浅论αB晶状体蛋白在晶状体外的研究概况

浅论αB晶状体蛋白在晶状体外的研究概况【摘要】αB晶状体蛋白是脊椎动物眼晶状体中的主要蛋白成分之一，在机体各种组织中都有广泛表达，它是小分子热休克蛋白家族成员之一，具有分子伴侣活性，能抑制多种环境变化下的细胞凋亡，同时与某些肿瘤的发生发展及肿瘤治疗中的抗药性都有密切关系，作者就此对近年来的相关研究作一概述。

【关键词】αB晶状体蛋白;热休克蛋白;细胞保护作用;肿瘤抗药性;文献综述

αB晶状体蛋白是眼晶状体中的主要结构成分。近年来，αB晶状体蛋白相继在晶状体外的组织(如脑、心脏、胃、肺、肾脏、肌肉及视网膜等)中的发现使人们认识到，αB晶状体蛋白在晶状体中不仅是结构成分，可能还具有重要的功能意义。我们都比较熟悉αB晶状体蛋白在晶状体中的作用，但近几年发现αB晶状体蛋白在晶状体外也发挥着生物学作用。

1αB晶状体蛋白的编码基因、表达部位和结构

αB晶状体蛋白是脊椎动物眼晶状体中主要的蛋白成分之一，是α晶状体蛋白两条基因之一的αB基因的编码产物，含有175个氨基酸序列。αB基因位于11号染色体，它和αA晶状体蛋白的基因源于一条古老的α晶状体蛋白基因,这条基因在软体鱼与高等脊椎动物分支进化前一直存在，它的转录产物发挥小分子热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)的功能和当今脊椎动物体内的αB晶状体蛋白发挥的功能一样。

αB晶状体蛋白主要在哺乳动物的晶状体中表达，它与αA晶状体蛋白的摩尔浓度比为1∶3，约占晶状体蛋白总量的%[1]。除了晶状体，在许多器官、组织、细胞内,αB晶状体蛋白也都有结构性表达,具有分子伴侣功能,发挥小分子HSP的作用,例如在心脏、骨骼肌、横隔膜、比目鱼肌、肾中可检测到大量的αB晶状体蛋白的存在。在眼中,视网膜色素细胞、睫状体、虹膜、角膜、视神经也有αB晶状体蛋白的存在。当机体遭受伤害性刺激如炎症、缺血、热损伤、渗透压改变时，相应部位的αB晶状体蛋白就会表达增加，发挥抗损伤保护机体的作用。

对α晶状体蛋白一级结构的研究显示:α晶状体蛋白N末端域(外显子1)1～63位氨基酸残端(对于人,相当于1～87位氨基酸残端),在不同物种的小分子HSP之间并不具有保守性,只在同物种的小分子HSP之间才具有相对保守性。一个短而非保守的中间域(外显子2)64～105位氨基酸残端,将N末端与一个较大的α晶状体蛋白结构域相连。α晶状体蛋白结构域(外显子3)106～175位氨基酸残端(包括C末端,或在人HSP27中,为88～167位氨基酸残端)在同物种的小分子HSP之间高度保守,甚至在不同物种之间也有很高的保守性。例如,人HSP27的122～143位氨基酸残端与果蝇相对应的小分子HSP序列有70%相同。C末端为一短而非保守的区域。对许多物种αA晶状体蛋白链的进化研究发现,在10×106α的进化过程中,只有3%的氨基酸残端发生了改变,而在相同的时间内,αB晶状体蛋白只有7%发生了改变。对小分子HSP的二、三级结构知之甚少。Haley等用冷冻电子显微镜研究αB晶状体蛋白时发现,它有可变的4级结构,中心有空洞的形状。之后用这个技术对、HSP27、人αB晶状体蛋白结构作了研究,发现为规则、对称的结构,但α晶状体蛋白和HSP27没有明显的对称结构。

2αB晶状体蛋白属于小分子HSP家族成员,具有分子伴侣活性

HSP分类

HSP是所在原核细胞和真核细胞遭受高温或其他应激所产生的一组在结构上高度保守的蛋白质家族,它们在生物体的生长、发育及进化过程中,在维持机体的生理状态以及某些疾病的病理生理过程中均发挥重要作用。HSP依据其亚单位的大小分为HSP90(81～100kD)、HSP70(65～80kD)、HSP60及小分子HSP(sHSPs)家族(小于35kD)4个主要的家族。所有的小分子HSP有一个共同的特征,就是存在一个大约80个氨基酸序列的“α晶状体结构域”。它位于蛋白质序列的C端。

