一种富含半胱氨酸蛋白plac8的研究进展

欧阳聪， 孙宁远， 薛 璐

(中南民族大学 生命科学学院 生物医学研究所， 武汉 430074)

1 Plac8蛋白的发现及结构特点

1.1 plac8蛋白的发现

2000年，Tetsuya等用12.5 d的小鼠胚胎和小鼠子宫，通过cDNA微阵列技术，筛选出了15 264个小鼠发育相关的cDNA[1]。通过对这些cDNA的表达模式研究发现，最开始这些基因在胎盘和胚胎中的表达相似，12.5 d以后，高达720个基因在胚胎和胎盘中的表达开始呈现出显著差异，289个基因在胎盘中高表达，且其中有61个基因是胎盘特异表达的基因[1]。进一步地，Galaviz-hernandez等从这61个基因中挑选出3个基因，分别是plac1、plac8和plac9，并对plac8进行了进一步的研究[2]。白云等根据生物信息学氨基酸序列比对发现，plac8的氨基酸序列在不同物种之间的差异较大。在高等动物之间，plac8的同源性很高，高达87.8%，但是在两栖动物和低等动物之间，plac8的同源性就很低只有20%～40%。这个现象说明在进化早期，plac8的进化并不稳定[3]。

1.2 plac8蛋白的结构特点

Plac8在人类基因组上定位于4q13-4q21，含有5个外显子，其mRNA全长829 bp，开放阅读框翻译112个氨基酸，所编码的蛋白分子质量为12.4 ku[2]。进一步生物信息学研究发现，plac8蛋白其氨基酸序列中10%以上的都是半胱氨酸，没有信号肽[4]。在人类plac8的112个氨基酸中有15个是半胱氨酸，在小鼠的plac8的115个氨基酸中有16个是半胱氨酸。大多数半胱氨酸都来自于CXXC的结构，这个结构包含了3～4个分子内的二硫键，该结构是结合其底物的特殊位点[3]。这种两边是半胱氨酸的结构一般与氧化还原相关蛋白的形成、异构化和二硫键的减少相关[5]。哺乳动物中，没有其他基因与plac8相似，但在植物中有一组基因叫FWL，它们的基因结构都类似西红柿基因FW2.2，并且它们的蛋白有跟plac8一样的结构域，都有一段序列富含半胱氨酸。实验证明FW2.2基因与西红柿果实的数量跟大小紧密相关[6]。

2 Plac8的表达

2.1 plac8在胚胎中的表达

Plac8最先在8.5～12.5 d怀孕老鼠的胎盘中被发现，Northern印记实验证明它在胎盘中的表达量比在中期胚胎中的表达量多10倍以上。在胚胎进入子宫之前，plac8只在滋养层中表达，在随后的发育中，在滋养巨细胞和成胶质细胞层中表达[2,7]。还有研究对plac8 mRNA在人类不同发育阶段的早期胚胎的表达进行了单胚胎定量分析。在卵母细胞、2-细胞期胚胎、4-细胞期胚胎、8-细胞期胚胎、异常受精桑葚胚中，未检测到plac8 mRNA的表达，正常受精桑葚胚plac8 mRNA的检出率为33%，囊胚检出率为100%[7]。Plac8蛋白在所有人类卵母细胞和不同发育阶段的早期植入前胚胎均有表达，主要分布在细胞质中。Plac8在斑马鱼早期胚胎表达量很高，并且在小鼠胚胎早期跟牛胚胎早期都有表达[7]。进一步地，Rissoan等的实验证明，plac8在人类浆细胞树突状细胞中高表达，这表明plac8并不只是限制在子宫和胚胎中表达[4]。

2.2 plac8在各种组织中的表达

近来有很多文献均表明，plac8在真菌、藻类、高等植物以及动物中都有表达[8]。Ledford等研究表明，plac8在心脏和大脑中不表达，在外周血白细胞、肝脏、阑尾和胸腺中低表达，在一些免疫细胞如吞噬细胞，巨噬细胞和中性粒细胞中高表达，并且对这些免疫细胞对细菌的杀伤效果有着重要作用[9]。Maria等发现plac8在白色和棕色脂肪细胞的网膜和皮下高表达[10]。

