Derlin-1的研究進展

彭 艷 胡瑞成 戴愛國 (南華大學(xué)研究生院，湖南 衡陽 4200)

Derlin-1也稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解蛋白1。編碼Derlin-1蛋白及其DNA分子序列結(jié)構(gòu)在各種生物種間高度保守，從傳統(tǒng)模式生物(線蟲，酵母)到哺乳動物(小鼠，大鼠，狗)及人類，都存在與Derlin-1同源的一些基因。在人類中，Derlin-1有2個同系物，Derlin-2和Derlin-3。Derlin-1分子主要分布于細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，由4個跨膜區(qū)域組成，它的氨基端與羧基端均存在于胞液中，而且與多種蛋白分子發(fā)生相互作用〔1，2〕。

1 Derlin-1參與未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)

1.1 UPR 某些生理或病理條件如分泌性蛋白基因發(fā)生突變或者內(nèi)質(zhì)網(wǎng)因化學(xué)物質(zhì)刺激等，均可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)錯誤折疊或未折疊蛋白堆積或鈣離子耗竭等，這些內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)失衡即為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)。為了消除這種應(yīng)激，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)立即啟動UPR，UPR包括蛋白質(zhì)合成減少或暫停，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶表達上調(diào)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性降解和自噬作用等在內(nèi)的一種綜合性反應(yīng)。UPR在一定程度上減輕或消除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)堆疊的負荷，因此UPR是細胞的一種適應(yīng)性保護機制。但是當這些適應(yīng)性反應(yīng)仍不能緩解應(yīng)激狀況時，受損細胞最終會因為發(fā)生內(nèi)質(zhì)相關(guān)性細胞凋亡而被清除。

1.2 Derlin-1的功能 早在1996年，Knop等就通過互補實驗在酵母細胞中克隆了Derl基因，并實驗證實Derl在錯誤折疊蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運過程中發(fā)揮作用。直到2004年，Ye和 Lilley等〔1，2〕在揭示錯誤折疊蛋白逆轉(zhuǎn)位(即從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到細胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運，因它與新生蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)運方向相反，故稱為逆轉(zhuǎn)位)機制的研究中鑒定出Derlin-1基因，并首次報道Derlin-1在哺乳動物細胞中的功能與Derl類似，也是參與錯誤折疊蛋白的跨內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)運，是酵母細胞中發(fā)現(xiàn)的Derl的同源基因。

1.3 Derlin-1作為跨膜蛋白調(diào)控UPR 近年來研究發(fā)現(xiàn)，Derlin-1作為跨膜蛋白復(fù)合體之一調(diào)節(jié)底物蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜到胞質(zhì)中。某些生理或病理性原因使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生理功能發(fā)生紊亂，大量錯誤折疊的蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中堆積，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。嚴重時可引起應(yīng)激凋亡和某些疾病的發(fā)生。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有較強的內(nèi)穩(wěn)態(tài)體系，即通過有效的質(zhì)量控制系統(tǒng)使錯誤折疊的蛋白質(zhì)重新折疊，無法恢復(fù)正確構(gòu)象的蛋白為避免在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過度堆積造成危害，則在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)甘露糖苷酶作用下從Calnexin/Calreticulin循環(huán)中釋放出來，通過跨膜蛋白復(fù)合體進入胞液，在泛素蛋白酶體系中被降解，從而減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進一步避免受損細胞的凋亡〔3～5〕。

2 與Derlin-1有關(guān)的疾病

2.1 Derlin-1與先天性高胰島素癥 胰腺的β細胞利用細胞膜上的ATP-敏感鉀離子通道(KATP)使新陳代謝信號轉(zhuǎn)變成電信號，從而抑制胰島素的分泌。由于通道突變，導(dǎo)致ATP-敏感鉀離子通道(KATP)減少，這是先天性高胰島素癥主要發(fā)病機制之一。在缺乏KATP通道的病態(tài)條件下，β細胞不斷地去極化，因此，盡管嚴重的低血糖，胰島素分泌仍持續(xù)。KATP由磺酰脲受體1(SUR1)和Kir6.2組成。KATP通道在細胞膜上的數(shù)量影響β細胞對葡萄糖的敏感性。研究發(fā)現(xiàn)KATP通道蛋白經(jīng)歷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)性降解(ERAD)，而且抑制蛋白酶體功能將導(dǎo)致通道表達增加。進一步研究發(fā)現(xiàn)SUR1和Kir6.2都與Derlin-1和P97相互作用。如果利用siRNA方法敲除Derlin-1將導(dǎo)致SUR1表達增加和相應(yīng)的KATP通道的表達增加。而且，敲除 Derlin-1將導(dǎo)致因疾病引起的錯誤折疊 SUR1和Kir6.2蛋白表達增加。因此，Derlin-1在KATP通道在體內(nèi)平衡中發(fā)揮著重要作用。通過改變Derlin-1的表達從而調(diào)節(jié)KATP通道的密度，進一步調(diào)節(jié)胰島素的分泌〔6〕。

