cTAGE5调控内质网应激在相关疾病中的研究进展*

王小芳， 张 茜， 张璐璐， 黄延芹

（1山东中医药大学，山东 济南 250011；2山东中医药大学附属医院内分泌科，山东 济南 250014）

皮肤T 细胞淋巴瘤相关抗原5（cutaneous T-cell lymphoma-associated antigen 5，cTAGE5）又被称为脑膜瘤表达抗原 6（meningioma expressed antigen 6，MEA6/MGEA6），在不同肿瘤组织中高表达，其基因被认为是一种致癌基因［1］。近期研究者发现它与胞内蛋白的运输密切相关［2-3］。cTAGE5 定位于细胞中的内质网出口位点（endoplasmic reticulum exit sites，ERESs），在肝、胰腺、脑、脾、肺和肠道等器官中表达［4-5］。cTAGE5 在包被蛋白复合体 II（coat protein complex-II，COP-II）装配和极低密度脂蛋白（verylow-density lipoprotein，VLDL）从内质网到高尔基体的运输中发挥了关键作用。

cTAGE5 包含1 个跨膜基序和1 个细胞质结构域，细胞质结构域包括2 个运输及高尔基组织蛋白1（transport and Golgi organization protein 1，TANGO1）和SEC12 结合的卷曲结构，以及1 个与COP-II 内膜蛋白SEC23和SEC24结合的脯氨酸结构域［6］。

cTAGE5 在肝脏组装 COP-II，参与 VLDL 的运输和分泌；在胰腺通过与SEC22 相互作用参与胰岛素的分泌；在中枢神经系统中高表达，对大脑及小脑的发育及运动功能产生影响［7-8］。

1 cTAGE5 调控内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）

1.1 ERS 内质网是细胞内广泛分布的重要细胞器，在维持细胞内蛋白的合成、修饰和折叠等方面均发挥关键性作用［9］。在内质网中加工的蛋白包括分泌蛋白以及各种细胞器中的蛋白。作为进入分泌通路的重要角色，内质网广泛影响细胞器的功能和细胞内外环境的通讯。对大部分的分泌和跨膜蛋白而言，新转录的未折叠的蛋白质经过有丰富Ca2+与折叠酶环境的内质网，通过内质网的初步处理，从而形成一个稳定的三级结构［10］。内质网内膜面积占细胞所有膜结构的50%，体积占细胞总体积的10%，借助蛋白质组学的检测方式，人类及小鼠细胞中已经鉴定出2 000多种蛋白质的表达和内质网膜结构相关，内质网其庞大的膜结构系统促使其作为信号传导的枢纽平台，与多种生物分子信号途径有关［11］。

内质网十分敏感，能够感知营养物质的缺乏、Ca2+稳态紊乱、氧化还原失衡、蛋白质合成过程的紊乱等内环境的改变，激发ERS。为减轻ERS 的影响而产生的后续反应为未折叠蛋白反应（unfolded protein response，UPR）。UPR 主要通过减少蛋白合成、促使未折叠的蛋白完成正确折叠及加快错误折叠的蛋白进入细胞浆内通过泛素-蛋白酶体系统降解来重构内质网稳态［12］。ERS 过强或持续时间过久，UPR不足以恢复内质网稳态，最终引起细胞凋亡［13］。

1.2 cTAGE5介导COP-II调控胞内蛋白的运输 哺乳动物基因组编码的所有蛋白质中，大约有三分之一是从内质网输出并运输到高尔基体，然后在高尔基体中以膜隔或分泌小泡的形式运输到最终目的地［14］。由核糖体合成的多肽在内质网上进行盘区折叠完成初步的加工后，再到高尔基体上进行分选、折叠、修饰后形成有空间结构的功能蛋白，其中的两个关键步骤均需要cTAGE5 参与：改装COP-II 外套尺寸以适应所需运输货物，其次是收集内质网腔中的货物并将其连接到COP-II机器以完成运输［15］。

