Collectrin的研究现状

曹译心，张 旭(综述)，马跃荣(审校)

(泸州医学院1组织学与胚胎学教研室，2病理学教研室，四川泸州646000)

Collectrin基因分离克隆于1999年。Collectrin基因与血管紧张素转换酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)具有高度同源性。目前研究发现Collectrin受肝细胞核因子(hepatocyte nuclear factor-1，HNF-1)调控，能与可溶性 NSF附着蛋白受体(soluble NSF attachment protein receptor，SNARE)复合体相互作用，在肾脏氨基酸及Na+转运以及胰岛素的分泌等方面具有重要作用。在此就Collectrin结构及功能的研究现状予以综述。

1 Collectrin结构及表达

Collectrin基因(原名NX-17，又名Tmem27)是于1999年在小鼠5/6肾切除后，肾小球的高滤过、高增生期的残余肾脏组织中分离克隆的一个新的基因(GenBank 登录号:AF178085)［1］。基因表达性研究已证实，该基因产物主要是特异性地表达于人、大鼠和小鼠肾脏近端小管和集合管［2］以及胰岛 β细胞［3］。人和小鼠的Collectrin序列在核苷酸和氨基酸水平分别有86.9%和87.4%的同源性。人和小鼠Collectrin蛋白的一级结构相似，氨基端位于细胞外，具有14个氨基酸组成的信号肽，羧基端位于细胞内，跨膜区由23个氨基酸组成。细胞外结构域包含127个氨基酸，并具有3个糖基化位点，提示Collectrin为Ia型跨膜糖蛋白［4］。人Collectrin与人血管紧张素转换酶的同源基因(ACEH)及人ACE2具有高度同源性。Collectrin与ACE2的C端序列(包括部分细胞外区、跨膜区及细胞内区)具有47.8%的同源性［4，5］。Collectrin基因位于 X 染色体短臂2区2带(Xp22)，与ACE2来源于同一个BAC克隆并分布于同一条染色体上，外显子/内含子染色体定位及结构域分布提示Collectrin与ACE2及ACE来源于相同的祖先基因［6-8］。

在肾的发育过程中，在妊娠第13天可以测到mRNA信号，并且蛋白产物表达于输尿管芽的分支。其后一直到新生儿期，其表达不断增加，之后又逐渐减少［8］。通过分析Collectrin在非洲蟾蜍胚胎各个时期前肾的表达发现，Collectrin在整个前肾系统(包括近段、远段和中肾管)都高表达［9］。

2 Collectrin的功能

2.1 Collectrin在肾脏氨基酸转运中的作用Malakauskas等［10］建立了 Collectrin基因剔除小鼠。发现Collectrin基因剔除小鼠出现明显的氨基酸尿症而使尿液浓缩能力下降。如果氨基酸尿症状明显，将导致几乎所有的氨基酸都丢失，以致形成显著的结晶尿症。Danilczyk等［11］研究发现，Collectrin连同多种顶膜运载体形成一组肾脏的氨基酸转运体。在爪蟾卵和犬肾传代细胞中，Collectrin的表达通过B0AT1运载体加强了氨基酸转运。Collectrin靶向断裂小鼠因为顶膜的氨基酰转运蛋白的下调而导致严重的肾氨基酸摄取障碍。Vanslambrouck等［12］研究发现，在发育性亚氨基甘氨酸尿症(即新生儿期生理性的亚氨基甘氨酸尿)中之所以会出现亚氨基甘氨酸尿，是因为在新生儿期集合管上皮细胞顶端缺乏Slc6a18、Slc6a19、Slc6a20a和辅助蛋白 Collectrin 的表达。亚氨基甘氨酸尿随着它们表达的增加而使逐渐消退。Singer等［13］研究发现孤立转运蛋白Slc6a18(XT2)具有Na+及Cl－依赖的中性氨基端转运功能。而在肾脏中 XT2要发挥功能就必须在Collectrin的协助下才得以实现。上述研究均提示Collectrin和肾脏氨基酸的转运有关，并且扮演十分重要的角色，如果Collectrin表达异常将导致严重的肾脏氨基酸重吸收障碍。

2.2 Collectrin 对胰岛细胞的调控 Fukui等［3］和Yamagata等［14］研究发现，在大鼠胰岛瘤细胞系INS-1中或在转基因小鼠的胰岛β细胞中Collectrin的过表达增强了葡萄糖刺激的胰岛素分泌，但并不影响Ca2+入胞作用。相反地抑制Collectrin减弱了胰岛素的分泌，说明Collectrin在体内可以增强葡萄糖刺激的胰岛素分泌。他们的研究还发现Collectrin通过与snapin(一种 SNAP-25结合蛋白)的相互作用和SNARE复合体结合，并且促进SNARE复合体形成。因此，Collectrin是SNARE复合体功能调节器，并借此调控胰岛素的外泌。Collectrin不仅可以增强胰岛素的分泌，而且还可以刺激胰岛 β细胞增殖。Akpinar等［15］发现，Collectrin 在 Tcf1－/－小鼠胰岛 β细胞中的表达下降，但是在胰腺内分泌部肥大模型(胰岛肥大模型)小鼠的胰岛β细胞中其表达升高。Collectrin形成二聚体，其细胞外区被糖基化、分离，并且从β细胞膜上脱落。这种分离过程只在β细胞才有，而不见于其他类型的细胞。全长Collectrin的过表达(而非截短了的Collectrin或可溶性蛋白)可增加其与胸腺嘧啶脱氧核苷的结合。相反，利用RNA干扰技术沉默Collectrin基因导致细胞复制减少。Collectrin表达增加的转基因小鼠其胰岛β细胞群也增加。这些都提示，Collectrin能刺激胰岛细胞的增殖。综上，Collectrin在胰岛素的分泌过程中直接或间接发挥了重要作用。

