全 文 ：微粒体甘油三脂转运蛋白MTP的研究进展
叶健强 王继文*
(四川农业大学动物科技学院,雅安 625014)
摘 要: 微粒体甘油三酯转运蛋白 MTP( microsomal triglyceride transfer protein, MTP)首先是从牛的肝细胞微粒
体碎片中分离获得的,其作用是加速甘油三脂( triglyceride , TG)、胆固醇 ( cholesteryl ester , CE)和磷脂酰胆碱( phos-
phatidylcholine , PC)的转运和细胞或亚细胞膜的生物合成。它后来在肝细胞和小肠的微粒体膜中发现[1] ,由于它的
位置及其转运TG可以推测与血浆脂蛋白中极低密度脂蛋白( very low density lipoprotein , VLDL)和乳糜微粒( chylom-i
crons , CM )的组装过程有关。
关键词: 微粒体甘油三脂转运蛋白 脂蛋白 Apo B
Recent Advance On Microsomal Triglyceride Transfer Protein
Ye Jianqiang Wang Jiwen*
( college of animal science SichuanAgricul ture universi ty , yaan 625014)
Abstract : The microsomal triglyceride transfer protein ( MTP) which was originally isolated from the microsomal fraction of
bovine liver , accelerates the transport of triglyceride(TG) , cholesteryl ester ( CE) and phosphatidylcholine ( PC) between synthet-
ic membranes. The protein was subsequently found within the lumen of microsomes isolated from both liver and intestine. The tis-
sue distribution with its ability to transport TG , led to the hypothesis that MTP is involved in the assembly of plasma lipoprotein ,
very low density lipoprotein ( VLDL) and chylomicrons ( CM ) .
Key words: Microsomal triglyceride transfer protein( MTP) Lipoprotein Apob
1 前言
MTP 存在于细胞微粒体、内质网腔内, 在内质
网内含量最高, 占总蛋白的 0. 5%~ 1. 0%。用层析
技术获得的纯的 MTP 在 SDS 聚丙烯酰胺凝胶电泳
上表现为两种异构体其分子量是 58 000 和
88 000[ 2] ;另外用沉降平衡技术测得的分子量是
150 000,说明MTP有两种异源二聚体。氨基酸测序
和免疫技术分析证明低的是一个亚单位, 称为蛋白
二硫化合物异构酶 ( protein disulfide isomerase ,
PDI)
[ 3]它的二硫化合物异构酶活性能使新合成蛋白
质的一对半胱胺酸残基形成二硫键。另外它也是四
聚体酶的成分, 四聚体羟化酶有 和 两个亚基,
则为 PDI。在体外 PDI 可以单独存在, 其含量超过
MTP,也可以自我形成二聚体和四聚体。MTP 的大
亚基不被去污剂所溶解, 其可能与 PDI 协同翻译有
关或者是 PDI 的分之伴侣 ( chaperone )。PDI 对于
MTP是很重要的,这表现在当单独将 MTP 表达在昆
虫 Sf9,MTP无活性, 而与 PDI一起表达时MTP 才有
活性,说明它是MTP的组成和功能基础。PDI 由491
个氨基酸组成,当它成为MTP 成分时活性仅为游离
哦时的 1/ 10, 当其解离后活性增加, 其活性中心在
35~ 40和 379~ 384两段氨基酸残基序列处。人的
MTP大亚基具有高度的保守性、但同源性较低;其少
