孫婷婷，王圓圓，王穎楠，秦靜茹，常久翔，陳楊彬，劉長青，郭 俁

(1.蚌埠醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠醫(yī)學(xué)院檢驗醫(yī)學(xué)院；3.蚌埠醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院)

泛素—蛋白酶體系統(tǒng)(Ubiquitin-proteasome system,UPS)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，在細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)中起著重要作用[1]。UPS參與許多生理過程，如細胞分化、凋亡、自噬、血管生成以及DNA修復(fù)和抗原提呈過程等[2-3]。

泛素通過與不同的酶形成共軛級聯(lián)復(fù)合物，進而與靶蛋白連接并啟動特異性降解。泛素—蛋白酶體系統(tǒng)包括E1泛素激活酶、E2泛素活化酶和E3泛素連接酶[4]。其中，E3泛素連接酶決定靶蛋白的特異性識別，在泛素化降解途徑中具有重要意義。

組成型光形態(tài)發(fā)生蛋白1(Constitutively Photomorphogenesis protein 1，COP1)，又稱環(huán)指和色氨酸-天冬氨酸重復(fù)序列結(jié)構(gòu)域(Ring Finger and Tryptophan-Aspartic Acid，RFWD2)，是一類E3泛素連接酶，廣泛表達于植物及哺乳動物細胞中，主要參與植物生長發(fā)育、光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控以及動物細胞的生物學(xué)行為調(diào)節(jié)[5-7]。

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)COP1的異常表達與人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤以及代謝性疾病等存在密切關(guān)系。本文從COP1的發(fā)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)、作用機制以及生理功能等方面進行綜述，為COP1的深入研究提供參考。

1 COP1的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)

COP1最先于植物中被發(fā)現(xiàn)，靶向其底物是一些關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子，作為植物發(fā)育的光調(diào)控的重要分子開關(guān)，參與植物整個生命周期的多種發(fā)育過程[8-12]。同時，COP1在植物干旱脅迫耐受性中也發(fā)揮著重要作用[13]；在黃化擬南芥幼苗中，茉莉酸鹽抑制COP1活性以穩(wěn)定COP1靶點，從而抑制下胚軸伸長和刺激子葉展開[12]。研究發(fā)現(xiàn)，隱花色素(Cryptochromes，CRY)對COP1具有保守拮抗作用，表明CRY-COP1軸具有古老的起源，并進化重新利用以調(diào)控植物的光形態(tài)發(fā)生及調(diào)控哺乳動物的晝夜節(jié)律[14]。

COP1屬于COP-DET-FUS家族成員之一[15]，是一個分子質(zhì)量為76 kD的高度保守核蛋白。COP1由3個特殊的結(jié)構(gòu)域組成，N端為環(huán)形鋅指結(jié)構(gòu)域(ring zinc-finger domain)，具有泛素連接酶的催化活性，可直接或間接招募下游分子，使靶蛋白泛素化，并經(jīng)由蛋白酶體途徑降解，環(huán)形鋅指結(jié)構(gòu)域也可作為多聚泛素化的底物，中間為卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域(coil-coil domain)，包含亮氨酸的細胞質(zhì)定位信號及環(huán)形鋅指結(jié)構(gòu)域連接的帶正電荷氨基酸組成的核定位信號，介導(dǎo)COP1的核質(zhì)運輸及信號傳遞；C端含有7個色氨酸-天冬氨酸(tryptophan-aspartic acid，WD40)重復(fù)序列[16]，介導(dǎo)蛋白之間的相互作用。見圖1。

圖1 COP1基因結(jié)構(gòu)分布及作用模式

2 COP1的作用機制

COP1在哺乳動物中作為一種負調(diào)控因子，其表達升高或降低都會影響下游蛋白表達，從而導(dǎo)致疾病發(fā)生,見表1。COP1在哺乳動物細胞中作為一種關(guān)鍵負調(diào)節(jié)因子，其表達降低使ETS轉(zhuǎn)錄因子(ETV4和ETV5)表達上調(diào)從而導(dǎo)致小鼠肺分支缺損[17]；而小鼠前列腺中COP1的缺失，使ETV1表達上調(diào)導(dǎo)致前列腺上皮細胞增殖[18]。

表1 COP1表達差異對下游蛋白的影響與疾病發(fā)生

3 COP1在疾病中的作用

3.1神經(jīng)系統(tǒng)疾病 泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是神經(jīng)發(fā)育以及維持腦結(jié)構(gòu)和功能的主要調(diào)節(jié)劑，它通過確定支架蛋白、突觸前蛋白和突觸后蛋白的定位，相互作用和轉(zhuǎn)換來影響神經(jīng)發(fā)生、突觸形成和神經(jīng)傳遞[29]。

在神經(jīng)系統(tǒng)中，F(xiàn)oxO1參與調(diào)節(jié)神經(jīng)元形態(tài)、突觸形成和成年海馬神經(jīng)發(fā)生，而COP1過表達可抑制FoxO1活性[30]，這是導(dǎo)致抑郁癥病因的機制之一[25]；在小鼠胚胎腦發(fā)育過程中，神經(jīng)干細胞COP1缺失型小鼠的大腦和脊髓中ETS家族和c-JUN表達異常增加。其中，ETS家族ETV1、ETV4和ETV5能夠在腦中表達，尤其在海馬中具有高水平的ETV4和ETV5的表達[31]。研究表明，ETS可在神經(jīng)元分化，運動神經(jīng)元連接，樹突棘形成，軸突向外生長和突觸成熟中具有重要功能[32]，其上游信號傳導(dǎo)是包括FGF，NGF，BDNF或GDNF在內(nèi)的神經(jīng)營養(yǎng)因子和其他生長因子[33]。c-JUN廣泛表達于發(fā)育中的大腦，其靶基因包括與膠質(zhì)細胞再生相關(guān)的GFAP、c-JUN在上游激酶磷酸化作用下調(diào)控下游神經(jīng)元凋亡[34]；在神經(jīng)干細胞中，敲除FBW7會提高c-JUN并降低細胞存活率[35]。這二者共同表達能促進原本將形成大腦皮層的神經(jīng)細胞向神經(jīng)膠質(zhì)細胞發(fā)生[28]。

