膜联蛋白Ⅰ的结构和生物学功能

中图分类号：R966

文献标识码： A

文章编号： 1005-0019（2013）01-0035-03

【摘要】膜联蛋白Ⅰ（ANNX-Ⅰ）是一种钙依赖的磷脂结合蛋白，是Annexins超家族中第一个被发现的成员。ANNX-Ⅰ作为表皮生长因子受体激酶和蛋白酶C的磷酸化底物-磷脂酶A2的抑制物，具有多种生物学功能，包括囊泡运输、胞吐作用的膜融合、信号转导和钙离子通道的形成、调控炎性反应、细胞分化和细胞骨架蛋白间的相互作用等。本文就ANNX-Ⅰ的结构组成，在细胞生长、分化、凋亡、信号转导、炎性反应等方面的生物学功能及其表达与肿瘤疾病的关系和作用做简要综述。

【关键词】 膜联蛋白Ⅰ；生物学功能；细胞凋亡；细胞信号；肿瘤

膜联蛋白（annexins）是一类结构相关钙依赖的磷脂结合蛋白超家族，分布于各种组织细胞中，约占细胞总蛋白质的2%以上，具有多种生物学功能，在细胞中参与膜转运及膜表面一系列依赖于钙调蛋白的活动，包括囊泡运输、胞吐作用中的膜融合、信号转导和钙离子通道的形成、调控炎性反应、细胞分化和细胞骨架蛋白间的相互作用等。某些annexin的表达和活性失调可以引起人类多种疾病，并可导致"膜联蛋白病"[1]。

Annexins超家族在结构上都具有由70个氨基酸残基组成的保守重复序列结构，称为中心结构域，各种annexin蛋白的中心结构域大约有50%的氨基酸序列同源。不同的annexin具有独特的N端序列、独特的基因表达方式和组织特异性，这表明特异的N端序列与每一种annexin的特异功能有关。不同的annexin蛋白在机体的不同组织和部位执行着不同的生物学功能[2]。

1膜联蛋白Ⅰ的结构

Annexins超家族目前可以分为A、B、C、D、E 5组。A组主要是存在于人类组织器官，现已有13个成员，Annexin-A1是此家族第1个被发现的成员[3]。Annexin -A1（ANNX-Ⅰ），又称脂联素Ⅰ、钙调蛋白Ⅱ、磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2）抑制蛋白和p35，其相对分子质量为37×103。ANNX-Ⅰ基因定位于人染色体9q12～q21.2，由13个外显子和12个内含子组成，其cDNA中1041 bp的开放阅读框编码由346个氨基酸残基组成的ANNX-Ⅰ蛋白。这种蛋白质具有annexins超家族成员所共有的保守中心结构域和承担独特功能的N端结构域。中心结构域是由4组、每组70～75个氨基酸残基组成的高度保守重复序列，每个重复序列含有5个α螺旋。这些重复序列排列成弯曲的盘状，具有多个钙离子、膜磷脂结合位点，以钙离子依赖的方式可逆地和细胞膜磷脂结合。N端是ANNX-Ⅰ的功能调节区域，有44个氨基酸残基，其中2～12位氨基酸可以和S100C蛋白相互作用[4]，这种结合可以使其性质发生改变；21位酪氨酸是表皮生长因子受体激酶的磷酸化位点。最近的研究显示，N端是Ca2+敏感区，Ca2+浓度增加可以显露这个区域，从而影响这个蛋白的功能[5]。

2膜联蛋白的生物学功能

ANNX-Ⅰ作为表皮生长因子受体激酶和蛋白酶C的磷酸化底物、PLA2的抑制物，在细胞的生长、分化、凋亡、信号转导、炎性反应等方面具有重要的调节作用。

2.1ANNX-Ⅰ与炎性反应 ANNX-Ⅰ可以抑制许多炎性反应复合物的形成，比较重要的如PLA2。PLA2是炎性介质合成释放的关键酶，是调节炎性反应的中心[6]。PLA2被激活后，作用于膜磷脂产生花生四烯酸，进而产生前列腺素E2和肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α），释放炎性介质。实验证明，内源性全长ANNX-Ⅰ对PLA2的抑制作用很可能通过两种机制实现，一方面，通过特异性相互作用模式，即ANNX-I的C端结构域通过疏水作用结合到PLA2的磷脂结合位点上，干扰了PLA2与膜的结合，阻碍PLA2的磷酸化，从而抑制PLA2活性[2]。另一方面，ANNX-Ⅰ的N末断片段与内生底物在PLA2的SH2结合区相互竞争，抑制Ras-MAPK信号转导途径活化PLA2[6，7]。

