非转移细胞1蛋白（NM23A）的研究进展

魏秋华

（军事医学科学院解放军疾病预防控制所，北京 100071）

NM23A蛋白又称为NDPK-A、AWD或NM23-H1蛋白，属于NM23这一结构与功能保守的蛋白大家族［1］。该家族蛋白是nm23基因的表达产物。1988年，Steeg等［2］应用差别克隆杂交首先发现并确认该基因为肿瘤转移抑制基因，因此，命名为非转移性（non-metastatic）。该基因在多种生物如哺乳动物、细菌、酵母、植物、果蝇中均存在，至今在人体内发现8个nm23基因家族，其中研究最为广泛的是nm23-H1与nm23-H2基因，均位于17号染色体长臂着丝点附近［3］。

NM23蛋白家族由4-6个折叠亚单位组成，均具有二磷酸核苷激酶（NDPK）活性［4］。NM23A（NDPK-A）是人体中nm23-H1基因的产物，为NDPK的亚基之一，由152个氨基酸组成，蛋白质量为17.149 ku，在细胞内主要定位于细胞核与细胞质，但在细胞表面、线粒体、内质网以及胞外液均发现了该类蛋白［1］。除了二磷酸核苷激酶活性外，NM23A蛋白在体内还可以调节一系列包括生长与发育的细胞过程，在肿瘤发病、转移过程以及中枢神经系统发育及疾病发生过程也具有一定意义。目前，许多研究主要集中在包括信号转导、基因调节等其它可能的蛋白功能方面。现将其相关研究进展综述如下。

1 NM23A蛋白的生理功能

1.1 二磷酸核苷激酶活性［5－7］NM23存在于几乎所有的生物与细胞中，其主要的异构体NM23A与NM23B分别由nm23-H1与nm23-H2编码，可以非特异性地催化二磷酸核苷激酶转化为三磷酸核苷激酶。两个蛋白均为同源六聚体，具有88%序列一致性。高分辨率的X-射线结构显示，NM23六聚体从顶端看是3个二聚体的聚合，从底端看为两个三聚体的聚合。与底物相互作用的组氨酸H118及其它残基定位于接近顶端与底端表面的裂隙。NDPK-A与NDPK-B以相同的方式与核苷酸底物结合。尽管二者等电点明显不同，但具有相似的动力学参数，二者作为磷酸转移酶可以互换。

NDPKA可催化三磷酸核苷酸的γ磷酸基团转移至二磷酸核苷酸。在蛋白以乒乓机制介导的磷酸化过程中，只有1个核苷酸结合位点与催化位点。乒乓机制包括NDPK-A中1个保守的组氨酸作为中介，其咪唑侧链可被自我催化磷酸化。该酶可以接受具有所有天然碱基与2′脱氧核糖及核糖的核苷酸底物。因此，它可以产生RNA、DNA合成的所有底物。NDPK-A核苷酸配体的解离常数测定显示，鸟苷酸结合力强于腺苷酸，而胞苷酸结合力最低，可能的理由是鸟苷酸通过N2氨基基团具有了其它相互作用。众多不同核苷酸配体的结合结构显示，NDPK-A与所有的底物在同一位点以同一构象结合。

作为高效率的磷酸转移酶，NM23A可以在细胞内生成多种代谢功能所需的核苷酸，如 DNA、RNA合成所需的NTPs，多聚糖合成所需的UTP，脂类合成所需的CTP，微管聚合、蛋白延伸以及信号转导所需的GTP等，说明NM23A参与了细胞中多种生物活性，对细胞的存活具有重要作用。

1.2 对细胞生长、代谢调节作用 除了磷酸激酶活性，NM23A还在细胞的增生、分化、代谢过程中具有一定作用［8－11］。已发现NM23A是血小板源性生长因子基因的潜在负性调节剂，可以识别PDGF启动子与基因沉默活性相关的负调控元件。一些报道提出，NM23A的表达和（或）活性可以调节神经细胞的增生、分化以及神经轴突的生长。此外，NM23A对细胞分化也具有一定抑制作用。Roel在正常人类造血干细胞的体外分化定量分析中加入重组NM23A蛋白，观察其对造血系统的细胞内效应，结果证明NM23A蛋白对正常造血细胞分化的末期具有调节效应。血浆中存在相对较高浓度的NM23A，对红细胞的形成具有支持作用，并抑制过多的巨噬细胞的形成。也曾有报道NM23A在造血祖细胞中高度表达，并对其分化具有下调作用。此外，在增殖淋巴细胞中也观察到了NM23A的高表达水平。Steeg等证实，NM23-A作为黑素瘤的过表达基因，具有引起细胞低代谢的能力。因此，可以提出假设，NM23A作为高代谢细胞系中确认的代谢抑制基因，可以引起细胞代谢能力的降低。由于使用激酶活性灭活的突变NM23A后，与天然NM23A相比，调节效应没有任何改变，提示NM23A通过独立于磷酸转移酶活性的机制，如通过与受体或可溶性分子（如生长因子）的蛋白相互作用介导其细胞内效应，引起了特定信号转导途径的激活或抑制效应。

