关于Mindin-F-spondin家族蛋白的生物学功能研究

薛小芳 黄庆文 巴亚斯古楞 任建林*

（1 福建医科大学教学医院（厦门大学附属中山医院），福建 厦门 361004；2 厦门大学附属中山医院消化内科 厦门大学消化疾病研究所 厦门市消化疾病中心，福建 厦门361004；3 福建医科大学教学医院（厦门大学附属中山医院）厦门大学消化疾病研究所 厦门市消化疾病中心，福建 厦门361004）

关于Mindin-F-spondin家族蛋白的生物学功能研究

薛小芳1黄庆文2巴亚斯古楞2任建林3*

（1 福建医科大学教学医院（厦门大学附属中山医院），福建 厦门 361004；2 厦门大学附属中山医院消化内科 厦门大学消化疾病研究所 厦门市消化疾病中心，福建 厦门361004；3 福建医科大学教学医院（厦门大学附属中山医院）厦门大学消化疾病研究所 厦门市消化疾病中心，福建 厦门361004）

Mindin/F-spondin家族蛋白成员是一群具有高度保守的分泌性细胞外基质蛋白。起初学者们发现该家族蛋白成员包括斑马鱼F-spondin、斑马鱼Mindin1和Mindin2、果蝇属M-spondin，在此基础上人们又陆续克隆出人和鼠的同源基因。本文就Mindin-F-spondin家族中蛋白相关成员的生物学功能进行阐述。

Mindin/F-spondin；生物学功能

Mindin/F-spondin 家族包括斑马鱼的F-spondin、斑马鱼的Mindin1和Mindin2、果蝇属的M-spondin[1-3]。Mindin和F-Spondin是1992年最先在斑马鱼中发现，并主要积聚在基底层，能够促进胚胎期的海马神经元的生长。斑马鱼的F-spondin和Mindin主要在基底层细胞表达。此外，mindin1在底索细胞、Mindin2在生骨节细胞也有表达；而M-spondin主要在肌细胞中表达。各种蛋白在不同部位的表达，发挥着各种作用。

1 F-Spondin蛋白

1.1 F-Spondin的结构、分布

F-Spondin是1992年Klar等[4]采用消减杂交的方法发现的。它是一个底板蛋白衍生的黏附蛋白，相对分子质量大约90×103，后来把这种与底板表达和血小板反应蛋白同源的新蛋白命名为F-Spondin。氨基酸分子结构氨基端是F-Spondin1和F-Spondin2结构域，但是羧基端含有六个血小板反应蛋白重复序列（TSRs）。人们后俩又在两栖动物[5]和斑马鱼[6]陆续发现F-Spondins。斑马鱼中的F-Spondin有两种不同模式表达的F-Spondins：F-Spondin1和F-Spondin2。前者主要在底板表达，与鼠的F-Spondin有77%的同源性；后者在底板、体节、镜头、尾芽有表达，与鼠的F-Spondin有68%的同源性，与F-Spondin1则有72%。

1.2 F-Spondin蛋白的功能研究

在神经系统中，F-Spondin促进胚胎期海马神经元的黏附和生长，并在海马神经元上有相应的受体结合而发挥作用[6]。重组F-spondin可促进脊髓和感觉神经元的轴突和附着连接处的生长;这个附着点可以通过肝素或硫酸软骨素来抑制[4]。也有研究克隆鸡的F-Spondin[7]，无论是注射纯化的F-spondin还是重组的F-spondin的TSR到鸡胚胎的脊髓腔都将导致连合神经元通道的中断，而不是作为一个紧密神经束通过底板的基础部分。另外，将F-spondin TSR的抗体注射到脊髓中央管，将会逆转异常的通道过程。

F-spondin不仅在底板表达，在发育中的周围神经也表达[4,7,8]。切断和粉碎大鼠坐骨神经病变远端，F-spondin表达上调，在2周时出现高峰。Burstyn-Cohen等[8]研究发现神经源性的F-spondin能促进感官神经再生，但是具体的机制还不明确。

在构建的人牙周膜细胞中，F-spondin可以促进成牙骨质细胞的分化[9]。另外在骨关节炎中，F-Spondin通过转化生长因子-β的介导方式调节软骨组织的新陈代谢诱导软骨退化[10]。在小鼠模型中，F-spondin通过载脂蛋白E受体2（LRP8）的介导方式可以抑制破骨细胞前体的分化，下调侧牙周组织的募集反应。这说明了F-spondin对保护牙根表面吸收避免牙根组织呗吸收是必不可少的[11]。

2 M-Spondin的研究

2.1 M-Spondin的结构与分布

1997年，Umemiya et al[2]等从果蝇的细胞外基质蛋白中克隆出了新的基因序列，它具有相当为F-spondin的同源性。通过原位杂交和免疫组织化学等方法显示出新的蛋白在发育中的肌肉中表达，他们把这种新的蛋白质命名为M-spondin。果蝇的M-spondin氨基酸包含两个结构域：其中有70至80个氨基酸，与鼠的F-spondin结构域中有34%和41%的同源性，这部分分别称作FS1和FS2；而M-spondin的羧基端只包含一个单一的TSR，与F-Spondin不同[12]。

