黎國(guó)安鐘望濤張晶晶

(廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院,廣東 湛江 524001)

肌球蛋白超家族是三大主要?jiǎng)恿Φ鞍壮易逯?其分類超過(guò)30 種,主要與肌動(dòng)蛋白結(jié)合,并以鎂離子依賴的方式水解ATP 獲得能量從而發(fā)揮動(dòng)力作用[1-3]。 肌球蛋白II 是其中的一種,包括肌肉肌球蛋白II 和非肌肉肌球蛋白II。 非肌肉肌球蛋白II 幾乎在所有細(xì)胞都有表達(dá),參與細(xì)胞的多種生理活動(dòng),如細(xì)胞遷移、極化和粘附、細(xì)胞形狀維持和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等[2]。 在脊椎動(dòng)物中,非肌肉肌球蛋白II 有3 個(gè)亞型:非肌肉肌球蛋白IIA(NM IIA)、非肌肉肌球蛋白IIB(NM IIB)和非肌肉肌球蛋白IIC(NM IIC), 分別由MYH9、MYH10 和MYH14 基因編碼[4-5]。 本文將對(duì)人、小鼠和斑馬魚(yú)中NM IIA 相關(guān)功能的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 人類發(fā)育與疾病中NM IIA 相關(guān)功能的研究

人NM IIA 的結(jié)構(gòu)包括氨基端的頭部結(jié)構(gòu)域和羧基末端的尾部結(jié)構(gòu)域。 頭部結(jié)構(gòu)域由動(dòng)力蛋白(由MYH9 的1 到19 號(hào)外顯子編碼)和頸部區(qū)域(由MYH9 的20 號(hào)外顯子編碼)組成。 尾部結(jié)構(gòu)域包含長(zhǎng)卷曲螺旋結(jié)構(gòu)(由MYH9 的21 到40 號(hào)外顯子編碼)和短非卷曲螺旋區(qū)域(由MYH9 的41 號(hào)外顯子編碼)[2]。MYH9 基因突變引起的MYH9-RD,是一種常染色體顯性遺傳性疾病,主要表現(xiàn)為巨大血小板減少、粒細(xì)胞NM IIA 分布異常,且可能同時(shí)并發(fā)腎疾病、耳聾和白內(nèi)障[6]。

1.1 人類多系統(tǒng)器官組織中NM IIA 功能的研究

NM IIA 在人類中的研究主要涉及血液系統(tǒng)、腎和聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)等。 報(bào)道指出,MYH9-RD 在血液系統(tǒng)的異常表現(xiàn)主要是巨大血小板減少、中性粒粒細(xì)胞NM IIA 分布異常和粒細(xì)胞有包涵體等[6-7]。 除此之外,NM IIA 動(dòng)力蛋白結(jié)構(gòu)域的突變將導(dǎo)致患者出現(xiàn)異常形態(tài)的紅細(xì)胞,主要表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)細(xì)長(zhǎng)[8]。 研究表明這可能與NM IIA 動(dòng)力蛋白無(wú)法產(chǎn)生維持紅細(xì)胞形狀的膜表面張力有關(guān)[9]。 在腎方面,Arrondel 等[10]通過(guò)原位雜交和免疫熒光技術(shù)發(fā)現(xiàn)MYH9 的mRNA 和蛋白在胚胎期和成人腎的小動(dòng)脈、腎小球和腎小管周?chē)拿?xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá),同時(shí)在近端小管的刷狀緣和足細(xì)胞中也有表達(dá)。 有研究表明歐裔美國(guó)人、尼日利亞人和西班牙人的NM IIA 遺傳變異可導(dǎo)致非糖尿病腎病的發(fā)病率上升[11-13],而漢族人的NM IIA 遺傳變異則導(dǎo)致糖尿病腎病發(fā)病率的升高[14]。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),糖尿病腎病患者的腎小球和足細(xì)胞的NM IIA 表達(dá)減少,足細(xì)胞內(nèi)肌動(dòng)蛋白應(yīng)力纖維縮短且數(shù)量減少,細(xì)胞間緊密連接蛋白ZO-1 表達(dá)下調(diào)。 這些病理生理改變導(dǎo)致腎小球白蛋白濾過(guò)率上升,腎功能受損。 而實(shí)驗(yàn)證實(shí)過(guò)表達(dá)NM IIA 可使血管緊張素II誘導(dǎo)的腎功能損害得到恢復(fù)[15]。 這提示NM IIA 可能與腎發(fā)育與腎功能維持有關(guān)。 而在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中,NM IIA 突變還與聽(tīng)力障礙有關(guān),有研究發(fā)現(xiàn)MYH9的p.D1424N 突變將導(dǎo)致成年發(fā)病和進(jìn)行性惡化的聽(tīng)力損傷[16],而p. R705H 位點(diǎn)的突變除導(dǎo)致患者肝功能異常和血細(xì)胞缺陷外,還導(dǎo)致神經(jīng)性耳聾[7,17]。 Verver 等[18]指出,不同的位點(diǎn)突變可導(dǎo)致不同程度的神經(jīng)性耳聾,而同一位點(diǎn)的不同突變類型也會(huì)有不同的影響,如p.R702C 位點(diǎn)的突變導(dǎo)致的耳聾比p. R702H 嚴(yán)重,p. R1165L 突變導(dǎo)致耳聾的程度比p.R1165C 嚴(yán)重。 對(duì)于有MYH9 突變家族史的幼兒,可在早期進(jìn)行此基因突變位點(diǎn)的篩查,以便在發(fā)病初期實(shí)施治療,以改善患者生活質(zhì)量。

