劉宇寧，余 薇，查文良

(湖北科技學(xué)院 1. 臨床醫(yī)學(xué)院, 2. 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，3. 藥學(xué)院， 湖北 咸寧 437100)

1999年 Mollay C等從蟾蜍的皮膚分泌物中發(fā)現(xiàn)了一種分子量為8 ku的蛋白質(zhì)并命名為 Bv8( Bombina variegate molecular mass-8 ku)[1]。對其結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)Bv8是前動力蛋白(Prokineticin，PK)的一種表型，隨后在一些哺乳類動物(鼠、猴、人等)體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了Bv8的同源蛋白，分別命名為前動力蛋白1 (Prokineticin 1，PK1)和前動力蛋白2 ( Prokineticin 2，PK2或Bv8)。PK是一種小分子信號肽，自被發(fā)現(xiàn)以來逐漸成為研究的熱門，許多科研工作者都著手嘗試解析PK及前動力蛋白受體( Prokineticin receptor，PKR)在人體內(nèi)的作用及其作用機(jī)制，以期通過PK及PKR來調(diào)控疾病發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，PK及PKR在中樞系統(tǒng)中持續(xù)誘導(dǎo)新的中間神經(jīng)元從腦室下區(qū)延伸至嗅球，以此調(diào)節(jié)嗅球的生長發(fā)育，同時PK與離散腦區(qū)的發(fā)育、機(jī)體痛覺過敏和動物攝食行為等具有密切聯(lián)系，甚至可以保護(hù)受腦缺血影響的神經(jīng)元[2-3]；在心血管系統(tǒng)中可以促進(jìn)心臟細(xì)胞的增殖和存活，改善病變后的心臟功能和預(yù)后[4]；同時PK對血管的再生也有一定的調(diào)控作用，PKR在不同的內(nèi)皮細(xì)胞中有著不同的表達(dá)，可以促進(jìn)STAT3活性和STAT3下游血管生成與促增殖/存活基因的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長[5]；同時，機(jī)體發(fā)生病理改變后，PK能干涉機(jī)體的炎癥反應(yīng)與應(yīng)激反應(yīng)，在炎性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中表達(dá)增加，刺激單核細(xì)胞的遷移，引發(fā)炎性疼痛并且驅(qū)動外周致敏，進(jìn)而調(diào)控局部炎癥反應(yīng)[5-7]。

近年來，越來越多的研究表明，PK及其受體(PKR)在卵巢、子宮、胎盤、睪丸的生理功能中扮演著重要角色[8]。本文就PK及其受體在生殖系統(tǒng)的研究展開綜述。

1 PK的生理結(jié)構(gòu)

PK1和 PK2的編碼基因位于人類1號染色體短臂和3號染色體短臂上，僅有45%的氨基酸序列相同，但在序列末端有著相同的六肽序列氨基酸，此序列可影響PK的生物活性。PK1又稱內(nèi)分泌腺源性血管內(nèi)皮生長因子(endocrine gland-derived vascular endothelial growth factor，EG-VEGF)，其編碼基因位于染色體1P21.1上，由3個外顯子組成，迄今為止，還沒有關(guān)于替代剪接所產(chǎn)生的產(chǎn)品的報告。相反，位于染色體3P13.3上的PK2基因有4個外顯子，由兩個蛋白質(zhì)交替剪接而產(chǎn)生。PK編碼基因經(jīng)翻譯后形成了兩種大約含有80個殘基的分泌蛋白，兩種蛋白間除了具有5個相同的二硫鍵母基外，保守的N-末端延伸和C-末端結(jié)構(gòu)域也十分相似，經(jīng)過誘變和蛋白酶消化實驗證明這些結(jié)構(gòu)對PK的生物活性具有關(guān)鍵意義[9]。

2 PK在生殖系統(tǒng)中的作用

由于血管生成對雌性黃體和胎盤的正常發(fā)育和功能具有重要的影響，而PK又在血管生成的過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，因此許多研究者著手研究PK在生殖器官中的潛在作用。編碼PK的基因在生殖系統(tǒng)中高表達(dá)已被證實，主要是集中分布在哺乳動物的睪丸、卵巢、胎盤與子宮等器官中[8]。PK1和PK2在不同組織中的表達(dá)量有所不同，但都發(fā)揮了特定的生理作用，調(diào)控機(jī)體生殖器官的生長發(fā)育及發(fā)揮正常的生理功能。同時，PKR作為PK的受體，因其選擇性不同而在各種生殖器官中的表達(dá)量存在差異，因PK和PKR有多種結(jié)合方式，其不同的組合方式將會產(chǎn)生特異的功能性質(zhì)。

