CFL2基因研究進(jìn)展

趙拴平，賈玉堂，徐 磊，金 海

（安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，畜禽產(chǎn)品安全工程安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230031）

絲切蛋白（Cofilin，CFL）是一種存在于真核生物中的分子量為21 kD的肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白，在哺乳動(dòng)物中表達(dá)CFL1和CFL2兩種亞型［1］。哺乳動(dòng)物胚胎肌肉中CFL1基因表達(dá)占主導(dǎo)地位，隨著肌肉的發(fā)育進(jìn)程，CFL1基因表達(dá)量降低，CFL2表達(dá)量增加，在成年哺乳動(dòng)物骨骼肌中CFL2基因表達(dá)占主導(dǎo)地位［2］。研究發(fā)現(xiàn)，CFL1基因主要在非肌肉組織中表達(dá)，在腦和肝中表達(dá)量較多；CFL2基因主要在哺乳動(dòng)物的骨骼肌和心肌中表達(dá)，在肌肉組織肌原纖維發(fā)生和解聚的過(guò)程中調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的轉(zhuǎn)換，對(duì)維持肌肉正常的生長(zhǎng)發(fā)育和功能起著非常重要的作用［3］。

1 CFL2基因結(jié)構(gòu)分析

人CFL2（Cofilin2，CFL2）基因（NC_000014.9）定位于14號(hào)染色體長(zhǎng)臂（14q12），全長(zhǎng)4 442 bp；小鼠CFL2基因（NC_000078）定位于 12C1，全長(zhǎng) 4 061 bp；牛CFL2基因（NC_037348.1）定位于21號(hào)染色體，全長(zhǎng)2 653 bp；豬CFL2基因（NC_010449.5）定位于7號(hào)染色體，全長(zhǎng)4 352 bp。人、鼠、牛和豬的CFL2基因組序列均包含4個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子，其5’-和3’-剪切位點(diǎn)均符合GT-AG原則，序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)牛CFL2基因序列與人和鼠mRNA序列同源性分別為94%和86%。人CFL2基因編碼149個(gè)氨基酸（NP_001230574），牛、鼠和豬的CFL2基因均編碼166個(gè)氨基酸，其氨基酸同源性均為99%。氨基酸序列分析顯示，人、鼠和牛CFL2基因編碼前體蛋白均含有肌動(dòng)蛋白解聚因子（Actin depolymerisation factor，ADF）區(qū)域，其主要作用是切斷肌動(dòng)蛋白微絲并將其與肌動(dòng)蛋白單體結(jié)合，在人、鼠、牛和豬中高度保守。

2 CFL2基因表達(dá)特性研究

人CFL2基因因不同的剪接有兩種轉(zhuǎn)錄本（CFL2a和CFL2b）。CFL2a基因在各種細(xì)胞中均表達(dá)，CFL2b基因主要在骨骼肌、肌原纖維發(fā)生和生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中表達(dá)［4］。Mohri等［5］研究發(fā)現(xiàn)，CFL2基因?qū)Σ溉閯?dòng)物肌肉發(fā)育和維持具有重要作用；在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育中，CFL1基因高表達(dá)，隨著之后的肌肉發(fā)育，CFL1基因表達(dá)量降低，CFL2基因表達(dá)量增加。成年牛各組織表達(dá)分析顯示，CFL2基因在心肌和胃中表達(dá)量較高，而在背肌和脾、肺、腎組織中表達(dá)量較低；在豬組織中表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，CFL2基因在心肌、背最長(zhǎng)肌和腰大肌中表達(dá)量較高，在其他組織中的表達(dá)量相對(duì)較低。趙強(qiáng)［6］在對(duì)雞CFL2基因遺傳變異及其效應(yīng)與表達(dá)的研究中發(fā)現(xiàn)，雞的CFL2基因只有一種轉(zhuǎn)錄本，定位于5號(hào)染色體，編碼166個(gè)氨基酸，其主要在骨骼肌和心肌中表達(dá)。綜上，CFL2基因在家養(yǎng)動(dòng)物肌肉組織中的表達(dá)量較高，可能與其在肌肉發(fā)育過(guò)程中的重要作用密切相關(guān)。

3 CFL2基因生物學(xué)功能

3.1 CFL2基因參與肌肉發(fā)育

研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠胚胎骨骼肌中CFL1和CFL2基因均表達(dá)，但隨著肌肉的發(fā)育進(jìn)程，CFL1基因表達(dá)降低，直至在終末分化的生肌細(xì)胞中其表達(dá)消失，CFL2基因表達(dá)升高［2-7］。所以在成年鼠骨骼肌中，CFL1基因幾乎不表達(dá)，而CFL2主要表達(dá)，且30%～50%表現(xiàn)為磷酸化形式。Mohri等［2］研究發(fā)現(xiàn)，CFL2基因在維持肌肉正常形態(tài)和修復(fù)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。在小鼠肌肉損傷后一天，磷酸化的CFL1表達(dá)量增加，CFL2表達(dá)量減少；在雞肉組織再生早期（受傷后3～5 d），CFL2基因表達(dá)量升高，CFL1基因表達(dá)量減少，再生后期（受傷后10 d），CFL2基因在肌肉組織中的表達(dá)占主導(dǎo)地位。