1.2 人類腫瘤中NM IIA 功能的研究

NM IIA 與多個(gè)瘤種的發(fā)生發(fā)展有關(guān),在不同瘤種中分別扮演促癌或抑癌的角色。 Coaxum 等[19]研究發(fā)現(xiàn)抑制NM IIA 的表達(dá)可增加P53 野生型頭頸部鱗狀細(xì)胞癌的侵襲能力,提示了其在頭頸鱗狀細(xì)胞癌中起到抑癌作用。 而更多的研究表明NM IIA在腫瘤中起到促癌作用。 在一項(xiàng)關(guān)于胃癌的研究中發(fā)現(xiàn),腫瘤組織高表達(dá)NM IIA,且與患者病情進(jìn)展和不良預(yù)后相關(guān)[20]。 體外實(shí)驗(yàn)研究表明抑制NM IIA 的表達(dá)導(dǎo)致c-Jun 氨基末端激酶(JNK)水平的降低從而抑制胃癌細(xì)胞的遷移和侵襲[21]。 此外,有研究表明結(jié)直腸癌組織高表達(dá)NM IIA,且與患者的低生存率相關(guān),這可能與它激活A(yù)MPK/mTOR 信號(hào)通路有關(guān)[22]。 Zhou 等[23]發(fā)現(xiàn)NM IIA 在胰腺癌中高表達(dá),其主要通過(guò)激活Wnt/β-catenin 信號(hào)而促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。 在肺癌的研究中表明,通過(guò)DT-13(一種從麥冬中分離得到的具有生物活性的皂苷單體)下調(diào)NM IIA 的表達(dá)可激活Raf-ERK1/2 信號(hào)通路進(jìn)而有效抑制肺癌細(xì)胞的遷移[24]。 Gao 等[25]研究表明,通過(guò)DT-13 靶向抑制NM IIA 的表達(dá)可顯著抑制乳腺癌細(xì)胞的遷移。 綜上所述,NM IIA 通過(guò)作用于不同的分子機(jī)制在不同的瘤種中發(fā)揮促癌或抑癌作用。 除了上述的瘤種外,其是否參與其他腫瘤的發(fā)生發(fā)展尚不明確,有待進(jìn)一步研究。 闡明NM IIA 在不同瘤種中的作用機(jī)制可為其在未來(lái)的臨床應(yīng)用提供理論支撐。

