Mindin生物学功能研究新进展

2018-03-19白涛罗鹏程张杰

实用医学杂志 2018年16期

白涛罗鹏程张杰

武汉大学人民医院泌尿外科（430060）

细胞外基质（extracellular matrix，ECM）是由生物大分子构成的无定形胶状物，由实质细胞分泌到细胞外，主要由糖蛋白、蛋白多糖等组成。这些物质构成复杂的网架结构，ECM不仅支撑并连接组织结构，同时也调节着细胞的生理活动。ECM与细胞的相互作用在细胞的迁移、附着、增殖、分化中起着重要作用［1］。Mindin又称Spondin2，属于Mindin⁃F⁃spondin细胞外基质蛋白家族，是一种高度保守的细胞外基质蛋白，最早于1997年在斑马鱼中发现，并观察到Mindin主要积聚于基底层［2］，研究者们又陆续成功克隆出了鼠及人的Mindin，同时发现Mindin能够促进胚胎期海马神经元的生长［3-4］。Mindin包含一个氨基末端的F底板反应蛋白（F⁃spondin，FS）结构域和一个羧基末端的血小板反应蛋白1型重复序列结构域（thrombospondin type 1 repeat，TSR），LI等［5］的研究显示，FS结构域介导了整合素的结合，且通过诱变辨认结合位点。因此Mindin代表了一种新的整合素配体，同时该研究也证实了TSR结构域能够识别脂多糖。通过这些复杂的相互作用机制，FS及TSR结构域介导了先天性免疫及适应性免疫的激活。HE等［6］的研究表明Mindin为微生物病原体模式识别分子，Mindin表达不足的小鼠表现出清除细菌感染能力受损及巨噬细胞对微生物刺激引起的免疫应答缺陷。

1 Mindin在心脏疾病中的研究

Mindin在心脏组织中高表达，提示着Mindin在心脏的生理活动及疾病发生、发展中扮演重要“角色”的可能性［6］。在YAN等［7］的研究中发现严重心肌肥厚导致心力衰竭的患者心脏Mindin表达明显减少，在该研究的动物实验中，以主动脉缩窄术（aortic banding，AB）及输注血管紧张素 II（angiotensin II，Ang II）建立小鼠心脏肥大模型，心脏特异性过表达Mindin能够显著减轻AB手术和输注血管紧张素II引起的小鼠心脏肥大、纤维化及左心室功能不全；在细胞实验中，Mindin能够负向调节心肌肥大。该项研究首次验证了Mindin在减轻心脏肥大及心室重建方面的重要作用。研究已证实AKT信号通路在介导心肌肥大方面起着关键性作用［8］，在YAN等［7］的研究中，野生型小鼠（wild type，WT）经AB及输注Ang II后，AKT及其下游分子：GSK3β，mTOR，forkhead box O3A，forkhead box O1磷酸化水平明显增高；但是在Mindin转基因小鼠，同样的刺激条件下，上述信号分子几乎完全被阻断；同时该该研究也证实Mindin能够阻滞TGF⁃β1/Smad信号通路以阻断该通路介导的纤维化。相反地，在Mindin基因敲除（knockout，KO）小鼠实验中［9］，Mindin KO小鼠较野生型小鼠对于AB及AngII刺激引起的心脏肥大及纤维化更易感，心脏功能更差；同时也证实Mindin KO小鼠GSK3β，mTOR，forkhead box O3A，forkhead box O1磷酸化水平明显增高；Smad2蛋白磷酸化水平更高，Smad2/3核转位更明显。该实验中使用AKT抑制剂能够逆转Mindin KO小鼠中出现的心肌肥大及纤维化，进一步探讨了Mindin生物学作用的分子机制。但是，Mindin阻断AKT信号通路的具体机制现尚不明确，作为整合素的配体，Mindin能够改变整合素信号复合体，调节AKT的激活，但是另一方面整合素信号在维持心脏正常功能和心脏代偿性肥大过程中起着关键作用，综上，Mindin应该不是直接抑制整合素信号通路，而是调节整合素信号通路，或者说调节整合素复合体以特异性调节下游AKT信号通路而发挥生物学功能。

2 Mindin在脑血管疾病中的研究

Mindin在缺血导致的脑损伤中发挥着重要功能，特别是在缺血后的炎症反应及神经细胞凋亡方面。在WANG等［10］的研究中，建立小鼠短暂性大脑中动脉阻塞模型（transient middle cerebral occlusion，tMCAO），发现Mindin在小鼠脑组织梗死区周围显著表达，24 h表达量上升约2～3倍，72 h下降到基线水平。该研究显示Mindin KO小鼠明显改善了短暂性脑缺血导致的后果，缺血后的炎症反应及神经细胞凋亡被抑制。相反地，在神经元细胞特异性Mindin转基因小鼠中，缺血后的炎症反应及细胞凋亡程度明显加重，从而加剧了脑损伤。在缺血性卒中的病理过程中，特别是在急性期，炎症反应参与其中并介导组织损伤［11］。脑缺血发生后，Mindin KO小鼠表现出炎症相关基因表达下调和炎症细胞招募的抑制；在Mindin过表达小鼠中，相反地促进免疫应答。研究显示AKT能够磷酸化GSK3β，失活的GSK3β能够阻断细胞色素C的释放和Caspase⁃3活化以抑制凋亡的发生［12］，KRAFFT等在颅内出血模型研究中发现，GSK3β的失活在神经元的抗凋亡过程中起到重要作用［13］。同之前的研究结果相一致，WANG等［10］的研究显示，Mindin KO小鼠的缺血性脑组织中，磷酸化的AKT及其下游信号分子GSK3β，mTOR表达量明显上调。AKT的活化能够磷酸化GSK3β，磷酸化GSK3β的失活能够下调其下游信号分子NF⁃κB以抑制炎症应答；同时活化的AKT通过激活mTORC1和mTORC2以抑制炎症基因的表达［14］。WANG的研究也提到，AKT的激活可能就是Mindin KO小鼠脑组织中炎症反应较轻的原因［10］。