2.3 Collectrin可能在盐敏感性高血压中的钠潴留中起主导作用 Yasuhara等［16］发现沉默 Collectrin表达将导致膜相关水通道2、α-上皮钠通道以及H+-三磷酸腺苷酶的减少，Collectrin和SNARE复合体在大鼠的集合管内大量表达。给予自发性高血压大鼠和对照组大鼠正常盐量饮食以及高盐饮食10周，高盐饮食组血压显著增高，虽然两组均出现醛固酮尿排泄的显著抑制，但Collectrin表达上调且和膜内水通道2、α-上皮钠通道以及H+-三磷酸腺苷酶的维持有关;Collectrin启动子活性、mRNA以及蛋白表达均上调，泛素化的Collectrin在高NaCl作用下减少，并且该结果不能够被mIMCD-3细胞内的醛固酮所改变。通过这项研究他们认为，由非醛固酮依赖性高NaCl导致的Collectrin上调在功能上通过SNARE复合体与顶膜蛋白质物质转运相关联，并且Collectrin可能在盐敏感性高血压中的钠潴留中起主导作用。

2.4 Collectrin在正常肾脏结构形成和维持中的作用 Collectrin位于靠近肾外周区的小囊泡并且结合于 γ-肌动蛋白-肌球蛋白Ⅱ-A、SNARE复合体和polycystin-2-polaris复合体，这些都和细胞内小囊泡及膜蛋白的纤毛运动有关。在mIMCD3细胞系中沉默Collectrin可以引起其纤毛形成缺陷，导致细胞增殖增加和凋亡，以及初级纤毛中的polycystin-2消失。抑制后肾培养细胞的Collectrin mRNA将导致在输尿管芽分支中形成多发纵向的小囊。这些试验结果提示，Collectrin是初级纤毛特异性膜蛋白recycling所必需的，它可以维持集合管初级纤毛的形成并保持极性［17］。张宏等［18］构建了 Collectrin 的正、反义真核表达载体，然后他们将Collectrin的不同融合载体转染体外培养的集合管细胞，在不同时间点观察不同融合基因的作用效果。结果表明，当Collectrin表达被阻抑的情况下，细胞难以维持正常的生长而大量死亡;但是，Collectrin的过表达并未引起细胞的大量增殖。提示Collectrin可能为维持细胞正常生长、存活的基本元件，而并不在细胞增殖过程中发挥关键作用。

2.5 其他 张宏等［19］以 Collectrin为“诱饵”蛋白，应用改进的酵母双杂交系统-酵母接合的方法，对正常人肾脏cDNA文库进行了筛选。获得了与Collectrin存在直接相互作用的5种蛋白:氨基酸转运蛋白XAT2、精氨琥珀酸合成酶、鞘磷脂激活蛋白、金属硫蛋白2A和NADH脱氢酶1。通过分析这些已知蛋白的功能信息，可以为寻找Collectrin的功能提供线索。Malakauskas等［20］报道，他们测量了Collectrin基因剔除小鼠［Collectrin(-/y)小鼠］胰腺的形态、葡萄糖稳态状况，胰腺功能和离体胰岛的葡萄糖刺激胰岛素分泌试验，发现Collectrin基因缺乏的小鼠通过多种机制来保护能量的体内稳态以避免营养物质流失。

3 Collectrin的调控

现有的研究表明，在体外Collectrin基因启动子能被 HNF-1α 和 HNF-1β 激活［3，14］，阻断 HNF-1 结合位点将使Collectrin的启动子活性降低80%;在体内Collectrin的表达受HNF-1α的调节，而不受HNF-1β的调节［14］。Yamagata 等［14］为了研究 Collectrin 和HNF-1α和 HNF-1β的生理功能，评估了 HNF-1α、HNF-1β和Collectrin在成年小鼠胰腺的表达模式。免疫组化研究发现，Collectrin表达在HNF-1α阳性的胰岛细胞，而不表达于外分泌细胞。Collectrin同时也表达在HNF-1α阳性的形成中的小鼠胰腺。HNF-1β只表达于外分泌导管细胞，而不表达于内分泌细胞。HNF-1β和Collectrin双染显示，Collectrin不表达于HNF-1β阳性细胞。这表明在体内Collectrin的表达受HNF-1α的调节，而不受HNF-1β的调节。同样，在肾脏，免疫组化也显示Collectrin表达在HNF-1α阳性的细胞。这些都提示 HNF-1α可能是重要的Collectrin转录调节因子。此外，他们的研究还发现胰十二指肠同源盒基因1对Collectrin的转录也有调节作用，但是较HNF-1α弱。此外，Saisho等［21］研究发现葡萄糖可以上调 Collectrin蛋白在MIN6β细胞株的表达，而这一过程是通过线粒体的枸橼酸循环中间体来介导的。由此可见，HNF-1是Collectrin最主要的调控因素，而调控是发生在转录水平上的。

4 结语

作为一个新近发现的在肾集合管上皮及胰岛β细胞特异表达的蛋白，Collectrin有多种功能，其功能障碍参与了多种疾病的发生。在目前的研究成果里，最引人瞩目的莫过于Collectrin参与肾脏氨基酸转运及胰岛素的分泌，但是其相关机制尚待进一步的深入研究，相信当相关机制研究清楚以后，必将为相应的临床疾病的诊治提供新思路、新方法。

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