滕藤，唐其柱*

(1.武漢大學(xué)人民醫(yī)院心血管內(nèi)科，湖北 武漢 430060；2.代謝與相關(guān)慢病湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430060)

基質(zhì)細(xì)胞蛋白是調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞間相互作用的一種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)的亞類，是細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接橋梁，在對外部刺激做出響應(yīng)并維持微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。不同于結(jié)構(gòu)性的基質(zhì)蛋白，基質(zhì)細(xì)胞蛋白并不直接參與調(diào)控細(xì)胞形態(tài)和組織結(jié)構(gòu)，而是在組織細(xì)胞受到損傷后發(fā)揮細(xì)胞-細(xì)胞、細(xì)胞-基質(zhì)間的調(diào)節(jié)作用[1]。為了突出這種細(xì)胞外蛋白在調(diào)節(jié)細(xì)胞功能中的作用，Bornstein[2]引入了“基質(zhì)細(xì)胞蛋白”這一概念，強(qiáng)調(diào)細(xì)胞外基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)組成成分的改變將會直接影響細(xì)胞的表型。分泌型模塊化鈣結(jié)合蛋白(secreted modular calcium binding protein,SMOC)-1是一種基質(zhì)細(xì)胞蛋白，研究證實(shí)SMOC-1在胚胎發(fā)育、成骨鈣化、血管生成、纖維化等方面發(fā)揮重要作用，但關(guān)于SMOC-1的具體機(jī)制和更多的生物學(xué)功能尚不清楚。本文對SMOC-1的最新研究進(jìn)展作一綜述，以提高研究人員對SMOC-1的關(guān)注。

1 SMOC-1的結(jié)構(gòu)和表達(dá)

SMOC-1是一種基質(zhì)細(xì)胞蛋白，屬于細(xì)胞外模塊化蛋白BM-40家族，此家族還包括骨連接素(Osteonectin/SPARC)、SMOC-2、Testican-1，-2，-3和卵泡抑素樣蛋白-1等[3]。SMOC-1在腦、心臟、肝臟、腎臟、睪丸、卵巢、脂肪和骨骼肌[4]等多種組織中均有表達(dá)，且主要分布于基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)中。我們注意到，SMOC-1在肝臟的表達(dá)水平較高，這符合其作為肝臟因子以及循環(huán)蛋白在代謝相關(guān)疾病，如糖尿病中的作用；同時(shí)其在性腺的表達(dá)水平也較高，這與其在性腺發(fā)育中的重要作用相一致[5]。SMOC-1基因位于染色體14q24.2上，編碼一個(gè)408個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì)[5]，其主要結(jié)構(gòu)具有高度保守性，從氨基端到羧基端分別是一個(gè)卵泡抑素樣(FS)結(jié)構(gòu)域、甲狀腺球蛋白樣Ⅰ型(TY)結(jié)構(gòu)域、SMOC-1特有結(jié)構(gòu)域、第二個(gè)甲狀腺球蛋白樣Ⅰ型(TY)結(jié)構(gòu)域和EF-手性鈣結(jié)合(EC)結(jié)構(gòu)域[5]。SMOC-1雖然擁有SPARC蛋白家族共有的EC結(jié)構(gòu)域，但至今沒有任何研究表明SMOC-1能夠與SPARC蛋白以某種相同方式互相作用，對其生物學(xué)功能的探討仍較為缺乏。

2 SMOC-1的生物學(xué)功能

2.1 胚胎發(fā)育

在動物生長發(fā)育過程中，多種分泌生長因子可發(fā)揮成形素作用，在胚胎發(fā)育、器官形成過程中形成與組織大小保持適宜比例的空間濃度梯度，從而對生長發(fā)育模式發(fā)揮調(diào)控作用。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)家族蛋白在胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，如參與體軸形成和器官發(fā)生等[6]。Sapkota 等[7]研究表明，在非洲爪蟾蜍胚胎發(fā)育過程中，SMOC-1可充當(dāng)BMP的拮抗劑，在受體水平和下游通路抑制BMP信號通路的激活，介導(dǎo)絲裂原蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)級聯(lián)反應(yīng)中p-Smad與泛素連接酶Smurf1的結(jié)合，從而抑制Smad復(fù)合物的核轉(zhuǎn)運(yùn)，并通過多泛素化和蛋白酶體依賴的機(jī)制降解，從而實(shí)現(xiàn)對BMP信號傳導(dǎo)的抑制。綜合蟾蜍SMOC-1作為BMP拮抗劑和其主要在基底膜上分布的兩個(gè)特點(diǎn)，研究人員認(rèn)為蟾蜍SMOC-1以此構(gòu)建了BMP活性抑制的離散定位和濃度梯度，為胚胎發(fā)育構(gòu)建了邊界清晰的發(fā)育區(qū)域[6]。SMOC-1通過影響B(tài)MP信號通路參與胚胎發(fā)育的機(jī)制在果蠅和斑馬魚模型也得到了驗(yàn)證[8-9]。