2.1 PK 1在生殖系統(tǒng)中的作用PK1也被稱為曼巴腸毒素1或EG-VEGF，早期研究發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)家族不同，但在特定的細(xì)胞與組織內(nèi)卻有著與VEGF相似的生物學(xué)活性。隨著研究的深入，PK1的結(jié)構(gòu)與功能越發(fā)清晰，不但確定其歸屬于分泌蛋白家族，同時發(fā)現(xiàn)PK1在機(jī)體諸多系統(tǒng)中皆有所作用。

PK1在男性生殖系統(tǒng)中主要存在于睪丸中，由睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成。PK1通過與VEGF-a的結(jié)合進(jìn)而誘導(dǎo)睪丸內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、存活與遷移而參與睪丸的血管生成及維持內(nèi)皮細(xì)胞的完整性[10]。在前列腺中PK1也有部分表達(dá)，主要是由腺上皮合成，發(fā)揮著同樣的作用。雖然PK1參與調(diào)控睪丸及前列腺血管生成的調(diào)節(jié)，但在蛋白水平上PK1的表達(dá)僅僅在增生和發(fā)生癌變的組織中才能大量檢測到，提示睪丸腫瘤與前列腺腫瘤的發(fā)展與PK1密切相關(guān)[11]。

PK1在女性生殖器官中主要分布于卵巢之中，雌激素、孕酮、人絨毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin，HCG)以及低氧誘導(dǎo)均可刺激PK1的合成，同時PK1的分泌水平會隨著卵巢周期的變化而波動，與VEGF相比PK1的表達(dá)要強(qiáng)數(shù)倍，同樣具有著促進(jìn)血管生成的作用，同時，在子宮內(nèi)膜容受性、胚胎著床和胎盤形成中具有明顯的作用，這些作用在后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)與多囊卵巢綜合征(polycystic ovarian syndrome，PCOS)和卵巢過度刺激綜合征(ovarian hyperstimulation syndrome，OHSS)等卵巢疾病發(fā)生有關(guān)。一旦女性受孕進(jìn)入妊娠早期時，PK1受到HCG的刺激在胎盤中開始大量表達(dá)，血中蛋白濃度最高峰時可達(dá)到非孕婦的5倍。PK1在妊娠的前3個月中可以控制絨毛外滋養(yǎng)細(xì)胞的遷移和假血管網(wǎng)絡(luò)的形成而穩(wěn)定妊娠的發(fā)展。隨著時間的推延，到了妊娠中期PK1表達(dá)逐漸下降，但仍然高于非孕婦的蛋白水平，同時集中的分泌部位轉(zhuǎn)變?yōu)楹象w滋養(yǎng)層。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠晚期階段反復(fù)注射PK1不僅不會引起宮縮，反而可以穩(wěn)定子宮防止流產(chǎn)的發(fā)生，而反復(fù)妊娠丟失(recurrent pregnancy loss，RPL)的女性體內(nèi)PK1及其受體PKR1、PKR2的多態(tài)性和正常女性相比有顯著性差異[12]，由此可知，PK1及其受體在女性生殖功能上有著不可或缺的作用，可作為評價RPL風(fēng)險的新型生物標(biāo)志物，另可通過改變機(jī)體PK1的含量可有效保護(hù)女性生殖安全用以穩(wěn)定正常妊娠，探索PK1/PKR的調(diào)控機(jī)制有望減少PCOS、OHSS及RPL等疾病的發(fā)生。

2.2 PK 2在生殖系統(tǒng)中的作用一直以來在人們的認(rèn)知中，PK2更多是作為促進(jìn)腸道收縮的蛋白而存在的，隨后發(fā)現(xiàn)PK2在生殖系統(tǒng)也有所作用，不僅參與哺乳動物的生殖器官的生長發(fā)育，同時對維持動物正常的繁殖生育能力具有重要的調(diào)控作用。與PK1在雌性生殖器官大量表達(dá)不同，PK2在雌性生殖器官中幾乎無法檢測到，但最近的研究表明，PK2可能通過下丘腦前阿片皮質(zhì)激素途徑弧形投射到視前內(nèi)側(cè)核的阿片-促黑素細(xì)胞皮質(zhì)素原神經(jīng)元上刺激女性產(chǎn)生性沖動從而參與了雌性動物生殖行為的調(diào)節(jié)[2]。

