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Research progress on structure and function of insulin-like growth factor binding protein7

IGFBP7基因的结构与功能的研究进展


胰岛素样生长因子结合蛋白7 (IGFBP7)是IGFBPs超家族的新成员,结构上除具有与IGFBPs相似的保守N端结构域外,还有特异的Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制结构域和免疫球蛋白样C2结构域。除与IGFs结合发挥作用外,还能独立调控细胞凋亡、增殖和迁移等。而至今尚无对水生无脊椎动物IGFBP7的研究报道,结合本实验室的研究综述了目前IGFBP7基因结构和功能上的研究进展,并对今后的研究工作进行了展望。


    

关键词:胰岛素样生长因子结合蛋白7;胰岛素样生长因子结合蛋白超家族;胰岛素样生长因子;结构; 功能


    

中图分类号:Q615 文献标识码:A

 Insulin-like growth factor binding protein 7(IGFBP7) is a new member of the IGFBPs superfamily. Apart from the structural similarity of the N terminus Cys-rich IB domain between IGFBP7 and other IGFBPs, IGFBP7 has specific Kazal-type serine proteinase inhibitor domain and Immunoglobulin-like C2 domain. Furthermore, besides combining IGFs, IGFBP7 also has IGF-independent functions such as regulation of cell proliferation, cell survival and cell metaptosis. So far basic knowledge of the IGFBP7 in aquatic invertebrates is unavailable. In this article, combined data collected in our laboratory, we review the research advance on the structure and function of IGFBP7 to date and propose future development to the field.


    

Keywords: insulin-like growth factor binding protein 7; IGFBPs; IGFs; structure; function


    

 


    

收稿日期:2012-04-23; 修回日期:2012-07-16


    

基金项目:国家自然科学基金项目(41006105; 41176152)


    