αB晶状体蛋白发挥细胞凋亡抑制作用主要机制

αB晶状体蛋白是一类普遍存在的小分子HSP，它的表达常由生理及环境因素引起，他们能增强细胞在恶劣环境中的存活能力，但是病理状态下的高表达却与某些肿瘤的发生发展有着密切的联系。主要机制有：(1)强大的分子伴侣作用，阻止新生的及累积的错误折叠的蛋白聚集、沉淀。当蛋白质处于非正确的天然构象的时候，那些存在于球状蛋白质内部的非疏水性氨基酸将会暴露出来，将与一些肽、核酸分子和一些大分子发生不良的相互作用。作为分子伴侣，αB晶状体蛋白将会解决这一问题。当新生的多肽一出现在核糖体中时，他们就结合到新生的多肽上，保护疏水的氨基酸残基不进行一些无效的相互作用。αB晶状体蛋白作为分子伴侣，不断地和蛋白质结合或释放，αB晶状体蛋白的构象在发生着不断的变化，这种变化是在ATP的水解和交换的驱动下进行的。(2)直接和各种细胞凋亡调控元件相互作用，抑制细胞凋亡途径的激活。刘双等经Westernblot检测发现,与αB晶状体蛋白相互作用产生的蛋白复合物中存在线粒体凋亡相关蛋白p53、核因子κb、细胞色素c和Smac，并经免疫沉淀证实H2O2诱导细胞凋亡时，αB晶状体蛋白与p53、细胞色素c和Smac等促凋亡蛋白相互结合增多而与抗凋亡蛋白核因子κb相互结合减少。(3)αB晶状体蛋白抑制caspase3凋亡途径的激活。(4)和蛋白酶活化受体2结合抑制神经酰胺介导的细胞死亡。另外αB晶状体蛋白还能抑制Fas/APO21受体和它的配体所介导的凋亡。αB晶状体蛋白可保护鼠L929细胞系免受肿瘤坏死因子TNFα所介导的细胞坏死。在心肌的缺血再灌注中，心脏中的αB晶状体蛋白与肌动蛋白相结合,结合位点位于I带的中央[10]。心肌缺血可致心肌纤维钙超载,同时镁离子浓度升高、pH值下降,这一系列改变可诱导细胞内αB晶状体蛋白浓度增高,发挥保护性作用。

3αB晶状体蛋白在阻止细胞凋亡，促进细胞存活方面的研究概况

晶状体蛋白属于小分子HSP，具有分子伴侣活性。国内外的相关研究表明，在组织、细胞经热休克、氧化应激等处理后αB晶状体蛋白表达急剧增加，与敲除αB晶状体蛋白基因的对照组相比细胞存活率增高具有显着的统计学意义。Liu等[11]研究表明，在高浓度的葡萄糖培养基中培养的脐静脉血管内皮细胞的凋亡率是63%，而转染了含大鼠pcDNA3质粒的脐静脉血管内皮细胞的凋亡率是36%，含αB晶状体基因转染质粒的细胞降低了35%的高浓度葡萄糖激活的细胞凋亡蛋白酶活性，显着减少了活性氧族的释放。Alge等[12]的研究表明，在正常视网膜色素上皮细胞中存在αB晶状体蛋白的表达，热休克处理及氧化应激能显着提高αB晶状体蛋白的表达，而高表达的αB晶状体蛋白能通过抑制Caspase3途径的激活减轻视网膜色素上皮细胞的凋亡，从而发挥保护作用。国内湘雅医学院的肖卫民等[13]研究显示，热休克预处理组心肌细胞中αB晶状体蛋白表达明显增加，H2O2所致的细胞死亡率及LDH释放率降低，总抗氧化能力增强，H2O2可引起αB晶状体蛋白向胞核及微丝移位。这提示热休克预处理的心肌细胞保护作用与其诱导αB晶状体蛋白的增加有关，αB晶状体可能通过细胞内移位，保护某些核结构，稳定细胞骨架，并增强心肌细胞抗氧化能力，从而发挥其保护作用。另外，国内Ying等[14]就α晶状体蛋白对视神经损伤后的保护作用进行了一系列相关研究，结果表明，无论是采用视神经夹伤模型还是采用视神经离断模型，玻璃体腔内注射α晶状体蛋白组较空白对照组视网膜节细胞存活率的增高有显着统计学意义，同时他们的视网膜神经节细胞培养也表明α晶状体蛋白有促进节细胞生长作用。这种保护作用是αA晶状体蛋白还是αB晶状体蛋白或者是两者共同的，该系列实验尚未说明，但基于αB晶状体蛋白的生物学作用，我们可以推测出αB晶状体蛋白可能起到了不可缺少的作用。