也有研究證明，SMOC-1對人和小鼠的眼和四肢發(fā)育起重要作用[10]。在小鼠早期胚胎第7天(E7)，SMOC-1在整個(gè)內(nèi)胚層基底膜區(qū)域都有表達(dá)，在胚胎第12天(E12)和胎兒期第14天(E14)、16天(E16)和18天(E18)，SMOC-1蛋白在腦、血管、皮膚、骨骼肌、肺、心臟、肝臟、胰腺、腸和腎臟的基底膜區(qū)表達(dá)，這種器官時(shí)空特異性分布提示SMOC-1可能在小鼠胚胎發(fā)育的調(diào)節(jié)中具有多種功能[11]。另一項(xiàng)臨床研究顯示，指長比可能與SMOC-1和產(chǎn)前性激素有關(guān)[12]。Pazin 等[13]發(fā)現(xiàn)，SMOC-1可能在胎兒性腺及生殖道分化過程中發(fā)揮一定作用。研究證實(shí)，在胚胎期第10.75天(E10.75)，SMOC-1在睪丸支持細(xì)胞和卵巢前顆粒細(xì)胞中的表達(dá)均升高，在胚胎期第13.5天(E13.5)，前顆粒細(xì)胞中的SMOC-1表達(dá)下降，但在睪丸支持細(xì)胞中持續(xù)存在，此現(xiàn)象表明SMOC-1可能參與支持細(xì)胞譜系的分化以及支持細(xì)胞與生殖細(xì)胞之間的相互作用。

2.2 血管生成

血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞等可分泌多種基質(zhì)蛋白，調(diào)節(jié)細(xì)胞基質(zhì)間的相互作用，在細(xì)胞黏附、增殖、擴(kuò)散、侵襲、血管生成及上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中發(fā)揮重要作用[14]。早期報(bào)道顯示，SMOC-1同家族蛋白(SMOC-2)的促內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管形成作用可能與潛在生長因子反應(yīng)性機(jī)制有關(guān)[15- 16]。在一項(xiàng)關(guān)于非裔美國人動脈硬化的研究中，全基因組位點(diǎn)掃描提示SMOC-1可能與血管結(jié)構(gòu)改變有密切關(guān)系[17]。Awwad等[18]發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞來源的SMOC-1是激活素樣激酶-5(ALK-5)的拮抗劑，也是微小RNA miR-223的靶點(diǎn)，通過激活A(yù)LK-1-TGF-β信號通路發(fā)揮促血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管生成的作用[18]。在缺氧條件下，miR-223被下調(diào)，由此促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞SMOC-1的轉(zhuǎn)錄。敲低SMOC-1可明顯減弱小鼠主動脈環(huán)的內(nèi)皮細(xì)胞出芽，并延遲視網(wǎng)膜血管的發(fā)育[18]。此外，SMOC-1的促血管生成作用依賴其與細(xì)胞膜糖蛋白(endoglin)胞外段的相互作用[18]。

大腦發(fā)育是一種神經(jīng)發(fā)育和血管發(fā)育相互協(xié)調(diào)的復(fù)雜過程。大腦的血管不同于其他組織器官的血管，其血管壁由特殊的內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接形成，構(gòu)成血-腦屏障，在調(diào)節(jié)血液和大腦間的物質(zhì)交換過程中發(fā)揮重要作用[19]。此外，一些神經(jīng)退行性疾病(如亨廷頓舞蹈病和阿爾茲海默癥)和血管功能障礙可能與血-腦屏障破壞有一定聯(lián)系[20-22]。Su等[23]研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子PRDM16通過調(diào)節(jié)神經(jīng)元SMOC-1和TGFβR1的相互作用,從而影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的血管生成和大腦發(fā)育。在大腦SMOC-1敲除小鼠(PRDM16cKO-Nes)和PRDM16敲低細(xì)胞，補(bǔ)充外源性的SMOC-1可改善內(nèi)皮細(xì)胞增殖，部分減輕大腦發(fā)育缺陷。另外，間斷性禁食可激活SMOC-1和SCG-2，誘導(dǎo)血管內(nèi)皮生成，促進(jìn)新生血管形成和傷口愈合[24]。