1.3 信号传导作用 NM23A至少有4种生化活性与调节信号传导有关，包括蛋白－蛋白的相互作用、GTP-结合蛋白功能的调节、DNA-结合相关的活性，以及组氨酸－依赖的蛋白磷酸转移酶活性。

由于具有GTP合成功能，NM23A可能通过GTP供应或调节G蛋白激活过程中的酶的作用，参与受体依赖或非受体依赖的G蛋白信号传导过程。NM23A诱导自由GDP，还是结合于G蛋白α亚基的GDP具有一些争论，但是对阐述NM23A在G蛋白激活中的功能并不重要。实际上，已经有大量证据显示 NM23A参与了 G蛋白的激活［12－15］。例如，NM23A可以在激动剂与HL-60白血病细胞膜上趋化因子受体的结合、受体介导磷脂酶C活化以及花生四烯酸刺激NADPH氧化酶活性等过程中发挥调节作用。Susanne等证明了在ATP与GDP底物存在的情况下，心肌的膜结合NM23A等二磷酸核苷激酶可以通过活化G蛋白非受体依赖型的抑制心肌AC活性。Angela等发现NM23A可以调节激动剂介导的毒蕈碱门控K＋通道的脱敏过程，作用机制与GTP的生成无关。作者推断，NM23A可能作为毒蕈碱门控K＋通道脱敏过程的抑制剂，而丝氨酸120对该作用是必需的。

除了异聚体G蛋白，NM23A还可与Ras家族中的成员、ADP核糖基化因子、微管蛋白以及小GTP结合蛋白相互作用［16］。此外，在体内NM23A还可以通过DNA结合相关活性调节信号转导［6］。

2 NM23A在病理过程中的作用

2.1 肿瘤转移抑制效应［12，17－18］尽管 NM23作为一种磷酸激酶已经在几十年前被人们所知，但编码A亚基的基因nm23-H1，直到1988年才被Steeg等［2］确认。基于该基因在具有高转移或低转移能力的黑色素瘤细胞系中表达减少，因此，确定其为潜在的转移抑制基因。多种恶性肿瘤细胞的转移与NM23A蛋白的含量呈负相关。在高转移性肿瘤细胞系如K-1735黑色素瘤细胞、原发乳腺癌、肝癌、胃癌、卵巢癌、子宫颈癌等中，nm23A mRNA的含量均明显减少。

已证实NM23A抑制肿瘤转移的机制与NDPK活性无关，但明确的机制还没有确定。研究发现，NM23A在抑制肿瘤细胞转移的过程中可能的作用有：①减少GDP生成GTP的量，抑制肿瘤细胞微管聚合，并抑制肿瘤细胞转移。②由于GTP不足，肿瘤细胞生长因子与细胞膜结合后信号传导发生障碍，以致肿瘤细胞的生长转移。③可直接与肿瘤细胞膜上的G蛋白结合，阻断细胞生长信号传导。

2.2 在中枢神经系统疾病中的作用 NM23A的二磷酸核苷激酶活性在脑部高于其它组织，并且胚胎发育早期表达主要集中在神经系统。该蛋白可以调节神经细胞的增生、分化以及神经轴突的生长，提示其在脑功能中可能扮演着重要的角色。

有研究显示，NM23A可能参与了具有脑部损伤的神经退行性疾病［19］。Seong等首先报道，NM23A可能参与了具有脑部疾病的神经退行性疾病阿尔采末症（Alzheimer disease，AD）及唐氏综合症（Down’s syndrome，DS）。采用蛋白组技术测定患有AD、DS的病人7个脑区NM23A的蛋白水平，发现两种疾病中NM23A在各脑区（额叶、枕叶、顶叶皮质）均有明显减少。曾有报道，NM23的氧化修饰可以灭活NM23的催化活性，提示氧化修饰可以是NM23蛋白功能调节的一种方式，这也可能是在AD与DS中，对氧化刺激较为敏感的特定脑区NM23活性明显减少的原因［20］。

