CFL2基因研究进展

赵拴平，贾玉堂，徐 磊，金 海

（安徽省农业科学院畜牧兽医研究所，畜禽产品安全工程安徽省重点实验室，合肥 230031）

丝切蛋白（Cofilin，CFL）是一种存在于真核生物中的分子量为21 kD的肌动蛋白结合蛋白，在哺乳动物中表达CFL1和CFL2两种亚型［1］。哺乳动物胚胎肌肉中CFL1基因表达占主导地位，随着肌肉的发育进程，CFL1基因表达量降低，CFL2表达量增加，在成年哺乳动物骨骼肌中CFL2基因表达占主导地位［2］。研究发现，CFL1基因主要在非肌肉组织中表达，在脑和肝中表达量较多；CFL2基因主要在哺乳动物的骨骼肌和心肌中表达，在肌肉组织肌原纤维发生和解聚的过程中调节肌动蛋白的转换，对维持肌肉正常的生长发育和功能起着非常重要的作用［3］。

1 CFL2基因结构分析

人CFL2（Cofilin2，CFL2）基因（NC_000014.9）定位于14号染色体长臂（14q12），全长4 442 bp；小鼠CFL2基因（NC_000078）定位于 12C1，全长 4 061 bp；牛CFL2基因（NC_037348.1）定位于21号染色体，全长2 653 bp；猪CFL2基因（NC_010449.5）定位于7号染色体，全长4 352 bp。人、鼠、牛和猪的CFL2基因组序列均包含4个外显子和3个内含子，其5’-和3’-剪切位点均符合GT-AG原则，序列比对发现牛CFL2基因序列与人和鼠mRNA序列同源性分别为94%和86%。人CFL2基因编码149个氨基酸（NP_001230574），牛、鼠和猪的CFL2基因均编码166个氨基酸，其氨基酸同源性均为99%。氨基酸序列分析显示，人、鼠和牛CFL2基因编码前体蛋白均含有肌动蛋白解聚因子（Actin depolymerisation factor，ADF）区域，其主要作用是切断肌动蛋白微丝并将其与肌动蛋白单体结合，在人、鼠、牛和猪中高度保守。

2 CFL2基因表达特性研究

人CFL2基因因不同的剪接有两种转录本（CFL2a和CFL2b）。CFL2a基因在各种细胞中均表达，CFL2b基因主要在骨骼肌、肌原纤维发生和生长发育过程中表达［4］。Mohri等［5］研究发现，CFL2基因对哺乳动物肌肉发育和维持具有重要作用；在哺乳动物胚胎发育中，CFL1基因高表达，随着之后的肌肉发育，CFL1基因表达量降低，CFL2基因表达量增加。成年牛各组织表达分析显示，CFL2基因在心肌和胃中表达量较高，而在背肌和脾、肺、肾组织中表达量较低；在猪组织中表达分析发现，CFL2基因在心肌、背最长肌和腰大肌中表达量较高，在其他组织中的表达量相对较低。赵强［6］在对鸡CFL2基因遗传变异及其效应与表达的研究中发现，鸡的CFL2基因只有一种转录本，定位于5号染色体，编码166个氨基酸，其主要在骨骼肌和心肌中表达。综上，CFL2基因在家养动物肌肉组织中的表达量较高，可能与其在肌肉发育过程中的重要作用密切相关。

3 CFL2基因生物学功能

3.1 CFL2基因参与肌肉发育

研究发现，在小鼠胚胎骨骼肌中CFL1和CFL2基因均表达，但随着肌肉的发育进程，CFL1基因表达降低，直至在终末分化的生肌细胞中其表达消失，CFL2基因表达升高［2-7］。所以在成年鼠骨骼肌中，CFL1基因几乎不表达，而CFL2主要表达，且30%～50%表现为磷酸化形式。Mohri等［2］研究发现，CFL2基因在维持肌肉正常形态和修复过程中发挥重要作用。在小鼠肌肉损伤后一天，磷酸化的CFL1表达量增加，CFL2表达量减少；在鸡肉组织再生早期（受伤后3～5 d），CFL2基因表达量升高，CFL1基因表达量减少，再生后期（受伤后10 d），CFL2基因在肌肉组织中的表达占主导地位。

在脊椎动物肌肉发育过程中，肌动蛋白参与形成细肌丝，通过与粗肌丝中的肌球蛋白循环接触与分离，而使肌纤维产生张力。CFL2基因可能通过参与调节肌动蛋白的装配影响肌肉收缩。研究发现，哺乳动物CFL2基因编码前体蛋白均含有ADF结构域，ADF缺失会导致小鼠角膜发育疾病，如肌动蛋白细胞骨架排列紊乱、上皮增生甚至眼盲［8-10］。而ADF和CFL1基因单一缺失不会影响小鼠输尿管芽的发育，但二者共缺失严重影响细胞形态、运动以及肌动蛋白结构［11］。张宇婷等［12］研究发现，成年鼠上皮细胞ADF和CFL1基因共缺失会导致组织内稳态失衡，上皮细胞增生、细胞形态异常、丝状肌动蛋白大量集聚等，说明ADF区域和CFL1基因在功能上有一定的相似性，在CFL1基因低表达或不表达的组织中，ADF区域可能发挥着重要的作用。

