吞噬细胞运动蛋白1的相关研究进展

程锦萍，沈顺利，彭宝岗

·综述·

吞噬细胞运动蛋白1的相关研究进展

程锦萍，沈顺利，彭宝岗

吞噬细胞运动蛋白1（engulfment and cell motility 1，ELMO1），是进化上非常保守的一种蛋白质，主要介导细胞的吞噬、移动和形态改变。ELMO1对于维持生物体的稳态具有重要意义，其异常表达与糖尿病性肾病、微生物感染、恶性肿瘤的临床分期和预后密切相关。业已证实ELMO1是糖尿病性肾病的敏感基因之一，还与肿瘤细胞的侵袭、转移有关。本文就ELMO1与微生物感染、糖尿病性肾病的发生、发展和肿瘤的关系作一综述。

1 ELMO1概述

Elliott等［1］和van Ham等［2］用斑马鱼研究凋亡细胞的清除机制时发现，巨噬细胞的迁移和吞噬作用是整个过程的核心部分，而吞噬作用的发生离不开ELMO1的参与。ELMO1相对分子质量约为72×103，是进化上非常保守的序列，其上无明显催化区域［3］，主要介导细胞吞噬、移动和形态改变［4］。ELMO1的作用主要可以体现在以下几个方面：①作为磷脂酰丝氨酸受体脑血管生成抑制因子1（BAI1）等的下游物质，协同DOCK1通过Rac-GEF途径激活Rac1下游信号通路，引发细胞骨架重排，促进整合素介导的细胞吞噬作用［4］；②促进死亡细胞的内在化［1］；③促使神经元生长因子诱导神经突生长［5-6］，参与神经元细胞的形态学发生［7］；④在细胞膜表面募集微管微丝交联因子，也称ACF7（cross-linking family 7），促进微管蛋白俘获和整合素介导的细胞伪足的形成［8］；⑤作为远端缺失基因1（distal-less homeobox 1，Dlx1）的作用靶点，在Reelin免疫阳性［Re（+）］和Calretinin免疫阳性［Cr（+）］中间神经元中选择性表达，对活动依赖性中间神经元的迁移是不可或缺的［9］；⑥作为主要位于细胞核内的内源性中介体复合物31（Med31）的一个独特的调节因子，增加Med31在细胞质中的表达，促进其泛素化，并共同特异地影响细胞因子IL10和IL33的表达［10］。

无功能糖基转移酶样蛋白180（dedicator of cytokinesis 180，DOCK180）蛋白超家族是最近鉴定出来的一种非传统的Rho家族GTPase的鸟嘌呤交换因子（GEF）。之所以称其为非传统GEF，是因为DOCK180成员中没有其他GEF所具有的典型的DH区，它是通过一个保守的“Docker”（亦称“CZH2”）区域介导Rho-family GTPases的核苷酸交换［11］，但是这个过程的发生离不开ELMO1的作用［12］。在基础状态下，DOCK180 N端的SH3区域和C端的催化区域Docker结合在一起，这在空间上阻碍了Rac与Docker的结合。而ELMO1可以通过结合到DOCK180的SH3区域从而破坏SH3：Docker的结构稳定性，促使Rac结合到Docker区域上去，诱发Rac上GDP/GTP的转换，而启动后续的信号通路［13］。业已确证主要是ELMO1 C端的最后200个氨基酸残基和DOCK180 N端的前180个氨基酸残基共价配对，且ELMO1 C端的多聚脯氨酸聚集区可以明显增加ELMO1-DOCK180复合物的稳定性［14］。ELMO1协助DOCK180激活Rac酶至少包括以下3个独立的机制：①帮助DOCK180稳定Rac在其无核苷酸的过渡状态；②解除DOCK180自我抑制状态；③协助DOCK180定位到质膜上，从而作用于Rac。总而言之，ELMO1与DOCK18的结合激活Rac，继而介导凋亡细胞的吞噬作用和细胞的迁移［11］。此外，ELMO1还可以作为DOCK180泛素化抑制剂，延缓细胞内DOCK180的降解［9］。DOCK180与ELMO1之间的协同作用是相互的，除了已知的ELMO1对DOCK180的促进作用，DOCK180对ELMO1同样具有正向调节作用［3］。

在原生动物秀丽隐杆线虫（C.elegans）中，ELMO1的同类物为CED-12，DOCK180的同类物为CED-5［15］。在果蝇（drosophila）中，成肌细胞因子myoblast city和DOCK180是同源的［12，16］，并且从蠕虫到哺乳动物，DOCK180的成员都是非常保守的［11］。

ELMO1-DOCK180-Rac三聚体复合物在一系列的生物过程中扮演着关键角色，包括凋亡细胞的清除，线虫中细胞的定向迁移，果蝇中成肌细胞的溶解背封（myoblast fusion），淋巴细胞的迁移，T-细胞的激活，肿瘤的转移，HIV病毒感染以及哺乳动物中神经元变性疾病的发展等生理过程，这些过程对整个生物体正常发展意义重大［11，14］。

