PHB2(Prohibitin 2)在线粒体中的研究进展

董艳博，冯 红*

(天津体育学院健康与运动科学系 天津300381)

0 引 言

PHB首先作为细胞增殖的抑制剂而被发现，它的结构相当保守且普遍存在[1]。其广泛分布于哺乳动物、原虫、植物、细菌以及真菌等生物体中。人类基因组编码两种 PHB蛋白质，即 prohibitin 1(PHB1)和prohibitin 2(PHB2)，phb1基因位于染色体17q21上，phb2基因位于染色体 12p13上[2]。有研究表明，PHB1和PHB2的复合物是维持线粒体的功能所必需的，该复合物组成了一个环状大分子结构，在不同的细胞过程(如细胞周期进程和衰老)以及许多疾病(如肥胖，糖尿病和癌症等)中都发挥着重要作用(见图1)[3]。

1 PHB2的结构

PHB2最初是由 Terashima及其同事们发现的，因与大鼠 B淋巴细胞的 IgM 受体(Immunoglobulin M receptor，免疫球蛋白质受体)相互作用而被命名为BAP37[4]。PHB2蛋白质的氨基端有一段疏水区域，该区域将PHB2固定在膜上；羧基端含有一个保守的PHB结构域和一个可预测的螺旋区域，在酵母细胞中该区域与 PHB蛋白质复合物的合成密切相关[5]。有研究表明，人类 PHB2蛋白质氨基端有一段MTS(肿瘤抑制基因，Multiple Tumor Suppressor)序列，可以使其定位在线粒体上；同时，PHB2也可以借助其羧基端的结构域，使其定位于细胞核内，所以PHB2蛋白质很有可能是穿梭在核与线粒体之间的蛋白质[6]。

图1 PHB1和PHB2的基因结构及编码区Fig.1 Genetic structures and coding regions of PHB1 and PHB2

2 PHB2蛋白质的翻译后修饰

PHB2和PHB1相类似，也含有线粒体定位所需要的跨膜结构域(氨基酸 1-36)，中央 prohibitin结构域(氨基酸36-201)和重叠的卷曲螺旋结构域(氨基酸188-264)。除此之外，PHB2还包含有 ER(estrogen receptor，雌激素受体)结合结构域[7]。PHB1含有特定的核排斥序列，但在ER结构域内，PHB2与其相反，它含有一个特定的核导入序列(NIS，Nuclear into sequence)，这就说明翻译后修饰(PTM，Posttranslational modification)可能和其他的蛋白质共同决定着PHB2的亚细胞定位[8]。

从Phospho Site数据库中的检索中，得知至少含有32个潜在的翻译后修饰位点(泛素化，乙酰化和磷酸化)；其中大部分并没有得到证实。在众多的组织和细胞系中，大约可以检测到 15个 Ser/Thr(丝氨酸/苏氨酸)磷酸化位点。在那些位点中，S91是最明显的，可以通过 Ca++/钙调蛋白质依赖性激酶(CaMK，calcium/calmodulin-dependent protein kinase)IV 和AKT(蛋白质激酶B，Protein Kinase B)1/2磷酸化来证明[9]。

3 PHB2在线粒体中的功能

线粒体在细胞的能量代谢、生长发育的过程，衰老和凋亡以及其他各种生物化学途径中都起着关键的作用。这些功能与线粒体隔室的形状密切相关[10]。

3.1 PHB2能够调节线粒体的分化和凋亡

最新的研究表明，在 MEFs(鼠胚胎成纤维细胞，Mouse Embryonic Fibroblasts)和Hela细胞中，PHB2的缺失导致线粒体分化的碎片堆积。然而，PHB2在心肌线粒体中的作用尚不清楚。为了检测PHB2是否参与心肌细胞线粒体蛋白质的调节，用缺氧来处理心肌细胞，以诱导线粒体的分化和凋亡。在缺氧处理后，细胞经历了线粒体的融合，导致 PHB2表达水平的下降[11]。由此可得，心肌缺血会导致线粒体 PHB2表达水平的降低。

