富含半胱氨酸肠蛋白的研究进展

http://dx.doi.org/10.11759/hykx20200306003

文章信息

陈燕, 孙晨. 2020.

CHEN Yan, SUN Chen. 2020.

富含半胱氨酸肠蛋白的研究进展

Research progress of cysteine-rich intestinal protein

海洋科学, 44(6): 148-151

Marina Sciences, 44(6): 148-151.

http://dx.doi.org/10.11759/hykx20200306003

文章历史

收稿日期：2020-03-06

修回日期：2020-03-12

引用本文

陈燕, 孙晨. 2020. 富含半胱氨酸肠蛋白的研究进展[J]. 海洋科学, 44(6): 148-151.

CHEN Yan, SUN Chen. 2020. Research progress of cysteine-rich intestinal protein[J]. Marina Sciences, 44(6): 148-151.

富含半胱氨酸肠蛋白的研究进展

陈燕^1,2, 孙晨^1,2

1. 中国海洋大学海洋生命学院, 山东青岛 266003;
2. 中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所, 山东青岛 266003

收稿日期：2020-03-06；修回日期：2020-03-12

基金项目：国家自然科学基金资助项目（31402030）

作者简介：陈燕(1994-), 女, 山东日照人, 硕士研究生, 主要从事细胞生物学研究, 电话:17860711769, E-mail:chenyan_917@163.com;
孙晨, 通信作者, E-mail:sunchen@ouc.edu.cn.

摘要：富含半胱氨酸肠蛋白是一种含双锌指结构的小分子蛋白，其在锌离子转运、个体发育、免疫防御以及肿瘤发生等多种生理过程中发挥重要作用。作者主要对富含半胱氨酸肠蛋白的结构特点及其在发育和免疫方面的研究进展进行系统概述，并指出其相关作用机制尚待深入研究。

关键词：富含半胱氨酸肠蛋白 LIM结构域机体发育免疫防御

Research progress of cysteine-rich intestinal protein

CHEN Yan^1,2, SUN Chen^1,2

1. Department of Marine Biology, Ocean University of China, Qingdao 266003, China;
2. Institute of Evolution and Marine Biodiversity, Ocean University of China, Qingdao 266003, China

Received: Mar. 06, 2020

Foundation: National Natural Science Fund, No.31402030

Abstract: Cysteine-rich intestinal protein (CRIP) is a small molecule protein containing a double zinc finger structure. CRIP has been proven to play an important role in zinc ion transport, development, immune defense and tumorigenesis. This min-review primarily focuses on the research progress on development and immune response of CRIP. It also suggests a further study on the mode of CRIP action in development and immunity.

Key words: cysteine-rich intestinal protein LIM domain development immune defense

富含半胱氨酸肠蛋白(Cysteine-rich intestinal protein, CRIP)是富含半胱氨酸蛋白(Cysteine-rich protein, CRP)家族的重要成员之一。近年来, 大量研究表明CRIP参与锌离子转运、机体发育以及免疫防御等生理过程^[1-4]。同时, 还发现CRIP可以作为早期癌症检测的新标志。作者就其在发育和免疫方面的研究进展, 作简要概述。

1 富含半胱氨酸蛋白和富含半胱氨酸肠蛋白

CRP隶属于含有LIM结构域的LIM蛋白质家族。LIM结构域是一种双锌指结构, 最初发现于秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)mec-3基因编码的蛋白中^[5], 与之后发现的含LIM结构域的秀丽隐杆线虫的Lin-11以及大鼠(Rattus norvegicus)的Isl-1共同命名(Lin11、Isl-1和Mec-3)而来^[7]。LIM结构域由大约55个氨基酸组成, CX₂CX_16-23HX₂CX₂CX₂ CX_16–21CX₂(C/H/D), 其中X表示其他氨基酸。LIM结构域中的7个半胱氨酸和1个组氨酸构成两个锌指结构, 是Zn²⁺结合的位点^[8]。两个锌指结构分别由两个反平行结构组成β折叠, 其间通过一个急转接头相连接, 在整个结构的C末端, 还含有一小段α螺旋(图 1)^[9-10]。

图 1 LIM结构域拓扑结构^[10] Fig. 1 Topology of the LIM domain^[10] 图中绿色箭头代表β折叠, 蓝色圆柱代表短α螺旋; 图中标注的氨基酸残基为锌离子结合位点 The green arrows in the figure represent β-sheets, and the blue cylinders represent short α-helices. The marked amino acid residues in the figure are zinc ion binding sites