cTAGE5参与COP-II在内质网出口位点的形成，该位点含有保守的小分子结合蛋白，如SEC12、SEC16、SEC13、SEC31、SEC23、SEC24、SAR1 等［16-17］。一些大型分子无法放入传统的60～90 nm 的COP-II囊泡中，cTAGE5作为独特的货物运输分子协助胶原蛋白、乳糜微粒和 VLDL 的分泌［18］。cTAGE5 招募大量SEC12（鸟苷酸交换因子）固定在ERESs上，SEC12将 SAR1-GDP 活化为 SAR1-GTP。SAR1 活化后，招募货物分子与COP-II 内涂层蛋白SEC23/24 结合，形成预结合复合体，而后与外涂层复合体SEC13/31 结合完成表层组装，促进COP-II 与货物蛋白形成复合物。cTAGE5 通过其富含脯氨酸的细胞质结构域在ERESs 的底部形成环状囊泡结构，并促进其扩张以容纳复合物货物顺利运输到高尔基体［19-21］，见图1。

Figure 1. cTAGE5 mediates COP-II-regulated trafficking of intracellular proteins.图1 cTAGE5介导COP-II调控胞内蛋白的运输

cTAGE5 通过COP-II 调控蛋白从内质网中出口依赖于特定的激活-失活机制，cTAGE5-SEC12复合物将SAR1激活，然后被TANGO1-Sedlin灭活［22］。总之，cTAGE5在蛋白分泌的传输过程中发挥重要作用。

1.3 cTAGE5 加速恢复内质网稳态 正常情况下，翻译后蛋白质被转运到内质网的内腔而被糖基转移酶共价修饰，并在出口前通过蛋白二硫键异构酶、免疫球蛋白重链结合蛋白和94 kD 葡萄糖调节蛋白获得正确折叠的构象，帮助并促进蛋白的正确折叠［23］。

细胞发生应激时，未折叠或错误折叠的蛋白质在内质网腔中积聚，导致内质网应激，免疫球蛋白重链结合蛋白从传感器解离，活化转录因子6（activating transcription factor 6，ATF6）、需肌醇酶1α（inositol requiring enzyme 1α，IRE1α）、PKR 样 内 质 网激 酶（PKR-like ER kinase，PERK），激活UPR，下游效应包括基因转录和翻译抑制，诱导自噬或凋亡，从而维持内质网稳态［24-25］。ATF4还可促进C/EBP同源蛋白（C/EBP homology protein，CHOP）和生长阻滞及DNA 损害可诱导蛋白34（growth arrest and DNA damage-inducible gene 34，GADD34）的活化，进一步导致eIF2α发生脱磷酸化而失活从而使ER 蛋白合成得以恢复。所以，细胞凋亡与PERK通路激活ATF4、CHOP有关。此外，在正常情况下，CHOP 低表达，而在ERS 条件下，CHOP 的表达均可由UPR 的3 条信号通路诱导。CHOP 可通过对Bcl-2蛋白家族的调节而引导细胞凋亡，研究发现ERS可使抗凋亡蛋白（Bcl-2和Bcl-xL）的表达下降，而促凋亡蛋白（Bid、Bim、Noxa 和Puma）的表达上升，最终引起细胞线粒体凋亡途径被激活［26］。

根据诱发原因，可将内质网应激分为以下3 种类型：未折叠或者错误折叠蛋白质在内质网腔内蓄积引发的UPR；正确折叠的蛋白质在内质网腔内过度蓄积激活细胞NF-κB 引发的内质网过度负荷反应（endoplasmic reticulum overload response，EOR）；胆固醇缺乏引发固醇调节元件结合蛋白（sterol-regulatory element binding protein，SREBP）通路调节的反应［26］，见图2。

Figure 2. Classical pathway map of endoplasmic reticulum stress.图2 内质网应激经典通路图

启动UPR有两个目的，一是“先发制人”，减少新合成蛋白质到达内质网，通过真核翻译起始因子2（eukaryotic translation initiation factor，eIF2）的磷酸化和基因降解来减弱蛋白质翻译。二是增强内质网输出功能，通过上调折叠酶和关键伴侣的转录和表达，提高cTAGE5 的表达以促进运输蛋白原离开内质网［27］。激活 UPR 促进 ERS 的恢复，适应性的 UPR 具有保护作用，引起细胞自噬以代偿恢复自身功能［28］。相反，持续或延长的ERS 可能是细胞毒性的，导致细胞凋亡［29］。cTAGE5 调控 ERS 从适应性向细胞毒性转变的机制未完全阐明，具有研究意义。

cTAGE5通过重塑内质网出口，在蛋白原由内质网向高尔基体的运输过程中至关重要。SEC62 作为cTAGE5异位复合体的成分，主要在急性内质网应激时介导ER 自噬来调节分泌蛋白的周转，重建应激前内质网体积和含量［30］。相关研究发现斑马鱼中cTAGE5 突变体中也观察到溶酶体体积增加与溶酶体介导的蛋白质降解的代偿性上调［31］，这些数据都表明cTAGE5在自噬小体的形成中起着特殊的作用。