*通信作者:Tel: 0592-6182923; E-mail: ylwang@jmu.edu.cn


全 文 :第24卷 第10期
2012年10月
Vol. 24, No. 10
Oct., 2012
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号:1004-0374(2012)10-1189-08
IGFBP7基因的结构与功能的研究进展
李 娜,王国栋,王艺磊*
(集美大学水产学院,厦门 361021)
摘 要:胰岛素样生长因子结合蛋白 7 (IGFBP7)是 IGFBPs超家族的新成员,结构上除具有与 IGFBPs相
似的保守 N端结构域外,还有特异的 Kazal型丝氨酸蛋白酶抑制结构域和免疫球蛋白样 C2结构域。除与
IGFs结合发挥作用外,还能独立调控细胞凋亡、增殖和迁移等。而至今尚无对水生无脊椎动物 IGFBP7的
研究报道,结合本实验室的研究综述了目前 IGFBP7基因结构和功能上的研究进展,并对今后的研究工作
进行了展望。
关键词:胰岛素样生长因子结合蛋白 7;胰岛素样生长因子结合蛋白超家族;胰岛素样生长因子;结构 ; 功能
中图分类号:Q615 文献标志码:A
Research progress on structure and function of insulin-like
growth factor binding protein7
LI Na, WANG Guo-Dong, WANG Yi-Lei*
(Fisheries College, Jimei University, Xiamen 361021, China)
Abstract: Insulin-like growth factor binding protein 7(IGFBP7) is a new member of the IGFBPs superfamily. Apart
from the structural similarity of the N terminus Cys-rich IB domain between IGFBP7 and other IGFBPs, IGFBP7
has specific Kazal-type serine proteinase inhibitor domain and Immunoglobulin-like C2 domain. Furthermore,
besides combining IGFs, IGFBP7 also has IGF-independent functions such as regulation of cell proliferation, cell
survival and cell metaptosis. So far basic knowledge of the IGFBP7 in aquatic invertebrates is unavailable. In this
article, combined data collected in our laboratory, we review the research advance on the structure and function of
IGFBP7 to date and propose future development to the field.
Keywords: insulin-like growth factor binding protein 7; IGFBPs; IGFs; structure; function
收稿日期:2012-04-23; 修回日期:2012-07-16
基金项目:国家自然科学基金项目(41006105; 41176152)
*通信作者:Tel: 0592-6182923; E-mail: ylwang@jmu.
edu.cn
胰岛素样生长因子 (insulin-like growth factor, IGF)
是一类重要的细胞增殖调控因子 [1]。IGF信号系统
包括主要的配体 IGFs(IGF-I 和 IGF-II)、细胞表面受
体 IGF1R和 IGF2R、与 IGF有高亲和力的胰岛素
样生长因子结合蛋白 (IGFBPs)、胰岛素样生长因子
结合蛋白相关蛋白 (IGFBP-related protein,IGFBP-
rP)及一系列水解 IGFBP的蛋白酶 [1-2]。IGF-I 和
IGF-II是一类与胰岛素前体有 40%同源性的有丝分