2.3 細(xì)胞黏附

研究顯示，BM-40家族的EC結(jié)構(gòu)域具有刺激細(xì)胞黏附，抑制細(xì)胞增殖和減少黏著斑形成的作用[25-26]。不同于其他BM-40家族的成員，SMOCs的EC結(jié)構(gòu)域含有獨(dú)特的堿性氨基酸簇，這意味著其可能具有潛在的CAG結(jié)合位點(diǎn)[27]。SMOC-1的EC結(jié)構(gòu)域是一個(gè)對鈣離子具有獨(dú)特親和力的自主折疊域，可依賴硫酸肝素促進(jìn)皮膚HaCaT細(xì)胞黏附，此效應(yīng)由整合素αⅤβ6受體介導(dǎo)[27]。另外，下調(diào)SMOC-1可減弱內(nèi)皮細(xì)胞對Ⅰ型膠原、層粘蛋白-111和基質(zhì)膠(Matrigel)的黏附作用[18]。SMOC-1主要表達(dá)于基底膜，基底膜上含有大量的硫酸肝素乙酰肝素糖蛋白、層粘蛋白和膠原蛋白。我們認(rèn)為，進(jìn)一步研究SMOC-1與上述蛋白的作用機(jī)制及其對細(xì)胞黏附和遷移的調(diào)節(jié)作用是非常必要的。

2.4 成骨鈣化

成骨細(xì)胞分化除受生長因子調(diào)控外，還受到多種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的調(diào)節(jié)，骨骼中含量最豐富的基質(zhì)蛋白是Ⅰ型膠原。SPARC家族蛋白在調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞前體細(xì)胞的募集和增殖中發(fā)揮重要作用[28]。作為SPARC質(zhì)家族成員，SMOC-1在骨骼和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中高度表達(dá)[28]。抑制內(nèi)源性SMOC-1表達(dá)可抑制骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化和骨鈣化，而過表達(dá)SMOC-1則發(fā)揮明顯的促分化和促鈣化效應(yīng)。SMOC-1的表達(dá)在誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的第1天達(dá)到峰值，并在隨后的7天逐漸降低，但下調(diào)機(jī)制尚不清楚，提示基質(zhì)細(xì)胞蛋白作為非結(jié)構(gòu)蛋白具有獨(dú)特的時(shí)空表達(dá)特征[25,28,29]。在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化過程中，SMOC-1可能僅在早期充當(dāng)分化激活劑作用[28]。在另一項(xiàng)研究中，Kim等[30]將固定有SMOC-1的羥基磷灰石/β-磷酸三鈣顆粒植入小鼠顱骨缺損部位，通過計(jì)算機(jī)斷層掃描和組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，與對照組相比骨再生顯著增強(qiáng)，表明除誘導(dǎo)體外骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨分化作用外，SMOC-1還可有效增強(qiáng)體內(nèi)骨的再生[30]。

3 SMOC-1在疾病中的研究現(xiàn)狀

3.1 SMOC-1與瓦登堡無眼綜合征

瓦登堡無眼綜合征(WAS)是一種較為罕見的常染色體隱性遺傳疾病，特征表現(xiàn)為眼和肢體發(fā)育的異常，包括小眼或無眼畸形、少指(趾)、并指(趾)以及第四第五掌骨融合，一些病例出現(xiàn)長骨發(fā)育不全、馬蹄腎、靜脈或椎骨異常。值得注意的是，有證據(jù)顯示患者發(fā)育遲緩和智力障礙的發(fā)生可能與SMCO-1缺失有關(guān)[31-33]。WAS最初由Waardenburg在1961年報(bào)道，直到2011年Schorderet等[34]發(fā)現(xiàn)該綜合征是由SMOC-1的隱形突變所致。動物實(shí)驗(yàn)表明，在小鼠胚胎期第9.5天(E9.5)，SMOC-1在前腦、中腦、后腦、咽弓、鼻神經(jīng)管、前肢原基、額竇區(qū)域和體節(jié)處表達(dá)；而到發(fā)育后期，SMOC-1在后肢腹側(cè)、前肢的腹背內(nèi)側(cè)、視桿、視神經(jīng)腹側(cè)以及視杯閉合部位也有表達(dá)[10,35]。構(gòu)建含有LacZ報(bào)告基因的SMOC-1靶向突變(SMOC-1tm1a/tm1a)小鼠降低SMOC-1的表達(dá)，突變后SMOC-1 mRNA水平僅為野生型小鼠的10%。這些小鼠高發(fā)后肢少趾、虹膜和視網(wǎng)膜缺損、體型較小及腭裂，與人類WAS的部分表型相一致[35]。在另一項(xiàng)研究中，純合敲除的SMOC-1的小鼠(SMOC-1TP/TP突變小鼠)表現(xiàn)出生長發(fā)育遲緩、眼球組織和視神經(jīng)缺損和后肢畸形等癥狀，這些表型也和WAS患者的畸形類似[10]。

