昆蟲甾醇轉(zhuǎn)運蛋白

劉星男，龔銀盈，杜馨

（湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院，湖北武漢 430068）

1 scavenger receptor class B type I(SR-BI)

1.1 SR-BI的功能

SR-BI是一種脂肪?；堑鞍?，可在培養(yǎng)細(xì)胞的表面聚集成蜂窩狀結(jié)構(gòu)域。SR-BI介導(dǎo)HDL膽固醇能夠向細(xì)胞進(jìn)行選擇性脂質(zhì)攝取。選擇性脂質(zhì)攝取的機(jī)制與受體介導(dǎo)通過包被的凹坑和囊泡的內(nèi)吞攝取不同，它涉及脂質(zhì)的有效受體介導(dǎo)的傳遞，而不是來自HDL的外殼蛋白。在鱗翅目昆蟲中，SR-BI在確定血漿HDL膽固醇水平和介導(dǎo)的調(diào)節(jié)、選擇性遞送HDL膽固醇到類固醇生成組織中起著重要作用。

1.2 SR-BI的作用機(jī)制

SR-BI介導(dǎo)選擇性HDL膽固醇攝取，在棉鈴蟲等鱗翅目昆蟲HDL代謝、逆轉(zhuǎn)膽固醇轉(zhuǎn)運和全身膽固醇穩(wěn)態(tài)中起重要作用。SR-B存在于肝臟中，其表達(dá)受雌激素、飲食中的膽固醇和脂肪調(diào)節(jié)，并控制鱗翅目昆蟲血漿HDL膽固醇水平和膽汁膽固醇的分泌。SR-BI也在嚙齒動物類固醇生成細(xì)胞中表達(dá)，其作用機(jī)制為促進(jìn)膽固醇攝取并儲存或促進(jìn)類固醇激素的合成，而其在該表達(dá)過程中受營養(yǎng)激素調(diào)節(jié)。

2 氨肽酶N

2.1 氨肽酶N的結(jié)構(gòu)特征

氨肽酶N（APN）在所有鱗翅目昆蟲中腸上皮細(xì)胞都有豐富的含量，它屬于鋅依賴性多肽酶家族，具有鋅指結(jié)構(gòu)和N連接的糖基化位點，與昆蟲中腸的刷狀緣膜以糖偶聯(lián)的磷脂酰肌醇相連。APN屬于胞外酶類，是昆蟲中腸微絨毛膜的標(biāo)志酶，偏好水解多肽氨基端的中性氨基酸。氨肽酶N具有相似的結(jié)構(gòu)特征，即都有一個GPI信號序列，一個鋅結(jié)合的HEXXH基序，含有信號肽序列的N端和含有O-糖基化位點C端，且N端和C端都是疏水端。

2.2 氨肽酶N的分類

目前共搜集到19種鱗翅目昆蟲的90個APN基因序列。其中APN1基因為20個，共有10個物種；APN2基因20個，共有10個物種；APN3基因14個，共有11個物種；APN4基因13個，共有10個物種；APN5基因2個，共有2個物種；其他APNs序列為19個，共有11個物種[1]。

2.3 氨肽酶N的作用機(jī)制

氨肽酶N的可能作用機(jī)制有兩種，（1）作為一個更為復(fù)雜的能夠引起毒蛋白結(jié)合和孔形成的蛋白復(fù)合體的一部分；（2）毒蛋白在與氨肽酶羧基末端結(jié)合以后，新形成的結(jié)合體被轉(zhuǎn)移到其他數(shù)量較少的蛋白上發(fā)揮作用。氨肽酶N主要存在于昆蟲的消化道和腸腔中，其主要功能是在消化中切除多肽的末端中性氨基酸殘基[2]。若在APN與毒蛋白的作用過程中，阻止APN形成能夠引起毒蛋白結(jié)合和孔形成蛋白復(fù)合體，或阻止毒蛋白與氨肽酶羧基末端結(jié)合，使昆蟲在消化過程中無法切除多肽的末端中性氨基酸殘基，從而導(dǎo)致昆蟲正常生長發(fā)育受到影響，有效降低昆蟲的數(shù)量。

