APP下载

C1q肿瘤坏死因子相关蛋白4研究进展

2016-03-09王晓群

国际心血管病杂志 2016年2期
关键词:结构域通路诱导

高 洁 顾 刚 陆 林 王晓群

200025,上海交通大学医学院附属瑞金医院心脏科



C1q肿瘤坏死因子相关蛋白4研究进展

高洁顾刚陆林王晓群

200025,上海交通大学医学院附属瑞金医院心脏科

【摘要】C1q肿瘤坏死因子相关蛋白(C1q/tumor necrosis factor-related proteins, CTRPs)是一类新发现的蛋白超家族,与脂联素具有高度同源性。CTRPs组织分布广泛,生物学功能多样,参与调节物质代谢、血管壁细胞功能、血小板聚集、炎性反应等。CTRP4是该家族成员之一,其结构特殊,包含2个球状C1q结构域,缺乏胶原结构域。CTRP4对肿瘤、代谢、炎症及心血管疾病有重要调节作用。该文介绍CTRP4的结构特点、分布表达及其生物学功能。

【关键词】C1q肿瘤坏死因子相关蛋白4; 动脉粥样硬化;肿瘤

1概述

C1q肿瘤坏死因子相关蛋白(CTRPs)超家族是一组分泌性蛋白质,由Harvey Lodish[1]和他同事发现并命名,与脂联素具有序列上的高度同源性。其蛋白结构含有4个共同的结构域:N末端信号肽、短的可变区域、胶原蛋白结构域以及C端球状结构域。CTRPs的空间结构多为同源三聚体,也可形成异源六聚体,如CTRP1与CTRP6、CTRP2与CTRP7、CTRP2与脂联素、CTRP9与脂联素、CTRP10与CTRP13 都可形成异源六聚体[2-4]。其中,球状C1q结构域的三维结构与肿瘤坏死因子(TNF)同源结构域(homology domain,THD)的C端非常相似,而THD是TNF家族成员的特征结构[5],故推测CTRPs的生物活性主要由C1q介导。

CTRPs蛋白家族成员众多,具有广泛的生物学活性,其分布与表达在不同组织中存在差异[2,6-11]。如CTRP1、CTRP2、CTRP3、CTRP5、CTRP9、CTRP12、CTRP13通过抑制肝糖原的产生,促进脂肪细胞对葡萄糖的摄取,降低血糖,增加胰岛素的敏感性[2,12]。CTRP1还可促进醛固酮的合成和释放[13]。研究发现,肥胖及代谢综合征、2型糖尿病、高血压患者血清CTRP1水平均明显上升[13-15]。我们课题组的研究证实,血清CTRP1是冠状动脉硬化性心脏病(冠心病)及其严重程度的重要预测因子。CTRP1通过激活p38-NF-κB通路,诱导血管内皮细胞炎症因子的释放和细胞表面黏附分子的表达,增加白细胞与血管内皮的相互作用及白细胞浸润。动物实验证实,腹腔注射CTRP1重组蛋白可使小鼠主动脉斑块面积显著增加,而CTRP1基因敲除小鼠的斑块进展明显减缓[16]。与之相反,Kopp等[9]发现,CTRP3竞争性结合Toll样受体4(Toll like receptor 4, TLR4)可减轻巨噬细胞、脂肪细胞以及结肠成纤维细胞中脂多糖(LPS)诱导的炎症反应;CTRP9则通过激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路,减轻心脏缺血再灌注后梗死心肌面积以及缺氧诱导的心肌细胞的凋亡[17]。最近的一项研究也提示,CTRP9可通过激活AMPK通路抑制血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)以及单核细胞趋化因子-1(MCP-1)的表达[18]。此外,CTRP1具有抗血小板聚集的功能;CTRP3、CTRP5、CTRP9具有舒张血管活性;CTRP3还可通过激活细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)和p38-丝裂原蛋白激活激酶(MAPK)信号通路诱导内皮细胞增生和迁移,调节血管的新生[19];也可通过激活丝氨酸/苏氨酸激酶(Akt)信号通路减轻心肌细胞凋亡,抑制间质纤维化,增加心肌梗死后血管再生。因此,CTRPs在心血管系统中具有多重调节功能,家族各成员相互间的协同、制约和平衡可能是维持心血管稳态的关键。