在脊椎動(dòng)物肌肉發(fā)育過(guò)程中，肌動(dòng)蛋白參與形成細(xì)肌絲，通過(guò)與粗肌絲中的肌球蛋白循環(huán)接觸與分離，而使肌纖維產(chǎn)生張力。CFL2基因可能通過(guò)參與調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的裝配影響肌肉收縮。研究發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物CFL2基因編碼前體蛋白均含有ADF結(jié)構(gòu)域，ADF缺失會(huì)導(dǎo)致小鼠角膜發(fā)育疾病，如肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架排列紊亂、上皮增生甚至眼盲［8-10］。而ADF和CFL1基因單一缺失不會(huì)影響小鼠輸尿管芽的發(fā)育，但二者共缺失嚴(yán)重影響細(xì)胞形態(tài)、運(yùn)動(dòng)以及肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)［11］。張宇婷等［12］研究發(fā)現(xiàn)，成年鼠上皮細(xì)胞ADF和CFL1基因共缺失會(huì)導(dǎo)致組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，上皮細(xì)胞增生、細(xì)胞形態(tài)異常、絲狀肌動(dòng)蛋白大量集聚等，說(shuō)明ADF區(qū)域和CFL1基因在功能上有一定的相似性，在CFL1基因低表達(dá)或不表達(dá)的組織中，ADF區(qū)域可能發(fā)揮著重要的作用。

研究發(fā)現(xiàn)，CFL2基因突變會(huì)影響人類肌肉健康。CFL2基因定位于肌小節(jié)的Z帶之間，通過(guò)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白微絲的長(zhǎng)度而發(fā)揮作用［10］。CFL2基因缺失會(huì)使8日齡小鼠因嚴(yán)重的肌肉缺陷和異常的肌動(dòng)蛋白集聚而致死，說(shuō)明CFL2基因在肌肉發(fā)育和維持肌肉正常形態(tài)中發(fā)揮重要作用。趙強(qiáng)［6］研究表明，雞CFL2基因3’UTR G577A位點(diǎn)不同基因型對(duì)腿肌肌纖維密度和直徑有顯著影響，說(shuō)明CFL2基因在雞肌肉發(fā)育中亦發(fā)揮重要作用。Verdoni等［11］研究發(fā)現(xiàn)，在豬肌肉形成過(guò)程中，CFL2基因與肌纖維的形成有關(guān)。張宇婷等［12］研究發(fā)現(xiàn)，低表達(dá)CFL2基因后，肌纖維的組成成分——肌動(dòng)蛋白（αactin）表達(dá)量升高、肌球蛋白重鏈（MyHC2b、MyHC2x和MyHC2a）表達(dá)量下調(diào)，CFL2基因能夠切斷肌動(dòng)蛋白絲并結(jié)合在肌動(dòng)蛋白單體上，在肌肉組織肌原纖維發(fā)生和解體過(guò)程中不僅調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白的轉(zhuǎn)換，還調(diào)節(jié)正常肌肉功能和肌肉再生。

3.2 CFL2基因參與生長(zhǎng)性狀發(fā)育

生長(zhǎng)性狀是家畜生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)，主要與家畜品種、飼喂方式、飼料結(jié)構(gòu)、環(huán)境條件、管理因素、疾病防制等相關(guān)，其中生長(zhǎng)速度是家畜育種中選擇的主要目標(biāo)性狀之一。研究發(fā)現(xiàn)，CFL2基因與家畜生長(zhǎng)性狀密切相關(guān)。趙強(qiáng)等［13］通過(guò)分析河南農(nóng)業(yè)大學(xué)固始雞×安卡雞F2資源群849只雞CFL2基因與體尺性狀的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)其G2545A位點(diǎn)不同基因型對(duì)雞4周脛長(zhǎng)、4周脛圍具有顯著影響（P＜0.05）。Sun 等［14］通過(guò)分析CFL2基因遺傳變異與488頭秦川牛體尺性狀的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)其變異位點(diǎn)G1500A與臀寬顯著相關(guān)（P＜0.05），T1694A與胸圍、胸深和腰角寬顯著相關(guān)（P＜0.05），C2213G與胸圍、胸寬、胸深、腰角寬和體重顯著相關(guān)（P＜0.05），說(shuō)明CFL2基因不僅與哺乳動(dòng)物肌肉發(fā)育和維持密切相關(guān)，對(duì)其生長(zhǎng)性狀也具有重要作用。