3 Mindin在肝脏疾病中的研究

Mindin在肝脏的脂类代谢中也发挥着重要作用，研究显示，非酒精性脂肪肝病（non⁃alcoholic fatty liver disease，NAFLD）患者脂肪组织Mindin mRNA及蛋白水平明显低于正常人肝组织［15］。高脂饮食（high⁃fat diet，HFD）喂养的小鼠肝组织Mindin表达量也明显低于正常饮食的小鼠。Mindin KO小鼠高脂饮食导致的肥胖、脂肪肝、炎症反应、胰岛素抵抗程度均明显高于WT小鼠，同时与胆固醇、脂肪、游离脂肪酸合成的相关基因高水平表达，促进胆固醇排出的基因低表达，AMP活化蛋白激酶（AMPK）信号转导受损，同时HFD诱导的Mindin KO小鼠表现出更高的全身炎症水平，更易出现葡萄糖的不耐受及胰岛素抵抗。同时该研究也进行了肝脏特异性高表达Mindin的上述检测，进一步证实了Mindin在肥胖相关的脂肪肝、炎症反应、胰岛素抵抗方面的保护作用。与脑缺血再灌注损伤（ischemia reperfusion injury，IR/I）相似［10］，在肝脏 IR/I模型中，Mindin RNA及蛋白表达水平明显增高，提示Mindin可能也参与了肝脏IR/I后的损伤过程［16］。BRENNER等［17］的研究表明，炎症反应和肝细胞死亡是介导肝脏IR/I后肝脏损伤的重要因素。发生肝脏IR/I后，由于糖原消耗，缺氧，ATP不足导致肝细胞受损，激活Kupffer细胞，引起炎性细胞的招募，产生细胞因子和趋化因子，炎症反应最终导致肝细胞受损［18］。在 WANG等［10］的研究中已表明，脑IR/I发生后Mindin KO小鼠表现出炎症基因表达和炎症细胞招募的抑制。在SUN等［16］的体内及体外实验中显示，经IR/I诱导后Mindin均能够引起炎症细胞因子及趋化因子的释放，从而促进炎症反应。在Mindin转基因小鼠IR/I模型中，Mindin活化caspase⁃3和rip3诱导肝细胞坏死及凋亡，同时发现Mindin过表达能够明显抑制肝细胞的再生，而在Mindin KO小鼠中观察到相反的结果。同时该研究中也证实了在Mindin KO小鼠中，AKT信号通路被明显激活，给予AKT抑制剂后，Mindin缺失在肝脏IR/I后的保护作用被阻断，炎症细胞因子及细胞凋亡水平明显上调。

4 Mindin在泌尿系疾病中的研究

越来越多的研究显示，炎症反应和免疫应答可能介导了糖尿病肾病的进展，多种炎性细胞因子和糖尿病肾病关系密切，细胞因子水平增高同肾脏损伤程度密切相关［19］。KAHVECIOGLU等［20］的研究显示，血清Mindin上升水平同糖尿病肾病严重程度密切相关，Mindin同尿蛋白分泌率，血尿素氮，肌酐水平密切相关。尿液Mindin可反映糖尿病肾病早期肾功能的损伤且与肾功能损伤的程度密切相关［21］。研究显示［22］高卡路里饮食喂养的小鼠肾小球足突消失，肾小球内Mindin表达水平明显高于正常饮食组，Mindin蛋白主要积聚在肾小球足细胞，且尿液中Mindin水平较高。同时发现2型糖尿病患者尿液中Mindin水平高于正常人。Mindin极有可能是由在高糖环境下受损的足细胞分泌，所以Mindin有希望作为一种反映糖尿病肾病疾病进程的生物学标记［23］。人类前列腺癌细胞表达的Mindin高于其他肿瘤细胞系［24］。有学者在研究中发现，前列腺癌患者血清Mindin水平明显高于正常人，且Mindin较血清前列腺特异性抗原，血清游离/总前列腺特异性抗原比值及肌氨酸具有更准确预测前列腺癌的优势［25-26］。

5 Mindin在其他疾病中的研究

在ZHU等［27］的研究中，过表达Mindin的血管平滑肌细胞表现出了强有力的抗增殖和抗迁移作用，而在平滑肌细胞特异性表达Mindin的转基因小鼠仅表现出内膜增生的明显抑制，使用AKT抑制剂逆转了Mindin KO导致的异常增生，Mindin抑制异常血管平滑肌细胞增殖，迁移，表型转化从而抑制了血管的异常增殖。Mindin KO小鼠的气道对LPS及臭氧的吸入性刺激反应性明显降低，提示Mindin可能在促炎细胞因子的释放及气道高反应性的发展中发挥功能［28］。在TIGHE等［29］研究中显示 Mindin KO 小鼠气道对真菌相关变应原蛋白酶刺激的反应性明显降低。在肺腺癌患者，过表达Mindin蛋白同肿瘤分化、淋巴结转移、较高的血清CEA水平及较低总体生存率密切相关［30］，同时Mindin有希望成为新的肺腺癌、卵巢癌诊断、预测疾病转归的生物学指标［30-31］。在SUN等［32］的研究中，Mindin能够有效地介导抗原特异性的体液免疫和细胞免疫，提示Mindin在成为疫苗佐剂方面的潜力。在小鼠大肠炎模型中，Mindin表达量明显升高，Mindin可能通过和toll样受体-9结合，介导了NF⁃κB启动子的激活从而发挥生物学功能［33］。