4αB晶状体蛋白在肿瘤组织中的异常表达及与肿瘤抗药性关系的研究概况

近年来研究发现，在很多恶性肿瘤组织中都存在αB晶状体蛋白的异常高表达，这些异常表达可能与肿瘤细胞抗细胞凋亡、肿瘤营养血管的生长以及肿瘤的抗药性都有密切的关系。Stegh等研究发现，神经胶质瘤中Bcl2L12转录子诱导αB晶状体蛋白高表达，高表达的αB晶状体蛋白极大地促进了神经胶质瘤的生长，而在敲除了αB晶状体蛋白基因的胶质瘤细胞中，尽管Bcl2L12表达存在，但肿瘤细胞生长受到抑制，细胞凋亡增加，细胞的这种凋亡与Caspase3途径激活有关。同时研究发现，敲除αB晶状体蛋白基因的肿瘤组织，肿瘤血管形成明显减少，Caspase3凋亡途径活性增强，细胞凋亡增多。研究结果表明，αB晶状体蛋白是一类新的血管生长源性物质，在肿瘤的发展过程中起重要作用。在肿瘤抗药性方面，Kase等[15]发现HSP27和αB晶状体蛋白在化疗后存活的肿瘤细胞中高表达，提示了HSP27和αB晶状体由化疗药物诱导产生，并发挥抑制细胞凋亡、保护肿瘤细胞作用。Liu等[16]和Olga等[17]也相应发现,在肺腺癌和乳腺癌中存在αB晶状体蛋白的高表达，并且这种异常表达与肿瘤的化疗效果有着密切的关系。

5αB晶状体蛋白在神经系统疾病中的研究概况

在过去10年中发现,一些神经系统疾病与αB晶状体蛋白在神经系统的反常聚集有密切的关系。这些神经系统疾病包括星形胶质细胞水肿引起的Alexander病、神经元气球样变引起的CreutzfeldtJacob病、阿尔茨海默病、帕金森病、Lewy体病、Pick病和其他疾病。αB晶状体蛋白是多发性硬化的自身免疫性反应的主要抗原[18],在少突胶质细胞和星形胶质细胞内表达。Shalina等[19]发现,αB晶状体蛋白除了在多发性硬化病活动早期的患者脑组织表达增加外，在正常脑组织也有它的身影。他们证实αB晶状体蛋白是一种潜在的反向调节因子，能阻断免疫系统和中枢系统的一些炎症反应途径。αB晶状体蛋白基因缺失的大鼠表现出更为严重的实验性自身免疫性脑脊髓炎，T细胞和巨噬细胞分泌更多的细胞因子1和细胞因子17，中枢神经系统表现出的炎症更加强烈，此外αB晶状体蛋白基因缺失的大鼠Caspase3凋亡蛋白表达更多、TUNEL染色阳性率更高，这表明了αB晶状体蛋白具有抗凋亡和神经保护作用。从多发性硬化症患者的脑脊液和自身免疫性脑脊髓炎老鼠血清中可以检测到αB晶状体蛋白抗体，针对炎症反向调控因子αB晶状体蛋白的免疫攻击加剧了炎症反应和脱髓鞘，αB晶状体蛋白表达系统的重构能显着改善自身免疫性脊髓炎大鼠的病情。尽管随着年龄的增加,脑内神经元的数目逐渐减少,但αB晶状体蛋白的水平却有所增高。同时αB晶状体蛋白在脑肿瘤、脑血管病变[20]时表达也出现增多，这些也都与αB晶状体蛋白的抗凋亡和神经保护性密不可分。同时αB晶状体蛋白在癫痫患者脑组织局部高表达，可以作为癫痫病灶的组织标记物，描记病灶的范围，为手术切除提供可靠的依据[21]。

6展望

αB晶状体蛋白与白内障发生发展的关系历来是αB晶状体蛋白研究的热点和重点。但近年来的研究使得αB晶状体蛋白与其他疾病的关系日益受到人们的关注，对αB晶状体蛋白的作用也进行了越来越深入的研究。αB晶状体蛋白的HSP活性、抗细胞凋亡作用日益受到人们的重视，无论是它的急性损伤后的细胞保护作用方面，还是肿瘤发生机制及肿瘤治疗的抗药性方面的研究，都有着非常重要的意义。

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