Basigin的分子作用机制及其在眼部的生物学作用论文.doc

Basigin的分子作用机制及其在眼部的生物学作用论文 Basigin属于免疫球蛋白超家族成员参与胚胎发育在损伤修复、炎症发生、纤维及血管增生、肿瘤进展等方面都发挥重要作用近年研究揭示Basigin的分子结构特征是其广泛功能的重要基础Basigin在眼部独特的组织特异性表达是正常视网膜成熟和发育所必需的 1Basigin的结构特征及其参与生理、病理机制 1.1Basigin简介在认识Basigin的历程中对不同种属和组织器官的此类同源蛋白分别有不同的命名和表述鉴于该分子能刺激基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinaseMMP)分泌促进肿瘤侵袭和转移又被命名为细胞外基质金属蛋白酶诱导因子(extracellarmatrixmetalloproteinaseinducerEMMPRIN)在基因组计划中该基因命名为Basigin(人类缩写为BSG鼠类为Bsg)在第六届人类白细胞分化抗原协作组国际会议上统一命名为CD147Basigin的多种命名实际上也反映了其具有众多功能的特性根据启动子及剪接位置的不同Basigin有4种异构体Basigin1具有3个免疫球蛋白(immunoglobulinIg)结构域是视网膜特异性异构体Basigin3和Basigin4只有1个Ig结构域具有2个Ig结构域的Basigin2是最多见的异构体在全身广泛表达在很多文献中常常被简略表达为Basigin本综述也沿用了这种表达 1.2Basigin的结构特征与分子伴侣Basigin作为重要的识别分子其功能与分子结构特征、细胞伴侣的交互作用有密切的联系通过Basigin表达的改变能造成细胞相互作用及沟通的障碍具有重要的生理和病理意义根据其结合靶蛋白或细胞伴侣的位置不同将位于同一胞质膜的结合称为顺式识别位于细胞外的结合称为反式识别 1.2.1Basigin二聚体及寡聚化的分子基础Basigin的跨膜区、胞质尾部及Ig结构域之间的连接序列为高度保守区域尤其是其中的半胱氨酸残基、天冬酰胺N糖基化位点及跨膜区谷氨酸残基但Ig结构域在种属间可变Ig结构域之间的连接序列具有独特的结构5个残基的连接结构可折叠具有良好的移动性利于IgG2结构域改变其朝向与邻近配体及伴侣相互作用Basigin因此能与其他Ig家族成员的同源黏附类似形成同源寡聚体Basigin跨膜区包含一个独特的包埋的谷氨酸残基以及亮氨酸拉链序列上述特征有利于蛋白低聚化形成多重蛋白复合物参与细胞信号通路例如免疫细胞受体复合物的形成此外包埋的谷氨酸残基联合富含亮氨酸的跨膜区域在螺旋中通过氢键连接产生强有力的交互作用有助于形成寡聚体Basigin的同源二聚体或与其他连接伴侣的异源寡聚化有利于作用于邻近及远处细胞的共同受体发挥多种生物活性Basigin的寡聚化还与糖基化有密切关系Basigin具有3个Asn糖基化位点多聚N乙酰氨基葡萄糖位于Basigin多糖外链被称为16支链Basigin通过糖基化位点与肿瘤细胞过表达的多糖、galectin3、透明质酸结合透明质酸在肿瘤微环境中表达丰富丰富的细胞外多聚糖被CD44和单羧酸转运子(monocarboxylatetransporterMCT)4识别引发细胞表面聚集及多成分复合物的形成促进Basigin寡聚体形成Basigin与整合素家族31、61亚基在细胞接触部位形成反式识别复合物介导肿瘤细胞和细胞外基质的黏附促进肿瘤的生长、存活及侵袭其内在机制为:Basigin的IgI结构域糖基化位点与位于整合素1亚单位的金属离子依赖的黏附位点作用调节MMP活性通过FAKPI3K信号途径引发MMP合成促进肿瘤侵袭至少有4种分子介导Basigin与整合素的交互作用分别为CD98、CD43、MCT4及galectin3galectin3具有独特的结构不仅仅识别Basigin也识别其他蛋白如1整合素的多聚N乙酰氨基葡萄糖发挥蛋白连接构架的作用它通过分支状多糖的交联促进与1整合素等其他蛋白的结合以及Basigin的自身连接是Basigin信号途径的重要分子 