2.3 plac8在各种癌症中的表达

Plac8在一些癌症中也有表达，如plac8在胰腺癌细胞中高表达，并且表达在胰腺癌细胞的质膜内侧[11]，但在正常的胰腺细胞中没有表达[11]。除了胰腺癌，plac8在肝癌发生、发展过程中表达水平降低，低表达水平的plac8伴随着肝癌患者，其存活率降低。再通过构建肝癌小鼠模型，过表达plac8的小鼠肝肿瘤体积明显小于对照组[12]。除了胰腺癌和肝癌，plac8还在前列腺癌中有表达，Uehara等发现plac8与前列腺癌细胞的生长有关[13]。除此之外，Matia等在结肠癌细胞中发现有plac8的表达，并且通过敲除plac8可以使结肠癌肿块减小[10]。

3 Plac8的生物学功能

3.1 plac8与细胞增殖的关系

一般来说蛋白在体内的分布跟其功能息息相关。Uehara等用人类胰腺癌细胞系的体外实验证明plac8与胰腺癌细胞的增殖有关[13]。Kaistha等发现，plac8在胰腺癌细胞中表达量很高，并进一步研究发现敲除胰腺癌细胞中的plac8基因，胰腺癌细胞的增殖显著增加，这一结果显示plac8蛋白是胰腺癌肿瘤形成的中心调节因子[11]。除此之外，也有文章证明plac8与RAS及p53等原癌基因相结合，并在胰腺癌的增殖中扮演着重要的角色[14]。Zou 等通过细胞增殖实验证明不论在体外还是体内，下调plac8可以激发肝癌细胞的活力，促进增殖以及肝癌细胞的形成。并且他们还发现plac8的表达量下降会激活PI3K/Akt/GSK3β/Wnt/β-catenin等通路从而促进了肝癌细胞的增殖[15]。

3.2 plac8与细胞分化的关系

Plac8是棕色脂肪细胞分化必需有的蛋白，它的失活会导致寒冷耐受不良症，迟发性肥胖和棕色脂肪细胞功能受损[16]。Plac8的过表达会激活C/EBPβ和 Prdm16这两个信号通路，随后plac8和C/EBPβ相关的诱导因子一起促进翻译。综上所述，plac8是棕色脂肪细胞分化和功能非常重要的上游调控因子[16]。另外一项实验发现plac8在白色脂肪细胞中也有表达，并且在plac8敲除的小鼠中，胚胎成纤维细胞不能诱导分化成脂肪细胞。在体外，plac8的缺失导致脂肪细胞的肿大从而增加了白色脂肪但是脂肪细胞的总数减少。在体外，plac8是脂肪合成所需的C/EBPβ的上游调节因子。在体内，plac8对于白色脂肪细胞的分化的调节作用不是必须，但需要它调节白色脂肪细胞的数量[10]。Wu等发现plac8作用于PKCe-ERK2信号通路从而可以抑制急性髓系白血病细胞系的分化过程[17]。

3.3 plac8与细胞免疫之间的关系

Plac8广泛存在于各种免疫细胞，特别是巨噬细胞和中性粒细胞，这提示我们plac8可能在免疫过程中发挥着重要作用[18]。Mourtada-Maarabouni等发现缺失plac8基因的胚胎可以发育成个体，但是会出现中性粒细胞的缺失[19]。如果Plac8基因是在成熟的个体上被敲除，吞噬细胞的吞噬效率会降低，但是不会影响其吞噬作用[9]。在小鼠体内敲除plac8基因后，相比于正常小鼠更容易感染肺炎杆菌，也更易于得腹膜炎。Johnson等研究发现这是因为plac8基因敲除小鼠体内的CD4+T细胞不能完全清除生殖道的感染[20]。然而，通过之前的研究可知，plac8蛋白没有抑菌和杀菌的作用，也与表皮细胞的穿孔途径没有关系。所以，plac8可能与生物体免疫消除过程中的非细胞溶解机制有关[21]。

Plac8除了跟免疫清除(机体通过免疫应答更有效地清除进入体内的抗原异物)有关，还跟超敏反应和炎症反应有关。当皮肤暴露于过敏源的时候，就会激活淋巴结，它会激活CD4+T细胞，同时产生趋化因子和细胞因子，从而导致了炎症反应。引流淋巴结的活化伴随着一系列基因的急剧增加，其中就有plac8基因[22]。一些研究表明，plac8通过巨噬细胞，不仅介导了CXCL1(趋化因子1)的分泌，还调节细胞因子IL-6的分泌[23]。Plac8的缺失可以抑制中性粒细胞的补充和IL-6的分泌，从而导致炎症反应显著减弱[24]。

