線粒體融合蛋白2在重大疾病中的作用

李鴻屹，雷林，韓松霖

（東北林業(yè)大學(xué)野生動物與自然保護(hù)地學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）

線粒體融合蛋白2（Mfn2）是在線粒體外膜表達(dá)的具有三磷酸鳥苷（GTPase）活性的動力蛋白。Mfn2不僅參與線粒體融合，還可以通過調(diào)控細(xì)胞凋亡、線粒體自噬等生物過程影響細(xì)胞的代謝從而引起疾病。目前，Mfn2已被證實(shí)與高血壓、白內(nèi)障、肝癌、糖尿病等常見疾病的發(fā)生有密切關(guān)系。雖然一些具體的機(jī)制還不明確，但Mfn2有望成為一些疾病新的治療靶點(diǎn)。

1 Mfn2的基礎(chǔ)研究

1.1 Mfn2與線粒體融合

線粒體是一個可以根據(jù)代謝條件、發(fā)育階段和環(huán)境刺激影響而變換形態(tài)的細(xì)胞器，其形態(tài)是通過自身的融合與分裂平衡而實(shí)現(xiàn)的[1]。目前，線粒體融合研究較多的是線粒體融合蛋白1（Mfn1）和Mfn2。Mfn1分子能與自身或與Mfn2分子結(jié)合，形成同型或異型二聚體，并通過GTP水解提供的能量介導(dǎo)線粒體外膜的融合，當(dāng)兩個臨近線粒體的融合蛋白形成二聚體之后，兩線粒體外膜就會就會緊密結(jié)合并相互融合，而線粒體內(nèi)膜則需要視神經(jīng)萎縮蛋白1（OPA1）介導(dǎo)融合[2]。抑制Mfn1的表達(dá)可以使線粒體加速分裂，但如果誘導(dǎo)Mfn2過量表達(dá)會對此進(jìn)行抑制以減弱Mfn1缺失所造成的影響。在心肌細(xì)胞當(dāng)Mfn1的表達(dá)減弱時，細(xì)胞線粒體會變?yōu)槎贪魻?，而Mfn2在表達(dá)下降時會使線粒體片段化。盡管Mfn2表達(dá)降低會使線粒體分裂過度，但是在心肌細(xì)胞中由于線粒體之間連接緊密致使Mfn2的促融合作用仍然有效[3]。在最新的研究中，通過對比片段化的Mfn2在GTP周轉(zhuǎn)周期不同階段的構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)Mfn2不同于其他的動力蛋白，GTP通過GTPase水解后，Mfn2仍會形成持續(xù)的二聚體，從而使其具有高的膜系留效率[1],這一發(fā)現(xiàn)說明了Mfn2在線粒體融合的過程中承擔(dān)著更重要的作用。

1.2 Mfn2與細(xì)胞凋亡

研究大鼠血管平滑?。╮VSMCs）凋亡機(jī)制的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，Mfn2的表達(dá)明顯促進(jìn)了rVSMCs的凋亡，而且細(xì)胞內(nèi)Bax蛋白表達(dá)增強(qiáng)[4]。Bax蛋白是在細(xì)胞凋亡中有重要作用的Bcl-2蛋白家族中的一員。研究發(fā)現(xiàn)，Bcl-2蛋白家族成員眾多，主要包括抑制細(xì)胞凋亡的蛋白Bcl-2、Bcl-xL、Mcl-1和促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)生的Bax、Bak、Bok等，促凋亡蛋白Bax和Bak主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，在線粒體外膜上與Mfn2共定位，高表達(dá)的Mfn2可以抑制Bcl-2的表達(dá)，增加Bax和Bak的表達(dá)，Bax、Bak與膜上mfn2結(jié)合，使細(xì)胞膜通透性增大，促進(jìn)細(xì)胞色素C的滲出引起細(xì)胞死亡，如果敲除Mfn2基因，Bax和Bak與線粒體的結(jié)合位點(diǎn)隨即消失，線粒體便不能與促凋亡蛋白結(jié)合，細(xì)胞對凋亡的抵抗性增加[5]。