COP1基因會受到自閉癥患者富含基因拷貝數(shù)變異(CNVs)的影響，CNV是DNA片段的缺失或重復(fù)，代表了遺傳變異的重要來源[36]。有研究顯示12個復(fù)發(fā)性CNVs與自閉癥相關(guān)[37]，還有8個與精神分裂癥相關(guān)[38]，表明COP1與ASD的發(fā)生密切相關(guān)[39]。在精神疾病發(fā)生中DNA甲基化也起著關(guān)鍵作用，COP1被鑒定為10個高甲基化精神分裂癥差異基因之一，還有研究表明COP1也與重度抑郁癥有關(guān)[40]。這表明COP1的功能失活可顯著影響自閉癥、精神分裂癥與抑郁癥的發(fā)生。

3.2腫瘤 COP1表達異常還與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，見表2。研究發(fā)現(xiàn)，COP1是抑癌基因p27的E3連接酶，COP1過表達促進p27蛋白的降解，導(dǎo)致細胞增殖、轉(zhuǎn)化、腫瘤發(fā)生[7]。COP1過表達可刺激抑癌基因p53失活，導(dǎo)致p53誘導(dǎo)G0/G1細胞周期阻滯失效，介導(dǎo)細胞凋亡失效，從而調(diào)節(jié)人乳腺癌細胞的增殖[19]。在慢性淋巴細胞白血病中，COP1水平與慢性淋巴細胞白血病患者的臨床分期及ZAP-70的表達呈正相關(guān)，COP1的過表達促進了細胞集落的形成和增殖，通過抑制FoxO1和p21的活性，進一步促進了細胞周期從G0/G1期向S期的轉(zhuǎn)變。研究還發(fā)現(xiàn)，COP1的過度表達可加速腫瘤的發(fā)生，促進異種移植的生長[21]。原發(fā)性胃癌中也檢測到高表達的COP1水平[20]。

表2 COP1對腫瘤發(fā)生的雙重作用

當COP1部分丟失或異常低表達時，也會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。COP1亞型小鼠在出生后1年內(nèi)自發(fā)地發(fā)生高頻率的惡性腫瘤，并且對輻射誘發(fā)的淋巴損傷高度敏感，提示COP1在體內(nèi)將致癌因子c-Jun維持在低水平，COP1缺乏以c-Jun上調(diào)的方式刺激腫瘤細胞增殖[26]；在小鼠前列腺中，COP1缺乏會升高ETV1，并導(dǎo)致細胞增殖、增生和早期前列腺上皮內(nèi)瘤變[26]；原癌基因Pea3亞家族的ETS轉(zhuǎn)錄因子(ETV1、ETV4和ETV5)，其蛋白水平能夠被COP1下調(diào)[18]。

3.3代謝性疾病 在代謝系統(tǒng)中，COP1異常升高或降低都會影響正常生理代謝功能。COP1通過靶向降解ATGL影響肝脂肪代謝，腺病毒介導(dǎo)的COP1缺失可改善高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠肝臟脂肪變性并改善肝功能[24]；COP1與Shp2的協(xié)同作用，調(diào)節(jié)脂肪酸合酶(FASN)泛素化和降解，其表達升高與肥胖、2型糖尿病和胰島素抵抗相關(guān)[22]；成年小鼠β細胞COP1的缺失導(dǎo)致Pea3轉(zhuǎn)錄因子的積累，從而激活抑制胰島素分泌的基因，引起β細胞胰島素分泌缺陷和高血糖[27]；肝細胞中游離脂肪酸過多產(chǎn)生脂質(zhì)毒性時，COP1與TRB3在基因和蛋白水平上調(diào)，共同作用靶向降解SIRT1誘導(dǎo)胰島素抵抗[23]。

綜上所述，在植物細胞內(nèi)作為發(fā)育過程中光信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中心開關(guān)的COP1，在哺乳動物代謝功能、神經(jīng)系統(tǒng)及腫瘤細胞中也參與多種生命進程。COP1介導(dǎo)特定蛋白的泛素依賴性蛋白酶體降解，其靶向底物包括p53、p21和c-JUN、ETS轉(zhuǎn)錄因子(ETV1、ETV4和ETV5)的Pea3亞家族、FOXO1、SIRT1等作為各種底物的關(guān)鍵負調(diào)節(jié)因子，在多種疾病中表達異常，通過促進下游底物的降解，在疾病的發(fā)生和發(fā)展中起著雙重作用，但其確切的生理作用機制并不清晰，即COP1在某些細胞中過度表達時，作為致病因子和促癌因子，抑制COP1可能是一種有用的治療策略；然而，當COP1在特定類型的細胞中低表達，表現(xiàn)出抑癌作用時，調(diào)節(jié)COP1上游調(diào)節(jié)因子以增加COP1的表達水平可能有助于疾病的治療。雖然COP1的表達及其在不同類型細胞中的作用存在爭議，但靶向COP1有可能成為一種新的、應(yīng)用于人類疾病的治療方法。目前COP1參與疾病發(fā)生的機制尚未完全明確，因此需要更有效的技術(shù)來發(fā)現(xiàn)更多與疾病發(fā)生相關(guān)的COP1底物。