PHB2(Prohibitin 2)在線粒體中的研究進(jìn)展

董艷博，馮 紅*

(天津體育學(xué)院健康與運(yùn)動(dòng)科學(xué)系 天津300381)

0 引 言

PHB首先作為細(xì)胞增殖的抑制劑而被發(fā)現(xiàn)，它的結(jié)構(gòu)相當(dāng)保守且普遍存在[1]。其廣泛分布于哺乳動(dòng)物、原蟲、植物、細(xì)菌以及真菌等生物體中。人類基因組編碼兩種 PHB蛋白質(zhì)，即 prohibitin 1(PHB1)和prohibitin 2(PHB2)，phb1基因位于染色體17q21上，phb2基因位于染色體 12p13上[2]。有研究表明，PHB1和PHB2的復(fù)合物是維持線粒體的功能所必需的，該復(fù)合物組成了一個(gè)環(huán)狀大分子結(jié)構(gòu)，在不同的細(xì)胞過程(如細(xì)胞周期進(jìn)程和衰老)以及許多疾病(如肥胖，糖尿病和癌癥等)中都發(fā)揮著重要作用(見圖1)[3]。

1 PHB2的結(jié)構(gòu)

PHB2最初是由 Terashima及其同事們發(fā)現(xiàn)的，因與大鼠 B淋巴細(xì)胞的 IgM 受體(Immunoglobulin M receptor，免疫球蛋白質(zhì)受體)相互作用而被命名為BAP37[4]。PHB2蛋白質(zhì)的氨基端有一段疏水區(qū)域，該區(qū)域?qū)HB2固定在膜上；羧基端含有一個(gè)保守的PHB結(jié)構(gòu)域和一個(gè)可預(yù)測(cè)的螺旋區(qū)域，在酵母細(xì)胞中該區(qū)域與 PHB蛋白質(zhì)復(fù)合物的合成密切相關(guān)[5]。有研究表明，人類 PHB2蛋白質(zhì)氨基端有一段MTS(腫瘤抑制基因，Multiple Tumor Suppressor)序列，可以使其定位在線粒體上；同時(shí)，PHB2也可以借助其羧基端的結(jié)構(gòu)域，使其定位于細(xì)胞核內(nèi)，所以PHB2蛋白質(zhì)很有可能是穿梭在核與線粒體之間的蛋白質(zhì)[6]。

圖1 PHB1和PHB2的基因結(jié)構(gòu)及編碼區(qū)Fig.1 Genetic structures and coding regions of PHB1 and PHB2

2 PHB2蛋白質(zhì)的翻譯后修飾

PHB2和PHB1相類似，也含有線粒體定位所需要的跨膜結(jié)構(gòu)域(氨基酸 1-36)，中央 prohibitin結(jié)構(gòu)域(氨基酸36-201)和重疊的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域(氨基酸188-264)。除此之外，PHB2還包含有 ER(estrogen receptor，雌激素受體)結(jié)合結(jié)構(gòu)域[7]。PHB1含有特定的核排斥序列，但在ER結(jié)構(gòu)域內(nèi)，PHB2與其相反，它含有一個(gè)特定的核導(dǎo)入序列(NIS，Nuclear into sequence)，這就說明翻譯后修飾(PTM，Posttranslational modification)可能和其他的蛋白質(zhì)共同決定著PHB2的亞細(xì)胞定位[8]。

從Phospho Site數(shù)據(jù)庫中的檢索中，得知至少含有32個(gè)潛在的翻譯后修飾位點(diǎn)(泛素化，乙?；土姿峄?；其中大部分并沒有得到證實(shí)。在眾多的組織和細(xì)胞系中，大約可以檢測(cè)到 15個(gè) Ser/Thr(絲氨酸/蘇氨酸)磷酸化位點(diǎn)。在那些位點(diǎn)中，S91是最明顯的，可以通過 Ca++/鈣調(diào)蛋白質(zhì)依賴性激酶(CaMK，calcium/calmodulin-dependent protein kinase)IV 和AKT(蛋白質(zhì)激酶B，Protein Kinase B)1/2磷酸化來證明[9]。

3 PHB2在線粒體中的功能

線粒體在細(xì)胞的能量代謝、生長(zhǎng)發(fā)育的過程，衰老和凋亡以及其他各種生物化學(xué)途徑中都起著關(guān)鍵的作用。這些功能與線粒體隔室的形狀密切相關(guān)[10]。

3.1 PHB2能夠調(diào)節(jié)線粒體的分化和凋亡

最新的研究表明，在 MEFs(鼠胚胎成纖維細(xì)胞，Mouse Embryonic Fibroblasts)和Hela細(xì)胞中，PHB2的缺失導(dǎo)致線粒體分化的碎片堆積。然而，PHB2在心肌線粒體中的作用尚不清楚。為了檢測(cè)PHB2是否參與心肌細(xì)胞線粒體蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)，用缺氧來處理心肌細(xì)胞，以誘導(dǎo)線粒體的分化和凋亡。在缺氧處理后，細(xì)胞經(jīng)歷了線粒體的融合，導(dǎo)致 PHB2表達(dá)水平的下降[11]。由此可得，心肌缺血會(huì)導(dǎo)致線粒體 PHB2表達(dá)水平的降低。

