鞘脂转运蛋白在疾病发生发展中的作用*

卢梦云 胡溢洪 韩语诚 邹先琼

1 桂林医学院附属口腔医院，广西桂林市 541004； 2 桂林医学院基础医学院

鞘脂是一类复杂脂类，是细胞膜和信号转导复合物的重要组成部分，包括神经酰胺、1-磷酸—神经酰胺(Ceramide-1-phosphate, C1P)、糖鞘脂等多种分子[1]。研究已经确定某些鞘脂及其代谢产物具有生物活性，是多种生物功能的重要调节因子，在细胞生长、分化、死亡、细胞迁移和自噬等方面发挥重要作用，还参与了类风湿性关节炎和癌症等炎症相关疾病的病理过程[1]。由于鞘脂的结构具有多样性，且其水溶性差，需要特殊的运输系统。一般而言，囊泡运输途径是细胞内大部分脂质的转运方式，而具有高特异性的靶向转运是通过非囊泡运输途径实现的。囊泡运输，出芽囊泡收集蛋白质和脂质，从供体膜的出芽部分移动到目标位置并与受体膜融合，释放其内容物。非囊泡运输通常依赖脂质转运蛋白(Lipid transfer proteins, LTPs)，不同的细胞内LTPs可以识别特定的脂质并将其转移到目标位置[2-4]。越来越多的证据表明，非囊泡运输过程是整个鞘脂生物合成途径的限速步骤，鞘脂转运蛋白和鞘脂转运过程正在成为鞘脂发挥生物学功能的重要部分，在抵抗癌症发生发展方面具有潜在作用[2]。虽然鞘脂转运蛋白在某些疾病发生发展中的作用已有相关报道，但其他方面仍然是个谜。鞘脂转运蛋白作为鞘脂代谢的潜在瓶颈的重要性还没有得到充分认识。有些是真正的鞘脂转运蛋白，将鞘脂从合成部位转运到特定部位以发挥功能，而其他可能具有传感器作用。现主要讨论神经酰胺转运蛋白(Ceramide transporter, CERT)、糖脂转移蛋白(Glycolipid transfer protein, GLTP)、磷脂酰肌醇4-磷酸衔接蛋白(phosphatidylinositol 4-phosphate adaptor protein, FAPP)2和1-磷酸神经酰胺转移蛋白(Ceramide-1-phosphate transfer protein, CPTP)四种鞘脂转运蛋白在某些疾病中发挥作用的已知内容，研究所揭示的许多关键过程,有望成为治疗这些疾病的新靶点。

1 CERT

CERT是一种68kD的胞质蛋白，其不同功能的结构域或基序调节该蛋白的活性，它能将神经酰胺从内质网转运到反式高尔基体，影响神经酰胺的代谢、细胞浓度、生物活性以及调节鞘磷脂生物合成[5]。神经酰胺是鞘脂代谢的核心，是下游鞘脂和糖鞘脂的前体，对细胞增殖、迁移、衰老等功能有关键调节作用，参与糖尿病、阿尔茨海默病和抑郁症等病理过程[6-7]。

