埃茲蛋白-根蛋白-膜突蛋白與呼吸系統(tǒng)疾病的相關研究進展

趙妍孫耕耘尤青海

作者單位： 230022 合肥，安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院呼吸內科

【關鍵詞】埃茲蛋白-根蛋白-膜突蛋白；上皮細胞；內皮細胞；急性呼吸窘迫綜合征；支氣管肺癌；肺纖維化

埃茲蛋白-根蛋白-膜突蛋白(ezrin-radixin-moesin, ERM)是真核細胞內廣泛表達的一種細胞骨架結合蛋白，可連接膜蛋白和肌動蛋白，參與細胞極性、形態(tài)維持、粘附、浸潤、遷移及信號轉導等過程[1-4]。ERM蛋白對調節(jié)細胞生命活動如細胞生長、凋亡、運動等起重要作用，并在呼吸系統(tǒng)疾病中與急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS)、肺纖維化、肺癌等有著密切聯(lián)系。因此，研究ERM蛋白的功能及相關信號轉導通路有著深遠意義?，F從細胞和組織水平分別介紹ERM蛋白與呼吸系統(tǒng)相關疾病的研究進展。

一、ERM蛋白

ERM蛋白家族是由結構上緊密相關的埃茲蛋白、根蛋白、膜突蛋白組成，每種蛋白均由高度同源的N端、中間的alpha-螺旋和帶有高電荷的C端構成。ERM三種蛋白的N末端在一級結構上80%同源，稱為FERM(four-point-one-ERM)。Moleirinho等[3]研究發(fā)現目前已知的含FERM結構的蛋白共分為三類：①Talins(踝蛋白)和Kindlins；②ERM蛋白、GEFs(鳥嘌呤核苷酸交換因子)、激酶和磷酸酶；③肌球蛋白和KRITS(Krev相關阻遏蛋白)。對Moesin等蛋白的 FERM區(qū)域分子結構進行分析，發(fā)現FERM為大約300個氨基酸構成的富半胱氨酸的疏水區(qū)域，有F1、F2和F3三個結構域，三個結構域相互作用，在空間構象上形成一個類似球形的三葉草形狀，ERM蛋白可通過FERM區(qū)域與跨膜蛋白、腳手架蛋白和信號轉導分子等不同類型的蛋白相互作用[1-3]。ERM蛋白C末端約34個氨基酸序列可與肌動蛋白相結合，因此，它通過連接膜蛋白和肌動蛋白而起橋梁作用，參與細胞形態(tài)維持、粘附、浸潤、遷移等細胞生命活動。

雖然ERM三種蛋白在細胞內共存、活化方式及胞內定位高度相似，但它們仍表現出不同的細胞和組織特異性[2]。Ezrin主要分布在胃腸道、肺臟和腎臟，Moesin分布在肺臟和脾臟，Radixin主要分布在肝臟。在不同細胞中三種蛋白表達量也存在差異：Ezrin主要表達于上皮細胞和間質細胞，Moesin在內皮細胞和淋巴細胞，Radixin主要在肝細胞表達。

ERM蛋白主要分布在富肌動蛋白的細胞膜表面結構，如微絨毛、絲狀偽足、膜皺褶等，其特殊的分布與其功能的發(fā)揮相一致。應用反義寡核苷酸抑制ERM蛋白表達可明顯破壞上皮細胞微絨毛結構，削弱細胞-細胞粘附、細胞-細胞外基質粘附，細胞極性消失，而過度表達ERM蛋白可顯著增強細胞粘附和細胞形態(tài)維持[2-4]；表明ERM蛋白可能通過與肌動蛋白和膜蛋白結合參與皮質肌動蛋白重組。進一步研究發(fā)現，ERM蛋白在內皮屏障和上皮屏障功能機制的調控中起重要作用，這與它參與細胞骨架重排密不可分；此外，最近報道ERM蛋白在腫瘤的發(fā)展、侵襲和轉移過程中也扮演著重要角色[4-9]。