裂原效应生长因子 [1, 3-5],曾被命名为硫化因子 [6]和
生长调节素 [7]。IGFs能够与特异的细胞表面受体
IGF1R和 IGF2R及胰岛素受体相互作用 [8]。IGF1R
与胰岛素受体相似,具有酪氨酸激酶活性,由它介
导的细胞信号通路可以引起诸如分化、转移、抗凋
亡等一系列作用。如果该通路发生异常,就会发生
肿瘤、糖尿病、动脉粥样硬化等代谢异常疾病 [9]。
1 IGF信号通路功能的研究进展
IGFBP1-6通常高亲和地结合体液中自由的
IGFs,不仅能够运输 IGFs,还能延长 IGFs的半衰期,
对 IGFs代谢起关键作用,调节 IGFs的生物利用度 [1]。
更为重要的是, IGFBP1-6有独立于 IGFs之外的许
生命科学 第24卷1190
多生物活性,在多种类型的组织细胞的生长、发育、
衰老、凋亡、癌变等病理生理过程中起重要作用 [10],
如能调控骨细胞增殖 [10]及抑制胸腺和前列腺癌细
胞的生长 [11-13]。通过最近几年的研究,发现了新的
富含半胱氨酸、结构和功能都与 IGFBP1-6相似的
胰岛素样生长因子结合蛋白相关蛋白 (IGFBP-
related protein,IGFBP- rP),其中与胰岛素结合能
力较 IGFBP1-6高 500倍的 IGFBP- rP1[14](IGFBP7)
也渐渐引起了研究者的兴趣。生物学功能研究结果
表明,与 IGFBP1-6一样,IGFBP7的作用主要涉及
到两方面,即 IGF依赖 (IGF-dependent)和独立于
IGF(IGF-independent)的作用 [1]。现已对 IGFBPs这
两方面的作用机理有了较为全面的认识,图 1显示
了 IGF信号通路中 IGFBPs、IGFs和 IGF-1R的信
号传递过程,通过丝氨酸 (serine,Ser/S)/苏氨酸
(threonine, Thr/T)的磷酸化激活作用,最终开启细
胞内MAPK激酶途径和 P13激酶途径,实现细胞
外信号向细胞内转导,进而来调控细胞活性、细胞
分化、细胞增殖、细胞分裂、细胞迁移及蛋白合成
的变化 [1, 15]。
2 IGFBP7(IGFBP- rP1/ PSF/TAF)结构的研
究进展
IGFBP7由于早期发现于不同物种的不同组织
中,因而命名也相应具有多样性——Mac25[16]、
PSF[17]和 TAF[18]等。Mac25最早克隆于人软脑膜和
乳腺上皮细胞中 [16],后由杆状病毒真核表达纯化出
蛋白,经功能分析发现能够结合 IGFs,结构上与
IGFBP有 45%~65%的同源性,故被重新命名为
IGFBP7[19]。此外,从二倍体成纤维细胞中分离纯化
出前列腺素刺激因子 PSF[17]和膀胱癌细胞中提取的
肿瘤黏附因子 TAF[18] 均属同一蛋白。因此,IGFBP-
rP1、IGFBP7 、MAC25、TAF和 PSF是同一蛋白 [1]
的不同命名。尽管结构上已被证实能结合 IGFs或
IGF:胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor);IGFBP:胰岛素样生长因子结合蛋白(IGF binding protein);ALS:酸敏
感亚基(acid-labile subunit);M6P:甘露糖-6-磷酸(mannose-6-phosphate);IRS:胰岛素受体底物(insulin receptor substrate);
Shc、Grb2、Sos和Ras:接头蛋白;MAPK:有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatived protein kinase);MEK:有丝分裂
原活化蛋白激酶激酶(MAPKinase kinase);PIP2:4,5二磷酸磷脂酰肌醇;PIP3:3,4,5三磷酸磷脂酰肌醇;PNK:多聚核苷
酸激酶(polynucleotide kinase);AKT:蛋白激酶B(protein kinase B);mTOR:哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of
rapamycin)。
图1 IGF信号系统的信号传递过程及其生物学效应[1, 15]
李 娜,等:IGFBP7基因的结构与功能的研究进展第10期 1191
胰岛素 [19-21],但 IGF信号系统中 IGFBP- rP1 (IGFBP7/
PSF/TAF)的精确生物学功效尚不明了。结构是功