CERT蛋白在中枢神经系统表达，在胚胎和大脑发育及维持线粒体的整体完好性中发挥重要作用，在CERT缺陷小鼠胚胎中观察到心脏功能不全的心力衰竭，在CERT突变胚胎中发现鞘磷脂和质膜神经酰胺水平降低，而内质网和线粒体中神经酰胺水平升高，细胞周期相关蛋白表达水平降低，细胞生存途径被激活，导致细胞生长停滞而不发生凋亡[8]。研究表明，CERT在衣原体胞内寄生中有重要作用，沙眼衣原体在宿主细胞包涵体膜内进行复制，而CERT和膜脂是维持包涵体和其中细菌复制所必需的。细菌效应蛋白IncD在包涵体膜的胞质侧通过CERT PH结构域将CERT募集到包涵体中[9]，这表明包涵体—内质网膜接触位点的形成让神经酰胺能够有效转移到包涵体膜，这对于专性细胞内寄生虫的感染是重要的。研究发现，CERT在HER2阳性型乳腺癌中过表达，且CERT蛋白高表达与不良预后相关，抑制CERT可通过促进自噬使HER2阳性细胞对化疗敏感，提示CERT的表达可能对预测特定癌症患者群体的治疗结果具有预后价值[5, 10]。在三阴性乳腺癌中CERT低表达，基底乳腺癌亚型的CERT mRNA水平比其余分子亚型明显降低，且比正常乳腺组织略有降低，低CERT表达似乎与基底样乳腺癌亚型有关，但其具体机制尚不清楚。此外，在转移性前列腺癌中也发现CERT转录水平降低[10]，表明CERT是动态调控的，不同情况下上调和下调都可能对肿瘤细胞有益。有研究表明，CERT在脂中毒条件下的鞘脂代谢调控中发挥作用，直接抑制CERT表达会影响神经酰胺含量和胰岛素信号转导[11]。以上研究表明CERT功能丧失对生长和信号转导的影响可能与细胞类型有关。CERT不仅能通过影响线粒体完好性进而导致线粒体功能障碍，其在乳腺癌和转移性前列腺癌等疾病中发挥重要作用，但详细作用机制尚不清楚，需要进一步的研究。

2 GLTP

人类GLTP是一种24kD的可溶性两性蛋白，是大多数糖鞘脂的转运体，它采用一种特别严格的全α-螺旋结构，以“三明治基序”排列，此“三明治”状拓扑结构被视为GLTP超家族的结构基础，形成一个独立的“口袋状”糖脂结合位点，即为GLTP折叠，人类GLTP被视为真核生物GLTP蛋白家族的原型蛋白[12]。

GLTP基因表达变化会导致某些糖鞘脂的稳态水平发生改变，GLTP能作为传感器发挥功能，而且能调节某些癌细胞系的细胞形状改变[13-14]。人类GLTP表达水平与内质网或高尔基中的葡萄糖神经酰胺(Glucosylceramide, GlcCer)水平相关，过表达GLTP的细胞其GlcCer合成增加，在GlcCer积累的细胞中，GLTP表达也增加，然而，在胞吞作用中，GLTP水平对溶酶体中GlcCer的增加没有反应，这意味着GLTP可能作为新合成的GlcCer细胞内水平的传感器或调节器发挥功能[14]。研究发现，当人GLTP在HeLa或HEK-293细胞中过表达时，通过与δ联蛋白相互作用改变了细胞形状[13-14]。蛋白质组学数据显示，GLTP在少突胶质细胞中高度表达，参与C型尼曼—皮克病(Niemann-Pick Type C disease, NPC)中枢神经系统的髓鞘形成[15]。一项以双环醇为探针的研究确定了GLTP是丙型肝炎病毒(HCV)复制的限制因子，GLTP与宿主囊泡相关膜蛋白相关蛋白A(Vesicle-associated membrane protein-associated protein-A, VAP-A)结合，阻止VAP-A和HCV非结构5A蛋白复合物的形成，从而对HCV的复制有抑制作用[16]。GLTP蛋白高表达使细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin-dependent kinase, CDK)抑制因子1B(p27)和1A(p21)上调，CDK2和CDK4、细胞周期蛋白E和D1水平下调，把细胞周期阻滞在G1/S期，发挥抑制人类结直肠癌HT-29细胞增殖的作用，此外，过表达GLTP的HT-29细胞发生了坏死性凋亡[17]，表明GLTP上调通过干扰细胞周期进展、诱导坏死性凋亡来抑制人类结直肠癌HT-29细胞的生长，可能为对抗癌症提供一条新途径。生物信息学分析结果显示，人类GLTP在胰腺腺癌组织中的表达水平高于癌旁正常组织[18]，提示GLTP可能对胰腺腺癌的发生发展有作用，但其具体作用机制需要进一步探究。以上研究表明，GLTP不仅与细胞周期进程及细胞坏死性凋亡有关，还能够诱导细胞变圆，并参与NPC、丙型肝炎、结直肠癌、胰腺腺癌等疾病发生发展的相关过程。尽管已有以上研究数据，但GLTP在癌症等疾病发生发展中的确切功能和调控机制仍不清楚，需要更深入的探究。