而在雄性生殖器官中，PK2基因出現(xiàn)高度表達(dá)，尤其是在雄性的睪丸中能穩(wěn)定檢測到PK2蛋白，并發(fā)現(xiàn)其主要是在初級精母細(xì)胞中表達(dá)，而在其他細(xì)胞中的表達(dá)幾乎可以忽略不計。當(dāng)研究者將小鼠的PK2基因敲除后，小鼠出現(xiàn)類似于人類Kallmann綜合征的表現(xiàn)，即下丘腦促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone，GnRH) 神經(jīng)元數(shù)量急劇減少，同時伴有嗅覺缺失或減退的低促性腺激素型性腺功能減退的癥狀，在生殖方面表現(xiàn)為青春期性發(fā)育不佳和生育能力受損，基本上喪失了生育能力[13]。觀察組織結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)PK2基因被敲除的雄鼠表現(xiàn)出生精小管不僅較正常小鼠的生精小管更為纖細(xì)，同時部分小管管腔缺乏，單倍體精母細(xì)胞和精子細(xì)胞缺如，而雌性小鼠則出現(xiàn)因卵泡發(fā)育不全、缺乏成熟卵泡和黃體而導(dǎo)致的發(fā)情周期中斷和生育能力喪失[14]。在一項病例報道中發(fā)現(xiàn)對GnRH缺乏癥患者使用性激素替代治療后成年個體的臨床病癥得到了一定程度的緩解，但仍有少數(shù)PK2結(jié)構(gòu)突變的患者依然保持著少精子/無精子的癥狀無法緩解[15]，提示PK2在調(diào)節(jié)原發(fā)性睪丸功能和精子發(fā)生中的重要作用，因此，PK2也可以作為檢測GnRH缺乏癥病因的途徑之一。而當(dāng)睪丸出現(xiàn)炎癥反應(yīng)時，睪丸中PK2及其受體PKR的表達(dá)量出現(xiàn)了明顯的變化，有趣的是在此研究中急性炎癥反應(yīng)和慢性炎癥反應(yīng)所出現(xiàn)的變化呈現(xiàn)不同的趨勢[16]，由此我們可以推測出PK2及其受體在不同的疾病中通過不同的信號通路發(fā)揮特定的作用，進(jìn)而對維護(hù)機(jī)體組織的完整性及其正常的生物功能作出重要的貢獻(xiàn)。但現(xiàn)階段研究尚不充足，亟需更多的實驗來研究PK2及其受體在生殖系統(tǒng)中的具體功能及機(jī)制。

2.3 PKR在生殖系統(tǒng)中的作用PK能激活兩種內(nèi)源性G蛋白偶聯(lián)受體(PKR1和PKR2)，兩種受體有著高達(dá)85%以上的序列同源性，這種高度受體序列保守性提示我們PK在生物學(xué)過程中具有關(guān)鍵功能并以此受體通路發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)。雖然二者高度相似，但PKR1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)效率要高于PKR2，這是因為PKR1中存在較強(qiáng)的正電荷氨基酸Arg，而PKR2中只有弱正電荷氨基酸Lys和中性氨基酸Asp，導(dǎo)致其在細(xì)胞第二內(nèi)環(huán)中正電荷凈量的不同而產(chǎn)生轉(zhuǎn)導(dǎo)速率差異[17]。經(jīng)受體轉(zhuǎn)染的哺乳動物細(xì)胞系分析發(fā)現(xiàn)，在生殖系統(tǒng)中PK2與PK1相比對PKR具有較高的親和力[18]，表明PK2是PK/PKR系統(tǒng)在生理條件下的較強(qiáng)的激動劑，發(fā)揮更強(qiáng)的生理學(xué)效應(yīng)。另有研究表明，PKR2在大腦(嗅球、腦室下區(qū)等)、甲狀腺、腎上腺及睪丸等內(nèi)分泌組織中大量表達(dá)，而PKR1則主要表達(dá)于外周組織，比如心臟、前列腺、胃腸和脾臟等[19]。但在女性生殖系統(tǒng)中，PKR1和PKR2在卵巢和胎盤中都存在表達(dá)且發(fā)揮著不可或缺的作用。

當(dāng)實驗者將小鼠的PKR1和PKR2基因分別敲除后，發(fā)現(xiàn)PKR2基因敲除的小鼠不僅生殖器官的重量有所降低，更為顯著的是睪丸的生精管萎縮，管腔狹小，間質(zhì)稀疏且間質(zhì)細(xì)胞較少，雖然生精細(xì)胞未明顯減少但小管腔內(nèi)未見精子；而雌性小鼠卵巢以未發(fā)育卵泡為主，只有少量卵泡呈腔狀但不完整，同時未見黃體生成。而在激素水平上，小鼠的促性腺激素釋放激素、睪酮和卵泡刺激素均明顯低于對照組小鼠。相對的，PKR1基因敲除的小鼠的生殖系統(tǒng)并未發(fā)現(xiàn)顯著性差異[20]。由此可知在生殖系統(tǒng)中PK是通過與PKR2結(jié)合來發(fā)揮其生殖功能調(diào)控作用的。