图选项

CRIP是CRP家族的重要成员之一^[11]。CRIP最初是在断奶期大鼠的小肠中发现的^[12], 因其在小肠中含量较高以及含有7个半胱氨酸残基的结构特点, 故命名为富含半胱氨酸肠蛋白。CRIP是LIM蛋白家族中分子量最小的成员, 在脊椎动物中CRIP基因含有3个拷贝, 分别编码CRIP1、CRIP2以及CRIP3蛋白^[13]。其中, CRIP1只含有1个LIM结构域, 而CRIP2和CRIP3均含有两个LIM结构域。CRIP在机体各组织中广泛分布, 其作用除去参与Zn²⁺转运之外, 主要参与个体发育、免疫以及肿瘤发生等生物过程

2 CRIP与发育

已有研究发现, CRIP蛋白参与机体的发育过程。Hempel^[14]等研究了非洲爪蛙(Xenopus laevis)中crip1、crip2和crip3 3个基因的时空表达模式, 发现这3个基因均在前肾、鰓弓以及眼中表达(图 2); 此外, crip1在发育中的脑神经节和神经管中表达, crip2在心血管系统、大脑和神经管中表达, crip3在颅神经节和心脏中表达。虽然crip1、crip2和crip3表达部位存在些许差异, 但它们在胚胎发育过程中都发挥一定作用。Tong^[15]等对人类CRIP基因在秀丽隐杆线虫中的同源基因exc9进行突变, 结果导致排泄管腔长度变短

图 2 非洲爪蛙的Crip1、Crip2和Crip3蛋白结构示意图^[14] Fig. 2 Schematic representation of X. tropicalis Crip1, Crip2 and Crip3 protein domains^[14] Crip1包含1个LIM域, 而Crip2和Crip3每个都有两个LIM结构域(LIM-1和LIM-2);红色表示LIM结构域, 而两个橙色方框分别表示LIM1和LIM2两个结构域, 黑线表示锌离子结合位点 Crip1 contains one LIM domain, while Crip2 and Crip3 have two (LIM-1 and LIM-2) each. The red box indicates the LIM domain, while the two orange boxes indicate the LIM1 and LIM2 domains, and the black line indicates the zinc ion binding site

图选项

且内径变宽, 管腔内存在不同程度的囊肿现象。大量研究显示, CRIP基因在多种动物的某些特定发育阶段呈现不同程度的高表达。如在方形网纹溞(Ceriodaphnia quadrangula)中, CRIP基因表达量高的个体往往是能抵御恶劣环境的雄性个体以及能产生休眠卵的雌性个体, 而在孤雌生殖的雌性个体中该基因表达量较低, 提示CRIP基因的表达可能影响雌雄个体的性别分化以及后代产生休眠卵的数量^[16]。同样, CRIP基因的表达也影响文蛤(Meretrix meretrix)的早期发育过程。在文蛤的D型幼虫发育到壳顶幼虫这一阶段, 其CRIP基因的转录水平增加了3.5倍, 而在D型幼虫和担轮幼虫阶段该基因表达量较低, 推测其可能参与从D型幼虫到壳顶幼虫发育过程的调节。Chen^[3]等采用RNAi技术对文蛤的MmCRIP基因进行沉默处理后, 文蛤D型幼虫存活率显著降低, 推测CRIP蛋白在蛤类早期发育中发挥作用。在环节动物水蛭(Hirudo medicinalis)中, HmCRIP基因在切除轴突后的6 h~24 h内表达量显著上升, 推测其可能与中枢神经系统和血清素激活神经元的再生密切相关^[17]。除此之外, CRIP蛋白还参与细胞骨架构建以及心脏发育过程。Kim^[18]等发现, 斑马鱼(Danio rerio)crip2基因可以下调心内膜垫的细胞外基质中相关基因的表达, 而心内膜垫中细胞外基质的沉淀和心内膜间质转化又作为房室瓣膜发育的第一阶段, 因此推测crip2基因在心脏的房室瓣膜的发育中发挥一定调节作用。Sun^[19]等也报道crip2基因作为心脏神经嵴细胞的标志, 其在迁移前神经嵴细胞中的表达会影响心脏发育过程。Cheung^[20]等认为, CRIP2蛋白作为促血管生成细胞因子表达的转录阻遏物, 可能通过CRIP2蛋白与NF-κB/p65相互作用的方式来抑制血管形成过程。由上述可见, CRIP蛋白在动物性别、早期幼虫发育、心血管形成以及神经再生过程中, 都发挥重要作用, 但有关机制尚待深入研究。