3 FAPP2

FAPP2由519个氨基酸编码组成，属于糖脂转移蛋白(GLTP)家族，包含pleckstrin同源结构域，其通过GLTP结构域将GlcCer从高尔基体运输到内质网以产生复杂的糖鞘脂[12,19]。

FAPP2在反式高尔基网络(Trans-Golgi network, TGN)中发挥关键作用，FAPP2的敲低会改变GlcCer在高尔基体内的分布，导致TGN上GlcCer的丢失和顺式高尔基区域的积累，其也与细胞凋亡过程及肿瘤的发生相关[12,20-21]。在一组胶质瘤、乳腺癌和结肠癌细胞系中，FAPP2基因敲低增强了这些细胞对Fas/Fas配体诱导凋亡的敏感性，揭示了FAPP2在抵抗凋亡中的潜在作用[20]。研究发现，FAPP2基因在肝细胞癌(Hepatocellular carcinoma,HCC)中表达上调，并通过增强Wnt/β联蛋白信号通路的激活发挥对HCC细胞增殖和侵袭的促进作用，故其可能成为抗肝癌治疗的一个重要候选靶点[19]。有研究证明，在结肠癌组织中FAPP2基因上调，并通过激活Wnt信号促进人结肠癌肿瘤细胞增殖，敲除FAPP2基因可抑制结肠癌细胞的生长[21]，这些发现将为结肠癌提供新的分子治疗靶点。研究发现，当HCV感染细胞时，宿主磷脂酰肌醇-4-激酶能被HCV NS5A蛋白激活，产生许多磷脂酰肌醇4-磷酸(phosphatidylinositol 4-phosphate,PI4P)脂质体，其重新分布至复制复合体上，然后PI4P与FAPP2结合调控HCV基因组复制到病毒粒子的产生过程，此外，敲低FAPP2会干扰病毒感染细胞中膜网囊泡的形成，改变HCV复制酶蛋白的分布，阻碍HCV RNA的合成，表明FAPP2基因在HCV基因组复制过程中发挥重要作用[22]。最新的研究表明，FAPP2是T细胞急性淋巴细胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia,T-ALL)中一个潜在的致癌基因。FAPP2基因在人类T-ALL中表达上调，在T-ALL细胞系中，FAPP2表达下调能够抑制细胞增殖，阻滞细胞周期至亚G1期，促进细胞自噬以及抑制PI3K/AKT/mTOR通路，提示FAPP2可能通过PI3K/AKT/mTOR途径参与致瘤[23]，此项研究将为T-ALL的具体发病机制和潜在的靶向治疗提供新观点。以上研究表明，FAPP2参与细胞凋亡过程的调节，其在HCC、结肠癌、丙型肝炎、T-ALL等疾病的发生发展中也发挥重要作用。随着FAPP2在癌症的发生发展中占据着越来越关键的地位，迫切需要进一步的研究来确认FAPP2作为癌症治疗靶点的潜力。

4 CPTP

人类CPTP作为GLTP家族的新成员，能够形成GLTP折叠，可以选择性地将C1P从高尔基体转运到质膜[3]。C1P由神经酰胺激酶直接磷酸化神经酰胺而产生，其与细胞膜上的Gi蛋白结合可调节多条信号通路，从而在细胞生长、衰老、恶性细胞迁移/侵袭、炎症反应、血管生成和细胞内运输等方面发挥重要作用[1, 5]。例如，C1P被认为是胞质型磷脂酶A2α(cytosolic phospholipase A2α,cPLA2α)的直接激活剂，在siRNA诱导的CPTP敲除细胞中，TGN中C1P的积累诱导并激活cPLA2α，进而导致花生四烯酸和促炎二十烷类化合物的产生[3]。

