補(bǔ)體C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白9與其受體的相互作用

路旭陽 焦凱 劉德敏 劇紅娟 谷國強(qiáng)

(1.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院心內(nèi)科,河北 石家莊 050000; 2.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院超聲科 ,河北 石家莊 050000)

脂聯(lián)素(adiponectin,APN)是一種由脂肪組織大量分泌到循環(huán)中的蛋白質(zhì),能改善全身能量穩(wěn)態(tài),對心血管系統(tǒng)及其他多個(gè)器官具有保護(hù)功能[1]。補(bǔ)體C1q腫瘤壞死因子相關(guān)蛋白(C1q and tumor necrosis factor-related proteins,CTRPs)家族是一個(gè)蛋白質(zhì)超家族,目前已有15個(gè)成員,除CTRP4[2]含有兩個(gè)球形C1q結(jié)構(gòu)域,發(fā)揮抗炎作用,其余成員與APN結(jié)構(gòu)相似(圖1),包含一個(gè)氨基末端的信號肽結(jié)構(gòu)域、一個(gè)短可變結(jié)構(gòu)域、一個(gè)膠原樣結(jié)構(gòu)域和一個(gè)羧基末端的球狀C1q結(jié)構(gòu)域[3]。在CTRPs家族中,CTRP9與APN相似度最高[4],主要由白色脂肪組織分泌[5],脂肪細(xì)胞及基質(zhì)細(xì)胞均可分泌CTRP9。人CTRP9蛋白含有333個(gè)氨基酸殘基,相對分子質(zhì)量約為3.2×104,其膠原樣結(jié)構(gòu)域含有56個(gè)Gly-X-Y重復(fù)結(jié)構(gòu)[6]。CTRP9通過脂聯(lián)素受體(adiponectin receptor,AdipoR)1、AdipoR2等受體介導(dǎo)多種功能,包括調(diào)節(jié)機(jī)體的能量和代謝平衡、穩(wěn)定動(dòng)脈粥樣硬化斑塊、調(diào)節(jié)血管舒張與收縮、抑制血小板活化和保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞等[7]。

1 CTRP9的存在形式與組織中表達(dá)水平

在血漿中,CTRP9主要以球狀結(jié)構(gòu)域同種型(gCTRP9)的形式存在,為全長CTRP9(fCTRP9)經(jīng)過蛋白酶水解切割產(chǎn)生,具有更強(qiáng)的生物活性[8]。gCTRP9通常以三聚體形式聚合,fCTRP9以低分子量和高分子量多聚體形式存在[9],此外,CTRP9還能與CTRPs家族其他成員及APN形成異聚體[4,10]。CTRP9在循環(huán)中的濃度與多種因素有關(guān)。Wong等[4]的研究發(fā)現(xiàn),在小鼠模型中,與雄性小鼠相比,雌性小鼠血清CTRP9濃度較高;相同周齡的小鼠中,與瘦弱小鼠相比,肥胖小鼠CTRP9濃度較高;同時(shí),隨著年齡增長,血清中CTRP9濃度呈下降趨勢。然而,Hwang等[11]發(fā)現(xiàn),在人群中,女性與男性無明顯差別,而CTRP9濃度與年齡、內(nèi)臟脂肪量、血壓、空腹血糖和甘油三酯水平呈負(fù)相關(guān),與正常人群相比,患有代謝綜合征患者的血清CTRP9濃度較低。Asada等[12]調(diào)查發(fā)現(xiàn),2型糖尿病患者中,慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)患者血清CTRP9濃度較高,無CKD的糖尿病患者血清CTRP9濃度與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)。CTRP9在不同組織中表達(dá)不同。Wong等[4]發(fā)現(xiàn),在篩選的 21 個(gè)器官/組織中,CTRP9 主要在心臟和脂肪組織中表達(dá),在腎臟、肺、骨骼肌、前列腺、胸腺和子宮中亦有表達(dá)。

2 CTRP9受體的結(jié)構(gòu)與表達(dá)

CTRP9目前主要有兩種受體：AdipoR與N-鈣黏蛋白(又稱鈣黏著蛋白-2)(N-cadherin,CDH2)受體。AdipoR包括AdipoR1和AdipoR2。二者屬于一個(gè)新的含有七個(gè)跨膜域的受體家族,稱為孕酮和AdipoR家族[13]。在人體器官中,AdipoR1主要在骨骼肌和心臟中表達(dá),而AdipoR2則大多在肝臟中表達(dá)[4]。神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)AdipoR1[14]。主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)兩種受體類型,但主要是AdipoR1[15]。脂肪細(xì)胞和正常乳腺上皮細(xì)胞[16]、子宮內(nèi)膜腺體、管腔上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞[17]等多種細(xì)胞中均有AdipoR1與AdipoR2的表達(dá)。AdipoR1與AdipoR2也在多種腫瘤細(xì)胞中表達(dá)。肝癌細(xì)胞中表達(dá)較多的AdipoR2,較少的AdipoR1[18]。前列腺癌細(xì)胞、乳腺癌細(xì)胞、子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞、結(jié)腸和神經(jīng)母細(xì)胞瘤癌細(xì)胞[19]、胃上皮細(xì)胞、胃癌上皮細(xì)胞[20]和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma,GBM)細(xì)胞[21]中均表達(dá)AdipoR1和AdipoR2。