3.3 CFL2基因與肌病密切相關(guān)

CFL2基因在哺乳動(dòng)物肌肉發(fā)育進(jìn)程中發(fā)揮重要作用，然而，CFL2基因變異會(huì)引發(fā)多種肌病。Kuure等［15］研究結(jié)果表明，線狀體肌病是一種伴隨有肌無(wú)力和肌纖維化的先天性疾病，患者肌肉組織中CFL2基因表達(dá)量較正常人顯著降低，在大腸桿菌中異常蛋白溶解性也顯著減少，說(shuō)明CFL2基因缺陷可能會(huì)降低肌動(dòng)蛋白微絲的解聚作用，引起異常集聚。Thirion等［16］研究發(fā)現(xiàn)，假肥大型肌營(yíng)養(yǎng)不良（DMD）患者體內(nèi)磷酸化的CFL2減少，肌纖維壞死和再生不斷地循環(huán)發(fā)生。也有研究發(fā)現(xiàn)，先天肌病患者CFL2基因第二外顯子發(fā)生純合子錯(cuò)義突變（纈氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍彼幔M(jìn)一步證明先天肌病與CFL2基因變異密切相關(guān)［17-19］。Fattor等［20］研究發(fā)現(xiàn)，在CFL2基因全敲除鼠模型中，肌纖維和肌動(dòng)蛋白在胚胎期已經(jīng)形成，但出生后不久，肌動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)逐漸出現(xiàn)紊亂，開始分裂，病理蛋白出現(xiàn)，小鼠很快出現(xiàn)肌病的標(biāo)志性癥狀，與氨基酸變異（纈氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍彼幔┗颊甙Y狀相似。綜上，說(shuō)明CFL2基因是哺乳動(dòng)物肌肉發(fā)育的必需因子，在肌肉發(fā)育和維持進(jìn)程中發(fā)揮不可替代的作用。

3.4 CFL2基因參與細(xì)胞增殖、凋亡、遷移和侵襲

王晟等［21］研究發(fā)現(xiàn)，CFL2基因主要在家養(yǎng)動(dòng)物的肌肉組織中表達(dá)，其自身含有類似SV-40抗原兼性結(jié)構(gòu)，可能在核轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮重要作用。楊滿等［22］研究發(fā)現(xiàn)，在慢性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，miR-199可以促進(jìn)KG-1細(xì)胞增殖，抑制其凋亡，起到一定的促癌作用，過(guò)表達(dá)CFL2基因后，可以在一定程度上逆轉(zhuǎn)miR-199對(duì)KG-1細(xì)胞增殖能力和侵襲能力的促進(jìn)活動(dòng)，在細(xì)胞凋亡中，過(guò)表達(dá)miR-199后，KG-1細(xì)胞增殖比率明顯提高（P＝0.021），且S期細(xì)胞數(shù)目減少，說(shuō)明miR-199可以有效促進(jìn)細(xì)胞的增殖能力，抑制其凋亡。綜上，說(shuō)明CFL2蛋白可能在腫瘤細(xì)胞中通過(guò)影響細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移和侵襲過(guò)程。

4 小結(jié)

CFL2基因是肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白（Cofilin）家族的重要成員，主要在哺乳動(dòng)物骨骼肌和心肌中表達(dá)。目前，CFL2基因定位于肌小節(jié)的Z帶之間，通過(guò)調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白微絲而影響細(xì)胞增殖、凋亡、遷移和侵襲，被認(rèn)為是肌肉組織肌動(dòng)蛋白裝配的調(diào)節(jié)器，在哺乳動(dòng)物肌肉發(fā)育、維持和修復(fù)再生過(guò)程中發(fā)揮重要作用。近年來(lái)也有研究發(fā)現(xiàn)，CFL2基因變異與家養(yǎng)動(dòng)物（如雞、牛）生長(zhǎng)性狀顯著相關(guān)，說(shuō)明其可能與家養(yǎng)動(dòng)物體重、產(chǎn)肉力等經(jīng)濟(jì)性狀密切相關(guān)。對(duì)CFL2基因的研究當(dāng)前主要集中于肌細(xì)胞增殖分化及其骨骼肌發(fā)育、修復(fù)和肌病等方面，在家畜生長(zhǎng)發(fā)育方面的研究相對(duì)較少，其具體的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。探究并闡明CFL2基因?qū)茵B(yǎng)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的作用將為家畜經(jīng)濟(jì)性狀分子育種改良提供新的思路。