3.2 PHB2可以调节线粒体动力学和嵴形态的发生

除了细胞的增殖和分化，PHB2在调节线粒体形态中也具有重要作用。由PHB1和PHB2的大异源二聚体组成的线粒体内复合物，具有广泛的功能，包括：①通过线粒体 m-AAA蛋白酶调节膜蛋白的降解；②可以作为分子伴侣和氧化磷酸化系统的组成部分；③具有维持线粒体基因组稳定性的作用；④通过OPA1的干预来调节线粒体嵴形态的发生[12]。有研究报道声称，在线粒体的膜间隙发现了 OPA1(视神经萎缩相关蛋白1，Optic atrophy associated protein 1)，它是线粒体融合和嵴重塑机械的核心部分，也是线粒体中PHB2的主要靶标[13]。PHB2基因的敲除会导致OPA1长型的选择性缺失，还伴随有严重的线粒体功能障碍及凋亡和异常的嵴形态发生[14]。

线粒体动力学(即线粒体的融合与分裂)这一过程是由一些与 dynamin相关的 GTP酶(如 Drp1，Mfn1，Mfn2和 OPA1)来介导的。Drp1(dynaminrelated protein 1，动蛋白相关蛋白1)从细胞质到线粒体的迁移促进了线粒体的裂变，哺乳动物中的Mfn1(mitofusin-1，线 粒 体 融 合 蛋 白 -1)和Mfn2(mitofusin-2，线粒体融合蛋白-2)是线粒体外膜融合的关键组分，OPA1是介导线粒体内膜融合的间质蛋白[15]。

3.3 Parkin介导的线粒体自噬需要PHB2

有研究显示，在 HeLa细胞和鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)中，Parkin介导的线粒体自噬期间需要PHB2的参与。在此期间，有研究使用缺乏 PHB2的 MEF验证了PHB2发挥的重要作用。由于部分小鼠是早期胚胎致死的，用 Parkin表达质粒和 Cre表达的慢病毒转导重组酶来稳定转染 Phb2+/+或 Phb2flox/flox MEF。通过ATP5B点的清除率或HSP60降解的蛋白质印迹分析，得知阻断内源性 PHB2(和 PHB1)蛋白和 OA诱导的间质细胞将导致高效消耗。因此，对于Parkin介导的线粒体自噬，PHB2是必不可少的。此外，OA诱导的嗜酸性粒细胞，导致ATG7 siRNA可以显著阻断 PHB1和 PHB2的降解，表明 PHB1和PHB2可以用作线粒体的标志物[16]。

4 结 论

线粒体是一个高度动态自主的双膜细胞器，参与多个重要的细胞过程(例如氧化磷酸化、氨基酸生物发生、脂肪酸分解代谢和细胞凋亡)。因此，线粒体的质量控制对于细胞的存活是十分必要的[17]。线粒体通过不断的融合与分裂来适应细胞生理学的形态要求，这一过程是由GTP酶(DRP)介导的，也是维持其功能的必要条件，并且这一过程需要 prohibitin-2(PHB2)的参与[18]。PHB2是一种普遍表达的多效蛋白质，在调节线粒体的正常生长发育、核转录调控、细胞增殖和凋亡、细胞周期调节和衰老中是至关重要的[19]。此外，它主要定位于线粒体中，但也存在于细胞质、细胞核和质膜中[20]。还与线粒体内膜中的PHB1形成大的多聚体环状复合物，该复合物可以调节哺乳动物的炎症、肥胖和癌症等等[21]。因此可以预测，在线粒体自噬期间，prohibitin复合物可能有助于机体的抗衰老和疾病的预防。目前，PHB2的功能越来越受到重视，尽管正在尝试应用新的技术和方法，但我们对其多样性功能的理解仍然落后，许多问题仍有待回答。

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