2CTRP4

2.1CTRP4的结构特点

谭伟峰等[20]利用反向生物学技术,通过双荧光素酶报告基因检测系统(dual luciferase report assay)平台在国际上首先筛选出CTRP4基因,它位于第11号染色体,全长4 746 bp。该基因编码含329个氨基酸的蛋白质,相对分子质量为35 200,理论等电点为8.38。CTRP4是一种经典的分泌蛋白,信号肽切割位点位于16和17号氨基酸之间。CTRP4是该家族中唯一包含2个典型的C1q结构域,而缺乏胶原样结构域(该区域存在于其他CTRPs家族成员中)的成员。

2.2CTRP4的表达与分布

研究发现,CTRP4在小鼠心脏、肝脏、脑、肾脏等组织中高表达。对正常肝组织切片进行免疫组化检测显示,CTRP4在肝细胞和胆管上皮细胞有较高的表达水平。同样,CTRP4 mRNA在肝癌细胞系HepG2和人类结肠癌细胞系HT29亦有少量表达[21]。

2.3CTRP4的生物学功能

2.3.1CTRP4与肿瘤CTRP4的过表达可激活NF-κB和白细胞介素-6/信号转导与转录激活因子3(IL-6/STAT3)信号通路,进而诱导大量肿瘤相关细胞因子如IL-6和TNF-α的产生[22]。而且,CTRP4在肝癌细胞系HepG2和人类结肠癌细胞系HT29中有表达,故推测CTRP4与肿瘤的发生、发展相关。

NF-κB诱导和维持慢性炎症的微环境是促进肿瘤形成最主要的机制。促进肿瘤细胞增殖,加速血管新生,并促进上皮细胞-间充质细胞转分化,从而加快肿瘤细胞的远处转移。在某些情况下,NF-κB还可改变宿主细胞的局部代谢,破坏其免疫防御系统,促进肿瘤的生长[23]。

IL-6是调节STAT3通路的主要细胞因子,与IL-6受体结合后激活胞质JAK酪氨酸激酶,引起STAT3的磷酸化,调控细胞凋亡抑制基因Bcl-xL、Mcl-1、X2AP、C-myc和Fas在内的多种基因转录,参与调节肿瘤细胞的生存、增殖、分化、侵袭、炎症及免疫抑制等[24]。这些证据提示CTRP4与肿瘤相关,并可能是一种新的肿瘤预测血清标志物和潜在的治疗靶点。

2.3.2CTRP4与代谢CTRP4表达于睾丸、肾脏、脂肪和脑等组织中,在脑组织中主要由神经元表达和分泌。CTRP4可作用于下丘脑,调节能量代谢,控制摄食和体质量。当给予野生型C57BL/6雄性小鼠禁食16 h,再重新喂食3 h后,检测到下丘脑中CTRP4的表达升高2倍,但是在中枢内其他区域如大脑皮质、小脑、海马区CTRP4的表达量无改变。颅内给予重组CTRP4蛋白后,小鼠摄食量与对照组相比明显下降,体质量减轻。研究发现CTRP4控制摄食的作用与抑制下丘脑中增进食欲的神经肽基因的表达有关[25]。

2.3.3CTRP4与炎症炎症性肠病的主要病理改变是肠黏膜屏障的破坏和异常的固有层白细胞浸润。巨噬细胞可以调节固有免疫,维持肠黏膜的稳态,其功能发生改变时,引起大量促炎因子如TNF-α等分泌,被认为是炎症性肠病发展的因素之一。体内试验发现, CTRP4转基因小鼠在右旋葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate, DSS)诱导的结肠炎中有保护作用。体外实验也发现,人重组CTRP4可抑制巨噬细胞中LPS诱导的TNF-α炎症因子的表达,提示CTRP4对炎症性肠病具有潜在的保护作用,为治疗炎症性肠病提供了新的思路。