ANNX-Ⅰ也抑制其他一些参与炎性反应的酶表达和活性，如诱导型一氧化氮合酶和环氧化酶2[8]，而诱导型一氧化氮合酶和环氧化酶2均是已被证实与炎性反应有密切相关的细胞因子。Yona等[9]实验研究显示，ANNX-Ⅰ基因的缺失对诱导环氧化酶2表达、释放前列腺素E2和产生活性氧等功能有重要影响。

2.2ANNX-Ⅰ与细胞凋亡 ANNX-Ⅰ在吞噬细胞对凋亡细胞的识别和吞噬过程中起到阻抑炎性反应、允许凋亡细胞安全清除的作用，提示ANNX-Ⅰ在细胞凋亡中作为一个信号转导分子被识别并消化。ANNX-Ⅰ被认为是TNF-α介导的细胞凋亡途径中的调控因子。当局部微环境中有大量TNF-α时，ANNX-Ⅰ可向细胞核移动，可能是为TNF-α传递信号，启动细胞凋亡。Wu等[10]发现在，U937细胞系中，ANNX-Ⅰ上调抑制TNF-α诱导的人白血病细胞凋亡。

ANNX-Ⅰ对PLA2具有潜在的抑制作用。PLA2在调控炎症同时也调节细胞调亡，其通过释放花生四烯酸，并利用这个通路诱导细胞凋亡；而且，PLA2还可以诱导生成活性氧中间产物进而激活磷脂酶释放诱导凋亡。这些不同作用可能与组织中的钙离子浓度有关。Kim等研究显示，ANNX-Ⅰ特异性抑制PLA2活性主要依靠Ca2+离子浓度。当Ca2+离子浓度低于1 umol/L，抑制作用主要是特异性接触抑制，随着Ca2+离子浓度增加，ANNX-Ⅰ与底物接触增加；当Ca2+离子浓度增加到1 mmol/L，抑制作用主要表现为底物耗竭型。

2.3ANNX-Ⅰ与细胞信号 ANNX-Ⅰ蛋白具有多个磷酸化位点，是表皮生长因子受体激酶和酪氨酸蛋白激酶的底物，也是丝氨酸、苏氨酸激酶如蛋白酶C的底物。ANNX-Ⅰ蛋白的N端第21位的酪氨酸残基和第27位的丝氨酸残基可分别被表皮生长因子受体的酪氨酸蛋白激酶和蛋白激酶C磷酸化。ANNX-Ⅰ蛋白的C端结构域具有结合Ca2+和磷脂的功能，活化的PLA2作用于膜磷脂产生花生四烯酸，进而产生前列腺素。前列腺素是表皮生长因子信号转导通路中促进细胞有丝分裂的重要效应分子。

Alldridge等[11]的研究发现，ANNX-Ⅰ可以通过与不同生长因子结合蛋白结合，在MAPK/ERK信号通路上游影响蛋白复合物的形成和活性。为了研究ANNX-Ⅰ在介导信号转导途径中的作用，首先建立ANNX-Ⅰ高和低表达的稳定转化巨噬细胞系。当ANNX-Ⅰ高表达的细胞被激活后，发现MAPK/ERK信号通路许多蛋白质被磷酸化，包括p38、ERK1和ERK2以及JNK（c-jun N- terminal kinase）等，出现组成性活化。相反，在ANNX-Ⅰ蛋白表达下调的细胞系中，当受到来自胞外的信号刺激后，ERK活性延长。

一些研究也表明，用糖皮质激素类药物如地塞米松对细胞进行处理，可以促进ANNX-Ⅰ的产生并增强ANNX-Ⅰ的作用活性[12，13]。ANNX-Ⅰ被认为是糖皮质激素信号传递途径中的第二信使，内源性或外源性糖皮质激素可能通过趋化ANNX-Ⅰ从胞内迁移至细胞的表面，与甲酸基羧氨酸受体结合，抑制细胞分泌白细胞介素1、TNF-α等炎性因子。Podgorski等[14]发现，风湿性关节炎患者口服糖皮质激素后能够产生抗ANNX-Ⅰ的抗体，明显减轻关节炎症状。同时，ANNX-Ⅰ在各种应激反应中传递信息并诱导表达，保护细胞免受各种有害刺激，如热、低氧和化学因子等。Rhee等[15]研究显示，当细胞受到压力等外刺激时，ANNX-Ⅰ趋向分布于细胞核内和核周围，表明ANNX-Ⅰ在保护重要的细胞核免受压力伤害时发挥作用。也进一步说明ANNX-Ⅰ在细胞内的重新定位与其各种生物学功能有关。