3.4 plac8与细胞凋亡之间的关系

Rogulski等发现在过表达plac8基因的兔子的纤维母细胞中，通过阻滞G2/M期，而抑制了细胞的凋亡，还促进了肿瘤的转移。他们进一步分析其潜在的分子机理，结果显示plac8基因是c-Myc的靶基因。在c-Myc-p53通路中，plac8正是通过和Akt1或Mdm2的相互作用，从而调控了细胞的存活和增殖[25]。也有实验室通过酵母双杂交和免疫共沉淀的方法发现plac8能够和调控细胞凋亡的磷脂拼接酶(PLSCRI)共定位。RNA干扰实验证实plac8基因作为一个负调控基因，它处于PLSCR1的下游，在分子水平上抑制细胞凋亡[26]。Mourtada-Maarabouni等证明plac8基因在2种人类黏附细胞系(人类胚胎肾细胞系HEK293t和人白血病细胞株CEMC7)中有抗凋亡的作用，并首次证明plac8的产物可以促进人类淋巴细胞的凋亡[19]，从而证实了plac8在不同细胞系中可以发挥完全相反的作用。

3.5 plac8与肿瘤之间的关系

Plac8在几种常见的癌症中如胰腺癌，前列腺癌，结肠癌和肝癌等有重要作用[11,13-15,27-29]。除了在体外证实了plac8与胰腺癌细胞的增殖有关之外，Kaistha[11,30]等在胰腺癌模型老鼠上敲除plac8基因，发现肿瘤生长更迅速，从而证实在胰腺癌中，plac8蛋白可以抑制肿瘤的生长。还有研究表明plac8基因的激活对胰腺癌的成长很重要，在细胞系中沉默plac8基因，可以通过阻断自噬来阻断肿瘤的信息。并且plac8基因的沉默还会导致PDA(胰腺导管腺癌)模型小鼠的遗传失活。综上所述，plac8基因是自噬机制重要的调节因子，定位于溶酶体，能促进溶酶体和自噬体的融合。因此，在PDA的发展过程中，plac8可以提供致癌基因的突变和自噬诱导之间的机械性联系[14]。除了胰腺癌，Li等报道在结肠癌的老鼠模型中敲除内源基因plac8，肿块会比较小，也会减少浸染，降低ERK2的磷酸化[30]，UEHARA等发现plac8与前列腺癌细胞的生长有关，plac8的上调以维持前列腺癌细胞的生长[13]。McMurray等发现plac8的表达会影响p53的突变，还影响了Ras的活性，并且通过RNA干扰下调plac8，能完全降低小鼠结肠癌形成，这对癌症的治疗有一定的意义[27]。Plac8在肝癌中也有作用，Zou等通过细胞增殖实验，证明不论在体外还是体内，下调plac8可以促进肝癌细胞的活力，增殖以及肝癌细胞的形成[15]。通过对肝癌病人的组织切片观察和q-PCR结果分析可知，plac8在肝癌发生过程中是降低的，并且低水平的plac8导致了肝癌病人存活率的下降[12]。Plac8的表达可以作为肝细胞癌的生物标记，但是在胰腺和结肠癌中却是相反的情况。在肝脏中，plac8的低表达跟癌症形成有关[28]。

3.6 plac8与细胞自噬的关系

Kinsey[14,31]等证明plac8蛋白是一个重要的自噬体调节因子，它位于溶酶体腔中，促进溶酶体和自噬体的融合。有文献报道，plac8可以诱导原癌基因的突变，这个过程对自噬的形成还是恶性肿瘤的形成都很重要，并且，plac8成了原癌基因跟自噬之间的联系。Balakrishnan等进一步研究可知在溶酶体跟自噬体融合的时候，plac8维持着溶酶体的完整性并且保持着溶酶体腔的活性[32]。

4 结语

Plac8的氨基酸序列在不同的物种中不尽相同，但都含有大量的半胱氨酸，这在一定程度上提示了它在有机体生理活动中所扮演的角色。近年来大量的研究均证明plac8在细胞水平上参与了细胞的增殖、分化、凋亡、自噬等一系列生理活动。考虑到在不同的细胞中，plac8会通过结合不同的靶蛋白，调控不同的信号通路来行使功能，这也许能部分解释为什么在不同的细胞中plac8的调控模式并不相同甚至相反。除了在细胞水平上参与了一系列生理活动之外，plac8蛋白的表达也与一些肿瘤的产生、增殖、迁移、转化相关，但其相关的分子机制尚未阐述清楚，还需要通过大量实验进一步地研究。