2 ELMO1与生殖细胞的清除

Elliott等［1，17］发现，ELMO1表达缺陷的小鼠其生长发育并无异常表现，但是它们的睾丸呈现显著的病理征：生精上皮结构层次紊乱，组织细胞中出现多核巨细胞，凋亡的精子难以清除以及精子的输出显著减少等。随后的体内外研究结果提示：ELMO1在支持细胞介导的凋亡生殖细胞的清除中发挥选择性作用。

3 ELMO1与微生物感染

细胞的吞噬清除首先开始于吞噬细胞的受体和凋亡细胞的配体的结合。其中，磷脂酰丝氨酸是凋亡细胞上的一个关键配体，目前有3种磷脂酰丝氨酸识别受体已被鉴定，即T细胞免疫球蛋白域和黏蛋白域免疫蛋白4（TIM-4）、BAI1和介导内吞作用的透明质酸受体（hyaluronan receptor for endocytosis，HARE或Stabilin-2）。其中BAI1在众多细菌之中均有表达［18］，而细菌的摄取是由BAI1介导并通过ELMO1-DOCK激活Rac所引发的，抑制ELMO1的功能可大大削弱感染后炎症反应［19］。

在人类条件致病菌白色念珠菌中，Rac1和它的激活剂Dck1作为丝裂原活化蛋白激酶Cek1和Mkc1的上游物质，可诱发念珠菌的丝状萌芽并最终侵袭性生长。此外，Rac1、Dck1和Lmo1是维持细胞完整所必需的，其缺失突变可以使其对细胞壁的微扰剂（perturbing agents）变得敏感，但对氧化应激和渗透压力依然不敏感［20］。

志贺菌可以通过III型分泌系统向上皮细胞释放一种RhoG模拟物IpgB1，通过ELMO1-DOCK180信号通路来激活Rac1促使细胞褶皱产生进而侵袭上皮细胞。同野生型的上皮细胞相比，敲除ELMO1和DOCK180上皮细胞会导致志贺菌的侵袭能力降低，诱导产生的细胞褶皱也相应减少［21］。

调控凋亡细胞吞噬作用的Rac信号通路中的ELMO1不仅在细菌的吞噬和侵袭过程中发挥作用，它还能够抑制病毒的转录。当感染细胞U937的内源性ELMO1表达被抑制时，HIV便得以成功转录。HIV-1 Nef连接到DOCK2-ELMO1复合物去激活Rac和阻碍淋巴细胞的趋化作用，这种激活CD4+T淋巴细胞的作用在没有抗原和趋化因子的刺激条件下也同样可以产生［22-23］。

此外，ELMO1还是猫传染性腹膜炎相关基因，但具体作用机制还有待进一步的研究［24］。

4 ELMO1与糖尿病性肾病

ELMO1在糖尿病肾病（DN）的发病中具有重要作用［24-28］。对日本人（黄种人）、非洲裔美国人（黑种人）以及高加索人（白种人）进行全基因组关联分析（GWAS）和肾脏遗传学研究（GoKinD study）显示，ELMO1基因位点的突变与糖尿病性肾病相关。但是，ELMO1与肾脏疾病有关的突变体在3个种族的人群之中是不同的，这表明等位基因的异质性可能来源于不同的种族群体祖先的不同遗传背景［29］。即ELMO1的基因多态性与DN的种族性相关联［30］。ELMO1的遗传性突变将导致ELMO1在糖尿病患者的肾小球之中表达增加［31］。ELMO1与DN相关的多态性位点位于其转录起始位置。ELMO1的基因多态性与肾小球硬化症的发展和肾脏在高糖条件下的纤维化过程密切相关［32-33］。如果这些发现可以被后续的功能学研究所支持的话，那么ELMO1将有可能成为全新的、具有极大吸引力的肾脏保护药的作用靶点［29］。

原位杂交实验显示，正常小鼠肾脏中只在肾小球和肾小管上皮细胞可以检测到低表达的ELMO1，但远不及糖尿病小鼠的肾脏中ELMO1表达量。ELMO1在高糖培养细胞中的表达量明显高于常规培养的细胞。此外，ELMO1高表达的细胞其细胞外基质中I型胶原蛋白、纤连蛋白、TGF-β和整合素连接激酶表达明显增加，而金属蛋白酶表达减少［29-30，33］。功能研究业已证实ELMO1促进了慢性肾小球损伤的发展。ELMO1通过对细胞外基质（ECM）代谢的异常调节导致了ECM的积聚，进而导致肾小球和肾小管基膜增厚，而两者均已被确认为糖尿病性肾病晚期的重要标志［34］。