2 小鼠中NM IIA 相關(guān)功能的研究

小鼠NM IIA 主要在肝、腎、肺和脾表達(dá),在心臟和大腦中有低表達(dá),而在骨骼肌中不表達(dá),與人類NM IIA 同源度達(dá)98%[26]。 近年來(lái)有研究表明NM IIA 參與腦卒中病理生理過(guò)程的調(diào)節(jié),與腎疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。 其突變除了導(dǎo)致腎和血管的發(fā)育異常外,還影響血細(xì)胞的成熟和形態(tài)。

2.1 小鼠腦卒中中NM IIA 功能的研究

NM IIA 與腦卒中的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。 體內(nèi)外研究表明,腦卒中導(dǎo)致腦血管內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接蛋白o(hù)ccludin、claudin-5、ZO-1 表達(dá)下調(diào),引起血腦屏障通透性增加,而特異性敲降或者使用NM II 的抑制劑Blebbistatin 抑制腦血管內(nèi)皮細(xì)胞的NM IIA 的表達(dá)可恢復(fù)緊密連接蛋白的表達(dá)水平,降低血腦屏障通透性,減輕腦損傷[27-28]。 此外,NM IIA 還通過(guò)其他機(jī)制調(diào)節(jié)腦卒中的發(fā)生發(fā)展。 Wang 等[29-30]發(fā)現(xiàn),抑制NM IIA 的表達(dá)可通過(guò)抑制神經(jīng)元凋亡和促進(jìn)神經(jīng)元自噬發(fā)生而改善缺血性腦損傷。 綜上說(shuō)明,NM IIA 可以通過(guò)多個(gè)途徑參與調(diào)節(jié)腦卒中病理生理過(guò)程,而靶向抑制NM IIA 的表達(dá)有望成為卒中治療的新策略。

2.2 小鼠腎發(fā)育與疾病中NM IIA 功能的研究

NM IIA 與腎的發(fā)育和疾病相關(guān)。 研究表明小鼠NM IIA 的R702C、D1424N和E1841K位點(diǎn)突變會(huì)導(dǎo)致腎小球硬化和腎功能進(jìn)行性下降,表現(xiàn)為足細(xì)胞消失和蛋白尿逐漸加重[31]。 除了點(diǎn)突變外,NM IIA 的缺失突變也會(huì)導(dǎo)致腎的發(fā)育異常。Recuenco 等[32]研究發(fā)現(xiàn)條件性敲除腎間質(zhì)細(xì)胞NM IIA 不影響小鼠存活至成年但可導(dǎo)致小鼠腎功能衰竭,并出現(xiàn)腎小囊和腎小管擴(kuò)張、腎囊腫等病理改變;而同時(shí)敲除腎間質(zhì)細(xì)胞的NM IIA 和NM IIB 則會(huì)導(dǎo)致小鼠出生不久后死亡,表現(xiàn)為雙腎體積減小,皮質(zhì)的腎單位缺失和凋亡等病理變化。 除了調(diào)控腎發(fā)育外,NM IIA 還與足細(xì)胞分離和缺失相關(guān)的腎疾病有關(guān)。 Fan 等[33]指出神經(jīng)導(dǎo)向因子-2(SLIT2)及其受體(ROBO2)的激活可以抑制腎足細(xì)胞NM IIA 的活性,從而引起足細(xì)胞間黏著斑形成的減少、細(xì)胞間黏附力減弱,導(dǎo)致蛋白尿等腎功能下降的表現(xiàn)。 NM IIA 的突變導(dǎo)致腎異常發(fā)育的機(jī)制尚不明確,有待進(jìn)一步研究。 而NM IIA 活性的抑制導(dǎo)致足細(xì)胞分離和缺失相關(guān)的腎疾病的發(fā)生,提示我們靶向激活NM IIA 有利于提高足細(xì)胞的存活,從而恢復(fù)腎小球?yàn)V過(guò)屏障功能,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)這類腎疾病的有效治療。