2.3.4CTRP4与心血管疾病目前尚无CTRP4与心血管疾病相关性的报道,但我们此前的研究显示,同家族成员如CTRP1的水平与冠心病及其严重程度相关[26]。我们尚未发表的研究数据也显示,冠心病患者血清CTRP4水平显著升高[冠心病组(10.14±5.06) μg/L,正常组(8.73±2.50) μg/L,P<0.05],且与TNF-α和IL-6等促炎因子的水平呈正相关。在体外实验中,用CTRP4重组蛋白刺激人脐静脉内皮细胞(human umbilical vascular endothelial cell, HUVEC)后,TNF-α、IL-6、MCP-1等炎症因子的表达增加,细胞表面VCAM-1、ICAM-1等黏附分子的表达量上调,提示CTRP4参与了动脉粥样硬化的病理过程。我们的预实验显示,在CTRP4刺激下,HUVEC中血管内皮生长因子(VEGF)的表达及分泌明显增加,并可增加血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)的磷酸化水平,刺激内皮细胞增殖,提示CTRP4可能还参与了血管新生。

总之,尽管有关CTRP4的研究尚不够充分,但均提示其在慢性炎症性疾病中有重要作用。在冠心病患者中,CTRP4的血清水平升高,与TNF-α、IL-6等炎症因子水平正相关,提示其在动脉粥样硬化病变的进展中具有潜在的促进作用,但具体生物学功能和作用机制仍待进一步研究。

参考文献

[1]Wong GW, Wang J, Hug C, et al. A family of Acrp30/adiponectin structural and functional paralog [J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2004, 101(28): 10302-10307.

[2]Wong GW,Krawczyk SA, Kitidis-Mitrokostas C, et al. Molecular, biochemical and functional characterizations of C1q/TNF family members: adipose-tissue-selective expression patterns, regulation by PPAR-gamma agonist, cysteine-mediated oligomerizations, combinatorial associations and metabolic functions[J]. Biochem J, 2008, 416(2): 161-177.

[3]Peterson JM, Wei Z, Wong GW. CTRP8 and CTRP9B are novel proteins that hetero-oligomerize with C1q/TNF family members[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2009, 388(2): 360-365.

[4]Wei Z, Peterson JM, Wong GW. Metabolic regulation by C1q/TNF-related protein-13 (CTRP13): activation OF AMP-activated protein kinase and suppression of fatty acid-induced JNK signaling[J]. J Biol Chem, 2011, 286(18): 15652-15665.

[5]Kishore U,Gaboriaud C, Waters P, et al. C1q and tumor necrosis factor superfamily: modularity and versatility[J]. Trends Immunol, 2004, 25(10): 551-561.

[6]Peterson JM,Seldin MM, Tan SY, et al. CTRP2 overexpression improves insulin and lipid tolerance in diet-induced obese mice[J]. PLoS One, 2014, 9(2): 01-09.

[7]Peterson JM, Wei Z, Wong GW.C1q/TNF-related protein-3 (CTRP3), a noveladipokine that regulates hepatic glucose output[J]. J Biol Chem, 2010, 285(51): 39691-39701.

[8]Hofmann C, Chen N,Obermeier F, et al. C1q/TNF-related protein-3 (CTRP-3) is secreted by visceral adipose tissue and exerts antiinflammatory and antifibrotic effects in primary human colonic fibroblasts[J]. Inflamm Bowel Dis, 2011, 17(12): 2462-2471.

[9]Kopp A,Bala M, Buechler C,et al. C1q/TNF-related protein-3 represents a novel and endogenous lipopolysaccharide antagonist of the adipose tissue[J]. Endocrinology, 2010, 151(11): 5267-5278.

[10]Kopp A,Bala M, Weigert J, et al. Effects of the new adiponectin paralogous protein CTRP-3 and of LPS on cytokine release from monocytes of patients with type 2 diabetes mellitus[J]. Cytokine, 2010, 49(1): 51-57.

[11]那达祥, 马壮, 罗阳, 等.脂肪细胞因子CTRP4转基因鼠的构建与鉴定[J].中国比较医学杂志, 2014, 24(7): 1671-7856.

[12]Seldin MM, Tan SY, Wong GW.Metabolic function of the CTRP family of hormones[J]. Rev Endocr Metab Disord.2014, 15(2):111-123.