3.2 SMOC-1與纖維化

SMOC-1與組織器官病理狀態(tài)下纖維化的發(fā)生密切相關(guān)。Dreieicher等[4]研究發(fā)現(xiàn)，白介素-1β(IL-1β)處理可誘導(dǎo)大鼠腎小球系膜細(xì)胞產(chǎn)生一氧化氮(NO)，但抑制此處SMOC-1的表達(dá)，從而限制TGF-β/Smad通路介導(dǎo)的纖維化。在抗Thy-1腎小球腎炎的大鼠模型中，腎小球SMOC-1表達(dá)下調(diào)，而誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)表達(dá)上調(diào)。用iNOS的特異性抑制劑處理可拮抗SMOC-1的下調(diào)，從而加重大鼠腎小球炎癥并且腎小球纖維蛋白沉積增加[4]。但是，到目前為止，NO引起SMOC-1表達(dá)下調(diào)的機(jī)制尚不清楚，有可能與可溶性鳥苷酸環(huán)化酶(sGC)的激活有關(guān)[4]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，沉默SMOC-1可以抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠心肌成纖維細(xì)胞纖維化；進(jìn)一步研究提示沉默SMOC-1可能通過BMP/Smad2信號通路介導(dǎo)心肌纖維化的抑制[36]。

3.3 SMOC-1與糖尿病

肝臟因子是肝臟分泌的一類蛋白質(zhì)，可通過自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌的形式調(diào)節(jié)代謝，對胰島素的作用具有重要的影響[37]。例如，Montgomery等[38]發(fā)現(xiàn)SMOC-1作為葡萄糖反應(yīng)性肝臟因子可參與血糖穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)[38]。胞外葡萄糖濃度升高可刺激肝細(xì)胞合成并分泌SMOC-1，該過程依賴轉(zhuǎn)錄因子碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(ChREBP)。研究人員通過肝臟特異性SMOC-1 shRNA降低小鼠肝臟內(nèi)SMOC-1 mRNA的水平，可損傷血糖調(diào)節(jié)功能，但不影響血漿胰島素的水平；而急性腹膜內(nèi)注射SMOC-1后，小鼠血糖調(diào)控能力明顯改善，此效應(yīng)不依賴胰島素。另外，在肝內(nèi)過表達(dá)SMOC-1或每周一次腹膜內(nèi)注射SMOC-1-FC融合蛋白可改善db/db糖尿病小鼠葡萄糖耐量和胰島素敏感性[38]。SMOC-1控制血糖的機(jī)制可能與抑制肝臟內(nèi)cAMP-cAMP依賴性蛋白激酶(PKA)-cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)信號通路，進(jìn)而降低糖異生基因表達(dá)和抑制肝葡萄糖輸出等因素有關(guān)[38]。

Lagos等[39]研究發(fā)現(xiàn)，SMOC-1+/-小鼠的血小板對凝血酶的反應(yīng)性減弱；miR-223能結(jié)合SMOC-1的3'-UTR，從而抑制SMOC-1的促血管生成作用；而在miR-223缺陷的小鼠，血小板表達(dá)了高水平的SMOC-1，對凝血酶的反應(yīng)性也較高。值得注意的是，2型糖尿病患者血小板中SMOC-1表達(dá)顯著上調(diào)，給予SMOC-1的中和抗體可消除血小板對凝血酶的高反應(yīng)性。這表明，SMOC-1可能是一種新型凝血酶激活蛋白，參與2型糖尿病相關(guān)的血小板功能病理改變，未來有可能成為2型糖尿病血小板功能異常治療的新靶點(diǎn)。

