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• 2020年, 36卷, 第3期
  刊出日期：2020-03-20

    

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要文聚焦
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   感知氧气，感知生命——评2019年诺贝尔医学或生理学奖

  邹欣凯，张惠媛，胡洪波

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 241-243. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.01.1yaowen

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综述
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  细胞程序性死亡因子家族分子在细胞凋亡中的调控作用

  徐霄鸾，逄越，苏鹏

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 244-251. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.11.1289

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  细胞程序性死亡因子（programmed cell death, PDCD）是一类与肿瘤发展相关并在进化上高度保守的蛋白质。PDCD家族由多个成员构成。其中，研究较为深入的包括PDCD1、PDCD2、PDCD4、PDCD5、PDCD6、PDCD7、PDCD8及PDCD10。PDCD在人类的各组织及细胞中广泛分布，其主要功能是对细胞凋亡的调控。目前研究发现，PDCD家族成员可通过不同信号通路实现对肿瘤细胞活力的调控，且某些家族成员的缺失或过表达都会引起机体发生病变，证明其在多种疾病当中具有重要作用。本文汇总了PDCD1、PDCD2、PDCD4、PDCD5、PDCD6、PDCD7、PDCD8、PDCD9、PDCD10、PDCD11、PDCD12的基因结构与蛋白质结构，介绍了各家族成员在细胞程序性死亡过程中的关系，并总结目前所报道的PDCD家族成员在肿瘤，以及多种疾病中所发挥的调控作用，以期帮助科研工作者了解其在细胞凋亡中的作用，以及为肿瘤和相关疾病发生发展的分子机制提供参考。
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  脂质运载蛋白-2在肿瘤进展中的作用

  李翠萍，周贝，仝李丹

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 252-258. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.12.1297

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  铁元素通过参与氧化损伤、分泌炎性因子、改变信号通路、影响免疫系统等过程，在肿瘤的发生发展中发挥重要的促进作用。靶向铁的治疗是肿瘤治疗的重要策略之一。转铁蛋白参与肿瘤细胞铁的运输，是肿瘤治疗的重要靶标。脂质运载蛋白-2（lipocalin-2，LCN2）是由肿瘤微环境中的肿瘤相关巨噬细胞分泌的胞内可运输铁离子的蛋白质。LCN2在多种类型的肿瘤中表达均明显升高，有望成为相关癌症不良预后的标志物，是近年来研究的热点。LCN2主要通过结合不同的配体与受体参与铁的运输，保护基质金属蛋白酶-9活性，分泌细胞因子等机制，参与肿瘤细胞的增殖与凋亡、肿瘤细胞的侵袭与转移，以及肿瘤血管生成过程而影响肿瘤的治疗与预后。其中，LCN2的存在形式不同，对铁的运输方式不同，决定其对肿瘤细胞增殖与凋亡的调控作用不同，以及LCN2对信号通路影响的差异，造成LCN2在不同肿瘤，甚至相同肿瘤的研究中获得不一致结果，具体机制尚待进一步研究。本文就LCN2蛋白的结构特征、LCN2蛋白与肿瘤进展的关系，及其在肿瘤进展中可能的作用机制进行综述，为进一步的药物开发与临床研究提供理论参考。
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  糖原合酶激酶-3β在肿瘤细胞中的分子作用机制

  刘毓斌，胡雪峰

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 259-266. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.10.1328

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  糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）是一种多功能丝氨酸/苏氨酸激酶，通过磷酸化酪氨酸、丝氨酸和苏氨酸位点介导Wnt、Hedgehog、NF-κB和PI3K/Akt等信号通路，参与各类细胞功能的调节。GSK-3β在不同信号通路和细胞类型中扮演不同的角色，导致其在不同的恶性肿瘤中发挥促癌或抑癌的双重作用，与癌细胞的迁移和侵袭有直接关系。在胰腺癌和结肠癌研究中，GSK-3β的高表达调控通过相关信号通路，增强细胞增殖调控因子表达，抑制负性调控因子的活性，促进癌细胞的增殖。GSK-3β能激活上皮细胞间质转型过程中相关因子的表达，增强癌细胞扩散能力；相反，在胃癌和肺癌中，GSK-3β具有积极的抑癌作用。GSK-3β通过阻滞细胞周期和诱导细胞凋亡发挥抑癌作用, 通过调节Wnt和PI3K/Akt信号通路，负向调控癌细胞的生长与侵袭，并且GSK-3β磷酸化相关因子以减弱其对癌细胞转移能力的刺激。本文总结了GSK-3β在不同恶性肿瘤中的作用及机制，并针对研究中存在的问题进行分析与展望，为相关领域的研究提供一定的理论基础。
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  TGF-β对肿瘤微环境中免疫监视及细胞外基质的调控作用

