哺乳动物Bcl-2L13 基因的研究进展

刘理想，高 一，吕 阳，薛佳佳，吴 健,3，肖 成，张国梁,3*

（1.吉林农业大学动物科学技术学院，吉林长春 130000；2.吉林省农业科学院畜牧分院，吉林公主岭 136100；3.吉林坤成牧业科技发展有限公司，吉林公主岭 136100）

Bcl-2L13（Bcl-2-like Protein 13）基因定位于线粒体，是一种线粒体外膜蛋白[1]，于2001 年被Kataoka 等[2]发现，在人的心脏、胰腺和胎盘组织中的mRNA 表达水平较高。Bcl-2L13存在剪接变体[3]，其基因功能在细胞促凋亡和抑制凋亡之间转变，对不同类型细胞的凋亡有正或负调节作用。Bcl-2L13 作为一种线粒体有丝分裂受体[4]，在线粒体功能中具有调控作用，同时对脂肪细胞的分化也有显著影响[5]。本文对Bcl-2L13的定位、结构特征、生理功能及其对线粒体和脂肪细胞的影响进行综述，以期对Bcl-2L13的进一步探究提供参考。

1 B 细胞淋巴瘤-2 基因家族概述

B 细胞淋巴瘤-2（Bcl-2）基因是Tsujimoto 等[6]在B 细胞滤泡性淋巴瘤的t（14:18）染色体易位断裂点发现的，其转录受14 号染色体上的免疫球蛋白重链基因启动子和增强子的驱动[7-8]。不同于先前发现的大多数癌基因促进细胞增殖，Bcl-2过度表达抑制细胞死亡[9]。

Bcl-2 家族蛋白已被证明可以调节线粒体外膜通透性，从而允许包括细胞色素c 在内的促凋亡蛋白从膜间隙释放到细胞质[10-12]。释放的细胞色素c 诱导凋亡小体的形成，从而诱导细胞凋亡[13]。Bcl-2基因在细胞凋亡中起着中心调节作用，而细胞凋亡现已被广泛认为是一种显著的肿瘤抑制机制。

在哺乳动物中，至少有12 种核心Bcl-2 家族蛋白，这些蛋白表现出一系列的生物活性，从抑制细胞凋亡到促进细胞凋亡[14]。Bcl-2 蛋白家族的成员是细胞凋亡的调节因子，可分为3 类[15]，第一类抑制细胞凋亡包括Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W、MCL1、Bcl-B（也称为 Bcl-2L10）和A1（也称为Bcl-2A1）；第二类促进细胞凋亡包括BAX、BAK 和 BOK（也称为MTD）；第三类包括BAD、BIK（也被称为BLK 或 NBK）、BID、HRK（也称为DP5）、BIM（也称为BOD）、BMF、NOXA 和PUMA（也称为BBC3），因第三类都具有保守的BH3基序结构域，统称为BH3 蛋白，可以结合和调节抗凋亡的Bcl-2 家族蛋白以促进凋亡。

Kataoka 等[2]研究鉴定了一个新的广泛表达的Bcl-2同源物，并将其命名为Bcl-rambo（Bcl-2-like protein 13，Bcl-2L13）。

2 Bcl-2L13 基因的结构与定位

Bcl-2 蛋白家族的所有成员都具有同源基序BH 结构域（BH1、BH2、BH3、BH4）[15]，参与家族成员之间的同源和异源二聚体的相互作用[16]，如Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W 包含4 个基序；BIM、BAD、BMF 仅具有基序BH3，具体见图1。Bcl-2 蛋白家族中的大多数成员具有疏水的C 末端片段，这有助于它们与内质网、核膜和外部线粒体膜相互作用。Bcl-2L13基因包含4 个BH 基序，同源区后面跟随着C-末端膜锚（MA），但这两个区域被一条超过250 个氨基酸的延伸片段分开，该片段与家族其他成员没有明显的序列同源性，这个片段被Kataoka 等[2]命名为BHNo 结构域，见图2。Bcl-2L13和其他Bcl-2家族成员的系统发育分析见图3[17]。在哺乳动物细胞中，Bcl-2L13 蛋白定位于线粒体，是一种线粒体外膜蛋白，在人的心脏、胰腺和胎盘组织中的mRNA 表达水平较高[1]。