2.2 M-spondin的功能研究

M-spondin在大量的胚胎体壁的肌肉中表达，分泌的M-spondin蛋白扩散并最终成固定在后期胚胎的肌肉附着点处。培养果蝇S2细胞中，有M-spondin表达、分泌并积聚在培养皿的表面。对于提出的M-spondin，可以确定是细胞外基质蛋白成分，可调解肌肉和表皮内突之间的机械联动，但是作为细胞外基质蛋白具体的功能还不清楚。遗传分析表明，缺失突变体和错误表达的突变体没有受到明显的发育缺陷[2]。目前对于M-Spondin蛋白的功能研究还比较少，有待进一步探讨。

3 Mindin蛋白

3.1 Mindin的结构及其分布

Mindin也是由Higashijima等[3]于1997年在斑马鱼中发现。Mindin也含有FS1、FS2和一个含有WSXW模序的TSR结构域，它是一种分泌蛋白可结合到细胞外基质上。它们在早期神经管底板表达；另外，Mindin1在斑马鱼的脊索和底索也表达，mindin2亦可在生骨节细胞间质细胞中表达。后来科学家们又陆续克隆出人、和鼠的Mindin和F-spondin[6,13]。在氨基酸水平，小鼠Mindin与大鼠、人类和斑马鱼的Mindin分别有97%，85%和60%的同源性[14]。小鼠Mindin在多个器官都有表达，其中在小鼠肠道、peyer’s淋巴小结、脾脏、肠系膜淋巴结、肺脏以及心肌组织等有丰富的表达。

3.2 Mindin蛋白的功能

在神经系统中，Higashijima等[3]发现mindin蛋白的异位表达导致mindin免疫反应集聚在整个胚胎的基底膜，但这种过度表达，不会造成胚胎轴或中枢神经系统的发展严重异常。Mindin也有促进胚胎其的海马神经元的黏附和生长，并在海马神经元上有相应的受体结合而发挥作用[6]。

在小鼠模型中已有大量研究发现，Mindin在免疫系统中有重大作用。Mindin基因缺陷型小鼠能抵抗脂多糖引起的感染性休克，并且表现出在清除细菌感染的能力方面受损。巨噬细胞以及肥大细胞表现出对广谱细菌刺激缺陷的反应，他们分泌的炎症细胞因子TNF-a和IL-6有明显的缺失[15]。作为一个模式识别分子，Mindin在启动内源性免疫反应抵抗细菌和病毒病原体反应中，起着重要作用。在机体受到感染时，Mindin缺陷型小鼠表现出募集中性粒细胞及巨噬细胞向感染灶移动的能力受损。基因缺陷型小鼠也表现出对流感病毒清除能力的受损。很多研究说明了Mindin对炎性细胞有募集作用，可能是Mindin直接与病原体结合发挥作用。Mindin能够提高嗜酸性粒细胞的黏附与迁移促进气道炎性反应。这些效应是由于Mindin与黏附素在炎性细胞中相互作用而实现的[16]。此外，Mindin与黏附分子之间的相互作用在树突状细胞启动的T细胞的过程中也发挥着重要作用[17]。基因缺陷型小鼠，由于T淋巴细胞聚集能力的下降，表现出树突状细胞启动CD4+T细胞能力的受损。此外，控制树突状细胞启动能力Rho鸟苷三磷酸酶Rac1和Rac2表达水平是下调。这些数据说明了Mindin在固有免疫或适应性免疫反应中都发挥重要作用。

人Mindin蛋白在体多种肿瘤中也有表达，如卵巢癌、肺癌、前列腺癌等。人DIL-1基因是Mindin-F-Spondin家族中斑马鱼Mindin的同源基因。相对于正常肺组织，它在小细胞型肺癌中表达量下降[18]。但是，DIL-1为什么在小细胞型肺癌组织中表达减少具体机制还不清楚，可能它是一个肿瘤抑制分子或是细胞外基质成分保护组织结构。Simon等[19]在临床研究中，通过检测血清中的Spondin-2作为人卵巢癌的新的肿瘤标志物。这为临床的早期诊断和放射治疗提供了又一方案。

另外，Mindin蛋白作为细胞外基质蛋白，可以介导细胞与基质之间的相互作用[4]。细胞外基质蛋白与细胞黏附分子相互作用对细胞的黏附、分化、迁移和增殖等都有影响。已有研究在人的肝癌细胞中干扰人源性Mindin的表达后，细胞表现出更高的迁移能力和侵袭力，与之相关的黏附分子如E-钙连蛋白等也有相应的变化；但是在过表达Mindin的细胞株中，细胞的迁移能力和侵袭性则减弱[20]。

4 展 望

Mindin/F-Spondin家族蛋白在神经系统中发育、再生，机体免疫调节以及肿瘤诊治等方面发挥着重要作用。有报道Mindin/F-Spondin家族蛋白发挥相关功能的具体机制可能是家族中各成员与结合蛋白或受体之间的相互作用，当然有待进一步深入探讨阐明。

[1] Feinstein Y,Klar A.The neuronal class 2 TSR proteins F-spondin and mindin: a small family with divergent biological activities[J].Int J Biochem Cell Biol,2004,36(9): 975-980.