3.4 SMOC-1與腫瘤

Tenascin-C是一種在多種癌癥中高表達(dá)的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，Brellier等[40]發(fā)現(xiàn)，SMOC-1能夠與Tenascin-C在體外結(jié)合，這提示SMOC-1可能是一種新型的癌癥相關(guān)蛋白，研究人員在多個(gè)腦腫瘤的樣本中發(fā)現(xiàn)SMOC-1的表達(dá)明顯增加，但其具體機(jī)制尚不清楚。

基于SMOC-1在多個(gè)腦腫瘤病例的腫瘤組織中有大量表達(dá)，且在乳腺癌病例中SMOC-1的甲基化水平增加[40-41]，SMOC-1因此有望被認(rèn)定為一種新的腫瘤標(biāo)志物。此外，多項(xiàng)研究表明，SMOC-1甲基化與大腸的鋸齒狀病變(鋸齒狀息肉)密切相關(guān)，鋸齒狀病變大致可分為增生性息肉(HPs)，無蒂鋸齒狀腺瘤/息肉(SSA/Ps)和傳統(tǒng)的鋸齒狀腺瘤(TSA)?，F(xiàn)有證據(jù)表明SSA/Ps和TSA是重要的癌前病變，Aoki等[42]發(fā)現(xiàn)，SMOC-1的甲基化對鋸齒狀病變中的TSA具有高度特異性；與之一致的是SMOC-1的表達(dá)在TSA中減少，而在正常的結(jié)腸組織和SSA/Ps中大量表達(dá),表明甲基化的SMOC-1可以作為TSA診斷的重要標(biāo)志物。由于結(jié)腸癌中SMOC-1的甲基化水平也較高，這同時(shí)可能預(yù)示著TSA是一種具有更高風(fēng)險(xiǎn)的癌前病變[42]。

3.5 SMOC-1與其他疾病

研究表明，SMOC-1在阿爾茲海默癥患者大腦的板塊結(jié)構(gòu)中大量存在[15-18]，研究人員認(rèn)為SMOC-1是阿爾茲海默癥患者腦脊液中十分有研究意義的分子標(biāo)志物[43]。同時(shí)，SMOC-1在特應(yīng)性皮炎的病理過程中也發(fā)揮重要作用，Lyubchenko等[44]研究發(fā)現(xiàn)IL-4/IL-13對SMOC-1的抑制改變了角質(zhì)形成細(xì)胞內(nèi)Ca2+的轉(zhuǎn)運(yùn)，抑制了角質(zhì)形成細(xì)胞分化信號，這可能為臨床治療特應(yīng)性皮炎提供了一個(gè)新的靶點(diǎn)，但其有關(guān)的具體機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

4 總結(jié)與展望

SMOC-1屬于SPARC蛋白家族成員，現(xiàn)有研究已表明，SMOC-1存在廣泛、復(fù)雜的生物學(xué)功能，在胚胎發(fā)育、血管生成、細(xì)胞黏附以及成骨鈣化等多個(gè)方面發(fā)揮重要作用。它也是眼、四肢長骨發(fā)育的關(guān)鍵因子，與機(jī)體炎癥和臟器纖維化的進(jìn)展密切相關(guān)。胚胎發(fā)育階段SMOC-1在基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)中有高水平表達(dá)，但在個(gè)體發(fā)育成熟后僅在病理狀態(tài)下表達(dá)； SMOC-1作為肝臟因子，在肝臟中有較高的表達(dá)，其可作為一種循環(huán)蛋白，提升機(jī)體對胰島素的敏感性，參與對血糖的控制[38]。SMOC-1在多種腫瘤組織，以及阿爾茲海默癥患者的腦組織和腦脊液中也有表達(dá)，具有作為診斷標(biāo)志物的潛力。

綜上所述，基于SMOC-1在病理狀態(tài)下的表達(dá)，對SMOC-1及其與其他蛋白相互作用的研究，對于拓展相關(guān)疾病診斷標(biāo)志物具有積極意義。鑒于SMOC-1在基質(zhì)重塑中的重要作用，以及能夠與多個(gè)纖維化相關(guān)細(xì)胞基質(zhì)蛋白相互作用的特點(diǎn)， SMOC-1可能成為多種纖維化疾病防治的重要靶點(diǎn)。最后，SMOC-1作為一種肝臟因子和循環(huán)蛋白，我們推測其可能參與多種慢性代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展。