3 PK在生殖系統(tǒng)中發(fā)揮作用的生物信號通路

與其他G蛋白偶聯(lián)受體家族一樣，通過研究PKR的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)PKR上有兩個結(jié)合位點：7 Trans Membrane (TM)-bundle結(jié)合位點和氨基末端細(xì)胞外表面結(jié)合位點，通過此雙位點結(jié)構(gòu)PK與PKR特異性結(jié)合。PK和PKR結(jié)合后受到局部效應(yīng)和/或內(nèi)分泌激素的調(diào)節(jié)，在不同的系統(tǒng)中與不同的G蛋白(例如GI、GQ和GS蛋白)偶聯(lián)，激活磷脂酶C并形成第二信使IP3誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動員，刺激磷酸肌醇的周轉(zhuǎn)，進(jìn)而激活絲裂原活化蛋白激酶或磷酸肌醇3-激酶、絲氨酸/蘇氨酸激酶、蛋白激酶C等信號傳導(dǎo)通路[21]。

最近相關(guān)實驗表明，PK2基因初級轉(zhuǎn)錄本有兩個可選的剪接變異體PK2和PK2L，它們被切割成一個活性肽(即PK2β)，若激活PKR1受體將優(yōu)先偶聯(lián)GQ和GS蛋白，然后以此發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，值得注意的是由PK2β激活的PKR1將不能與GI蛋白偶聯(lián)；但PK2β與PKR2結(jié)合，那么其結(jié)合體將優(yōu)先選擇GS蛋白，其次是GQ蛋白和GI蛋白，有著明顯的偏好選擇順序[22]。PK在生殖系統(tǒng)中具體通過何種生物信號通路的研究暫時只有零星報道，有學(xué)者認(rèn)為PK1/PKR1信號通過GQ/11-ERK激活子宮內(nèi)膜中活化T細(xì)胞通路的鈣調(diào)磷酸酶/核因子，從而調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄[23]；而PK2/PKR1信號可降低睪丸炎癥反應(yīng)時IL-4和IL-10的生成，從而損害炎癥過程中的抗炎免疫反應(yīng)，有助于白細(xì)胞的浸潤及免疫細(xì)胞中細(xì)胞因子的產(chǎn)生，減輕睪丸炎癥損傷[24]。PK激活不同的PKR將產(chǎn)生多種偶聯(lián)組合，那么這種信號多樣性在機(jī)體各種系統(tǒng)中發(fā)揮的生理作用不盡相同，通過特定的組合方式可針對性調(diào)節(jié)機(jī)體功能，從而達(dá)到預(yù)防及治療效果。

4 展望

PK是一個新的蛋白質(zhì)家族，通過控制中樞激素分泌和外周器官發(fā)育等方式，不僅在維持生物正常生殖功能上發(fā)揮著無可替代的作用，同時越來越多的證據(jù)表明在病理狀態(tài)下PK對機(jī)體的保護(hù)和修復(fù)有著不可或缺的作用。VEGF抑制劑已被批準(zhǔn)用于臨床治療多種惡性腫瘤和多種新生血管疾病，可以有效改善患者預(yù)后及減輕其他治療藥物產(chǎn)生的不良反應(yīng)[25]。PK和VEGF有著類似結(jié)構(gòu)，PK在生殖系統(tǒng)的多種疾病中也是通過促進(jìn)血管再生等方式造成病理改變。因此，將VEGF抑制劑和PK拮抗劑聯(lián)合應(yīng)用在部分疾病治療中可能具有不錯的前景。然而，就目前研究水平來看，雖然已明確發(fā)現(xiàn)PK及其受體PKR在生殖系統(tǒng)病理狀態(tài)下發(fā)揮了特定的作用，但在大多數(shù)疾病中其發(fā)揮作用的機(jī)制尚不明朗，且多數(shù)研究都是以嚙齒動物作為模型，缺乏靈長類動物研究的資料，并且在嚙齒動物不同的疾病模型中PK發(fā)揮著不同的效應(yīng)，其具體機(jī)制仍需我們繼續(xù)深入研究。但可以肯定的是PK可作為一些疾病的早期標(biāo)志物以供早期診斷，探究PK及其受體PKR在生殖系統(tǒng)病變中的相關(guān)性及作用機(jī)制有望為我們診治生殖系統(tǒng)病變提供新的診療思路。