3 P-糖蛋白

3.1 P-糖蛋白的分布和功能

在哺乳動物體內(nèi)存在兩種P-糖蛋白：轉(zhuǎn)運P-糖蛋白和第二類不能運輸疏水性抗癌藥物的糖蛋白。P-糖蛋白由DDR3和多藥耐藥基因（DR2）編碼，其主要分布在肝細(xì)胞的膽管小管膜、B細(xì)胞、心臟和肌肉中，并在膽固醇代謝過程中具有特殊作用。由于原核生物的P-糖蛋白結(jié)構(gòu)和功能相似，所以在鱗翅目昆蟲中P-糖蛋白也在膽甾醇的合成中具有重要作用。

3.2 P-糖蛋白的作用機(jī)制

P-糖蛋白在磷脂酰膽堿分泌到膽汁中起著至關(guān)重要的作用，并推測它可能是磷脂轉(zhuǎn)運蛋白。P-糖蛋白介導(dǎo)的底物轉(zhuǎn)運存在飽和性，并且對滲透壓變化敏感，需要依靠ATP水解釋放能量形成底物的濃度梯度，在一定濃度梯度下進(jìn)行底物的轉(zhuǎn)運[3]。若在P-糖蛋白介導(dǎo)的底物轉(zhuǎn)運過程中，抑制ATP水解釋能，從而減小濃度梯度，使?jié)B透壓不能滿足底物轉(zhuǎn)運所需的最小值，即可阻止鱗翅目昆蟲合成膽甾醇，抑制其生長繁殖。

4 微囊蛋白-1和膜聯(lián)蛋白-2雜合物

4.1 微囊蛋白（Caveolin-1）的功能

微囊是一種燒瓶狀的結(jié)構(gòu)，是由細(xì)胞質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘脂的微結(jié)構(gòu)域脂筏與微囊蛋白（Caveolin-1）結(jié)合后向細(xì)胞內(nèi)凹陷形成的。微囊蛋白是細(xì)胞膜上的一種支架蛋白，在幾乎所有的細(xì)胞中都有分布。微囊蛋白是微囊的重要組成部分，去除微囊蛋白-1基因后生物胚胎成纖維細(xì)胞膜上缺乏微囊形成，細(xì)胞缺少支架蛋白，使細(xì)胞增殖速度明顯加快。微囊蛋白-1參與許多細(xì)胞生命活動，包括細(xì)胞內(nèi)吞、膽固醇運輸、細(xì)胞膜組裝和信號傳導(dǎo)等。

4.2 膜聯(lián)蛋白-2（Annexin-2）的功能

膜聯(lián)蛋白-2是一類磷脂結(jié)合蛋白，主要位于細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，在細(xì)胞中參與胞吐作用、信號傳導(dǎo)、鈣離子通道的形成、細(xì)胞分化和膽固醇運輸?shù)饶まD(zhuǎn)運活動。膜聯(lián)蛋白-2還能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的運輸功能，在上皮細(xì)胞中膜聯(lián)蛋白-2參與蛋白的剪切變種，但其僅存在于高爾基體膜上鞘脂和膽固醇豐富的區(qū)域。

4.3 微囊蛋白-1（caveolin-1）和膜聯(lián)蛋白-2（annexin-2）雜合物的作用機(jī)制

微囊蛋白-1和膜聯(lián)蛋白-2都參與細(xì)胞生命活動，并都與膽固醇的運輸有關(guān)。若去除微囊蛋白-1基因則導(dǎo)致生物胚胎細(xì)胞膜上缺乏微囊形成；若去除膜聯(lián)蛋白-2基因則導(dǎo)致細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運功能降低，無法形成鈣離子通道和進(jìn)行胞吐作用等。限制微囊蛋白-1和膜聯(lián)蛋白-2基因表達(dá)時，將抑制細(xì)胞的胞吞胞吐、細(xì)胞膜形成和膽固醇運輸，而細(xì)胞增殖速度加快，使昆蟲無法正常生長發(fā)育，從而抑制鱗翅目昆蟲的生長繁殖。