细胞骨架的破坏，如缺陷型的微管聚集是AD的重要病理特征，细胞骨架蛋白的再表达也被认为是一种异常分支反应，并与AD的神经病理改变相关。有报道NM23A具有通过影响细胞骨架蛋白表达驱使轴突生长的能力，NM23A蛋白异常会带来神经过程如轴突生长与轴突分支的缺陷［21］。此外，还有研究显示，神经退行性疾病中异常的NM23与其它因子如大脑癌蛋白18、神经内分泌特定蛋白C缺陷共同引起了脑细胞的异常增生与分化［22］。

总之，NM23A表达／活性的减少可以通过改变细胞骨架蛋白结构，影响轴索生长、轴突分支等神经过程，反之带来脑细胞的异常增生与分化。此外，NM23A的减少还可以带来突触的功能异常，表现出了AD-样神经退化疾病的主要病理特征。因此，作为多功能蛋白NM23A的活性减少可以通过多种途径影响中枢神经系统发育及疾病发生，有可能成为疾病干预治疗的新的候选分子。

2.3 与阿片受体信号传导的关系 NM23A在阿片依赖病理过程中有何作用，国内外尚未见报道。通过对NM23A生物学功能的调研分析和前期研究，我们认为NM23A可能参与了阿片依赖过程，依据有以下3个方面：①阿片受体属G蛋白偶联受体，而NM23A是一种调节G蛋白活性的重要因子，参与其信号转导过程，因此，至少在理论上讲NM23A有可能调节阿片受体作用系统的功能。激动剂长期作用下，阿片受体在受体水平和受体后信号转导水平发生的代偿性适应是阿片依赖发生的分子基础，我们推测，NM23A有可能通过调节阿片受体信号转导过程而影响阿片依赖。Zhang等首次报道了NM23A对阿片受体的调节以及受体与G蛋白偶联过程的作用。在研究中，通过稳定转染克隆的大鼠μ-阿片受体的中国仓鼠卵巢细胞膜观察了NM23A是否对激动剂与μ阿片受体的结合具有调节作用。结果证明，NM23A在该细胞膜中具有NDPK活性，且通过将ATP、GDP转换为GTP，NM23A可以调节激动剂对μ-阿片受体的结合以及阿片受体的信号转导。NM23A调节G蛋白偶联受体信号转导的研究目前仅限于激动剂急性作用下受体瞬时激活状态的影响［23］。而NM23A对激动剂长期作用下G蛋白偶联受体信号转导的代偿性适应有何影响，尚未见报道。②研究发现阿片成瘾机制与学习记忆有许多相关之处，依赖及复吸可被看作一种病理性的学习记忆过程。阿片类药物通过参与突触可塑性形成，并改变神经回路功能导致药物成瘾［24］。已知NM23A可参与神经细胞的增生、分化以及神经轴突的生长，在学习记忆中起重要作用。因此，我们推测NM23A也可能通过调节学习记忆过程而影响阿片依赖。目前，有研究发现阿尔采末症患者在额叶、颞部、枕叶等多个脑区NM23A表达水平明显降低［25］，而阿片依赖时脑内NM23A含量有何变化尚未见报道。

总之，根据有限的实验结果可以推测，NM23A参与了阿片受体信号转导过程。关于NM23A在与异聚体G蛋白偶联的阿片受体以及其他受体的信号传导过程中扮演什么角色，还有许多争论。NM23A是一个具有酶活性，可以与PTX敏感型G蛋白相互作用的受体，还是一个新型的G蛋白调节效应器系统，可以调节G蛋白的活性？或者是一个可以与受体偶联介导效应器系统（如作为G蛋白的替代物）？NM23A在G蛋白的活化中具有一定作用，但G蛋白在NM23A的激活中有何作用？这一系列的问题都有待确定。

3 结语

NM23A蛋白是一类在多个物种广泛分布、功能多样的蛋白质。除了二磷酸核苷激酶活性外，NDPK-A蛋白在体内还可以调节一系列包括生长与发育的细胞过程，在肿瘤的发病机制与转移过程中也具有一定意义。目前，许多研究主要集中在包括信号转导、基因调节等其它可能的蛋白功能方面，其与中枢神经系统疾病、阿片耐受与依赖病理过程的关系仍需进一步研究。对于NM23A的生理、病理功能进一步阐明，有助于确认该蛋白作为特定疾病治疗干预的重要靶点。

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