2 Mfn2與典型疾病相關(guān)性研究

2.1 Mfn2與白內(nèi)障

先天性白內(nèi)障是一種常見的的遺傳疾病，也是視力損害的常見原因，而且70%的先天性白內(nèi)障與晶狀體病變有關(guān)。最近的研究中發(fā)現(xiàn)，Mfn2的表達(dá)在晶狀體的分化過程中受到嚴(yán)格調(diào)控，首先Mfn2轉(zhuǎn)錄在胚形成的第10天被檢測到，之后在晶狀體上皮細(xì)胞中以低水平表達(dá)，在初級晶狀體纖維細(xì)胞中以中高水平表達(dá)，在增殖的晶狀體上皮表達(dá)又變?yōu)榈退奖磉_(dá)[6]。如果表面外胚層中的Mfn2功能喪失，會導(dǎo)致一系列的先天性眼缺陷，其中就包括晶狀體渾濁。在進(jìn)一步的研究中發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠表面外胚層Mfn2基因會影響晶狀體細(xì)胞的增殖和凋亡，使晶狀體在發(fā)育過程中存在嚴(yán)重缺陷，細(xì)胞增殖減少而凋亡增加[7]。在體外培養(yǎng)的人晶狀體上皮細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，相較于正常細(xì)胞，敲除Mfn2基因后細(xì)胞凋亡率增加了兩倍以上[2]。在目前的白內(nèi)障治療中，白內(nèi)障超聲乳化吸出術(shù)效果顯著，但是在手術(shù)中殘留的人晶狀體上皮細(xì)胞會在白內(nèi)障術(shù)后發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），從而導(dǎo)致后發(fā)性的白內(nèi)障發(fā)生，其中誘發(fā)這種轉(zhuǎn)化的因素為轉(zhuǎn)化生長因子β2（TGF-β2）[8]。研究人員用TGF-β2處理人晶狀體上皮細(xì)胞后通過實(shí)時檢測，發(fā)現(xiàn)人晶狀體上皮細(xì)胞在發(fā)生EMT的時候Mfn2表達(dá)量上調(diào)，說明Mfn2參與了TGF-β2誘導(dǎo)人晶狀體上皮細(xì)胞的EMT過程[9]。結(jié)合這幾項研究可以發(fā)現(xiàn)，Mfn2對晶狀體的影響具有多樣性。如果Mfn2在胚胎中的表達(dá)缺失會影響晶狀體細(xì)胞的增殖和凋亡，從而引起先天性的白內(nèi)障；與此同時，Mfn2又會參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程誘發(fā)后發(fā)性白內(nèi)障。由此推測，控制Mfn2表達(dá)或許可以成為預(yù)防先天性白內(nèi)障和治療后發(fā)性白內(nèi)障的新思路。