CDH2是一種包含五個(gè)細(xì)胞外鈣黏合素結(jié)構(gòu)域重復(fù)序列、一個(gè)跨膜區(qū)和一個(gè)高度保守的細(xì)胞質(zhì)區(qū)的完整膜蛋白,屬于鈣黏著蛋白家族中的經(jīng)典鈣黏合素[22]。鈣黏合素大多集中分布在細(xì)胞間的黏附連接中,介導(dǎo)細(xì)胞間黏附,同時(shí),CDH2還可能影響各種細(xì)胞過程的信號網(wǎng)絡(luò),包括細(xì)胞增殖、分化和凋亡,穩(wěn)定細(xì)胞膜表面的成纖維細(xì)胞生長因子受體,從而介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)[23]。CDH2的作用取決于其所在組織,如在心肌細(xì)胞中,CDH2能介導(dǎo)心肌細(xì)胞間的強(qiáng)黏附作用,維持心臟完整性,而在移行性成纖維細(xì)胞或間充質(zhì)細(xì)胞上的CDH2,能被腫瘤細(xì)胞利用,促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[23]。研究認(rèn)為,CDH2參與心肌細(xì)胞間的間隙連接,影響心臟傳導(dǎo)速度,重構(gòu)縫隙連接,CDH2基因敲除增加室性心律失常的發(fā)生,與多種心臟疾病包括心肌肥厚、缺血性心肌損傷和擴(kuò)張型心肌病有關(guān)。Li等[24]發(fā)現(xiàn),CDH2基因敲除后的小鼠在6～8周后出現(xiàn)室性自主性心律失常引起的猝死。

然而,以往的文獻(xiàn)表明,APN的生物學(xué)效應(yīng)不僅取決于APN的相對循環(huán)濃度,還取決于其受體的表達(dá)水平和功能[13]。同理,CTRP9的生物學(xué)效應(yīng)取決于其相對循環(huán)濃度,還取決于其受體的表達(dá)水平和功能,因此,探討影響CTRP9受體的因素有助于對CTRP9的作用有更深的了解,見圖2。

多種因素可影響AdipoR的表達(dá)。激素及細(xì)胞因子可影響AdipoR的表達(dá)。Mistry等[25]在研究肥胖與前列腺癌時(shí)發(fā)現(xiàn),肥胖引起性激素及細(xì)胞因子的改變,通過影響AdipoR的表達(dá),影響前列腺癌的生長與分化。睪酮降低雄激素敏感的前列腺癌細(xì)胞系前列腺淋巴結(jié)癌細(xì)胞AdipoR1和AdipoR2的表達(dá)水平,在雄激素不敏感的前列腺癌細(xì)胞系前列腺癌細(xì)胞中,AdipoR1和AdipoR2的表達(dá)水平則幾乎不受影響。雙氫睪酮、雌二醇、細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α和瘦素在不同細(xì)胞系中對AdipoR的表達(dá)影響不同。該研究表明激素和細(xì)胞因子可能通過AdipoR,介導(dǎo)肥胖對前列腺癌的促進(jìn)作用。

圖2 CTRP9已知的3個(gè)受體

部分藥物可影響AdipoR的表達(dá)。Duan等[26]研究發(fā)現(xiàn),在糖尿病小鼠模型中,神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)過竹節(jié)參皂苷預(yù)處理后,AdipoR1的表達(dá)隨其濃度增加而增加,呈劑量依賴性。Gasbarrino等[27]研究發(fā)現(xiàn),與未服用他汀類藥物的頸動(dòng)脈粥樣硬化患者相比,服用高劑量阿托伐他汀(40～80 mg)或瑞舒伐他汀(20～40 mg)使巨噬細(xì)胞表達(dá)的AdipoR減少。這一發(fā)現(xiàn)可能解釋了一部分使用他汀類藥物的患者仍具有殘余的患心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)的可能原因。Shen等[28]的研究發(fā)現(xiàn),吡格列酮能預(yù)防高血糖誘導(dǎo)的冠狀動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的AdipoR的表達(dá)水平的下降。隨后的研究發(fā)現(xiàn)替米沙坦能通過激活冠狀動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞中的過氧化物酶體增殖物激活受體-γ來改善AdipoR1和AdipoR2的表達(dá)[29]。