  李文娜，李庆伟，王浩

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 267-274. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.01.1434

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  转化生长因子β（transforming growth factor β，TGF-β）是一种多功能的细胞因子，能够调控细胞增殖、分化、黏附、迁移及凋亡等行为，在胚胎发育过程和成体组织稳态维持中发挥重要的作用。而在许多疾病状态下，特别是在癌症中，TGF-β不仅能够影响肿瘤细胞的增殖与转移，其对于肿瘤微环境的调控与塑造也受到越来越多的关注。肿瘤微环境是指肿瘤在发生和发展过程中所处的内环境，由肿瘤细胞本身、相邻正常组织中的间质细胞，以及这些细胞所释放的众多细胞因子等共同组成。肿瘤微环境是肿瘤发展的重要机制，也是肿瘤临床治疗领域亟待探索的关键问题。TGF-β是调节肿瘤微环境组成和功能的主要参与者之一。在本综述中，将着重讨论TGF-β对于肿瘤微环境中的免疫监视机制及肿瘤细胞外基质的主要影响。即TGF-β对于构成先天性和获得性抗肿瘤免疫应答的各种类群的免疫细胞具有广泛的调控作用，从而削弱宿主的肿瘤免疫监视功能。同时，TGF-β通过促进肿瘤相关成纤维细胞的产生，以及肿瘤细胞外基质的纤维化，有助于肿瘤的恶变和转移。此外，还介绍了通过阻断肿瘤微环境中TGF-β信号通路进行肿瘤治疗的主要策略及独特优势。而未来进一步解析TGF-β信号在肿瘤微环境中的复杂调控作用，并建立有效的靶向干预方法对于开发高效的抗肿瘤药物具有重要的意义。
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  亚精胺诱导自噬的作用机制

  莫桂林，蒋易龙，姜冬梅

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 275-280. https://doi.org/S814.1

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  亚精胺(spermidine)是含有3个胺基的低分子量脂肪族碳化物，是存在于所有生物体中的天然多胺之一。自噬(autophagy)对于降解细胞内受损蛋白质和细胞器是必需的。外源性亚精胺可作为自噬的天然诱导剂，并且是安全和无毒的。新近研究表明，亚精胺可通过AKT/AMPK-FoxO3-Atg途径诱导自噬，还能促进组蛋白脱乙酰基酶4（histone deacetylase 4, HDAC4）向细胞核转运，降低细胞质HDAC4含量，进而增强微管相关蛋白1S（microtubule-associated protein 1S, MAP1S）乙酰化和稳定性以激活自噬。此外，亚精胺可作为乙酰转移酶抑制剂调节EP300活性，进而改变Atg5、Atg7、LC3和Atg12的乙酰化状态。同时，还可通过诱导哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）去磷酸化，激活ULK1/2-Atg13-FIP200复合物参与调控动物机体内的自噬过程。本文就自噬概念和亚精胺诱导自噬作用途径的最新研究进展作一综述。
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  分泌型卷曲相关蛋白家族在Wnt信号通路中的双向调节作用

  董碧莹，陈毅斌，林陈胜

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 281-288. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.11.1362

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  Wnt信号通过直接参与细胞的增殖、极化和命运特化，控制胚胎发育和成体稳态，其信号异常不仅会造成发育缺陷，而且与多种癌症和代谢性疾病的发生密切相关。分泌型卷曲相关蛋白（secreted frizzled-related proteins，sFRPs）是一种可溶性蛋白质，因其结构与Wnt信号的卷曲蛋白（frizzled，Fz）受体高度同源而被认为是一类Wnt通路拮抗剂。但随着对sFRPs家族的深入研究，发现sFRPs在Wnt信号通路传导过程中并不局限于作为一种拮抗因子，还发挥激活因子的功能。最新研究还发现，sFRPs不仅作为经典的胞外因子发挥作用，在一些肿瘤干细胞中还可进入细胞核双向调节（拮抗或激活）Wnt信号传导。本文结合最新研究，全面综述了sFRPs家族蛋白在Wnt信号传导中的双向调节作用，这有助于理解sFRPs蛋白在生物体器官发育和疾病发生中的作用。
研究论文
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  滑动序列对游仆虫中识别+1位和+2位编程性核糖体移码具有关键作用