能的基础,因此,要明确 IGFBP7具体作用,结构
是关键。
近年来研究表明,IGFBP7有类似于 IGFBP1-6
高度保守的 N端结构域,位于信号肽之后 80~93个
氨基酸残基区域 [1]。同时,IGFBP7 N端含有整个
蛋白 18~20个半胱氨酸 (Cys)中的 12个,是高度保
守的半胱氨酸富含区域。N端偶数个 Cys形成的二
硫键有利于维持 IGFBPs三级结构的稳定性 [22]。此
外,Kim等 [20]认为 IGFBP7具有 IGFBP1-6完全保
守的 GCGCCxxC基序,但 Oh等 [18]、Barzan等 [23]、
Mulenga等 [24]和本实验室分别对人、斑马鱼 (Danio
rerio)、美洲钝眼蜱 (Amblyomma americanum)和杂
色鲍 (Haliotis diversicolor)该基因序列分析表明,
IGFBP7具有不完全保守的 xCGCCxxC 基序。在研
究 IGFBPs的初级阶段,保守 N端被认为是唯一与
IGF保持高亲和力的结构域,甚至具体到 N端某几
个关键结合位点 [25-26],但随着研究方法的改进,更
多的研究着眼于整个 N端,甚至整个蛋白都与 IGF
的亲和有关。
IGFBP1-6除具有保守的 N端外,还有特异性的
L区和保守的 C端结构域,多数的翻译后修饰 (包括
磷酸化、糖基化等等 )都发生在 L区,而这些修饰又
与 IGFBP1-6独立作用相关 [1]。近年来对 C端的研究
也越来越多,有报道称,C端是 IGFBP1-6具有 IGF
依赖和独立于 IGF作用的主要功能区,原因是 C端
不仅是 IGFBP1-6与 IGF保持高亲和力所必不可少,
而且 C端还包含 ALS、细胞外基质 (ECM)等其他蛋
白分子的作用区域,因此,C端被认为是 IGFBP1-6
蛋白独立于 IGF分子网络作用的负责区 [27]。然而,
IGFBP7与 IGFBP1-6结构相似性仅仅局限于保守的
N端结构域,其余氨基酸残基序列都具有高度特异
性,C端虽然仍具有保守的 6个半胱氨酸残基,但
不再包含甲状腺球蛋白 I结构域 (thyroglobulin-type
I domain)和与肝素 integrin结合的 RGD(Arg-Gly-
Glu)基序等等 [18],取而代之的是 Kazal型丝氨酸蛋
白酶抑制结构域 (Kazal-type serine proteinase inhi-
bitor domain,KI)[23-24, 28-30]和免疫球蛋白样 C2结构
域 (immunoglobulin-like C2 domain,IgC2)[23-24, 31-33]。
进而人们推测,IGFBP7具有不再保守的 C端会使
其与 IGF的结合能力有不同程度的下降。Oh 等 [18]
和 Akaogi 等 [23]通过竞争亲和力交联检测法 (com pe-
titive affinity cross-linking assays)证实了这种推测:
IGFBP7与 IGF结合能力较 IGFBP1-6低了99%。然而,
Yamanaka等 [14]应用配体印迹 (Western ligand blot)技
术发现 IGFBP7与胰岛素结合能力较 IGFBP1-6高
500倍。Abel等 [34]报道 ,增加血清中 IGFBP7的浓度,
显著抑制胰岛素发挥降低血糖的作用,是一种重要
的胰岛素结合因子。它与胰岛素以高亲和力相结合,
从而阻断胰岛素与其受体间的结合,阻止后者自身
磷酸化及其他后续反应的发生,进而参与糖代谢功
能的紊乱和 2型糖尿病的发生过程。
Martinerie等 [35]和 Mizushima等 [36]分别依据
IGFBP1-6和 IGFBP7对 IGFs和胰岛素不同的亲和
力,成功构建了一个结合模型,活性中心如图2所示。
IGFBP1-6保守 N端和 C端共同形成与 IGFs高亲和
力的结合位点,随之将胰岛素结合位点深深掩藏于
蛋白结构内部。通过蛋白水解酶裂解 IGFBP1-6的
三维结构,或者利用二硫苏糖醇减少蛋白含量,破
坏 IGFs结合位点,可以暴露出部分被掩藏的胰岛
素结合位点 [1]。而 IGFBP7具有特异性的 C端,导
致其发挥着不同功效,IGFBP7与胰岛素的高亲和
力可能就是由 C端决定的 [2]。2003年,Sanjida等 [37]
实验发现,IGFBP7能与胰岛素和 IGF1协同刺激细
胞生长,利用蛋白水解酶裂解后发现,IGFBP7丧
失了这种活性,说明 IGFBP7可以通过蛋白水解过
程来调控胰岛素和 IGF的生物学功能,但具体的结