5 ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族

5.1 ABC轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)

ABC轉(zhuǎn)運蛋白的核心結(jié)構(gòu)通常由4個結(jié)構(gòu)域組成，包括2個高度疏水的跨膜結(jié)構(gòu)域（Transmembrane Domain，TMD）和2個核苷酸結(jié)合域（Nucleotide-Binding domain，NBD）。其跨膜結(jié)構(gòu)域主要參與底物的識別過程和底物分子的跨膜運輸，為實現(xiàn)底物分子的跨膜運輸，每一個跨膜結(jié)構(gòu)域都會形成一個跨膜通道。核苷酸結(jié)合域位于細(xì)胞質(zhì)，主要功能是結(jié)合和水解ATP。還有一些具有膜外結(jié)合蛋白的ABC轉(zhuǎn)運蛋白，其作用是識別底物并呈送給跨膜結(jié)構(gòu)域，使跨膜結(jié)構(gòu)域進(jìn)行底物的識別和相關(guān)底物分子的跨膜運輸。

5.2 ABC轉(zhuǎn)運蛋白的作用機(jī)制

所有生物的ABC轉(zhuǎn)運蛋白具有結(jié)構(gòu)的相似性，2個核苷酸結(jié)合域具有高度保守性，由于這兩種性質(zhì)原核和真核生物中的ABC轉(zhuǎn)運蛋白的作用機(jī)制相近。ABC轉(zhuǎn)運蛋白的整個轉(zhuǎn)運過程分為外向運輸和內(nèi)向運輸：對于外向運輸ABC轉(zhuǎn)運蛋白，是從細(xì)胞內(nèi)側(cè)底物與ABC轉(zhuǎn)運蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域的結(jié)合開始的；而內(nèi)向運輸ABC轉(zhuǎn)運蛋白的過程較為復(fù)雜，首先形成外周蛋白和底物的復(fù)合體，然后與ABC轉(zhuǎn)運蛋白相互作用，進(jìn)而把底物傳遞給它的跨膜結(jié)構(gòu)域部分。切斷細(xì)胞內(nèi)側(cè)底物與ABC轉(zhuǎn)運蛋白TMD區(qū)的結(jié)合，或阻止底物與外周蛋白形成復(fù)合體，使底物無法與ABC轉(zhuǎn)運蛋白作用，進(jìn)而不能將底物傳遞給跨膜結(jié)構(gòu)域，可以有效阻止昆蟲合成膽甾醇，從而影響昆蟲正常生長、變態(tài)發(fā)育及繁殖。

6 高密度和低密度脂蛋白

6.1 高密度脂蛋白（HDL）的功能

高密度脂蛋白（HDL）和逆向轉(zhuǎn)運膽固醇有關(guān)。膽固醇和磷脂流出細(xì)胞與多種載脂蛋白有關(guān)，其過程是在載脂蛋白AI、載脂蛋白AII、載脂蛋白AIV以及載脂蛋白E作用下產(chǎn)生的，去掉載脂蛋白AI結(jié)合脂質(zhì)的C羧基末端能夠明顯降低游離膽固醇和磷脂的逸出。高密度脂蛋白作為細(xì)胞內(nèi)膽固醇外流的重要的脂蛋白受體，還能夠促進(jìn)肝內(nèi)新合成的膽固醇外流，防止細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)過量的膽固醇從而維持細(xì)胞內(nèi)膽固醇代謝穩(wěn)定。

6.2 低密度脂蛋白（LDL）的功能

在正常血液中膽固醇與蛋白質(zhì)結(jié)合以低密度脂蛋白的形式運輸，當(dāng)細(xì)胞需要利用膽固醇合成質(zhì)膜時，細(xì)胞制造出低密度受體蛋白，由低密度受體蛋白分離出膽固醇，并把它安裝到質(zhì)膜上。低密度脂蛋白還與膽固醇脂的水解和蛋白質(zhì)的降解有關(guān)，其與細(xì)胞表面受體結(jié)合后與溶酶體融合，將膽固醇脂水解為游離膽固醇和脂肪酸，蛋白質(zhì)降解為氨基酸。

6.3 高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的作用機(jī)制

抑制高密度脂蛋白的合成，從而減少細(xì)胞內(nèi)膽固醇的外流，使細(xì)胞內(nèi)聚集過量的膽固醇，影響細(xì)胞的正常代謝，可導(dǎo)致昆蟲無法完成新陳代謝致死；而抑制高密度脂蛋白的合成減少膽固醇外流，使血液中膽固醇含量降低，無法與蛋白質(zhì)正常結(jié)合形成低密度脂蛋白，導(dǎo)致質(zhì)膜無法形成，可使昆蟲細(xì)胞變異致死；抑制低密度脂蛋白的合成，使低密度脂蛋白含量過低，與溶酶體結(jié)合后無法將膽固醇酯水解為足夠的游離膽固醇和脂肪酸，不能滿足昆蟲正常生長繁殖所需的膽固醇，使昆蟲無法正常生長發(fā)育致死。