2.2 Derlin-1與囊胞性纖維癥 錯誤折疊和早期降解地F508del-CFTR是囊胞性纖維癥發(fā)病的主要原因。囊胞性纖維化跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(CFTR)合成大約需要10 min。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)全程監(jiān)測CFTR的合成過程。然而，CFTR折疊大約有70%～85%的野生型相對無效和70%～85%的F508del突變體一起從折疊過程中分離出來被泛素化蛋白酶體降解。試圖讓CFTR折疊成一個天然形式，不再被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)識別，這涉及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白和胞質(zhì)蛋白的互相合作。Derlin-1與RMA1 E3復(fù)合體識別折疊缺陷的CFTR，并且讓其跨膜進入胞質(zhì)，最后被胞質(zhì)中的蛋白酶體降解〔7～10〕。

2.3 Derlin-1與肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥(ALS)是一種成人發(fā)病，上下運動神經(jīng)元混合性對稱性損害為特點的麻痹疾病。它的主要癥狀是運動神經(jīng)壞死和肌肉萎縮。5%～10%的患者有遺傳性，稱為家族性ALS(FALS)，成年型屬常染色體顯性遺傳。目前基因研究已確定常染色體顯性遺傳型與銅/鋅超氧化物歧化酶(SOD)1基因突變有關(guān)。一方面，由于SOD1基因突變，導(dǎo)致錯誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中堆積，引起ERS;另一方面，突變體SOD1與Derlin-1的碳未端胞質(zhì)區(qū)域相互作用，干擾錯誤折疊蛋白的跨膜，進一步加重 ERS。Mori等〔11，12〕研究發(fā)現(xiàn)，過表達的Derlin-1通過抑制ERS通路蛋白的活性從而抑制突變體SOD1誘導(dǎo)引起的細胞毒性作用。過表達的Derlin-1抑制突變體SOD1誘導(dǎo)的細胞凋亡，而且提高細胞的存活率。Derlin-1對突變體SOD1的作用開辟了治療ALS的新思路。

2.4 Derlin-1與乳腺癌 乳腺癌病因尚未完全清楚。乳腺癌還沒有發(fā)現(xiàn)特異性腫瘤標志物。Klopfleisch等〔13～16〕研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合表達BMP2，DERL1(derlin-1)和LTBP4可以區(qū)別犬類乳腺腫瘤的良惡性。在惡性乳腺腫瘤中，BMP2和 DERL1表達升高，而LTBP4表達降低。DERL1(derlin-1)作為一種跨膜蛋白使錯誤折疊蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中跨膜進入胞液，進而抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的凋亡。因此BMP2，DERL1和LTBP4可以作為區(qū)分乳腺腫瘤良惡性的標志。

2.5 Derlin-1與霍亂 霍亂是一種烈性腸道傳染病，由霍亂弧菌污染水和食物引起傳播的?；魜y腸毒素是霍亂弧菌產(chǎn)生三種毒素之一?；魜y腸毒素使機體的水和電解質(zhì)從腸腺大量分泌，形成霍亂腸瀉癥狀。CTA1是霍亂腸毒素一個亞型。Bernardi等〔17〕研究發(fā)現(xiàn)Derlin-1促進CTA1的跨膜，從而引起霍亂腸瀉癥。研究還發(fā)現(xiàn)，CTA1與Hrd1，gp78以及PDI相互作用促進CTA1跨膜。然而當抑制Derlin-1時，CTA1與Hrd1，gp78相互作用也被抑制了。因此，CTA1首先與Derlin-1相互作用，然后才與 Hrd1 和 gp78 相互作用〔17～21〕。

2.6 Derlin-1與多瘤病毒(BKV)相關(guān)性腎病 BKV人群感染率高達90%，但是有臨床癥狀者常限于免疫功能缺陷的個體。BKV相關(guān)性腎病包括出血性膀胱炎，間質(zhì)性腎小球腎炎，輸尿管狹窄等。在免疫功能缺陷個體中，BKV被激活。Jiang等〔22〕研究發(fā)現(xiàn)，Derlin-1與BKV的衣殼蛋白相互作用促進衣殼蛋白跨膜和重新組裝。因此，抑制Derlin-1表達時，BKV的感染也被抑制。