3.2 PHB2可以調(diào)節(jié)線粒體動(dòng)力學(xué)和嵴形態(tài)的發(fā)生

除了細(xì)胞的增殖和分化，PHB2在調(diào)節(jié)線粒體形態(tài)中也具有重要作用。由PHB1和PHB2的大異源二聚體組成的線粒體內(nèi)復(fù)合物，具有廣泛的功能，包括：①通過線粒體 m-AAA蛋白酶調(diào)節(jié)膜蛋白的降解；②可以作為分子伴侶和氧化磷酸化系統(tǒng)的組成部分；③具有維持線粒體基因組穩(wěn)定性的作用；④通過OPA1的干預(yù)來調(diào)節(jié)線粒體嵴形態(tài)的發(fā)生[12]。有研究報(bào)道聲稱，在線粒體的膜間隙發(fā)現(xiàn)了 OPA1(視神經(jīng)萎縮相關(guān)蛋白1，Optic atrophy associated protein 1)，它是線粒體融合和嵴重塑機(jī)械的核心部分，也是線粒體中PHB2的主要靶標(biāo)[13]。PHB2基因的敲除會(huì)導(dǎo)致OPA1長(zhǎng)型的選擇性缺失，還伴隨有嚴(yán)重的線粒體功能障礙及凋亡和異常的嵴形態(tài)發(fā)生[14]。

線粒體動(dòng)力學(xué)(即線粒體的融合與分裂)這一過程是由一些與 dynamin相關(guān)的 GTP酶(如 Drp1，Mfn1，Mfn2和 OPA1)來介導(dǎo)的。Drp1(dynaminrelated protein 1，動(dòng)蛋白相關(guān)蛋白1)從細(xì)胞質(zhì)到線粒體的遷移促進(jìn)了線粒體的裂變，哺乳動(dòng)物中的Mfn1(mitofusin-1，線 粒 體 融 合 蛋 白 -1)和Mfn2(mitofusin-2，線粒體融合蛋白-2)是線粒體外膜融合的關(guān)鍵組分，OPA1是介導(dǎo)線粒體內(nèi)膜融合的間質(zhì)蛋白[15]。

3.3 Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬需要PHB2

有研究顯示，在 HeLa細(xì)胞和鼠胚胎成纖維細(xì)胞(MEFs)中，Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬期間需要PHB2的參與。在此期間，有研究使用缺乏 PHB2的 MEF驗(yàn)證了PHB2發(fā)揮的重要作用。由于部分小鼠是早期胚胎致死的，用 Parkin表達(dá)質(zhì)粒和 Cre表達(dá)的慢病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)重組酶來穩(wěn)定轉(zhuǎn)染 Phb2+/+或 Phb2flox/flox MEF。通過ATP5B點(diǎn)的清除率或HSP60降解的蛋白質(zhì)印跡分析，得知阻斷內(nèi)源性 PHB2(和 PHB1)蛋白和 OA誘導(dǎo)的間質(zhì)細(xì)胞將導(dǎo)致高效消耗。因此，對(duì)于Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬，PHB2是必不可少的。此外，OA誘導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞，導(dǎo)致ATG7 siRNA可以顯著阻斷 PHB1和 PHB2的降解，表明 PHB1和PHB2可以用作線粒體的標(biāo)志物[16]。

4 結(jié) 論

線粒體是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)自主的雙膜細(xì)胞器，參與多個(gè)重要的細(xì)胞過程(例如氧化磷酸化、氨基酸生物發(fā)生、脂肪酸分解代謝和細(xì)胞凋亡)。因此，線粒體的質(zhì)量控制對(duì)于細(xì)胞的存活是十分必要的[17]。線粒體通過不斷的融合與分裂來適應(yīng)細(xì)胞生理學(xué)的形態(tài)要求，這一過程是由GTP酶(DRP)介導(dǎo)的，也是維持其功能的必要條件，并且這一過程需要 prohibitin-2(PHB2)的參與[18]。PHB2是一種普遍表達(dá)的多效蛋白質(zhì)，在調(diào)節(jié)線粒體的正常生長(zhǎng)發(fā)育、核轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞增殖和凋亡、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)和衰老中是至關(guān)重要的[19]。此外，它主要定位于線粒體中，但也存在于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核和質(zhì)膜中[20]。還與線粒體內(nèi)膜中的PHB1形成大的多聚體環(huán)狀復(fù)合物，該復(fù)合物可以調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物的炎癥、肥胖和癌癥等等[21]。因此可以預(yù)測(cè)，在線粒體自噬期間，prohibitin復(fù)合物可能有助于機(jī)體的抗衰老和疾病的預(yù)防。目前，PHB2的功能越來越受到重視，盡管正在嘗試應(yīng)用新的技術(shù)和方法，但我們對(duì)其多樣性功能的理解仍然落后，許多問題仍有待回答。

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