二、ERM相關信號轉導通路

ERM蛋白與膜蛋白或肌動蛋白結合不僅僅限于結構上，而且表現在功能上，即ERM蛋白通過與信號轉導分子相互作用激活相應效應分子如蛋白的磷酸化從而發(fā)揮不同的生物學功能。在非活化狀態(tài)下，ERM蛋白通過N端和C端首尾相連覆蓋膜蛋白和肌動蛋白結合位點。ERM蛋白的活化大多是通過C端蘇氨酸(Ezrin Thr567、Moesin Thr558、Radixin Thr564)磷酸化[9-10]，也可發(fā)生酪氨酸(如Ezrin T567或Y447)磷酸化[11-12]，因此，它們作為絲/蘇氨酸激酶和酪氨酸激酶的底物而被磷酸化，如PKC-α磷酸化Ezrin Thr567位點，PKC-θ磷酸化Moesin Thr558位點，Rho激酶磷酸化ERM蛋白。此外，當細胞內PIP2(磷脂酰肌醇二磷酸)濃度較高時，ERM蛋白與PIP2直接結合是磷酸化蘇氨酸相關位點的另一種方式。ERM蛋白無論以何種形式磷酸化，最終均發(fā)生構象改變，分子內首尾斷開，暴露出膜蛋白和肌動蛋白結合位點，從而連接膜蛋白和肌動蛋白而起橋梁作用。

當外來刺激激活Rho GTP，PIP2產生增加時，PIP2結合到ERM蛋白的N端而活化，活化后的ERM蛋白N端與Rho GDI(Rho GDP的解離抑制因子)結合，解離出Rho GDP，后者轉變成Rho GTP，從而形成級聯(lián)放大反應。因此，ERM蛋白可作為Rho GTP的上游和下游活化因子，通過募集Rho家族的正負調節(jié)因子在Rho GTP的活化中起關鍵作用，這一調節(jié)機制在惡性腫瘤浸潤和轉移過程中表現尤為突出。Rho GTP過度表達可使腫瘤細胞獲得持續(xù)增殖、逃逸凋亡、發(fā)生侵襲和遠處轉移能力，人類許多系統(tǒng)的腫瘤組織均檢測到Rho GTP(尤其是Rho A和Rac1)的過度表達，對發(fā)生轉移的骨肉瘤組織標本檢測發(fā)現Ezrin呈高表達，伴隨Rac1和Rho A表達上調，而沉默Ezrin表達可抑制Rho GTP表達，提示腫瘤細胞的浸潤和轉移可能是通過Ezrin/Rho GTP途徑實現的[5]；下調Radixin在前列腺癌細胞可通過調節(jié)Rac1的活性而增加細胞-細胞粘附和抑制細胞遷移[4]。以上表明ERM蛋白參與細胞極性和遷移的調控。

最近研究發(fā)現：Ezrin可與PKA的調節(jié)亞基結合參與cAMP/PKA這一經典途徑[13]。此外，ERM蛋白在Fas/FasL介導的細胞凋亡過程中起負調控作用[14]，表明ERM蛋白通過與不同信號分子相互作用調控著細胞生長、增殖、凋亡等細胞的多種生命活動。

三、ERM蛋白在呼吸道相關細胞中的作用

1. ERM蛋白與肺血管內皮細胞： 在呼吸道炎癥反應過程中，血管內皮細胞是炎癥介質如腫瘤壞死因子-α(tumonr necrosis factor-α, TNF-α)、脂多糖、凝血酶等主要損傷的靶細胞。肺血管內皮屏障功能受損引起內皮細胞通透性增高、肺通氣/血流灌注比例失調，最終導致肺水腫和呼吸衰竭。大量研究表明細胞骨架重排和解聚與內皮細胞收縮性密切相關，在維持血管通透性方面起重要作用。ERM蛋白作為細胞骨架結合蛋白，將膜蛋白和肌動蛋白緊密連接，對細胞骨架重排起調控作用，因此，研究ERM蛋白在肺血管內皮細胞中的功能十分必要。

應用TNF-α刺激人肺微血管內皮細胞通透性增高過程中，觀察到磷酸化ERM蛋白(p-ERM)表達上調且向胞膜側聚集，伴隨細胞骨架聚集，P38-MAPK、PKC、PI4P5K參與此過程調節(jié)，下調ERM三種蛋白表達可明顯降低內皮細胞通透性[15]。 Rac GTP活化被認為是增強內皮屏障功能的正調節(jié)因子，對肺內皮屏障功能保護機制的研究發(fā)現，p-ERM和Rac1表達上調，沉默ERM蛋白可明顯抑制Rac1活化，顯著削弱內皮屏障功能[16]；進一步對炎癥介質誘導肺血管內皮細胞肌動蛋白骨架變化的調控研究發(fā)現，p-ERM表達上調且此過程受PKC調控，分別沉默Moesin和ERM均可明顯抑制細胞骨架聚集，使內皮細胞通透性顯著降低，沉默Radixin效應則相反[17]。以上表明ERM三種蛋白在內皮屏障功能機制的調控中存在差異，ERM蛋白對于維持肺血管內皮屏障功能起重要作用。