数几个区域与卵黄磷脂蛋白序列具有同源性,可推
测它是卵黄原蛋白的家族[ 4]。
2 MTP的功能
2. 1 MTP 的脂转运活性
Wetterau[ 5]和其助手实验表明MTP可以通过
收稿日期: 2004-09-07
作者简介:叶健强, 男, 25岁, 四川农业大学动物遗传育种和繁殖专业, 硕士研究生, 研究方向: 水禽分子遗传育种
* 通讯作者:王继文, 男, 40岁, 副教授, 硕导, 四川农业大学动物遗传育种和繁殖专业, 著名水禽育种专家,研究方向:水禽分子遗传育种
Email: wjw2886166@ 163. com
生物技术通报
综述与专论 BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2005年第 1期
一种穿梭机制在囊泡之间(小单层囊泡( SUV)和 LDL
及HDL之间)增加脂质的转运。在这种机制中MTP
先从一个膜上提取脂肪粒,然后将其转运到另一个
膜上。在提取和转运过程中, MTP 可以暂时的与供
体和受体接触。据观察推测MTP在有中性电荷膜存
在的时候,有最佳的脂转运活性, 当有负电荷的脂存
在于膜上时,则 MTP 的转运活性降低。其动力学研
究表明MTP 有两个脂的结合位点,即一个快的,它可
能与脂的转运有关; 一个慢的,它可能与膜的关联有
关。
另外的实验对MTP在脂蛋白的组装和分泌中的
转运活性提供了重要的证据。首先由突变导致的脂
转运活性的缺陷与无 脂蛋白血症患者血浆中无载
脂蛋白( APOB)是系系相关的; 其次APOB和 MTP 在
非肝细胞和非肠细胞中的协同表达, 可以导致 APOB
脂蛋白的分泌 (此细胞是不组装脂蛋白的) ; 最后
MTP 的抑制因子减少体外脂转运活性, 从而降低
APOB的体内分泌。
2. 2 内质网内膜中的脂滴的形成和稳定化
研究表明 MTP 可能将甘油三脂转运到内质网
( endoplasmic ret iculum , ER)内膜上。例如: Raabe [ 6]等
构建了 MTP 敲出的小鼠, 并用电子显微镜来观察肝
脏中的脂粒的情况, 结果发现在正常的肝细胞中的
高尔基体( Golgi)里拥有大量的脂粒和有少量的脂粒
存在于平滑的内质网中, 但在细胞质中却没有大量
的脂粒存在。相反在缺乏 MTP 的肝细胞中,在其 ER
和Golgi之中就缺乏脂粒;但在细胞质中却存在着大
量的脂粒, 则可推测MTP对大量 TG转运进入 ER是
必需的。Wang [ 7]等研究了抑制 MTP 后对脂转运到内
质网的作用。他们通过在细胞中添加油酸从而提高
细胞质和微粒体中的 TG的含量(其中在微粒体中其
含量的提高主要在内膜和外膜上)当包含有油酸在
内的MTP抑制因子添加后, 细胞质中的TG含量没
有什么变化, 在内质网膜上的仅有稍稍降低。相反
在微粒体内膜上 TG 的添加被完全抑制。相对于
TG,当转运活性被抑制时,在细胞质和微粒体中 PC
的添加没有改变。从而表明TG转运进入内质网内
膜主要是依赖于 MTP 但 PC 却不是。表明 MTP 对
TG在微粒体中的沉积有利,这对于富含 TG的脂蛋
白在翻译后的组装是非常重要的一个环节。Kulinski
[ 8]等表明MTP 脂转运活性的抑制, 减少了内膜上 TG
与APOB的关联或导致与APOB 不关联。我们知道
MTP 可以与脂质囊泡很稳定的关联在一起, 但当脂
质囊泡缺乏的时候将 I125标记的MTP 可以在超速离
心后的底部得以恢复, 此层密度为D> 1. 21g/ ml, 对
应的是自由蛋白,相反的MTP 和脂质囊泡一起经过
温浴后在超速离心之后则出现两个分散的波峰, 一
个峰是自由蛋白; 另一个是脂质囊泡(密度为: 1. 02
~ 1. 063g/ ml) , 其表明 MTP 可以稳定的与脂质囊泡
关联。另外在 ER内膜中发现有MTP 与脂相关联。
总之,许多实验都表明缺乏 MTP 则联系到 ER
内膜上脂滴的缺乏, 抑制 MTP 的活性则会降低内膜
上的TG的含量。同样,MTP也可以稳定的与囊泡关
联结合。由此, 可以推测MTP 可能对在 ER中内膜
上TG 的输入和脂滴的形成和稳定化起了关键
作用。
2. 3 APOB绑定及伴侣活性
近来实验表明 APOB 和MTP 之间存在一些生理
反应。Patel和 Grurdy 及 Mann [ 9]等用协同免疫沉淀技
术来表明MTP和 APOB之间的关系。他们开发了一