1.2.2Basigin的分子伴侣Basigin与众多分子伴侣结合通过多重分子机制参与多种疾病的病理机制Basigin在恶性肿瘤中尤其高表达成为肿瘤分期、分级和预后的指标以及治疗靶点近来已成为肿瘤生物学的研究热点MCT的发现在Basigin研究中是一个突破MCT催化短链脂肪酸替代物如乳酸、丙酮酸盐及酮体的跨细胞膜转运MCT1、MCT3、MCT4以Basigin为辅助蛋白共转染研究显示Basigin在MCT的跨膜定位中发挥伴侣的作用肿瘤细胞显著依赖于需氧糖酵解需要迅速移除乳酸以维持细胞内pH因此MCT尤其是MCT4的活性加强Basigin是MCT活性的表达所必需Basigin通过与MCT的连接在能量代谢中发挥关键作用此外MCT还与CD44、透明质酸、整合素连接促进肿瘤细胞的生长、存活及侵袭Basigin加强肿瘤细胞MMP的产生及透明质酸的产生引起细胞外基质降解增强细胞的移行及增殖促进血管生成亲环素A及Basigin介导了多发性骨髓瘤对骨髓的定位作用骨髓血管的内皮细胞分泌亲环素A能吸引显著表达亲环素A受体Basigin的骨髓细胞抗Basigin抗体能抑制多发性骨髓瘤细胞在体内支架系统的定位及增殖Basigin不仅仅在肿瘤细胞内作用也作用于邻近的正常细胞Basigin引发间质细胞MMP的产生促进肿瘤侵袭;也引发内皮细胞VEGF及其受体的表达加强血管生成抗Basigin抗体及Basigin的siRNA有望作为抗肿瘤的治疗手段寄生虫蛋白RH5是目前唯一的对所有种类寄生虫侵袭都很关键的蛋白RH5通过氨基酸残基与其连接伴侣Basigin结合参与寄生虫对红细胞的侵袭从而在疟疾的发病机理中发挥关键作用针对该位点有助于研发有效的疫苗以预防疟疾体内研究中抗Basigin抗体能快速清除恶性疟疾的血液阶段的感染而不具有任何显著的毒性亲环素与Basigin结合加强了白细胞的移行血小板通过血小板糖蛋白(plateletglycoproteinVIGPVI)Basigin的交互作用加强了对血管壁的黏附引发血管炎症通过单核细胞回募形成动脉粥样硬化 1.2.3Basigin与囊泡分泌最初Basigin是定位于细胞表面的膜蛋白但随着影像技术的提高发现Basigin也位于亚细胞空间及细胞释放的囊泡内因此Basigin能以可溶性形式自细胞裂解后播散或以二聚体或者寡聚体存在于细胞外囊泡中通过微环境与非邻近细胞起作用整合素和galectin3在这种识别中发挥重要作用Basigin相关的外泌体见于卵巢癌及胆囊癌患者的腹水甚至可以从癌症患者的血清中提取包含Basigin的细胞外囊泡作为生物指标检测治疗的反Basigin还参与细胞骨架重塑调节细胞内囊泡分布及囊泡释放透明质酸作为细胞外基质的重要结构成分参与恶性肿瘤细胞动力学作用Basigin与透明质酸的受体CD44结合参与恶性肿瘤侵袭的交互作用及受体酪氨酸激酶引发的肿瘤耐药CD44透明质酸的交互作用增强Basigin介导的膜型基质金属蛋白(membranetypematrixmetalloproteinaseMT1MMP)依赖的侵袭伪足的活性通过EGFRRasERK信号增强侵袭活性Basigin还具有调节细胞骨架重塑、参与细胞间交互作用、亚细胞囊泡分布等一系列生物功能Basigin与CD44、CD98形成内吞复合物Basigin胞质尾部的酸性残基与微管连接蛋白作用达到快速细胞内转移参与营养成分的跨膜外流及ECM的重塑此外Basigin还与膜联蛋白(annexinIIAnxA2)作用重排细胞骨架蛋白调整脂质阀动力学参与外泌体的运输Basigin的细胞外部分影响AnxA2的磷酸化、细胞移动性及Basigin自细胞的释放调节MMP活性加强肿瘤与基质细胞的沟通影响肿瘤细胞移行及侵袭 1.2.4Basigin的调控Basigin的表达受多种转录因子调控包括特殊蛋白1(Sp1)、Sp3、上皮间质转化相关因子及缺氧诱导因子1(HIF1)值得关注的是它还能通过与MT1MMP连接方式去除膜表面蛋白以自分泌方式调节表达随着可溶性Basigin作用浓度及时间的增加细胞Basigin的转录及表面表达随之增加 2Basigin在视网膜的特异性表达及其功能 