2 cTAGE5调控的内质网应激在疾病中的作用

cTAGE5 调控内质网应激在疾病发生发展中起重要作用，cTAGE5 作为调控内质网应激、恢复内质网稳态的关键因子，可通过与COP-II 形成复合物及结构和功能的变化在相关疾病进程中发挥重要调节作用。

2.1 糖尿病 相关研究发现在1 型糖尿病患者的胰腺切片中，胰岛β细胞中ATF3和CHOP表达增加，激活PERK-eIF2α-CHOP 通路，促进细胞凋亡，表明UPR 缺陷未能解决内质网应激［32-33］。在 2 型糖尿病中，受损的胰岛β 细胞中内质网应激标志物CHOP、p58、ATF3和BiP蛋白水平升高，内质网网腔增大，这是UPR 的超微结构特征［34］。这些证据都表明1 型和2型糖尿病的β细胞存在内质网应激［33，35］。

cTAGE5在胰岛素的分泌运输中发挥重要作用，人胰岛β 细胞中cTAGE5 的转基因表达可以挽救胰岛结构的缺陷和胰岛素生物合成障碍和糖耐量异常［4］。 cTAGE5 与 Sec22b 之 间 存 在 相 互 作 用 ，使COP-II 囊泡与高尔基体对接和融合，参与ER-to-Golgi转运。cTAGE5 调控COP-II 囊泡释放，从而调控了胰岛素原的运输及胰岛素的分泌，限制内质网胰岛素原负荷可以缓解内质网应激，ERS 发生时，UPR 被激活，翻译首先被普遍和短暂地抑制，以减少内质网的负担，然后在编码ER 定位分子伴侣和折叠酶的基因和编码ER 相关降解成分的基因上诱导转录，其产物旨在重新折叠和降解ER 中积累的未折叠或错误折叠的蛋白质［36］。

慢性ERS 导致胰岛细胞凋亡增加和胰岛质量减少［37］。Wang［5］等研究发现肝细胞中 cTAGE5 的缺失导致细胞内ER 的扩张和分散对这一观点加以论证。进一步阐明了胰岛素原囊泡运输的分子机制，为开辟新的糖尿病诊断和治疗途径提供理论基础。

由cTAGE5 介导的胰岛素原胞内转运与脾的运化功能密切相关。cTAGE5 通过调节胰岛素原的胞内转运调节胰岛素合成与分泌，与中医学“脾”的功能相对应，脾主运化，从宏观层面看脾具有调节周身水谷精微转运输布的功能，推及微观层面，则脾可以调节人体各种分子转运途径，与中医理论对mTOR信号通路（作为枢纽双向调节胰岛素分泌）的认知较为相似［38］。cTAGE5 介导内质网应激是如何调控胰岛β 细胞功能，明确该作用靶点和分子机制，为中医药防治糖尿病提供依据。

2.2 非酒精性脂肪肝 非酒精性脂肪肝由肝脏VLDL 分泌紊乱引起，其组装和分泌在调节血浆甘油三酯和胆固醇水平起着重要作用。VLDL 在内质网中合成，被转运到高尔基体分泌到血浆中，小鼠肝细胞cTAGE5缺失可导致明显的非酒精性脂肪肝，其特征是肝脏内各种类型的脂质和蛋白质（主要是ApoB和ApoE）积聚［39-40］。引起内质网应激和肝脏细胞损伤，导致非酒精性脂肪肝［41］。