細(xì)胞癌變、細(xì)胞極化及轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)影響AdipoR的表達(dá)。Otani等[20]發(fā)現(xiàn),AdipoR1和AdipoR2的表達(dá)水平在胃上皮細(xì)胞癌變后降低,在兩種胃癌細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn),TGF-β具有降低兩種AdipoR的潛力,據(jù)此推測,癌細(xì)胞以自分泌或旁分泌的形式分泌TGF-β,降低其表面AdipoR表達(dá)水平,促進(jìn)癌細(xì)胞的生長。van Stijn等[30]研究發(fā)現(xiàn),以小鼠骨髓和腹腔巨噬細(xì)胞為模型,巨噬細(xì)胞可分化為具有不同生物學(xué)特征的亞型,包括經(jīng)典途徑活化的M1型巨噬細(xì)胞和替代途徑活化的M2型巨噬細(xì)胞[31]。巨噬細(xì)胞極化表型不同,AdipoR表達(dá)數(shù)量不同。M1型AdipoR的表達(dá)下降,M2型則保留AdipoR的表達(dá)。

3 CTRP9與AdipoR結(jié)合的作用

CTRP9與AdipoR結(jié)合可對心血管系統(tǒng)及其他系統(tǒng)產(chǎn)生多種影響。CTRP9對血管鈣化具有保護(hù)作用。馬雅楠等[32]研究表明,在糖尿病患者中,CTRP9是冠狀動(dòng)脈血管鈣化的保護(hù)因子。Miyatake等[33]的研究發(fā)現(xiàn),在接受腎移植的患者中,CTRP9可通過AdipoR1防止主動(dòng)脈鈣化的進(jìn)展。血清CTRP9濃度的變化與血清高分子量APN濃度的變化密切相關(guān)。血清CTRP9濃度的變化與主動(dòng)脈鈣化面積指數(shù)的變化呈負(fù)相關(guān),表明CTRP9可能是血管鈣化的抑制因子。Moradi等[34]研究表明,CTRP9可能通過AdipoR1,抑制內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子的表達(dá),防止機(jī)械損傷血管的內(nèi)膜增厚和血管重塑[35],抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖,抑制新生內(nèi)膜形成[36],防止主動(dòng)脈血管鈣化。CTRP9通過與AdipoR結(jié)合介導(dǎo)血管舒張作用。Zheng等[15]發(fā)現(xiàn)在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞上,CTRP9通過AdipoR1介導(dǎo)對血管的舒張作用,其機(jī)制主要為AMP活化蛋白激酶/蛋白激酶B/內(nèi)皮型一氧化氮合成酶磷酸化,生成一氧化氮,引起血管舒張。CTRP9通過AdipoR減輕心肌缺血再灌注損傷。Kambara等[37]研究顯示血液循環(huán)中的CTRP9能通過心肌細(xì)胞上的AdipoR1,激活A(yù)MP活化蛋白激酶,抑制炎癥反應(yīng),減輕心臟缺血再灌注后出現(xiàn)的急性心臟損傷。

CTRP9與AdipoR結(jié)合可對其他系統(tǒng)發(fā)揮多種作用。其中,可對免疫系統(tǒng)產(chǎn)生多重影響。以巨噬細(xì)胞為例,CTRP9與AdipoR結(jié)合,可通過抑制腫瘤壞死因子-α和單核細(xì)胞趨化蛋白-1的表達(dá)[38],發(fā)揮抗炎作用,同時(shí)通過絲裂原活化蛋白激酶/線粒體動(dòng)力蛋白相關(guān)蛋-1促進(jìn)線粒體分裂[39],改善免疫代謝,促進(jìn)巨噬細(xì)胞的胞葬作用。

CTRP9與AdipoR結(jié)合可能抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡,保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)。Zhao等[40]發(fā)現(xiàn),在腦出血小鼠模型中,CTRP9通過與AdipoR1結(jié)合,降低血腦屏障的通透性,改善小鼠的神經(jīng)功能缺損。Zhao等[14]發(fā)現(xiàn),重組CTRP9還具有減少腦出血后神經(jīng)元凋亡的作用。因此,補(bǔ)充CTRP9有可能成為減輕腦出血后神經(jīng)損傷的有效方法。