种固液交互阶段的绑定实验来研究蛋白质之间的关
系,实验中MTP被固定起并且用高浓度的 LDL 来温
浴,然后用酶联免疫实验技术来量化和 APOB 绑定
起的LDL。结果表明人类的LDL和固定起的MTP有
高度的亲和力。为了鉴定在这些蛋白质之间反应中
的重要的氨基酸残基, 在 LDL 上作了一些化学修饰
改进, 结果用氨基乙酸甲基脂来修饰的氨基酸残基
对于 APOB和 MTP 之间绑定结合没有什么作用; 而
乙酰乙酰辅酶A修饰了的精氨酸残基可以彻底消除
与MTP 的绑定。更重要的是,若是使修饰过的精氨
酸残基和赖氨酸残基恢复则可以全部恢复与MTP之
间的绑定, 这些研究表明赖氨酸、精氨酸残基对
APOB与MTP 之间绑定结合反应是十分重要的。
同时为了了解MTP 和 APOB 的绑定结合位点,
学者们将APOB的 C端切断来研究这些切断后的狮
头状的区域与MTP的结合。实验结果: APOB100( B:
1~ 4 536)和 APOB48( B: 1~ 1 905)切断后的区域对
MTP 结合是没有作用的,而 APOB28( B: 1~ 1 270)的
切断区域可以使与 MTP 结合力增加 3 倍, 同样
APOB17( B: 1~ 771) APOB 的切断区也可以使结合力
172005年第 1期 叶健强等:微粒体甘油三脂转运蛋白MTP 的研究进展
增加 2倍。这些研究表明 APOB17包含有高亲和力
的结合位点,为了进一步了解其结合位点, 我们检查
了APOB的序列 ( B: 1~ 300和 B: 270~ 570) (由于
FLAG区在 COS细胞中不能组装脂蛋白)因此我们可
以通过研究同其结合的固定的 FLAG单克隆抗体M2
来量化其狮头状区的数量, 其结果是两种 APOB 的
狮状区有相似程度的分泌,在狮头状区域结合的固
定化的 MTP 的结果表明 B: 270~ 570可以与 MTP 结
合而 B: 1~ 300不能。从这些我们可知 MTP 结合于
B: 270~ 570。另外 Mann 等用酵母双杂交系统表明
B:1~ 152、B: 349~ 583 和 B: 512~ 721能与 MTP 结
合。可以推测 B: 1~ 771( B17)的N 端中包含MTP 的
结合位点 。另外一些研究表明 APOB 结合或 MTP
的伴侣活性可能对脂蛋白的组装起很重要的作用。
首先在这些研究中认识了一个可以减弱 APOB分泌
的APOB-MTP 结合的特殊抑制因子;其次 Shoulder等
表明 APOB-MTP 的结合可以通过位点的直接突变而
导致APOB 的分泌降低; 另外 Liang 和 Ginsburg [ 10]观察
到B: 1~ 210 剔除以后要降低 APOB的分泌则暗示
APOB-MTP绑定可能对 APOB 的分泌很重要。因此
特殊的抑制因子、位点直接突变和剔除实验分析的
研究都为在脂蛋白组装中 APOB-MTP 绑定的生理重
要性提供了证据。
3 MTP和 APOB17的结构
Shoulder和助手实验表明MTP 和 APOB的 N 端
的序列与卵黄脂蛋白有同源性。卵黄磷脂蛋白是蛋
黄中主要的脂蛋白复合体, Banaszak和助手描述了卵
磷脂蛋白的结构是由 3个 折叠( A、C、N)和 1个螺
旋区构成。
基于序列上的同样性,可以推测卵黄磷脂蛋白、
MTP和 APOB 可能在结构上相似, 用 CLUSTALW 程
序检测这些蛋白之间序列的同源性 [ 11],可以推测MTP
包含了 3个 折叠( A、C、N)和 1个螺旋区, APOB17
包含N和 C折叠和一个螺旋区, 这些结构比较表明
螺旋区在 3个蛋白中是最保守的, 主要不同的地方
是关于A折叠区, 它在MTP和 APOB都缺乏,在MTP
的M亚基中 A 折叠的切断导致一个比卵黄磷脂蛋
白中大的空间。这个就可以解释MTP有比卵黄磷脂
蛋能够与更多的脂分子结合能力, 然而 APOB 包含
了其他疏水性的 C折叠, 因此暗示他能与膜关联起
来。
4 结构和功能之间的关系
由上述可知,MTP有 3种功能和四种结构基元,
N、A、C 折叠和一个螺旋区,那么在M 亚基中的两个
结构区是怎样执行这些功能呢? 基于 shoulders的研
究,表明不同的结构基序可能一起协同形成 MTP 的
功能区域, 所以推测脂转运区可能是由 A和 C折叠
所包围,螺旋区和N折叠可能包含 APOB 绑定区,认