2.1Basigin是视网膜发育成熟和发挥功能的关键糖蛋白健康小鼠的Basigin表达于视网膜色素上皮(retinalpigmentepitheliumRPE)细胞顶端及基底表面、光感受器细胞体及内节段、Mller细胞以及血管基因敲除小鼠的研究证实Basigin敲除引起视网膜视杆细胞和视锥细胞的功能丧失;2周龄的敲除小鼠眼部睁开时尽管视网膜结构正常但视网膜电图的幅度严重降低提示视网膜成熟障碍;3周龄视觉发育成熟时光感受器外节段较正常稀疏且变短;8周龄时视网膜变性;8个月龄时整个光感受器层消失因此Basigin基因的失活阻碍了视网膜的正常代谢及成熟为适应光感受器细胞的高能需求外层视网膜通过糖酵解和氧化途径代谢葡萄糖产生大量乳酸和CO2乳酸由Mller细胞转运到光感受器细胞以供氧化磷酸化所需MCT对乳酸的跨膜转运对维持正常的视网膜功能很重要MCT1、MCT3和MCT4在视网膜表达以Basigin为细胞伴侣免疫共沉淀及荧光共振能量转移分析显示Basigin与MCT1在细胞膜互相作用在Basigin缺陷小鼠MCT的细胞表面定位的功能障碍导致其降解因此认为MCT的显著减少阻断了能量转运继而导致光感受器的死亡造成盲及视网膜变性 2.2Basigin1促进视锥细胞的存活及其功能有研究揭示视网膜存在两个Basigin的转录物较长的片段后来命名为Basigin1其表达仅仅局限于视网膜光感受器细胞及内节段相对分子质量较小的蛋白产物命名为Basigin2但作为视网膜特异性异构体的Basigin1的功能一直还不清楚近年来研究发现视杆细胞分泌一种视锥细胞存活因子该因子是不具有酶活性的截短的硫氧化蛋白能加强视锥光感受器细胞的存活被命名为RdCVF具有抗氧化活性缺乏RdCVF的小鼠视锥细胞比对照小鼠更容易出现氧化损伤随着年龄增长出现光感受器活性的下降使用质谱分析法发现Basigin1与RdCVF连接Basigin1位于视锥细胞表面变异时引起视网膜色素变性Basigin1与GLUT1结合后者是具有12个跨膜区域的葡萄糖转运子重要的是离体实验中加入的RdCVF增加了光感受器细胞葡萄糖的吸收、乳酸的释放及ATP的产生而且降低Basigin1及GLUT1的水平削弱了RdCVF对光感受器细胞的存活作用因此RdCVF、Basigin1及GLUT1在细胞表面形成复合物促进葡萄糖吸收提供丰富的能量来源以促进细胞的存活视网膜色素变性患者在疾病后期阶段存在视锥光感受器细胞的逐渐降解近期有研究使用AAV病毒载体携带的RdCVF促进了视锥细胞的存活及残余视觉功能的维持因此有望以基因治疗的方式保留中央视力 3Basigin在眼部的其他功能研究 3.1Basigin与眼表损伤及修复Basigin是调节MMP产生和激活的重要诱导剂参与破坏细胞间连接促进上皮重排及增加细胞的移行可塑性对急性化学烧伤患者受伤后1周内实施羊膜移植79d后去除移植的羊膜在严重化学烧伤后急性阶段羊膜内浸润的炎性细胞Basigin阳性表达明显多于慢性持续上皮缺损羊膜移植组Basigin主要表达于正常角膜上皮但在溃疡角膜Basigin主要表达于基质浅层MMP2与Basigin共表达于上皮基质边界体外共培养技术也显示二者共存于成纤维细胞与上皮细胞的界面角膜上皮愈合延迟时基底膜的再生被阻断角膜上皮细胞与成纤维细胞接触Basigin能直接介导上皮基质交互作用促进角膜溃疡中MMP上调加重过度的基质降解和角膜溶解因此抑制Basigin可能成为一种抑制溃疡区域产生MMP的有效治疗手段 Basigin及MMP1也参与圆锥角膜基质降解的病理机制在圆锥角膜Basigin表达于角膜的所有层面尤其是组织病理改变的区域MMP1在圆锥角膜的分布上调但表达区域与角膜病变及Basigin表达部位不完全吻合可能还有其他种类的MMP参与病变Basigin及平滑肌肌动蛋白(smoothmuscleactinSMA)共存于病理性角膜病变基质内Basigin能引导SMA的表达及胶原收缩促进成纤维细胞到肌成纤维细胞的分化参与组织重塑用cDNA转染增加Basigin的表达或给予外源性的Basigin均能上调SMA的表达增加胶原收缩反应Basigin对睑板腺的发育很重要有助于维持眼表稳定Basigin还可以单体或多体形式可溶性存在于眼内作用于细胞外微环境可溶性Basigin见于泪液、房水及玻璃体样本中干眼患者眼表的Basigin和MMP9的表达升高用高渗环境培养细胞模拟干眼状态Basigin及MMP9的表达上调清除了细胞紧密连接的重要成分occludin导致上皮连接的破坏Basigin调节细胞表面的occludin的数量保持完整的上皮结构参与维持内环境稳态 3.2Basigin与眼后段增殖和炎症RPE的黏附、