  肖羽，王软林，杜军，张志云，柴宝峰，梁爱华

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 289-299. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.01.1435

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  编程性核糖体移码（programmed ribosomal frameshifting, PRF）广泛存在于生命进化谱系的各个分支，是一种翻译水平上的基因表达调控方式。单细胞真核生物游仆虫（Euplotes）中不仅PRF基因比例高，而且移码类型有+1和+2位两种。本研究从基因组水平对八肋游仆虫（E. octocarinatus）中的+2 PRF基因进行了鉴定，比较分析+1及+2 PRF基因中可能的调控元件。为了探讨游仆虫中滑动序列对移码类型的影响，克隆了八肋游仆虫的+1 PRF基因——η微管蛋白基因，将其构建到含绿色荧光蛋白报告基因的游仆虫大核人工染色体中，转染游仆虫细胞，通过检测GFP的表达来确定不同滑动序列突变体对应的移码类型。结果表明，滑动序列的改变能使游仆虫+1 PRF转变为+2 PRF，且这种移码类型的改变与滑动序列第1个密码子编码何种氨基酸无关。本研究揭示了滑动序列对游仆虫中识别+1和+2位的编程性核糖体移码具有关键作用。
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  低氧经mTOR/4E-BP1和FoxO1/Atrogin-1通路影响骨骼肌蛋白质积累

  贾杰，付鹏宇，朱镕鑫，许春艳，龚丽景

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 300-309. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.01.1446

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  低氧暴露对骨骼肌蛋白质合成/分解的影响受到广泛关注，但该过程中相关调控通路的研究仍十分有限。本研究拟通过蛋白质相对积累量来研究合成和分解通路的变化。将骨骼肌细胞置于低氧环境中培养，分别在0 h、6 h、12 h和24 h收集细胞，并进行检测。免疫荧光观察肌球蛋白(myosin)，翻译表面感应检测蛋白质合成，Western印迹法测试蛋白质合成相关基因（ERK1/2、p-ERK1/2、mTOR、p-mTOR、4E-BP1、p-4E-BP1）、蛋白质分解相关基因（泛素、FoxO1、p-FoxO1、MuRF1和Atrogin-1）表达量。结果发现，随着低氧干预时间延长，肌纤维直径和骨骼肌细胞中蛋白质相对积累量随时间逐渐减小（P<0.01)。与0 h相比，6 h p-4E-BP1/4EBP1和Atrogin-1的表达显著上调(P<0.05)，pmTOR表达显著高于0 h (P<0.01)；6 h和24 h p-mTOR/mTOR的比值显著大于0 h（P<0.05），而p-FoxO1/FoxO1的比值随时间逐渐减小（P<0.01）。上述结果表明，低氧干预能够使骨骼肌细胞直径减少、骨骼肌细胞蛋白质积累减少，并且低氧打破骨骼肌细胞蛋白质合成和分解的平衡，可能是通过调节mTOR/4E-BP1通路活性和FoxO1/Atrogin-1通路的活性实现的。
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  Mg²⁺介导底物亲和力的改变增加黍子过氧化物酶的磷酸酶活性

  崔晓东，王柯，王转花

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 310-318. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.12.1399

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  黍子过氧化物酶（proso millet peroxidase, PmPOD）具有磷酸酶活性，可以断裂DNA中磷酸二酯键及脱氧核糖核苷酸(dNMPs)中磷酸单酯键。在此反应过程中，Mg²⁺显著增强PmPOD的磷酸酶活性，但其具体的机制尚不明确。本文采用紫外-可见分光光谱法和荧光光谱法，研究了以dNMPs为底物时，Mg²⁺对PmPOD磷酸酶活性的影响，并对其反应机制进行了初步的探究。紫外-可见分光光度法结果表明：Mg²⁺介导了PmPOD与底物的相互作用，但Mg²⁺并未直接与PmPOD发生相互作用。荧光光谱进一步表明，在Mg²⁺存在的情况下，dNMPs对PmPOD内源荧光淬灭方式发生变化，由动态淬灭转变为静态淬灭。同时还发现，dNMPs与PmPOD的结合常数Ka增加约2～10倍（与不存在Mg²⁺条件相比），依次为：Ka_dCMP>Ka_dGMP>Ka_dTMP>Ka_dAMP。高效液相色谱表明，Mg²⁺可增强PmPOD水解dNMPs的速率3～13倍，且水解速率V_dCMP>V_dGMP>V_dTMP>V_dAMP，与结合常数的变化一致。因此，我们得出结论，PmPOD发挥磷酸酶活性时，Mg²⁺首先与dNMPs形成中间产物，这一中间产物更适合与PmPOD形成复合物，增大了底物dNMPs与PmPOD结合常数，进而加速了PmPOD水解dNMPs。本研究为Mg²⁺在过氧化物酶催化DNA水解的机制提供了相关依据，为研究金属离子增强蛋白酶活性的机制提供了理论基础。
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  罗米地辛与阿糖胞苷联合用药在肺腺癌细胞中介导组蛋白H3K14乙酰化提高CASP3转录活性