2.2 Mfn2與肝癌關(guān)系

肝細(xì)胞癌（HCC）是最常見的原發(fā)性肝癌亞型，在HCC發(fā)病機(jī)制中脂質(zhì)代謝異常是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[10]。肝細(xì)胞的脂肪生成和脂質(zhì)積累可能會導(dǎo)致廣泛脂毒性、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，引起壞死性炎癥。隨后，炎性細(xì)胞因子釋放引起肝纖維化、肝硬化，導(dǎo)致癌癥相關(guān)的分子信號通路激活，進(jìn)而發(fā)展為HCC[11]。而在脂質(zhì)代謝過程中，Mfn2與之密切相關(guān)。研究中也發(fā)現(xiàn)Mfn2在HCC中低表達(dá)，而且Mfn2的表達(dá)量與HCC的臨床分期、有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及腫瘤分化程度密切相關(guān)[12]。肝臟是人體主要的代謝器官，是脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹修D(zhuǎn)樞紐，肝臟內(nèi)有各種相關(guān)代謝酶來調(diào)節(jié)脂質(zhì)的代謝，而Mfn2在脂質(zhì)的代謝過程中很有可能與調(diào)節(jié)酶有密切關(guān)系或者影響著產(chǎn)生代謝酶細(xì)胞的功能。關(guān)于這一點(diǎn)，研究人員在17β羥基類固醇脫氫酶13（HSD17B13）的研究中取得了進(jìn)展。在最新的一項研究中，研究人員通過實(shí)時檢測發(fā)現(xiàn)Mfn2和HSD17B13有著直接的關(guān)系，檢測結(jié)果顯示相對于癌旁組織，肝癌組織中的Mfn2與HSD17B13表達(dá)明顯下降，且兩者的表達(dá)呈顯著正相關(guān)，而且HSD17B13作為能催化類固醇和脂代謝的酶，是調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵分子，其表達(dá)與肝臟脂肪代謝和肝癌發(fā)展有密切聯(lián)系[13]。雖然同樣為參與肝臟脂代謝的兩種分子，但Mfn2與HSD17B13的直接關(guān)系目前還有待深入研究。除脂代謝異常外，微小RNA（（miRNA）也是抑制肝癌細(xì)胞增殖和促進(jìn)凋亡的一個重要因素。在最新的研究中，肝癌細(xì)胞Huh-7中的miR-150可能通過上調(diào)Mfn2的水平抑制肝癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲，并促進(jìn)其凋亡[14]。目前，越來越多的研究表明Mfn2參與到肝癌發(fā)生過程中，雖然具體的機(jī)制尚未得知，但是將Mfn2作為治療靶點(diǎn)或許可以找到治療腫瘤疾病的新方案。

2.3 Mfn2與Ⅱ型糖尿病

在對Ⅱ型糖尿?。═2DM）的研究中，越來越多證據(jù)表明T2DM的發(fā)生與胰島素抵抗有著密切的關(guān)系；同時，過氧化物酶體增殖物受體γ共激活因子1α（PGC-1α）是胰島素抵抗中重要的調(diào)節(jié)因子之一。在骨骼肌中的，細(xì)胞代謝旺盛含有豐富的PGC-1α，PGC-1α調(diào)控骨骼肌中的線粒體發(fā)生、糖代謝等生物過程參與胰島素抵抗，而這些生物過程往往與Mfn2的表達(dá)密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)的形成與PGC-1α、Mfn2的表達(dá)均下降有關(guān)[15]。兩者的協(xié)同關(guān)系是由于有著相似的組織表達(dá)譜，而Mfn2基因啟動子區(qū)域含有PGC-1α的順式作用元件，說明PGC-1α可以調(diào)控Mfn2的表達(dá)[16]。除此之外，Mfn2啟動子區(qū)域還存在Krüppel樣因子4（KLF）的結(jié)合位點(diǎn)，KLF4同樣也可以調(diào)控Mfn2的表達(dá)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得知，胰島素抵抗骨骼肌細(xì)胞中Mfn2和葡萄糖代謝顯著下降，而KLF4過表達(dá)可以增加Mfn2、GLUT4（葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）的表達(dá)，使骨骼肌的胰島素抵抗得以改善[17]。根據(jù)上述研究結(jié)果，Mfn2參與胰島素抵抗的機(jī)理應(yīng)該是T2DM造成Mfn2表達(dá)下降，使線粒體結(jié)構(gòu)異常從而影響到糖酵解、糖異生、糖原合成分解等功能，導(dǎo)致胰島素抵抗。在最新的研究的中發(fā)現(xiàn)，褪黑素與Neu-p11（一種新型褪黑素受體激動劑）可通過介導(dǎo)T2DM大鼠肝臟Mfn2 mRNA的表達(dá)來參與改善胰島素抵抗[18]。

3 結(jié)語

隨著分子生物學(xué)的進(jìn)展，Mfn2的生物學(xué)功能和作用機(jī)制定會有更明確的結(jié)果，并以此為基礎(chǔ)為相關(guān)疾病的診斷、治療提供新的方向。