3ANNX-Ⅰ与肿瘤

ANNX-Ⅰ与肿瘤的关系正引起越来越多的关注。可能是由于ANNX-Ⅰ在细胞信号转导、炎症调控、介导细胞、分化凋亡中发挥重要作用，已有很多实验观察到ANNX-Ⅰ在肿瘤组织中表达。目前的研究主要集中在ANNX-Ⅰ的表达变化与肿瘤发生发展的关系上。ANNX-Ⅰ在组织中的表达具有一定的组织特异性。一般情况下，表达丰度高的组织，发生恶变后表现为ANNX-Ⅰ不同程度的缺失。相反，通常不表达ANNX-Ⅰ的组织，恶变后却出现ANNX-Ⅰ高表达。研究发现，ANNX-Ⅰ在肺癌[16]、乳腺癌[17]和肝癌[18]中呈高表达，而在前列腺癌[19]和食管癌[20]中呈低表达，并与这些肿瘤的早期癌变和转移有一定的相关性。进一步了解ANNX-Ⅰ在肿瘤病理中的作用，可能使其作为肿瘤发展的标志物和潜在的疾病治疗靶标。

4结 语

综上所述， ANNX-Ⅰ具有多种重要功能，与多种疾病的发生发展密切相关，可望成为临床判断多种疾病的发生与预后的一个重要指标。并且，通过对ANNX-Ⅰ的干预，理论上可达到治疗多种疾病的目的。但是仍有很多问题有待解决，例如，ANNX-Ⅰ具体的生物学功能还不明确，它在肿瘤中究竟扮演了什么样的角色等都还需要深入细致的研究。

参考文献

[1]Rand JH. The annexin opathies： a new category of diseases [J]. Biochem Biophys Acta， 2000， 1498（2/3）：169-173.

[2]Gerke V， Moss SE. Annexin： from structure to function [J]. Physio Rev， 2002， 82（2）： 331-371.

[3]Wallner BP， Matraliano RJ， Hession C， et al. Cloning and expression of human lipocortin， a phospholipase A2 inhibitor with potential anti-inflammatory activity [J]. Nature， 1986， 320（6057）： 77-81.

[4]张立勇，赵晓航，吴文.膜联蛋白的结构和功能 [J].生物化学与生物物理进展，2002，29（4）：514-517.

[5]Rosengarth A， Luecke H. A calcium-driven conformational switch of the N-terminal and core domains of annexin A1 [J]. J Mol Biol， 2003， 326（5）：1317-1325.

[6]Kim SW， Rhee HJ， Ko J， et al. Inhibition of cytotoxic phospholipase A2 by annexin I： Specific interaction model and mapping of the interaction site [J]. J Biol Chem， 2001， 276（19）： 1512-1519.

[7]Croxtall JD， Choudhury Q， Flower RJ. Inhibitory effect of peptides derived from the N-terminus of lipocortin 1 on arachidonic acid release and proliferation in the A549 cell line： identification of E-Q-E-Y-V as a crucial component [J]. Br J Pharmacol， 1998， 123（5）： 975-983.

[8]Ferlazzo V， D'Agostino P， Milano S， et al. Anti-inflammatory effects of annexin 1： stimulation of IL-10 release and inhibition of nitric oxide synthesis [J]. Int Immunopharmacol， 2003， 3（10/11）： 1363-1369.

[9]Yona S， Ward B， Buckingham JC， et al. Macrophage biology in the Anx-A1-/-mouse [J]. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids， 2005， 72（2）： 95-103.

[10]Wu YL， Jiang XK， Lillington DM， et al. Upregulation of lipocortin I inhibits tumor necrosis factor-induced apoptosis in human leukaemic cells： a possible mechanism of resistance to immune surveillance [J]. Br J Haematol， 2000， 111（3）： 807-816.

[11]Alldridge LC， Harris HJ， Plevin R， et al. The annexin protein lipocortin 1 regulates the MAPK/ ERK pathway [J]. J Biol Chem， 1999， 274（53）： 37620-37628.

[12]Solito E， Nuti S， Parente L. Dexamethasone-induced translocation of lipocortin （annexin） Ⅰ to the cell-membrane of U-937 cells [J]. Br J Pharmacol， 1994， 112（2）： 347-348.

[13]Decaterina R， Sicari R， Giannessi D， et al. Macrophage-specific eicosanoid synthesis inhibition and lipocortin-1 induction by glucocorticoids [J]. J Appl Physiol， 1993， 75（6）： 2368-2375.

[14]Podgorski MR， Goulding NJ ， Hall ND， et al. Autoantibodies to lipocortin 1 are associated with impaired glucocorticoid responsiveness in rheumatoid arthritis [J]. J Rheumatol， 1992， 19（11）： 1668-1671.

[15]Rhee HJ， Kim GY， Huh JW， et al. Annexin Ⅰ is a stress protein induced by heat， oxidative stress and a sulfhydryl-reactive agent [J]. Eur J Biochem， 2000， 267（11）： 3220-3325.