[13]Jeon JH, Kim KY, Kim JH,et al. A novel adipokine CTRP1 stimulates aldosterone production[J]. FASEB J ,2008, 22(5):1502-1511.

[14]Chalupova L, Zakovska A, Adamcova K. Development of a novel enzyme-linked immuosorbent assay(ELISA) for measurement of serum CTRP1:a pilot study:measurement of serum CTRP1 in heathy donors and patients with metabolic syndrome[J]. Clin biochem,2013,46(1-2):73-78.

[15]Pan X, Lu T, Wu F et al. Circulating complement-C1q TNF-related protein 1 levels are increased in patients with type2 diabetes and are associated with insulin sentivity in Chinese subjects[J]. PLoS One 2014, 9(5):01-06.

[16]Lu L, Zhang RY, WangXQ,et al. C1q TNF-related protein 1: an adipokine marking and promoting atherosclerosis[J]. Eur Heart, 2015, Dec 24.pii:ehv649.

[17]李春明,陆林,陈秋静,等. 血清CTRP9水平与冠心病的关系[J].国际心血管病杂志 2013, 40(5):323-325.

[18]Jung CH, Lee MJ, Kang YM et al.C1q/TNF-related protein-9 inhibits cytokine-induced vascular inflammation and leukocyte adhesiveness via AMP-activated protein kinase activation in endothelial cells[J]. Mol Cell Endocrinol,2016, 419(5):235-243.

[19]刘珠慧,陆林,沈卫峰 CTRP蛋白家族与动脉粥样硬化[J]. 国际心血管病杂志, 2013, 40(02): 85-87.

[20]谭伟峰, 王兰兰, 李琦, 等. 人类新基因CTRP4的原核表达及多克隆抗体的制备[J]. 细胞与分子免疫学杂志, 2012, 28(06): 614-617+622.

[21]Li Q, Wang L, Tan W, et al. Identification of C1qTNF-related protein 4 as a potential cytokine that stimulates the STAT3 and NF-kappaB pathways and promotes cell survival in human cancer cells[J]. Cancer Lett, 2011, 308(2): 203-214.

[22]Grivennikov S, Karin E, Terzic J, et al. IL-6 and Stat3 are required for survival of intestinal epithelial cells and development of colitis-associated cancer[J]. Cancer Cell, 2009,15(2): 103-113.

[23]Xia Y,Shen S, Verma IM. NF-kappaB, an active player in human cancers[J]. Cancer immunol res 2014, 2(9) :823-830.

[24]Yu H, Lee H, Herrmann A, et al. Revisiting STAT3 signalling in cancer: new and unexpected biological functions[J]. Nat rev Cancer 2014, 14(11):736-746.

[25]Byerly MS, Petersen PS, Ramamurthy S, et al. C1q/TNF-related protein 4 (CTRP4) is a unique secreted protein with two tandem C1q domains that functions in the hypothalamus to modulate food intake and body weight[J]. J Biol Chem, 2014, 289(7): 4055-4069.

[26]孟华,陆林,张瑞岩,等. 炎症因子CTRP1血清水平与冠心病的研究[J]. 国际心血管病杂志, 2012 , 39(04): 242-244.

(收稿:2015-12-18修回:2016-02-12)

(本文编辑:丁媛媛)

doi:10.3969/j.issn.1673-6583.2016.02.011

通信作者:顾刚,Email:gugang@medmail.com

基金项目:国家自然科学基金青年项目(81400211)

猜你喜欢

结构域通路诱导
齐次核诱导的p进制积分算子及其应用
同角三角函数关系及诱导公式
蛋白质结构域划分方法及在线服务综述
续断水提液诱导HeLa细胞的凋亡
大型诱导标在隧道夜间照明中的应用
重组绿豆BBI(6-33)结构域的抗肿瘤作用分析
组蛋白甲基化酶Set2片段调控SET结构域催化活性的探讨
Kisspeptin/GPR54信号通路促使性早熟形成的作用观察
proBDNF-p75NTR通路抑制C6细胞增殖
通路快建林翰:对重模式应有再认识