7 類固醇急性調(diào)節(jié)蛋白（StAR）

7.1 StAR的生物學(xué)特性

StAR蛋白組中有三種激素可誘導(dǎo)的線粒體蛋白的形式，分別為37ku、32ku、30ku，而根據(jù)胰酶肽譜顯示30ku蛋白質(zhì)的前體是37ku。在細(xì)胞漿中新合成的StAR蛋白是37ku，經(jīng)過短暫的半衰期進(jìn)入線粒體中，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成30ku的成熟蛋白。

7.2 StAR的作用機(jī)制

類固醇合成急性調(diào)節(jié)蛋白在膽固醇從線粒體膜外轉(zhuǎn)移到膜內(nèi)的過程中起著重要作用，在類固醇合成組織中，StAR主要起介導(dǎo)和調(diào)節(jié)的作用。StAR介導(dǎo)類固醇的底物膽固醇，使之轉(zhuǎn)移到線粒體膜內(nèi)，然后在細(xì)胞色素P450側(cè)鏈裂解酶的作用下，膽固醇轉(zhuǎn)化為孕烯醇酮，StAR在此過程中起調(diào)節(jié)作用。若在線粒體外膜上的StAR蛋白被去掉的同時阻斷膽固醇向線粒體內(nèi)膜的轉(zhuǎn)移，可使StAR蛋白進(jìn)入線粒體后被修飾成較為成熟的蛋白。若阻斷StAR在線粒體膜外向膜內(nèi)的轉(zhuǎn)移，使膽固醇無法轉(zhuǎn)移到線粒體膜內(nèi)，從而可阻止昆蟲線粒體正常形成及作用。

8 甾醇轉(zhuǎn)運蛋白

8.1 甾醇轉(zhuǎn)運蛋白的作用

甾醇轉(zhuǎn)運蛋白在膽固醇運輸中起重要作用，膽固醇在細(xì)胞內(nèi)的運輸，可分為蛋白質(zhì)介導(dǎo)和泡囊轉(zhuǎn)運兩種方式，其中，蛋白質(zhì)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運是通過SCP家族蛋白完成的，SCP蛋白介導(dǎo)的運輸速度比泡囊的運輸速度要快得多。膽固醇運出細(xì)胞的方式分為內(nèi)源性和外源性兩種，內(nèi)源性膽固醇運出細(xì)胞既可以通過SCP蛋白介導(dǎo)轉(zhuǎn)運，也可以通過泡囊轉(zhuǎn)運，而外源性膽固醇運出細(xì)胞只能通過SCP蛋白介導(dǎo)。

8.2 SCP-2蛋白的功能

甾醇載體蛋白-2(Sterol Carrier Protein-2，SCP-2)是一種非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)運載體蛋白,廣泛存在于脊椎動物和無脊椎動物細(xì)胞內(nèi)，主要參與細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的運輸、脂肪酸代謝以及氧化物酶體β-氧化等過程。

8.3 SCP-2蛋白的作用機(jī)制

SCP-2有2個底物結(jié)合位點，這2個底物結(jié)合位點都可以結(jié)合脂肪酸和脂酰輔酶A，但膽固醇是疏水性分子，在細(xì)胞內(nèi)的運輸需要依靠相應(yīng)的膽固醇轉(zhuǎn)運蛋白，只有其中的1個位點可以與膽固醇結(jié)合。在無脊椎動物中，埃及伊蚊和棉鈴蟲SCP-2蛋白對于膽固醇的親和力遠(yuǎn)大于脂肪酸和脂酰輔酶A。

9 結(jié)語

膽固醇是昆蟲蛻皮激素生物合成的前體，也是細(xì)胞膜的主要組成部分。昆蟲不能自主合成生長發(fā)育繁殖所必需的膽固醇，因此必須從食物中吸收膽固醇以維持其正常生長、變態(tài)發(fā)育以及繁殖過程。抑制參與膽固醇轉(zhuǎn)運的相關(guān)蛋白的功能，阻斷或抑制基因的表達(dá)，阻斷植物甾醇獲取途徑將有效抑制棉鈴蟲等鱗翅目昆蟲的生長。