2.7 Derlin-1與神經(jīng)元蠟樣質(zhì)脂褐沉淀病(NCL)NCL是兒童時期最常見的神經(jīng)性疾病。它屬于溶酶體貯積病有酶缺陷和結(jié)構(gòu)蛋白功能異常。它是由于9個Cln基因中的一個發(fā)生突變引起的常染色體隱性遺傳病。Oresic等〔23〕研究發(fā)現(xiàn)，NCL中存在Cln6突變體。Cln6突變體與Derlin-1，P97相互作用從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜進入胞質(zhì)，并被蛋白酶體快速降解。在Cln突變的機體中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)是不穩(wěn)定，因此導(dǎo)致Cln突變體逃避降解，進一步促進NCL的發(fā)展。

2.8 Derlin-1與X連鎖腎性尿崩癥 X連鎖腎性尿崩癥是V2R基因突變導(dǎo)致的一種嚴重先天性腎臟疾病。Schwieger等〔24〕研究指出，在人類胚胎腎293細胞中V2R突變體具有不同錯誤折疊結(jié)構(gòu)域。這些結(jié)構(gòu)域與P97，derlin-1以及26S蛋白酶體相互作用最終被降解。因此，derlin-1促進突變的V2R降解對機體是一種保護。

2.9 Derlin-1與人類肝海綿狀血管瘤(CHL)肝血管瘤是肝臟的良性腫瘤，以CHL最常見。CHL的確切病因尚未明確，目前較為流行的學(xué)說是血管發(fā)育異常致血管海綿狀擴張。Hu等〔25〕研究發(fā)現(xiàn)Derlin-1在人CHL內(nèi)皮細胞中的表達與其他多種血管內(nèi)皮細胞相比顯著下調(diào)，同時，人CHL內(nèi)皮細胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)異常膨脹。當過表達Derlin-1時，擴大內(nèi)質(zhì)網(wǎng)返回到正常大小。而且，在Derlin-1低表達時，人CHL組織的血管內(nèi)皮細胞中檢測到UPR的活化標記基因Bip的表達顯著上調(diào)，同時還發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)的人CHL內(nèi)皮細胞中XPB1也發(fā)生了UPR特異的剪接作用。因此Derlin-1表達下調(diào)，UPR活化及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膨脹等與CHL發(fā)病機制之間有著密切關(guān)系〔25〕。

3 展望

Derlin-1在各種人類腫瘤組織中都有表達，除了胰腺癌。腫瘤的靶向治療是最有前景的抗癌治療。Derlin-1作為跨膜蛋白參與錯誤折疊蛋白的轉(zhuǎn)運。過表達Derlin-1抑制腫瘤細胞的ERS相關(guān)性凋亡，增加了腫瘤細胞存活的機會。Ran等〔26〕研究發(fā)現(xiàn)單克隆抗Derlin-1抗體能夠定位于腫瘤細胞表面直接抑制腫瘤生長〔26〕。因此，人們推測針對腫瘤細胞的Derlin-1下調(diào)表達有望成為腫瘤治療中一個重要的新輔助靶點。

1 Ye Y，Shibata Y，Yun C，et al.A membrane protein complex mediates retro-translocation from the ER lumen into the cytosol〔J〕.Nature，2004;429(6994)：841-7.

2 Lilley BN，Ploegh HL.A membrane protein required for dislocation of misfolded proteins from the ER〔J〕.Nature，2004;429(6994)：834-40.

3 Schaheen B，Dang H，F(xiàn)ares H.Derlin-dependent accumulation of integral membrane proteins at cell surfaces〔J〕.J Cell Sci，2009;122(Pt 13)：2228-39.

4 Katiyar S，Joshi S，Lennarz WJ.The retrotranslocation protein Derlin-1 binds peptide：N-glycanase to the endoplasmic reticulum〔J〕.Mol Biol Cell，2005;16(10)：4584-94.

5 Greenblatt EJ，Olzmann JA，Kopito RR.Derlin-1 is a rhomboid pseudoprotease required for the dislocation of mutant α-1 antitrypsin from the endoplasmic reticulum〔J〕.Nat Struct Mol Biol，2011;18(10)：1147-52.

6 Wang F，Olson EM，Shyng SL.Role of Derlin-1 in proteostasis regulation of ATP-sensitive potassium channels〔J〕.J Biol Chem，2012：287(13)：10482-93.