2.3 小鼠血細(xì)胞成熟和凝血機(jī)制中NM IIA 功能的研究

NM IIA 參與調(diào)控血小板形成、止血與凝血、紅細(xì)胞成熟與形態(tài)維持等生理過(guò)程。 研究發(fā)現(xiàn)NM IIA 在巨核細(xì)胞和血小板表達(dá)[34],且與小鼠巨核細(xì)胞中血小板形成和釋放過(guò)程有關(guān)[35-36],其缺失會(huì)導(dǎo)致小鼠的血小板減少癥[37]。 另外,NM IIA 缺失通過(guò)影響巨核細(xì)胞肌動(dòng)蛋白的結(jié)構(gòu),而影響細(xì)胞器分布,進(jìn)而導(dǎo)致成熟的血小板細(xì)胞器含量的異常[38]。NM IIA 在止血和血栓形成過(guò)程中具有重要作用,Li等[39]發(fā)現(xiàn)條件性敲除血管內(nèi)皮細(xì)胞NM IIA 導(dǎo)致分泌性細(xì)胞器WPB(Weibel-Palade body)釋放障礙,即影響vWF(von Willebrand factor)的釋放,導(dǎo)致凝血時(shí)間延長(zhǎng)。 NM IIA 除了與血小板形成和促凝血機(jī)制有關(guān),還與網(wǎng)織紅細(xì)胞的成熟和紅細(xì)胞雙凹圓盤(pán)狀形態(tài)的維持有關(guān)[40-41]。 而Kanematsu 等[42]發(fā)現(xiàn)NM IIA 突變導(dǎo)致小鼠血紅蛋白減少,促紅細(xì)胞生成素升高和巨脾癥。 但因其突變并不影響紅細(xì)胞的分化過(guò)程,故作者認(rèn)為這可能與NM IIA 突變導(dǎo)致造血微環(huán)境異常有關(guān),具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.4 小鼠血管發(fā)生中NM IIA 功能的研究

NM IIA 在小鼠血管發(fā)育方面具有不可替代的作用。 Ma 等[43]發(fā)現(xiàn)條件性敲除血管內(nèi)皮細(xì)胞NM IIA 將導(dǎo)致胚胎小鼠背部皮膚的血管密度減少、血管異常聚集成團(tuán)等,而同時(shí)敲除NM IIA 和NM IIB則會(huì)加重血管異常的程度。 新近的研究認(rèn)為,血管發(fā)生由內(nèi)皮細(xì)胞上的絲狀偽足來(lái)源的指狀突起介導(dǎo),指狀突起與胞外無(wú)血管基質(zhì)聯(lián)系緊密,從而引導(dǎo)血管發(fā)生,絲狀偽足與指狀突起的數(shù)量平衡在調(diào)節(jié)血管發(fā)生中起重要作用。 體外實(shí)驗(yàn)表明,NM IIA在尖細(xì)胞中的表達(dá)水平明顯高于莖細(xì)胞,且通過(guò)調(diào)節(jié)指狀突起和絲狀偽足之間的數(shù)量平衡從而調(diào)控血管出芽,引導(dǎo)血管發(fā)生[44]。 綜上表明NM IIA 是維持血管正常發(fā)育中的重要因子,其缺失是導(dǎo)致血管發(fā)生缺陷的重要原因,但其中的調(diào)控機(jī)制尚未完全明確,有待進(jìn)一步研究。

3 斑馬魚(yú)中NM IIA 相關(guān)功能的研究

斑馬魚(yú)是新興的模式生物。 斑馬魚(yú)的myh9 有兩個(gè)亞型,myh9a和myh9b,與人類MYH9 基因同源度分別為77%和79%,其中myh9a位于6 號(hào)染色體的反義鏈,而myh9b位于3 號(hào)染色體的反義鏈[45]。myh9a和myh9b在斑馬魚(yú)幼魚(yú)表皮層表達(dá),此外,myh9b還在腦組織表達(dá)[46-47]。 研究表明NM IIA 對(duì)斑馬魚(yú)腦、腎、顱面發(fā)育至關(guān)重要。