高脂饮食可以显著诱导cTAGE5 在小鼠肝脏中的表达，肝细胞特异性cTAGE5基因敲除小鼠表现出严重的非酒精性脂肪肝［42］。在缺失cTAGE5 的情况下，VLDL不能被有效地转运到高尔基体，导致VLDL在内质网中积聚。当肝细胞出现严重的脂质堆积，如大泡性脂肪变性等，导致内质网应激后，上调的IRE-1α作用于肿瘤坏死因子受体相关因子2（tumor necrosis factor receptorassociated factor 2，TRAF2），导致炎症因子IL-1β、IL-6、TNF-α的表达增加。同时，能触发TRAF2 磷酸化导致c-Jun 未端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）的激活，从而引起肝细胞凋亡［43］。

Tango1 或 TALI（由 Mia2 和 cTAGE5 基因产物融合而成的嵌合蛋白）的缺失会减少载脂蛋白B 的分泌，进一步证实cTAGE5缺失会导致各种类型脂质颗粒在内质网中积累，最终导致肝细胞自噬［44］。此外，许多全基因组关联研究表明，位于染色体1q41 的Tango1 内含子区域的单核苷酸多态性增加了冠心病和动脉粥样硬化的风险［45-46］。cTAGE5 与 Tango1 属于同家族蛋白，是否也能产生相同心血管效应，有待明确。

相关研究表明cTAGE5 介导的蛋白质运输具有选择性。除了载脂蛋白E、载脂蛋白B和极低密度脂蛋白外，肝脏中的其他几类蛋白质（如凝血相关蛋白）是否也通过cTAGE5 介导COP-II 转运，缓解内质网应激以调节血液凝固，cTAGE5的不同生物学功能值得被研究。

2.3 神经系统疾病 cTAGE5调节对神经元发育和功能至关重要的蛋白质的细胞内转运和成熟。神经元由两个部分组成：体树突部分和轴突部分。神经元对运输的缺陷特别敏感，需要精确的空间定位以及膜和分泌蛋白的功能才能达到突触可塑性［47］。许多神经系统疾病（如癫痫、高血压、共济失调）都是由神经元运输受损引起的。

大脑中的cTAGE5基因敲除会导致严重的发育缺陷和运动障碍。这些缺陷不仅影响树突和棘突的发育和维持，还影响神经元发育所必需的信号通路。cTAGE5的缺失影响COP-II 囊泡的形成，导致蛋白质和脂质从内质网向高尔基体转运的缺陷。Zhang等［8］研究证实，神经元中 cTAGE5 的缺失通过影响SAR1 活性，改变COP-II 的正常功能，从而导致突触后分子（如PSD95、TrkB、CaMKI）以及膜受体和离子通道下调，对树突生长和突触形成造成影响。这与Wang等［7］的结论一致，cTAGE5的缺失降低了几种分泌蛋白的运输和表达，如Slit2、BDNF 和Semaphorin 3A，这些蛋白对小脑的发育至关重要，提示cTAGE5与小脑功能密切相关。

Clark［31］等人利用斑马鱼作为实验模型证实cTAGE5突变幼鱼在神经系统中表现为内质网应激，细胞形态改变，自噬和细胞凋亡增加，并持续到成年。cTAGE5介导的内质网应激在维持神经元正常功能中发挥重要作用，使用药物作用在内质网应激关键靶点是预防或阻止神经系统疾病进展的重要方向。

cTAGE5 的一个突变点P521A 与Fahr 综合征有关［48］。Fahr 综合征，也被称为家族性特发性基底节钙化，是一种进行性的神经系统疾病/精神分裂症，其患者表现出小脑畸形和异常运动行为，包括步态不稳和癫痫发作，影像学检查显示控制运动的基底节和大脑皮层 区 钙化［49-50］。然而，cTAGE5 中 的P521A 点突变通过哪些途径或重要的信号分子导致Fahr综合征的发生还有待进一步研究。

3 结论

cTAGE5 是影响蛋白质分泌的重要基因，介导COP-II 调节胞内蛋白质分泌，改善内质网应激，参与胰岛素及VLDL的转运研究中取得了一定进展，但该基因在疾病中的具体作用机制尚未阐明。目前，关于cTAGE5 的研究多局限于具有分泌功能的器官和系统，在其他疾病的详细调控内质网应激网络有待进一步研究。推测cTAGE5 介导内质网应激调节相关疾病具有共同的调节通路，cTAGE5有可能作为内质网应激治疗疾病的有效靶点，并将进一步揭示相关疾病发生发展的亚细胞机制，也为发展新的治疗方法提供了参考。