2. ERM蛋白和肺泡上皮細胞: 上皮向間質轉化是肺泡上皮細胞損傷后修復的適應性反應，ERM蛋白作為細胞骨架結合蛋白，參與肺泡上皮細胞損傷和修復過程的調控。ERM蛋白主要集中在上皮細胞富肌動蛋白的頂端膜區(qū)域，其特殊分布與其功能的發(fā)揮相一致。在炎癥因子刺激人A549細胞發(fā)生上皮向間質轉化過程中，觀察到p-ERM表達增多且主要分布在細胞周邊，與重排后的細胞骨架分布一致，提示ERM蛋白可能通過調節(jié)細胞骨架重排參與上皮向間質轉化的過程。當細胞與細胞外基質接觸時，細胞發(fā)生延伸和遷移，而細胞粘附是細胞延伸和遷移的先決條件，Rap是參與調控細胞與細胞外基質粘附和延伸的一種小分子G蛋白。Ezrin在人A549細胞主要參與Rap-1誘導的細胞延伸，沉默Ezrin可明顯抑制Rap-1導致的細胞延伸，Radixin和Moesin卻無類似作用，表明Ezrin可能通過調控Rap-1導致細胞延伸起到參與細胞浸潤和遷移的作用，這也為尋找抗腫瘤靶點提供了重要線索。

四、ERM蛋白與呼吸系統(tǒng)疾病

1. ERM與ARDS： 肺微血管通透性增高是ARDS發(fā)生的關鍵環(huán)節(jié)，各種因素導致肺血管內皮細胞屏障功能受損，都將引起肺微血管通透性增高，使富含大量蛋白質的液體滲入肺泡腔，最終導致肺水腫和難治性低氧血癥，因此，ARDS血管外肺水含量增加與肺血管內皮細胞屏障破壞密切相關。進一步對ARDS發(fā)病機制的研究發(fā)現，細胞骨架重排在細胞收縮過程中起關鍵作用，而ERM蛋白作為細胞骨架結合蛋白，通過調控細胞骨架的重排影響著肺血管內皮屏障功能的發(fā)揮。

應用凝血酶體外復制人肺動脈內皮細胞通透性增高模型，觀察到p-ERM明顯增加，伴隨細胞骨架重排，內皮細胞通透性增高，而肝素干預后可明顯抑制p-ERM表達，使內皮細胞單層通透性顯著降低。炎癥反應是ARDS本質，如上所述[15-17]，多種炎癥介質誘導的肺血管內皮通透性增高過程中，均觀察到p-ERM表達上調和細胞骨架聚集，而沉默ERM蛋白后細胞骨架未發(fā)生聚集，內皮細胞通透性也顯著降低，提示ERM蛋白在調控肺血管內皮細胞通透性方面至關重要，對進一步探討ARDS的發(fā)生機制有深遠影響。

2. ERM與肺癌: 近年來發(fā)現Ezrin與腫瘤的浸潤和轉移密切相關，Ezrin在胞內表達和分布的異常是肺癌轉移的特征。對Ezrin表達異常在肺癌浸潤和轉移中的作用，目前有兩種觀點：一種是Ezrin低表達促使肺癌浸潤和轉移；生理狀態(tài)下，Ezrin起到維持細胞極性、細胞運動、細胞-細胞粘附和細胞-細胞外基質粘附等作用。Ezrin表達下調可破壞微絨毛結構、削弱細胞粘附，使細胞移動和遷移能力相應增強。比較肺癌和正常人肺組織Ezrin的表達變化，觀察到癌細胞內Ezrin表達下降與區(qū)域淋巴結轉移和遠處轉移有關，而與肺癌的大小、病理類型、組織分化程度無關；另一種觀點認為Ezrin高表達是肺癌轉移的促進因素，研究發(fā)現檢測Ezrin在肺癌原發(fā)灶和淋巴結轉移灶表達均明顯增加，沉默Ezrin可通過增加E-鈣粘蛋白等粘附分子的表達顯著降低癌細胞轉移能力。對4種具有不同轉移潛能的人肺癌細胞系研究發(fā)現，Ezrin mRNA和蛋白表達水平與肺癌的轉移能力呈正相關，并觀察到轉移潛能高的癌細胞伴有肌動蛋白多聚體和微絲結構的解聚，而微絲骨架的改變與Ezrin表達增加密切相關。此外，在其他器官如胃腸道、乳腺、子宮等惡性腫瘤中均檢測到Ezrin高表達[6-8]。雖然上述兩種觀點對Ezrin在肺癌組織的表達變化截然相反，但其表達異常均與肺癌轉移密切相關，且均觀察到Ezrin在癌細胞內的重新分布，即Ezrin在非癌細胞內主要位于胞膜頂端，而在腫瘤細胞大多彌散在胞漿中[5]。以上表明Ezrin表達及亞細胞分布的改變對肺癌轉移起重要作用，可能成為判斷肺癌侵襲和轉移的生物學標記物之一，是抗腫瘤藥物作用的潛在靶分子。