研究发现，CFL2基因突变会影响人类肌肉健康。CFL2基因定位于肌小节的Z带之间，通过调节肌动蛋白微丝的长度而发挥作用［10］。CFL2基因缺失会使8日龄小鼠因严重的肌肉缺陷和异常的肌动蛋白集聚而致死，说明CFL2基因在肌肉发育和维持肌肉正常形态中发挥重要作用。赵强［6］研究表明，鸡CFL2基因3’UTR G577A位点不同基因型对腿肌肌纤维密度和直径有显著影响，说明CFL2基因在鸡肌肉发育中亦发挥重要作用。Verdoni等［11］研究发现，在猪肌肉形成过程中，CFL2基因与肌纤维的形成有关。张宇婷等［12］研究发现，低表达CFL2基因后，肌纤维的组成成分——肌动蛋白（αactin）表达量升高、肌球蛋白重链（MyHC2b、MyHC2x和MyHC2a）表达量下调，CFL2基因能够切断肌动蛋白丝并结合在肌动蛋白单体上，在肌肉组织肌原纤维发生和解体过程中不仅调节肌动蛋白的转换，还调节正常肌肉功能和肌肉再生。

3.2 CFL2基因参与生长性状发育

生长性状是家畜生产性能的重要指标，主要与家畜品种、饲喂方式、饲料结构、环境条件、管理因素、疾病防制等相关，其中生长速度是家畜育种中选择的主要目标性状之一。研究发现，CFL2基因与家畜生长性状密切相关。赵强等［13］通过分析河南农业大学固始鸡×安卡鸡F2资源群849只鸡CFL2基因与体尺性状的相关性，发现其G2545A位点不同基因型对鸡4周胫长、4周胫围具有显著影响（P＜0.05）。Sun 等［14］通过分析CFL2基因遗传变异与488头秦川牛体尺性状的相关性，发现其变异位点G1500A与臀宽显著相关（P＜0.05），T1694A与胸围、胸深和腰角宽显著相关（P＜0.05），C2213G与胸围、胸宽、胸深、腰角宽和体重显著相关（P＜0.05），说明CFL2基因不仅与哺乳动物肌肉发育和维持密切相关，对其生长性状也具有重要作用。

3.3 CFL2基因与肌病密切相关

CFL2基因在哺乳动物肌肉发育进程中发挥重要作用，然而，CFL2基因变异会引发多种肌病。Kuure等［15］研究结果表明，线状体肌病是一种伴随有肌无力和肌纤维化的先天性疾病，患者肌肉组织中CFL2基因表达量较正常人显著降低，在大肠杆菌中异常蛋白溶解性也显著减少，说明CFL2基因缺陷可能会降低肌动蛋白微丝的解聚作用，引起异常集聚。Thirion等［16］研究发现，假肥大型肌营养不良（DMD）患者体内磷酸化的CFL2减少，肌纤维坏死和再生不断地循环发生。也有研究发现，先天肌病患者CFL2基因第二外显子发生纯合子错义突变（缬氨酸转变为蛋氨酸），进一步证明先天肌病与CFL2基因变异密切相关［17-19］。Fattor等［20］研究发现，在CFL2基因全敲除鼠模型中，肌纤维和肌动蛋白在胚胎期已经形成，但出生后不久，肌动蛋白结构逐渐出现紊乱，开始分裂，病理蛋白出现，小鼠很快出现肌病的标志性症状，与氨基酸变异（缬氨酸转变为蛋氨酸）患者症状相似。综上，说明CFL2基因是哺乳动物肌肉发育的必需因子，在肌肉发育和维持进程中发挥不可替代的作用。

3.4 CFL2基因参与细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭

王晟等［21］研究发现，CFL2基因主要在家养动物的肌肉组织中表达，其自身含有类似SV-40抗原兼性结构，可能在核转运过程中发挥重要作用。杨满等［22］研究发现，在慢性粒细胞白血病细胞增殖和转移过程中，miR-199可以促进KG-1细胞增殖，抑制其凋亡，起到一定的促癌作用，过表达CFL2基因后，可以在一定程度上逆转miR-199对KG-1细胞增殖能力和侵袭能力的促进活动，在细胞凋亡中，过表达miR-199后，KG-1细胞增殖比率明显提高（P＝0.021），且S期细胞数目减少，说明miR-199可以有效促进细胞的增殖能力，抑制其凋亡。综上，说明CFL2蛋白可能在肿瘤细胞中通过影响细胞的运动进而影响细胞的增殖、凋亡、迁移和侵袭过程。

4 小结

CFL2基因是肌动蛋白结合蛋白（Cofilin）家族的重要成员，主要在哺乳动物骨骼肌和心肌中表达。目前，CFL2基因定位于肌小节的Z带之间，通过调节肌动蛋白微丝而影响细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭，被认为是肌肉组织肌动蛋白装配的调节器，在哺乳动物肌肉发育、维持和修复再生过程中发挥重要作用。近年来也有研究发现，CFL2基因变异与家养动物（如鸡、牛）生长性状显著相关，说明其可能与家养动物体重、产肉力等经济性状密切相关。对CFL2基因的研究当前主要集中于肌细胞增殖分化及其骨骼肌发育、修复和肌病等方面，在家畜生长发育方面的研究相对较少，其具体的作用机制仍需进一步探究。探究并阐明CFL2基因对家养动物生长发育的作用将为家畜经济性状分子育种改良提供新的思路。