3 Bcl-2L13 基因的功能

3.1Bcl-2L13基因的促细胞凋亡作用 Kataoka 等[2]研究报道，Bcl-2L13基因具有促细胞凋亡功能，Bcl-2L13基因的BH 基序过表达对细胞活力影响小，而C-末端膜锚（MA）结构域的过表达导致多数细胞凋亡，BHNo 结构域过表达的细胞凋亡率略低于C-末端膜锚（MA）。Kim 等[18]研究报道，Bcl-2L13基因的MA结构域缺失突变导致Bcl-2L13促细胞凋亡功能消失。可知MA 以及BHNo 结构域是Bcl-2L13基因促细胞凋亡的关键部位，而BH 基序结构域可能参与其他生物学功能，如信号转导。Banga 等[19]研究报道，嗜肺乳杆菌通过Dot/Icm Ⅳ型分泌系统将大量细菌蛋白转运到宿主细胞中，其感染的宿主细胞表现出对凋亡的抵抗力。sidF 是Dot/Icm Ⅳ型分泌系统的一种底物，抑制宿主细胞凋亡，仅表达sidF 的细胞中，凋亡率为18%；仅表达Bcl-2L13 的细胞中，凋亡率为50%；同时表达Bcl-2L13 和sidF 的细胞中，凋亡率为27%，显著低于仅表达Bcl-2L13 的细胞。由此结果可知，Bcl-2L13基因促进细胞凋亡。

ERBB2（Erb-B2 受体酪氨酸激酶2，也称为HER2）是研究最多的癌基因之一，被认为是乳腺癌的生物标志物（在基因和蛋白质水平上）[20]。诱导性表达ERBB2基因的MCF-7 乳腺癌细胞中[21]，ERBB2通过上调MCL-1、TEGT、BAG1、BNIP1 和BECN1以及下调BAX、BMF、BNIPL、CLU和Bcl-2L13而产生抗凋亡表型。附加性梳状1（ASXL1）基因的缺失导致小鼠骨髓增生异常综合征疾病（MDS）[22]，而细胞凋亡增加是MDS 的典型特征，在患有MDS 的小鼠中检测到Bcl-2L13的表达上调。Matsubara 等[23]研究报道，在人胚胎肾293T 细胞中过表达Bcl-2L13时，诱导了293T 细胞的凋亡。Schouten 等[24]研究报道，miR-124 和miR-137 通过协同靶向调控神经干细胞中的Bcl-2L13来调控细胞色素c 的释放。由以上结果知，Bcl-2L13基因促细胞凋亡。

3.2Bcl-2L13基因的抑制细胞凋亡作用 Jensen 等[17]研究报道，Bcl-2L13在胶质母细胞瘤（GBM）和血癌中均有高表达，且在绝大多数测试的肿瘤中检测到Bcl-2L13mRNA 水平的大幅升高，其中三分之二的肿瘤（23/31）显示Bcl-2L13mRNA 表达与正常脑相比增加了100 倍以上，证明Bcl-2L13通过位于其BH 同源结构域和C-末端膜锚（MA）之间的BHNo 结构域与神经酰胺合成酶2（CerS2）和6（CerS6）结合，阻断同源和异质CerS2/6 复合物的形成和活性，降低线粒体膜中神经酰胺的水平。

神经酰胺已被证明是细胞凋亡进程中线粒体阶段的重要组成部分[25]，神经酰胺的合成由6 种不同的神经酰胺合成酶（CerS1-6）催化，也被称为“鞘氨酸N-酰基转移酶”，它们能够催化合成具有不同脂肪酸链长的神经酰胺。神经酰胺是Bcl2 相关的X 蛋白（BAX）插入线粒体膜形成孔隙所必需的，从而导致线粒体外膜通透性（MOMP）增加，继而释放细胞色素c，诱导细胞凋亡[26-27]。

Bcl-2L13通过BHNo 结构域与神经酰胺合成酶2（CerS2）和6（CerS6）结合，抑制Bcl2 相关X 蛋白激活，减少细胞色素c 的释放，从而抑制细胞凋亡[17]。Fujiwara 等[4]在Bcl-2L13敲除细胞的细胞群证明了Bcl-2L13对前脂肪细胞的抗凋亡作用，并通过PI 染色流式细胞术在成脂3T3-L1 细胞中证实。Holleman 等[28]研究报道，Bcl-2L13的高表达与体外L-天冬酰胺酶耐药和儿童急性淋巴细胞白血病患儿的临床不良结果相关，表明Bcl-2L13在儿童急性淋巴细胞白血病中具有抑制细胞凋亡的作用。

3.3Bcl-2L13基因的剪接变体 已知选择性剪接可产生单个凋亡基因的抗凋亡和促凋亡变体，如Apaf-1基因[29-31]。因此，对Bcl-2L13基因功能在促凋亡和抑制凋亡之间转变的另一种解释可能是存在以前未被识别的凋亡剪接变体。Yi 等[3]研究报道，人类淋巴结中存在一种特殊的促凋亡蛋白Bcl-2L13 的剪接变体，命名为Bcl-2L13-β，这个变异体包含一个98 bp 的序列，它充当一个外显子，导致Bcl-2L13产生104 个氨基酸残基的早熟蛋白，与Bcl-2L13不同，Bcl-2L13-β缺少BH1、BH2 和BH3 基序，并成为只有BH4 的蛋白质。Bcl-2L13-β在几个成人组织（如心脏、淋巴结和宫颈）中检测到，但在人脑组织中不存在，且发现Bcl-2L13-β与线粒体无关，定位于细胞质，能够促进依托泊苷和紫杉醇诱导的细胞凋亡。这些研究表明，Bcl-2L13基因对不同细胞类型的凋亡有正或负调节作用。