Radixin和Moesin在肺部惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中也起調控作用。在肺腺癌組織檢測到二者均呈低表達，可能對肺腺癌的發(fā)生起負調節(jié)作用。有報道，Moesin在非小細胞肺癌中的表達水平顯著高于正常肺組織，且轉移灶的表達高于原發(fā)灶。對非小細胞肺癌患者術后隨訪發(fā)現Moesin表達陽性者死亡率遠高于表達陰性者，提示Moesin與非小細胞肺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關，可能成為判斷非小細胞肺癌預后的一個指標。

3. ERM與肺纖維化: 應用博來霉素復制小鼠肺纖維化模型，觀察到Moesin缺失型鼠肺組織炎癥反應和纖維化程度較正常鼠嚴重，小鼠體重和存活率明顯下降，提示Moesin可能通過抑制炎癥反應對肺泡結構起保護作用。在系統(tǒng)性硬化癥患者的纖維化肺組織中觀察到Ezrin、Moesin表達均上調，并伴隨細胞外基質和膠原沉積增加。在特發(fā)性肺纖維化患者肺組織中也發(fā)現p-ERM表達明顯增多，以上提示ERM蛋白可能參與了肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。

緊密連接、粘附連接和縫隙連接是構成上皮屏障的結構基礎，其中緊密連接在維持上皮屏障功能中起關鍵作用，上皮屏障功能紊亂對于囊性肺纖維化發(fā)生機制至關重要。囊性纖維化是一種家族常染色體隱性遺傳病，由人7號染色體CFTR(cystic fibrosis trans-membrane conductance regulator)基因突變引起，是一種累及多器官的疾病。在肺部病理生理表現為支氣管上皮細胞離子分泌障礙而形成許多粘液栓，導致支氣管阻塞和細菌大量繁殖，引起肺、支氣管反復感染，嚴重損害肺功能，是導致囊性纖維化患者死亡的主要原因。研究表明CFTR主要分布在支氣管上皮細胞頂端膜側，NHERF-1(Na+/H+exchanger regulatory factor 1)作為腳手架蛋白，一端與CFTR相連，另一端與Ezrin相連，過度表達NFERF-1或CFTR均可通過CFTR-NHERF1 -Ezrin-Actin多蛋白復合體途徑來彌補CFTR缺失引起的細胞頂端膜離子分泌功能障礙，并恢復細胞間緊密連接，去除與NFERF-1結合的Ezrin區(qū)域或Ezrin突變(T567A)，即使過度表達NFERF-1也不能形成細胞間緊密連接，相反出現細胞通透性和多形核白細胞遷移力顯著增高，提示Ezrin與肺上皮細胞緊密連接的形成密切相關，它對于維持上皮屏障功能的完整起調控作用。這為進一步研討囊性肺纖維化的發(fā)生機制并從中尋找新的治療靶點提供了重要依據。

ERM蛋白作為細胞骨架結合蛋白，參與細胞膜皮層肌動蛋白的重組及多種信號通路的轉導，在呼吸道內皮和上皮屏障功能的完整中發(fā)揮重要調控作用，影響著ARDS、肺癌、肺纖維化等呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展，但其具體機制及與其他信號途徑之間相互影響、相互聯(lián)系尚不完全清楚。進一步研究ERM蛋白復雜的調控網絡機制和功能，將為尋求疾病治療策略提供理論基礎。

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(本文編輯：黃紅稷)

趙妍，孫耕耘，尤青海. 埃茲蛋白-根蛋白-膜突蛋白與呼吸系統(tǒng)疾病的相關研究進展[J/CD]. 中華肺部疾病雜志： 電子版， 2015， 8(4)： 475-477.

·綜述·

收稿日期：(2014-09-28)

文獻標識碼：中圖法分類號： R563 A

通訊作者：孫耕耘，Email: sungengyun@tom.com

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81370170， 81100053)

DOI：10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2015.04.019