合位点仍然是个谜,将来的研究需找到更准确的关
键位点,从而为设计药物干预及其与 IGFs和胰岛
素的结合提供具体的靶点。
3 不同命名形式的IGFBP7(IGFBP-rP1/MAC25/
TAF/PSF)基因研究进展
3.1 Mac25基因的研究进展
Murphy等 [1]利用差减杂交技术 (subtractive hy-
bridization)研究脑膜瘤细胞株中表达量发生变化的
基因,并将优先表达的基因命名为 Mac25。Swis-
shelm等 [38]证明乳腺癌中的 Mac25与癌细胞株中
雌激素受体相关,即Mac25 mRNA的表达量与雌
激素受体 (ER)呈负相关。差异显示 PCR(differential
display PCR)筛选结果表明,正常衰老的乳腺上皮
细胞 (HMEC)中 Mac25基因过量表达,而胸腺癌
细胞中显著下调表达 [39]。IGFBP7(IGFBP-rP1/mac25/
TAF/PSF)在正常前列腺及腺肿瘤组织中原位杂交
结果表明,随着肿瘤恶化程度的加深,Mac25基因
表达量显著下调 [40]。更加有趣的是,将Mac25转
染到恶性前列腺细胞株中,无论是体内还是体外实
生命科学 第24卷1192
验,转染细胞都表现为低致瘤性,进而推测Mac25
是一个潜在的肿瘤抑制因子 [41]。
Mac25能够受到多种生长因子的调控。前列腺
癌上皮细胞株 (P69)培养基中添加维甲酸,Mac25 的
表达量则上调。转化生长因子 (transforming growth
factor β, TGFβ )能调控 Hs578T 和 P69 细胞株中
Mac25 的表达量,无论是 mRNA还是蛋白水平都
呈现上调趋势 [40]。然而,Mac25 是否负反馈作用于
上皮细胞生长的 TGFβ和视黄酸,还有待进一步的
验证。Pereira等 [42]研究表明,Mac25 mRNA在鼠
分裂状态的成肌细胞中表达量要高于未分裂、未分
化的成肌细胞,推测Mac25在鼠的成肌细胞分化过
程中发挥了重要的作用。
3.2 TAF基因的研究进展
肿瘤黏附因子 (TAF)是从膀胱癌细胞株中分离
出来,具有相对分子质量 (Mr)30 000的肿瘤衍生蛋
白,能促进细胞黏附 [18]。最初的研究发现,TAF能
够促进鼠肝细胞和人内皮细胞的黏附和延伸,但是
并不能够促进内皮细胞的生长。随后,对纯化的蛋
白及 cDNA的结构分析表明,它与Mac25非常相似 [18]。
利用抗 TAF C端肽段的单抗,采用免疫组织化学检
测其在人类各种癌组织中的表达情况,结果表明,
癌组织中 TAF特异性地富集于新生成的血管区域,
而正常的组织中却没有发现任何阳性信号,并且在
培养的血管内皮细胞的毛细血管中也有分布。由此
该蛋白又称为血管调节素“angiomodulin”[43]。同时,
高浓度的 TAF(1 μg/mL)能强烈刺激 IGF和胰岛素
调控成纤维细胞的生长 [22]。TAF功能的多样性,推
测与细胞类型相关,但仍需要进一步的研究。
3.3 PSF基因的研究进展
Yamauchi等 [43]发现在内皮细胞中 PSF能够刺激
前列环素产生,而糖尿患者体内却减少。前列环素
是一种血管舒张药,能够显著抑制血小板黏附和聚
集,在血清中其活性相对稳定 [44-45]。它的合成需要
许多因子共同刺激,包括凝血酶等蛋白酶的参与 [46]。
纯化的 PSF相对分子质量为 31 000,浓度低至 10
ng/mL时仍能在内皮细胞中刺激产生前列环素 [44]。
PSF随后也被鉴定为Mac25 和 TAF[47]。利用抗 PSF
C端肽段的单抗进行免疫组织化学,实验结果表明,
PSF在动脉内皮细胞及平滑肌细胞中都有分布 [48-49]。
3.4 IGFBP7基因的研究进展
最近对该蛋白的研究报道更多的是采用 IGFBP7
命名方式。IGFBP7除了具有依赖 IGFs的功能,还
具有不依赖 IGFs的功能,是一种典型的肿瘤生长
抑制因子,越来越受到人们的重视。在哺乳动物中,
研究发现,IGFBP7具有依赖细胞类型的多样性的
生物学功能和表达模式,能够正负调控于细胞的生
长和增殖。IGFBP7能够诱导多种肿瘤细胞系衰老
或者增殖,具有潜在的抑制或促进肿瘤生长功能。
有关抑制作用的报道主要有:Sprenger等 [41]和
Haugk等 [50]把人 IGFBP7基因的重组蛋白分别加入
到人骨肉瘤细胞及前列腺癌细胞培养基中,发现能
够抑制肿瘤生长,促进肿瘤细胞的凋亡;Amemiya