3.1 斑馬魚(yú)腦發(fā)育中NM IIA 功能的研究

在斑馬魚(yú)腦形態(tài)發(fā)生過(guò)程中,NM IIA 具有重要作用。 Gutzman 等[46]利用斑馬魚(yú)來(lái)研究調(diào)節(jié)脊椎動(dòng)物高度保守的中腦-后腦邊界(midbrain-hindbrain boundary,MHB)首次折疊的分子機(jī)制,發(fā)現(xiàn)NM IIA可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞縮短從而促進(jìn)MHB 收縮,形成正常的腦形態(tài)。 利用myh9b特異性嗎啉代寡核苷酸(morpholino oligonucleotide,MO)抑制NM IIA 的表達(dá)導(dǎo)致斑馬魚(yú)MHB 收縮區(qū)域上的細(xì)胞明顯變長(zhǎng),引起MHB 收縮減弱、MHB 交角變大,腦形態(tài)異常。綜上表明NM IIA 對(duì)細(xì)胞形狀的維持和腦形態(tài)的發(fā)育至關(guān)重要。

3.2 斑馬魚(yú)腎發(fā)育中NM IIA 功能的研究

在斑馬魚(yú)前腎的研究中,利用myh9 特異性MO抑制NM IIA 的表達(dá)除了可觀察到幼魚(yú)腎小球形態(tài)發(fā)育異常、腎小球的毛細(xì)血管數(shù)量減少和畸形、腎小囊囊腔增大和系膜細(xì)胞數(shù)量減少等現(xiàn)象外,還可觀察到腎小球基膜不均勻增厚、內(nèi)皮窗孔減少等超微結(jié)構(gòu)改變。 通過(guò)腎功能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明,抑制NM IIA 的表達(dá)將導(dǎo)致腎小球?yàn)V過(guò)率下降[48]。 因此,NM IIA 對(duì)維持斑馬魚(yú)腎的正常發(fā)育及功能至關(guān)重要,但其在腎發(fā)育中的分子機(jī)制尚不明確,有待進(jìn)一步研究。

3.3 斑馬魚(yú)其他組織中NM IIA 功能的研究

除了調(diào)控斑馬魚(yú)腦和腎發(fā)育外,NM IIA 還參與其他組織器官發(fā)育。 研究表明,NM IIA 通過(guò)與Trio(Rho-GEF 家族成員之一)相互作用來(lái)調(diào)控神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移和分化從而維持顱面結(jié)構(gòu)的正常發(fā)育[49]。Casalou 等[50]證實(shí),NM IIA 在Arl13b(一種Arf 樣蛋白)的介導(dǎo)下參與斑馬魚(yú)圓形背部皺褶形成。 在血液系統(tǒng)中,抑制NM IIA 的表達(dá)后并未發(fā)現(xiàn)血小板聚集和血栓形成[48],但抑制NM IIA 是否影響血小板形態(tài)尚不明確。 此外NM IIA 是否參與其他血液細(xì)胞的形態(tài)和功能調(diào)控也有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語(yǔ)

NM IIA 在物種間是保守的,幾乎在所有細(xì)胞中表達(dá),參與調(diào)控細(xì)胞黏附、細(xì)胞遷移、極化和粘附、細(xì)胞形狀維持和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等細(xì)胞生理過(guò)程。 NM IIA 對(duì)器官發(fā)育至關(guān)重要,其突變可導(dǎo)致腦、腎和血管的發(fā)育異常。 近年來(lái)有研究報(bào)導(dǎo)NM IIA 通過(guò)多個(gè)途徑參與調(diào)控腦卒中的病理生理過(guò)程,抑制NM IIA 表達(dá)通過(guò)上調(diào)緊密連接蛋白從而減少腦卒中的血腦屏障滲漏,同時(shí),抑制NM IIA 的表達(dá)可減少神經(jīng)元凋亡和促進(jìn)神經(jīng)元自噬發(fā)生進(jìn)而減輕腦損傷,但其是否還通過(guò)其他途徑參與腦卒中的發(fā)生發(fā)展的調(diào)控尚不明確,有待進(jìn)一步研究。 此外,有研究表明,NM IIA 在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中表現(xiàn)出雙面性,例如在頭頸鱗癌中表現(xiàn)出抑癌作用,而在胃癌和胰腺癌中表現(xiàn)出促癌作用。 但目前仍有多個(gè)瘤種未見(jiàn)其報(bào)道,明確其在其他瘤種中的具體作用機(jī)制,可為NM IIA 在腫瘤診斷和治療方面的應(yīng)用提供理論支撐。