氧化失衡，進(jìn)而造成多巴胺能神經(jīng)元的退行性變[20]。另有細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，過度表達(dá)Nrdp1可提高人胚腎細(xì)胞對氧化刺激因素的敏感性[21]。此外，采用過表達(dá)和剔除Nrdp1的果蠅模型的研究中發(fā)現(xiàn)，Parkin可抑制Nrdp1對多巴胺神經(jīng)元的毒性作用[22]。雖然以上的功能學(xué)研究表明Nrdp1基因可能是帕金森病的候選誘發(fā)因子，但研究者利用基因測序技術(shù)從遺傳學(xué)角度來探討兩者的相關(guān)性，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)其多態(tài)性與帕金森病有關(guān)[23]。

此外，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Nrdp1的表達(dá)水平在小鼠海馬區(qū)中表達(dá)較高，并在隨后人體尸檢研究中發(fā)現(xiàn)抑郁癥和雙相性精神障礙患者的額前皮質(zhì)中Nrdp1的轉(zhuǎn)錄水平較正常人顯著降低[24]。

3.4Nrdp1與心血管疾病 雖然Abdullah等[2]研究證明Nrdp1在心臟中表達(dá)豐度高，但是關(guān)于Nrdp1在調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞和心臟功能中作用的報(bào)道并不多。近期通過應(yīng)用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型和體外心肌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Nrdp1可通過抑制其靶蛋白ErbB3及下游的信號分子的激活，從而加重缺血/再灌注誘導(dǎo)的心肌損傷[25]。另外，采用動(dòng)物模型和細(xì)胞模型研究了Nrdp1在阿霉素誘導(dǎo)的心肌損傷及分子機(jī)制，結(jié)果表明Nrdp1通過抑制一些與細(xì)胞增殖相關(guān)信號通路分子的激活而促進(jìn)了阿霉素誘導(dǎo)的心臟功能失調(diào)[26]。因此，這些研究結(jié)果提示Nrdp1可能是一個(gè)潛在的藥物靶標(biāo)。

4 結(jié) 語

Nrdp1是近期發(fā)現(xiàn)的一種泛素連接酶，它的已知作用底物有ErbB3、BRUCE和Parkin等,通過作用于這些底物蛋白，Nrdp1可以調(diào)節(jié)某些正常生理過程或參與某些疾病的發(fā)生、發(fā)展，如促進(jìn)凋亡、抑制炎癥等。關(guān)于Nrdp1的研究目前并不多，主要集中在腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面，在其他器官組織中作用的報(bào)道較少，因此，Nrdp1的生物學(xué)功能仍需進(jìn)一步探討，如需要繼續(xù)尋找Nrdp1的作用底物，并深入挖掘Nrdp1如何參與某些疾病的發(fā)生、發(fā)展,或者檢測Nrdp1在其他已發(fā)現(xiàn)其高表達(dá)組織中的作用。有關(guān)Nrdp1的生理功能及調(diào)節(jié)機(jī)制等諸多問題有待今后更深入的探討。

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