研究表明，RNA干扰技术诱导的CPTP缺陷会导致HeLa和HEK-293细胞自噬，但CPTP上调或下调后未检测到细胞凋亡，CPTP缺失还可提高胱天蛋白酶1水平，通过NLR家族pyrin结构域3显著增加白细胞介素-1β和白细胞介素-18的释放[24]，提示CPTP可能参与了自噬介导的有关病理进程，从而影响细胞的相关生理功能和稳态。研究发现，CPTP下调对A549肺上皮癌细胞具有促炎作用[3]。CPTP在重症急性胰腺炎患者外周血中的表达低于健康组，其可能的机制是CPTP基因下调 IVA cPLA2α表达水平，继而改变紧密连接蛋白的表达，从而对肠上皮屏障有保护作用[25]。鉴于CPTP与自噬和炎症有关，CPTP可能作为肿瘤生物标志物或治疗靶点发挥作用[2, 24]。根据人类蛋白图谱和癌症基因组图谱，CPTP在肿瘤组织或细胞系中异常表达，和癌旁非肿瘤组织比较，CPTP基因在胸腺瘤、胰腺腺癌、卵巢浆液性囊腺癌中表达上调，而在睾丸癌组织中的表达水平比癌旁正常组织低[26]，表明人类CPTP基因在不同的肿瘤组织中能够发挥促进或抑制肿瘤发生发展的不同作用。研究已证明，肿瘤抑制因子微RNA(microRNA,miRNA/miR)-328的直接靶点之一是CPTP，此外，miR-328-3p被报道通过参与内源性RNA竞争机制介导肿瘤细胞增殖、迁移、侵袭和癌症干细胞功能，从而抑制结直肠癌[27]和HCC[28]的发展。同时，miR-328在包括上述肿瘤在内的多种肿瘤中低表达，靶向抑制miR-328可用于消除卵巢癌中的肿瘤干细胞和防止肿瘤转移[29]，提示CPTP可能通过miR-328的靶点起抗肿瘤作用。以上表明人类CPTP蛋白可能在胸腺瘤、胰腺腺癌、卵巢浆液性囊腺癌、结直肠癌和HCC的发生发展中起作用。然而，人类CPTP基因在不同肿瘤发生发展中的作用具有复杂性，其具体的分子作用机制和特定功能需要进一步的深入研究。这是目前一个研究热点，可以为了解人类CPTP在癌症、炎症和自噬相关疾病中的作用奠定基础。

5 小结与展望

鞘脂转运蛋白及其调节的过程是鞘脂代谢的重要组成部分，这些过程通常是个别鞘脂新陈代谢的限速步骤，因此代表了药物抗癌研究的潜在靶点[2]。已知鞘脂转运蛋白在细胞周期进程、细胞凋亡等生物学功能中具有重要调节作用，其也参与了丙型肝炎、炎症性疾病、结直肠癌等疾病的发生发展过程。鞘脂代谢的紊乱会引起各种疾病，如前所述，一些病原体会利用CERT和FAPP2的宿主机制，神经鞘脂代谢和转运的空间调控研究进展将为该类药物的开发提供线索。

虽然已有鞘脂转运蛋白结构、功能及其在癌症等疾病中作用的相关研究，但鞘脂转运蛋白在疾病发生发展中的详细机制及其靶向不同细胞器的确切机制尚不清楚，我们对个别鞘脂转运蛋白及其在癌症中的作用知之甚少，因为目前可以实时观察鞘脂转移的方法有限，所以鞘脂转运蛋白在体内功能的研究变得复杂化，而且大多数研究都是在体外进行的。然而，随着荧光标记和成像技术的进步，如超高分辨率显微镜[30]，已可用来详细观察鞘脂转运蛋白如何帮助鞘脂在细胞内移动。可以预计的是，继续寻找新的鞘脂转运蛋白并阐明其生物学功能及其在疾病发生发展中的作用将对相关疾病的预防、诊断及治疗有重要意义。