为N和A折叠区可能形成膜关联区。
同时有一些重要的证据可以证明和支持不同区
域之间的功能独立性这个假设, 即: 一些涉及的特殊
的抑制子可为脂转运和 APOB 绑定提供依据。脂转
运活性的抑制因子不能影响 APOB-MTP 的结合, 同
样APOB-MTP 结合的抑制因子对MTP的脂转运活性
不起作用, 因此表明这些是功能相对独立的区域。
APOB-MTP的修饰结合是通过脂质提供依据来说明
APOB和膜的绑定的联系, 表明 MTP 与脂囊的联系
和这种联系可以提高 MTP-APOB 的绑定, 但现在还
不知道是否脂质关联作用会影响 MTP 的转运活性,
这仍 然 是 需 要 我 们 进 一 步 探 讨 和 研 究
的。
5 脂蛋白组装区中,不同功能区域的作用
5. 1 脂转运区
MTP 的脂转运区是通过两个独立的机制能够在
脂蛋白组装过程中起作用的。第一它能够从内质网
内膜上收取脂质, 然后将它们转运到新生的 APOB
中; 一些球形脂质的转运可以导致使原始颗粒细胞
的形成,对于脂转运区上绑定结合的抑制因子可以
减弱脂化过程; 没有完全脂化的 APOB 可以通过
hisp90、hisp70和 ubiquit in可导致进一步加剧退化;第
二脂转运区在脂肪滴的稳定化和形成过程中起作
用。因此脂肪转运活性的抑制能够影响甘油三脂的
输入和脂肪滴的形成, 从而使蛋白颗粒的形成机率
减少。
5. 2 APOB的绑定区域
MTP 结合在 APOB 的 N端, 并且在内质网中展
现出, 这种 APOB的结合或称之谓分之伴侣, MTP 的
活性可能会在两种方式上促使脂蛋白的组装。第一
他可能会涉及使 ER 内膜上的新生 APOB 释放在
APOB中。疏水性的脂肪区域能变的更易脂化; 第二
18 生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2005年第 1期
APOB结合能够为脂转运到新生 APOB 而不是在膜
之间无用的转运提供一种机制。过剩的脂化可导致
MTP 上关联的中级脂蛋白颗粒的形成。在一些点上
MTP 被释放则要导致原始脂蛋白颗粒的形成。众所
周知APOB-MTP结合的抑制则导致 APOB的分泌降
低。但是否降低分泌对于蛋白子降解是不重要的或
次要的,现在仍然是不明确的。
5. 3 膜上的关联区
膜关联可能是与脂肪滴的形成和稳定化有关联
的, MTP 关联的脂肪滴能够通过传递向药丸一样的
脂肪而与脂蛋白组装有关联。另外脂肪-MTP 的关
联对原始脂蛋白颗粒的生源论来说是十分重要的。
已经表明MTP-脂肪关联能与 APOB高度亲和。与脂
肪关联的 MTP 结合到 APOB上对于新生APOB的包
围有直接作用。这就可以使原始颗粒通过单一步骤
而避免连续添加脂肪分子过程来形成。这过程被认
为是提高能够获得的脂肪中最主要的过程。对膜上
与MTP 关联的区域的抑制可能降低在 ER内膜上脂
肪滴的形成和减弱原始颗粒的增大。
6 结语
综上所述, MTP 是一种多功能蛋白, 它在脂蛋
白组装过程中是必须的。因此通过阐述一些有关
MTP 的最新研究报道, 其目的是能更好地认识和研
究其功能。现在其已经知道的功能主要在脂蛋白的
组装和分泌中起作用;也许除此以外, MTP 还有其他
的生理功能。例如: MTP 可能作为辅助因子诱发蛋
白质的某些折叠,同样 MTP 也可能在脂肪分泌或流
动中起作用而不是与 APOB有关系。[ 12]
在现在的畜牧业中尤其是在家禽生产中 (以鹅
为尤)脂肪肝(肥肝)生产尤为重要, 可以显著提高其
经济效益同时其产品也是世界上著名的食品之一,
但近来研究表明国外品种的肥肝比起中国品种的肥
肝在色泽、成分含量、大小重量等许多指标上都有显
著性差异。而在肥肝形成过程中MTP蛋白是生脂以
及脂肪沉积中的一个重要影响蛋白, 因此对 MTP 的
生理、生化功能的研究,将有助于了解禽类在品种之
间在分之机制上的遗传差异, 从而进一步地指导畜
牧业中的品种改良及个体筛选, 以便提高经济效益。
同时在医学上,人类脂肪肝病变以及无 脂蛋白血
症都与肝中脂肪沉积有关, 同时对 MTP 的研究将有
助于探讨人类上一些重要疾病的形成机制,从而可
以有针对性地进行药物开发和疾病治疗来造福人
类。
参 考 文 献
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