CTRP9與AdipoR結(jié)合可能增加骨骼系統(tǒng)對炎癥的耐受。Wang等[41]以體外的軟骨細(xì)胞為模型,發(fā)現(xiàn)CTRP9通過AdipoR1,保護(hù)其免受白細(xì)胞介素-1β誘導(dǎo)的炎癥損傷。CTRP9能通過循環(huán)到達(dá)全身,與不同細(xì)胞上的AdipoR結(jié)合,發(fā)揮多重作用,但CTRP9對多個(gè)系統(tǒng)的影響的具體機(jī)制仍待研究。

4 CTRP9與CDH2結(jié)合的作用

CDH2可介導(dǎo)CTRP9的心肌保護(hù)作用,還可能成為一種新型細(xì)胞表面標(biāo)志物,預(yù)測骨髓細(xì)胞分化能力。Yan等[42]的研究中發(fā)現(xiàn)CTRP9結(jié)合CDH2通過多種新型信號通路,調(diào)節(jié)脂肪來源干細(xì)胞的分化,增強(qiáng)它們對缺血性心臟損傷的保護(hù)作用,從而提高干細(xì)胞治療效果。Ishimine等[43]研究發(fā)現(xiàn),CDH2是新的人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymal stem cells,MSCs)表面標(biāo)志物。當(dāng)對具有分化為心肌細(xì)胞潛力的MSCs系的細(xì)胞表面標(biāo)志物進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)高度表達(dá)CDH2的MSCs具有更高的心肌細(xì)胞分化能力,CDH2陽性比CDH2陰性的MSCs分化為跳動(dòng)能力心肌細(xì)胞的能力更好。CTRP9可能通過影響MSCs的分化,以及心肌細(xì)胞之間的連接,提高M(jìn)SCs的治療效果。

5 其他可能結(jié)合的受體與作用

Ye等[44]研究發(fā)現(xiàn),APN作為脂質(zhì)調(diào)理素,能與一系列陰離子磷脂和鞘脂結(jié)合,如磷脂酰絲氨酸和硫酸鹽,具有促進(jìn)脂質(zhì)清除的活性。這一特性可延伸到多個(gè)CTRPs和C1q家族成員,包括Cbln1、CTRP1、CTRP5 和 CTRP13,這表明其調(diào)理素功能是針對具有特定質(zhì)膜磷脂成分的細(xì)胞。這些發(fā)現(xiàn)為研究CTRPs家族功能提供了一個(gè)新的視角。

據(jù)報(bào)道,鈣網(wǎng)蛋白(calreticulin,CRT)具有介導(dǎo)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用。CRT與α2巨球蛋白受體共同參與APN介導(dǎo)的凋亡細(xì)胞的攝取[45]。抗鈣素抗體預(yù)處理也被證明可減少APN與心肌細(xì)胞的結(jié)合,抑制APN刺激的蛋白激酶B激活和心肌細(xì)胞存活的增加[46]?；蛟SCTRP9也可通過CRT與CD91發(fā)揮抗炎作用,有待進(jìn)一步研究。

CRT可介導(dǎo)CTRP9的心肌保護(hù)作用。Zhao等[47]以CTRP9基因敲除的SD(Sprague Dawley)大鼠為模型的研究發(fā)現(xiàn),心肌細(xì)胞來源的CTRP9通過結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶——CRT,激活蛋白激酶A/cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白通路,抑制心肌細(xì)胞凋亡,進(jìn)而減少心肌缺血和再灌注損傷。

松弛素/胰島素樣肽受體1(relaxin/insulin-like family peptide receptor 1,RXFP1)可能為CTRP9的新型受體。CTRP家族具有激活癌細(xì)胞中RXFP1介導(dǎo)的信號通路的潛力。CTRP8和CTRP1通過其N端肽模式“YAAFSVG”激活RXFP1,介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的侵襲。家族中的其他蛋白的翻譯后修飾是否影響其與RXFP1有待研究,其結(jié)構(gòu)的相似性也許能推廣到其他成員[48]。

6 結(jié)語

本文討論了CTRP9與其受體的結(jié)構(gòu)與表達(dá),總結(jié)了部分影響AdipoR的因素,并闡述了CTRP9通過其受體對心血管系統(tǒng)及對機(jī)體其他系統(tǒng)造成的影響,最后提出CTRP9的潛在作用途徑。眾多的相關(guān)研究為CTRP9的作用機(jī)制以及影響因素提供更加明確的線索,從而指導(dǎo)未來CTRP9的臨床應(yīng)用,為CTRP9提供更全面的信息。然而,目前的研究偏向AdipoR較多,對于其他受體的研究較少;對CTRP9與其受體結(jié)合的影響因素也較少提及基因水平及分子機(jī)制;另外,CTRP9的動(dòng)物模型較少,仍需進(jìn)一步開發(fā),為CTRP9的相關(guān)研究提供更多資料。