4 Bcl-2L13 基因与有丝分裂

在酿酒酵母中，主要的有丝分裂受体是Atg32，一种编码529 个氨基酸的线粒体膜蛋白[32]。Atg32 识别出线粒体将被降解，并招募下游自噬蛋白，包括Atg11，以启动有丝分裂[33]。Murakawa 等[34]研究报道，Bcl-2L13 是Atg32 同源蛋白，当它在酵母中表达时可以作为有丝分裂受体发挥作用，它与自噬体膜的主要成分裂解II 型轻链3（LC3-II）结合，允许线粒体被自噬体内吞噬，具有补偿酵母中Atg32 功能的能力，诱导线粒体片段化和有丝分裂。

线粒体是通过氧化磷酸化产生能量的亚细胞器，线粒体活性失调导致氧化磷酸化的副产物活性氧的产生，造成DNA 和蛋白的损伤，而自噬负责线粒体控制[35]。自噬有非选择性自噬和选择性自噬2 种类型[36]。受损线粒体的降解是一种选择性的自噬类型，即有丝分裂[37]。有丝分裂是一种重要的自噬形式，用于选择性去除功能障碍或冗余的线粒体[38]。Fujiwara 等[4]研究报道，Bcl-2L13 是一种线粒体有丝分裂受体。因此Bcl-2L13基因具有通过调节有丝分裂来控制线粒体的质量和数量以维持细胞内稳态的潜力。

5 Bcl-2L13 基因与脂肪分化

白色脂肪细胞（WAT）专门储存化学能量，棕色脂肪细胞（BAT）保护哺乳动物免受体温过低、肥胖和糖尿病的侵害[39]。BAT 的特点是分解脂质产生热量以抵御低温，这是由解偶联蛋白1（UCP1）介导的，UCP1是一种线粒体蛋白，将电子传递与ATP 产生解偶联[40]。Wu 等[41]研究发现了一种在WAT 中表达UCP1 的不同类型的致热脂肪细胞，称为米色脂肪细胞或brite 细胞，米色脂肪细胞在基础（未受刺激）状态下，产热基因的表达量很少，如UCP1；一旦受到刺激，这些米色细胞就会激活UCP1的表达，达到与经典棕色脂肪细胞相似的水平，它们具有在能量储存和能量耗散表型之间切换的能力。

Ju 等[5]研究报道，Bcl-2L13基因敲除导致米色脂肪细胞分化后脂质积聚减少，Bcl-2L13的转录被PPARγ激动剂罗格列酮上调，Bcl-2L13在体内由b3-肾上腺素激动剂CL-316243 刺激的白色脂肪组织褐变过程中以及在体外米色脂肪细胞分化过程中表达增加，表明Bcl-2L13可能是PPARγ介导的脂肪细胞重塑的关键效应因子。

氧化磷酸化是脂肪细胞分化过程中ATP 产生的主要机制[42]，而成骨细胞使用糖酵解来满足ATP 需求。Guntur 等[43]研究报道，小鼠前脂肪细胞系3T3-L1 分化过程中主要通过氧化磷酸化来满足ATP 需求。Fujiwara 等[4]研究报道，在小鼠前脂肪细胞系3T3-L1和小鼠耳间充质干细胞（EMSCs）诱导分化中，Bcl-2L13基因敲除使油红O 染色减少，主要成脂转录因子PPARγ的mRNA 表达量也减少，氧化磷酸化显著减少，糖酵解产生的ATP 显著增加，Bcl-2L13通过增加氧化磷酸化，抑制细胞凋亡，并通过有丝分裂调控线粒体进一步促进脂肪生成。

6 小结与展望

综上所述，Bcl-2L13 属于与细胞凋亡紧密相关的Bcl-2 家族的新成员，是一种线粒体外膜蛋白，对不同细胞类型的凋亡有正或负调节作用，更清楚地了解和研究Bcl-2L13在细胞凋亡中的调控作用，不仅有助于提高对哺乳动物卵母细胞和早期胚胎凋亡调控的分子机制的理解，而且有希望成为人类癌症治疗的一个新靶点。Bcl-2L13在线粒体功能中的关键作用和白色脂肪组织褐变中的生热作用，提示Bcl-2L13可能是肥胖症的潜在治疗靶点，还需要进一步的研究来确定Bcl-2L13在体内对脂肪组织发育的生理作用。