Yang和Sorokin［31］发现，ELMO1可能通过调节COX-2活性在肾小球损害中发挥作用，主要导致肾小球中ECM沉积物的积聚。ELMO1和COX-2两种蛋白相互作用增强了COX-2环氧酶的活性从而增加了纤连蛋白的表达。他们同时还发现，ET625，一种缺乏Rac1活性的细胞，当其上的ELMO1与COX-2相互作用时，也能够增加COX-2环氧酶的活动并且促进COX-2介导的纤连蛋白的上流调节。为了进一步去除Rac1作为ELMO1介导的一种调节器对COX-2活动的影响，实验使用一种Rac1本来就被激活的细胞Q63E，并证明了Rac1信号通路对COX-2介导的纤连蛋白启动子的活动并没有影响。说明COX-2造成肾小球疾病的机制可能是通过刺激纤连蛋白的积聚。ELMO1和COX-2的相互作用对肾小球损害的发生发展起到了至关重要的作用。此外，ELMO1不依赖于Rac1的激活而增加COX-2的活性，ELMO1和COX-2的直接相互作用造成COX-2的构象变化并增强了COX-2环氧酶的活性。

此外，ELMO1在糖尿病性肾病中不仅仅预示肾脏受损的开始，还可能导致肾脏功能的衰竭［34］。

5 ELMO1与肿瘤侵袭性生长

ELMO1在包括肺癌、乳腺癌、食管腺癌、卵巢癌、甲状腺癌、横纹肌肉瘤和神经胶质瘤等多种恶性肿瘤中有不同程度的异常表达，且与肿瘤的临床分期及预后密切相关，是与肿瘤细胞迁移相关的基因之一［35-40］。

肺泡性横纹肌肉瘤（ARMS）预后较差，容易发生广泛转移；相比之下，早期胚胎性横纹肌肉瘤（ERMS）转移较少，预后较好，五年生存率可达80%。Rapa等［35］通过微阵列分析发现两者在DNA修复、细胞周期和细胞迁移等具有明显的不同，而ELMO1的过度表达就与横纹肌肉瘤的侵袭性呈明显正相关。

在T细胞杂交瘤中，DOCK2能够诱导Rac的激活和肌动蛋白的磷酸化，而DOCK2和ELMO1的相互作用对DOCK2介导的Rac激活至关重要，因此，ELMO1和DOCK2有可能成为淋巴细胞浸润造成的免疫紊乱的一个治疗靶点［36］。

Pfeifer等［37］通过监测甲状腺癌和甲状腺腺瘤的福尔马林固定石蜡包埋组织中ELMO1表达水平发现，前者表达明显受抑制，采用ELMO1作为两者鉴别诊断的分子标志物的敏感性和特异性均高于70%，这将为甲状腺肿物切除术后的病理诊断提供极大帮助。

在脑胶质细胞瘤中，DOCK180参与了细胞侵袭力的调节，并且在肿瘤高度侵袭转移的区域，DOCK180/ELMO1表达明显增高；抑制内源性DOCK180/ELMO1表达可致肿瘤侵袭力下降，并且使Rac1活性减低。相反，当外源性过表达DOCK180/ELMO1时，胶质瘤的侵袭转移能力显著增强［12］。与此类似，卵巢癌细胞SKOV3中，ELMO1相互作用蛋白DOCK180的下调直接导致了ELMO1的下调，并且细胞增殖、迁移能力、侵袭力受到明显抑制，同时伴有细胞形态的改变，如片状伪足和丝状伪足形成能力下降等。提示ELMO1与DOCK180相互支撑，协同刺激下游效应酶Rac1，调控细胞动力和卵巢癌细胞的恶性行为［15，38］。乳腺癌研究表明，ELMO1的表达与淋巴结和远处转移有关，ELMO1的敲除可以导致乳腺癌的肺转移发生障碍［39］。此外，ELMO1还被证实与肝细胞癌、食管腺癌有重要关系［38-40］。

6 总结

综上所述，ELMO1作为吞噬细胞运动蛋白，在诸多生物过程中发挥重要作用。无论在凋亡细胞的清除，精子的发生，细菌的吞噬和侵袭，HIV-1的感染还是多种恶性肿瘤如卵巢癌、神经胶质瘤的侵袭转移过程中ELMO1都是协同DOCK180激活Rac酶来实现其功能的。此外，ELMO1还在糖尿病性肾病的发生、发展过程中起到重要作用。因此，研究ELMO1的生物学特征对于阐明上述疾病的发病机制和治疗具有重要意义。

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10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2015.01.013

国家自然科学基金（81302142、81172039）；广东省自然科学基金（S2011010005864）；广东省科技计划项目（2013B021800134）作者单位：510008广州，中山大学中山医学院临床医学系（程锦萍）；510080广州，中山大学附属第一医院肝外科（沈顺利、彭宝岗）

彭宝岗，Email：pengbaogang@medmail.com.cn

2014-07-27