7 Wang B，Heath-Engel H，Zhang D，et al.BAP31 interacts with Sec61 translocons and promotes retrotranslocation of CFTRDeltaF508 via the derlin-1 complex〔J〕.Cell，2008;133(6)：1080-92.

8 Sun F，Zhang R，Gong X，et al.Derlin-1 promotes the efficient degradation of the cystic fibrosis transmembrane conductance regulator(CFTR)and CFTR folding mutants〔J〕.J Biol Chem，2006;281(48)：36856-63.

9 Younger JM，Chen L，Ren HY，et al.Sequential quality-control checkpoints triage misfolded cystic fibrosis transmembrane conductance regulator〔J〕.Cell，2006;126(3)：571-82.

10 Grove DE，Rosser MF，Watkins RL，et al.Analysis of CFTR folding and degradation in transiently transfected cells〔J〕.MethodsMol Biol，2011;741：219-32.

11 Mori A，Yamashita S，Uchino K，et al.Derlin-1 overexpression ameliorates mutant SOD1-induced endoplasmic reticulum stress by reducing mutant SOD1 accumulation〔J〕.Neurochem Int，2011;58(3)：344-53.

12 Nishitoh H，Kadowaki H，Nagai A，et al.ALS-linked mutant SOD1 induces ER stress-and ASK1-dependent motor neuron death by targeting Derlin-1〔J〕.Genes Dev，2008;22(11)：1451-64.

13 Klopfleisch R，Gruber AD.Derlin-1 and stanniocalcin-1 are differentially regulated in metastasizing canine mammary adenocarcinomas〔J〕.J Comp Pathol，2009;141(2-3)：113-20.

14 Klopfleisch R，Schütze M，Linzmann H，et al.Increased Derlin-1 expression in metastases of canine mammary adenocarcinomas〔J〕.J Comp Pathol，2010;142(1)：79-83.

15 Wang J，Hua H，Ran Y，et al.Derlin-1 is overexpressed in human breast carcinoma and protects cancer cells from endoplasmic reticulum stressinduced apoptosis〔J〕.Breast Cancer Res，2008;10(1)：R7.

16 Klopfleisch R，Klose P，Gruber AD.The combined expression pattern of BMP2，LTBP4，and DERL1 discriminates malignant from benign canine mammary tumors〔J〕.Vet Pathol，2010;47(3)：446-54.

17 Bernardi KM，Williams JM，Kikkert M，et al.The E3 ubiquitin ligases Hrd1 and gp78 bind to and promote cholera toxin retro-translocation〔J〕.Mol Biol Cell，2010;21(1)：140-51.

18 Moore P，Bernardi KM，Tsai B.The Ero1alpha-PDI redox cycle regulates retro-translocation of cholera toxin〔J〕.Mol Biol Cell，2010;21(7)：1305-13.

19 Dixit G，Mikoryak C，Hayslett T，et al.Cholera toxin up-regulates endoplasmic reticulum proteins that correlate with sensitivity to the toxin〔J〕.Exp Biol Med(Maywood)，2008;233(2)：163-75.

20 Bernardi KM，F(xiàn)orster ML，Lencer WI，et al.Derlin-1 facilitates the retrotranslocation of cholera toxin〔J〕.Mol Biol Cell，2008;19(3)：877-84.

21 Saslowsky DE，Cho JA，Chinnapen H，et al.Intoxication of zebrafish and mammalian cells by cholera toxin depends on the flotillin/reggie proteins but not Derlin-1 or-2〔J〕.J Clin Invest，2010;120(12)：4399-409.

22 Jiang M，Abend JR，Tsai B，et al.Early events during BK virus entry and disassembly〔J〕.J Virol，2009;83(3)：1350-8.

23 Oresic K，Mueller B，Tortorella D.Cln6 mutants associated with neuronal ceroid lipofuscinosis are degraded in a proteasome-dependent manner〔J〕.Biosci Rep，2009;29(3)：173-81.

24 Schwieger I，Lautz K，Krause E，et al.Derlin-1 and p97/valosin-containing protein mediate the endoplasmic reticulum-associated degradation of human V2 vasopressin receptors.Mol Pharmacol，2008;73(3)：697-708.

25 Hu D，Ran YL，Zhong X，et al.Overexpressed Derlin-1 inhibits ER expansion in the endothelial cells derived from human hepatic cavernous hemangioma，2006;39(6)：677-85.

26 Ran Y，Hu H，Hu D，et al.Derlin-1 is overexpressed on the tumor cell surface and enables antibody-mediated tumor targeting therapy〔J〕.Clin Cancer Res，2008;14(20)：6538-45.