等 [51]将过表达 IGFBP7的载体转染到MDA-MB-468
图2 IGFBP1-6和IGFBP7分别结合IGFs和胰岛素模型[1]
李 娜,等:IGFBP7基因的结构与功能的研究进展第10期 1193
细胞系,发现能显著抑制细胞生长,同时 IGFBP7
能够强烈阻止丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) ERK-
1/2自身磷酸化,暗示 IGFBP7可通过细胞内的MAPK
信号通路调控细胞生长;Masahiko等 [52]和 Kazuhiro
等 [53]分别通过 siRNA将人类和鼠子宫内膜间质细
胞中的 IGFBP7基因沉默,发现促乳素和 IGFBP1
表达量显著下降,而培养基中添加重组 IGFBP7蛋
白能抑制子宫内膜间质细胞增殖和分化。另外,
Janna等 [54]的研究也有类似的实验结果,他们发现
银屑病表皮中 IGFBP7表达量下调,用 UVB辐射
可恢复到正常水平。通过 IGFBP7 siRNA及小发夹
RNA表达载体构建了体外 IGFBP7下调表达的模
型,发现下调表达的 IGFBP7能够显著刺激角蛋白
形成细胞 (keratinocyte, KC)增殖,而重组 IGFBP7
蛋白显著抑制 KC增殖,并促进细胞凋亡。在大肠
癌细胞系中过表达 IGFBP7仍可以抑制细胞快速生
长增殖,扮演了一个抑癌基因的角色 [55]。
IGFBP7促进肿瘤等细胞的生长功能也见诸报
道。多种人类癌变组织的免疫组化结果发现,
IGFBP7免疫信号主要特异地高量聚集于持续新生
成的血管基底膜中,而在正常的组织血管中没有任
何信号 [1]。How等 [56]研究发现,在患有淋巴母细
胞性白血病的儿童脑脊髓液中,IGFBP7上调表达
量,正调控于细胞增殖生长。此外,IGFBP7与胰
岛素能加成性的促进成纤维细胞的增殖生长 [43]。
Jiang等 [57]发现,在神经胶质瘤细胞中 IGFBP7表
达量迅速上调。体外实验中 IGFBP7 RNAi显著抑
制了神经胶质瘤细胞的增殖,相反在培养基中添加
IGFBP7重组蛋白进行营救实验,又能迅速促进细
胞增殖。同时,IGFBP7 siRNA对类风湿滑膜成纤
维细胞的增殖生长也具有抑制作用 [58]。
综上所述,IGFBP7除了在绝大多数肿瘤中扮
演着肿瘤生长抑制因子的角色外,还能促进某些肿
瘤及非肿瘤细胞的增殖生长,然而,调控该基因表
达的精确分子机制至今仍不明确。Chen等 [56]发现
在 7种癌细胞系中通过去甲基化剂 5-氮杂 -2 -脱氧
胞苷 (demethylation agent 5-aza-2-deoxycytidine,DAC)
能使下调的 IGFBP7表达量恢复正常水平。通过亚
硫酸氢钠测序 (bisulfite sequencing, BS)及甲基化特
异性 PCR (methylation-specific-PCR, MSP)发现,在
肺癌细胞株以及原发性肺肿瘤中,IGFBP7 低量
表达与 DNA 甲基化相关。进一步研究发现,转
染具有去甲基化功能的重组 DAC到 H82、 H1299
和 H2228细胞株后,IGFBP7的表达量增加,推测
在肺癌细胞株及原发性肺肿瘤中是通过甲基化下调
IGFBP7的活性。这种分子作用机制在大肠癌细胞
中也得到了进一步的验证,IGFBP7基因的沉默可
以通过 DNA的甲基化来实现 [57]。
IGFBP7多样性功能在非哺乳动物基因水平的研
究始于 2006年。Kamangar等 [23]首次在非哺乳动物
中克隆分析了虹鳟 (Oncorhynchus mykiss)IGFBP7基
因,并对其在不同发育时相卵巢的表达进行荧光定
量 PCR分析,结果显示 IGFBP7基因在卵黄生成后
开始表达,且在卵黄成熟时期表达量急剧增加。许
多鱼类的 IGFs能够诱导卵巢的成熟 [60-61],在虹鳟
鱼卵巢成熟时,IGF-I和 IGF-II转录物在卵巢中表
达最高 [62],进一步验证了虹鳟鱼卵巢成熟最后阶段,
IGFBP7参与 IGFs活性的调控。这也在美洲钝眼雌
蜱虫产卵过程中得到了证实,编码 IGFBP7基因的
dsRNA使雌蜱虫的 IGFBP7基因沉默后,导致雌蜱
虫产卵能力显著降低,进而 Mulenga等 [24]等初步
推测 RNAi后,雌蜱虫卵黄及卵母细胞成熟过程发
生紊乱,进而导致不能成功产卵。
目前越来越多的研究发现,许多基因的功能呈
多样性,如 Toll蛋白最早发现于果蝇胚胎中,并被
证明与胚胎发育相关,随后的研究进一步发现 Toll