3 CRIP与免疫

越来越多的研究表明, CRIP蛋白可能参与宿主的免疫防御过程。对CRIP蛋白在大鼠(R. norvegicus)肠道中的分布进行定位, 发现其主要分布于潘氏细胞中。同时, 在小鼠单核巨噬细胞系中也明显检测到CRIP蛋白的存在, 揭示其可能参与细胞宿主防御或组织分化^[21]。Hallquist^[22]等发现, 当大鼠受到脂多糖(lipopolysaccharides, LPS)刺激后, 其腹膜巨噬细胞、外周血单核细胞以及脾脏、肠中CRIP基因的转录水平显著提高, 而在胸腺和肝脏中表达量几乎不变。外周血单核细胞中CRIP基因的表达量呈现先降低后升高的特点, 血浆中CRIP蛋白的含量在刺激后显著降低, 揭示其可能在免疫细胞激活或分化过程中发挥作用。Cousins^[23-24]^[23-24]等构建了过表达CRIP的转基因小鼠(Mus musculus), 并对其给予LPS刺激。结果发现过表达CRIP基因的小鼠相较于野生型个体, 其血清中细胞因子和免疫细胞的数目发生了较大程度的改变, 具体表现为白介素6(IL-6)和白介素10(IL-10)的浓度明显上升, 肿瘤坏死因子(TNF-α)以及干扰素-γ(IFN-γ)的浓度显著降低; 白细胞数量总体减少, 而T淋巴细胞中的CD4⁺以及CD8⁺细胞数目有所增加, 这与脾细胞中的表达呈现一定相似性。这些结果表明, CRIP蛋白可能影响辅助性T细胞1/辅助性T细胞2 (T helper type (Th1)/Th2)两类细胞因子间的平衡。研究还发现, 当使用流感病毒免疫刺激小鼠时, 过表达CRIP基因的小鼠的体质量在实验观察期显著低于非过表达CRIP的小鼠, 且其对肺部病毒的清除能力明显较对照组弱。这些对病毒刺激所表现出的较弱的免疫响应进一步说明过表达CRIP基因可能改变宿主的免疫防御反应^[25]。

对不同物种进行细菌刺激后, 发现CRIP蛋白也参与细菌免疫过程。用嗜水汽单胞菌(Aeromonas hydrophila)刺激文蛤时, 其血细胞、鳃和肝胰腺中的MmCRIP基因转录水平明显上调, 表明CRIP蛋白参与了文蛤的先天免疫过程^[3]^[3]。用粪肠球菌(Enterococcus faecalis FA2-2)刺激猪IPEC-J2细胞系, 能够提高猪(Sus scrofa)的poCRIP1基因mRNA表达水平^[4] ^[4]。在牙鲆(Paralichthys olivaceus)胚胎细胞系中过表达牙鲆PoCRIP1基因, 可以增强p65驱动的IL-6启动子在细胞中的活性, 而用迟钝爱德华菌(Edwardsiella tarda)刺激牙鲆后, 其小肠、鳃、肾脏和脾脏中PoCRIP1基因表达量显著升高^[26], 这些结果表明CRIP蛋白可能通过改变细胞因子表达的方式来发挥抗菌作用。新近, 我们利用所建立的crip1基因缺失的斑马鱼纯合突变品系crip1^-/-, 发现Crip1蛋白可能作为一个负调控因子参与宿主的抗菌免疫防御反应, 并在宿主维持肠道内稳态中发挥一定的作用(待发表数据)。

4 小结与展望

CRIP蛋白作为LIM蛋白家族的重要成员之一, 既在动物发育中发挥调控作用, 又在机体免疫过程中发挥重要作用。好像是在生命早期过程中, CRIP蛋白主要参与发育调控, 而在成体阶段, CRIP蛋白主要参与免疫防御。LIM结构域作为一种介导蛋白质-蛋白质相互作用的结构域, 必然在CRIP蛋白参与动物发育或免疫防御等生理过程中发挥着重要的作用。根据现有的研究及我们的实验发现，我们可以推测CRIP蛋白可能通过与发育或免疫相关通路的重要蛋白质相互作用, 调控相关信号通路, 参与机体的发育及免疫反应。鉴定与之发生相互作用的蛋白分子，并明确其介导的信号通路, 将有助于我们深入了解CRIP蛋白的功能, 揭示其发挥作用的分子机制。

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