[2] Umemiya T,Takeichi M,Nose A.M-spondin,a novel ECM protein highly homologous to vertebrate F-spondin,is localized at the muscle attachment sites in the Drosophila embryo[J].Dev Biol,1997,186(2): 165-176.

[3] Higashijima S,Nose A,Eguchi G,et al.Mindin/F-spondin family:novel ECM proteins expressed in the zebra fi sh embryonic axis[J].Dev Biol,1997,192(2): 211-227.

[4] Klar A,Baldassare M,Jessell TM.F-spondin: A gene expressed at high levels in the fl oor plate encodes a secreted protein that promotes neural cell adhesion and neurite extension[J].Cell,1992,69(1):95-110.

[5] Ruiz i Altaba A,Jessell TM.Midline cells and the organization of the vertebrate neuraxis[J].Curr Opin Genet Dev,1993,3(6):633–640.

[6] Feinstein Y,Borrell V,Garcia C,et al. F-spondin and mindin: Two structurally and functionally related genes expressed in the hippocampus that promote outgrowth of embryonic hippocampal neurons[J].Development,1999,126(16):3637–3648.

[7] Burstyn-Cohen T,Tzarfaty V,Frumkin A,et al.F-Spondin is required for accurate path fi nding of commissural axons at the fl oor plate[J].Neuron,1999,23(2):233–246.

[8] Burstyn-Cohen T,Frumkin A,Xu YT,et al.Accumulation of F-spondin in injured peripheral nerve promotes the outgrowth of sensory axons[J].J Neurosci,1998,18(21):8875–8885.

[9] Kitagawa M,Kudo Y,Iizuka S.Effect of F-spondin on cementoblastic differentiation of human periodontal ligament cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2006,349(3):1050-1056.

[10] Attur Mukundan G,Palmer Glyn D,Al-Mussawir Hayf E.F-spondin,a neuroregulatory protein,is up-regulated in osteoarthritis and regulates cartilage metabolism via TGF-β activation[J].FASEB J,2009,23(1):79-89.

[11] Oka H,Mouri M,Kihara H.F-Spondin Inhibits Migration and Differentiation of Osteoclastic Precursors[J].J Periodontol,2011,1(1):1-25.

[12] Gantt SM,Clavijo P,Bai X,et al.Cell adhesion to a motif shared by the malaria circumsporozoite protein and thrombospondin is mediated by its glycosaminoglycan-binding region and not by CSVTCG[J].J Biol Chem,1997,272(31):19205–19213.

[13] Adams JC,Tucker RP.The thrombospondin type 1 repeat (TSR)superfamily: diverse proteins with related roles in neuronal development[J].Dev Dyn,2000,218(2): 280-299.

[14] YouWen He,Li H,Zhang J,et al.The extracellular matrix protein mindin is a pattern-recognition molecule for microbial pathogens[J].Nat Immunol,2004,5(1): 88-97.

[15] Jia W,Li H,He YW.The extracellular matrix protein mindin serves as an integrin ligand and is critical for in fl ammatory cell recruitment[J].Blood,2005,106(12): 3854-3859.

[16] Li Z,Garantziotis S,Jia W,et al.The extracellular matrix protein mindin regulates traf fi cking of murine eosinophils into the airspace[J].J Leukoc Biol,2009,85(2): 124-131.

[17] Li H,Oliver T,Jia W,et al.Efficient dendritic cell priming of T lymphocytes depends on the extracellular matrix protein mindin[J].EMBO J,2006,25(17): 4097-4107.

[18] Manda R,Kohno T,Matsuno Y,et al.Identi fi cation of Genes(SPON2 and C20orf2) Differentially Expressed between Cancerous and Noncancerous Lung Cells by mRNA Differential Display[J].Genomics,1999,61(1):5-14.

[19] Simon I,Liu Y,Krall K,et al.Evaluation of the novel serum markers B7-H4,Spondin2,and DcR3 for Diagnosis and early detection of ovarian cancer[J].Gynecol Oncol,2007,106(2):112-118.

[20] Liao CH,Yeh SC,Huang YH,et al.Positive regulation of spondin 2 by thyroid hormone is associated with cell migration and invasion[J].Endocr Relat Cancer,2010,17(1):99-111.

Q51

A

1671-8194（2011）31-0275-02

*通讯作者