蛋白在果蝇的免疫应答反应中也发挥重要的作用 [63]。
最近的研究证明,IGFBP7与 Toll蛋白类似,能够
共同调控胚胎的发育和成体的免疫过程。IGFBP7
能够与转运血淋巴的趋化因子共同作用,在先天免
疫反应中发挥重要调控作用 [64-65]。在甲壳动物中,
Castellanos等 [66]和Gai等 [67]分别从凡纳滨对虾 (Lito­
penaeus vannamei)和中华绒螯蟹 (Eriocheir sinensis)
血淋巴构建的 cDNA文库中发现了一种仅仅具有单
一胰岛素结合结构域 (single insulin binding domain,
SIBD)的蛋白,并推测它可能是 IGFBP家族的成
员 [66],该蛋白在细菌感染实验中被证明参与虾和蟹
的先天免疫反应。Kuhn等 [68]将大肠杆菌 (Escherichia
coli)和金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus)菌
液的混合物注射到热带捕猎蛛 (Cupiennius salei)体
内后,发现血淋巴中的 SIBD-1表达量显著下降。
同时,SIBD与 IGFBPs具有高度相似的 N端保守
IB结构域,进而推测 SIBD在无脊椎动物中或许是
IGFBPs的取代物 [66];但无脊椎动物 IGFBP7基因
的多样性生物学功能仍有待于进一步深入的研究。
基于本实验室构建的杂色鲍 EST(expressed se-
quence tag)数据库,经生物信息学分析获得 IGFBP7
基因部分 cDNA片段,通过 SMART-RACE技术筛
生命科学 第24卷1194
选并克隆杂色鲍 IGFBP7基因全长 cDNA序列。这
在软体动物中属首次,同时也是 IGFBP7首次在水
生无脊椎动物中的研究报道 [70]。生物信息学分析表
明,该基因在结构上具有与 IGFBP1-6高度保守的
IB 结构域、18个半胱氨酸残基和 CGCCXXC基序,
以及特异性的 KI 结构域和 IgC2 结构域。同时,我
们对 saIGFBP7基因进行了不同发育阶段及副溶血
弧菌感染后鳃和血淋巴的实时定量 PCR、原位杂交、
免疫组化和Western blot分析,结果显示 saIGFBP7
基因和蛋白在杂色鲍胚胎发育早期各个阶段几乎检
测不到表达。从担轮幼虫开始表达,在幼虫开始变
态时表达量显著升高并一直维持到成体阶段。在副
溶血弧菌感染的血淋巴中 saIGFBP7 0~3 h之间没有
显著变化,而到感染后 6 h和 12 h表达量显著上调
(P<0.05),在 24 h恢复到正常水平。在鳃中,saIGFBP7
mRNA 和蛋白在感染后 3 h即发生显著上调变化
(P<0.05),随后 6~24 h恢复到正常水平。此外,我
们还发现 IGFBP7基因沉默后能够显著抑制杂色鲍
血细胞的增殖生长和细胞之间的黏附性,同时,还
能够显著降低杂色鲍幼虫的附着变态率,而基因过
表达 IGFBP7后能够显著促进血细胞的增殖生长和
细胞间的黏附性。上述研究结果提示,IGFBP7对
杂色鲍胚胎发育,尤其是幼虫附着变态及成体免疫
过程都发挥着重要的作用,但仍有待于进一步深入
研究。
4 结语与展望
IGFBP7除了调控 IGFs和胰岛素的生物利用度
之外,还能独立参与多种生物学功能,诸如调控细
胞增殖和分化,诱导细胞衰老和凋亡、抑制和促进
肿瘤生长、调控变态发育和参与机体免疫应答等多
种生物学功能。最近,IGFBP7独立于 IGF分子网
络的作用越来越受到人们的重视,但其分子机制仍
所知甚少,尤其是它在水生无脊椎动物变态发育及
免疫应答等方面的作用机理的研究刚刚起步,还需
要研究者继续努力探索。
由于水生无脊椎动物结构简单,易于实验操作,
往往作为基础研究的首选材料和模式生物,为我们
研究高等生物的生理生化活动提供参考或线索。今
后应加强对水生无脊椎动物中 IGFBP超家族作用
机理的系统分析以及其在不同物种间的具体作用的
比较研究,探讨如何将这一理论研究应用于水生无
脊椎动物的养殖业。本实验室将对 IGFBP7在杂色
鲍变态发育中的作用做进一步具体研究,如采用免
疫共沉淀等技术分析 IGFBP7蛋白与其他蛋白之间
的相互作用,更好更快地验证该基因在杂色鲍变态
发育过程中的作用机制,为进一步研究杂色鲍乃至
软体动物变态发育分子机制提供理论基础。
[参 考 文 献]
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