  陈柯宇，贲涵芝，毛泽斌

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 319-327. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.02.1458

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  肺癌发病率和病死率均居全球恶性肿瘤首位，有效的药物是治疗肺癌的关键。罗米地辛和阿糖胞苷是已经批准上市并应用于临床治疗的癌症化疗药物。这两种药物的联合用药是否在肺腺癌的治疗中发挥作用及其相关分子机制尚不明确。本研究通过MTT和克隆形成实验证实，罗米地辛和阿糖胞苷联合用药可以显著抑制肺腺癌细胞A549的生长（P<0.05）。体外Transwell细胞侵袭实验和划痕实验表明，联合用药可有效降低肺腺癌细胞的侵袭和转移能力（P<0.05）。同时，流式细胞分析显示，联合用药可以显著诱导肺腺癌细胞的凋亡（P<0.05），并且实时PCR和Western 印迹结果提示，肺腺癌细胞A549在联合用药处理后，凋亡相关蛋白质CASP3的mRNA和蛋白质表达水平均明显升高。另外，通过检测联合用药后，A549细胞的组蛋白乙酰化修饰情况发现，H3K14位点乙酰化水平被明显上调，并且ChIP分析进一步显示，CASP3启动子区域组蛋白H3K14乙酰化水平在联合用药后明显增加（P<0.05）。本研究揭示了罗米地辛与阿糖胞苷联合用药能通过增强CASP3启动子区组蛋白H3K14乙酰化水平进而促进CASP3的转录和蛋白质表达，从而抑制肺腺癌细胞的生长、增殖、迁移和侵袭，促进其凋亡的分子机制。在分子和细胞水平上为罗米地辛和阿糖胞苷联合用药治疗肺腺癌提供依据，并为肺腺癌的临床治疗提供切实参考。
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  依达拉奉通过Nrf2信号分子调节氧化应激减轻脑缺血再灌注诱导的神经损伤

  王力波 贝赟 秦东旭 艾立瑶 宋英

  . 2020, 36(3): 328-336.

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  本研究旨在探讨依达拉奉(edaravone，ED)在脑缺血再灌注损伤中发挥神经元保护作用与Nrf2信号分子间的关系。体内实验利用脑内脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion model，MCAO) 建立SD大鼠脑缺血再灌注损伤模型，体外实验采用过氧化氢（H2O2）损伤PC12细胞建立氧化应激模型。通过TTC染色、HE染色、Nissl染色来检测大脑的病理状态。测定活性氧(reactive oxygen species, ROS)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性，来反映氧化应激水平。此外，通过Hoechst 33342染色和线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential, MTP)测定，探究细胞水平的损伤。采用免疫组织化学和蛋白质印记测定Nrf2的表达。构建Nrf2敲除的PC12细胞系，证实Nrf2信号分子抑制氧化应激损伤的作用。结果提示，经依达拉奉给药后，在动物体内水平，TTC染色证实，脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia reperfusion injury, CIRI)大鼠的脑组织梗死体积减小(P<0.001)，ROS和MDA水平下降(P<0.01)，SOD活性上升(P<0.01)；在细胞水平，凋亡细胞减少(P<0.05), MTP上升(P<0.01), ROS和MDA水平下降，SOD活性上升(P<0.01)；在分子水平，免疫组化和Western 印迹结果均提示，Nrf2蛋白质含量较正常组增加。H2O2诱导Nrf2基因敲除的PC12细胞损伤加重，且依达拉奉的治疗效果明显削弱。综上所述，Nrf2在依达拉奉减轻脑缺血再灌注诱导的氧化应激损伤中发挥关键作用。
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  RNA结合蛋白质HuR通过增加YAP1 mRNA稳定性促进白血病细胞增殖

  赵旭宏，杨桂花，李丹丹

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 337-343. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.03.1341

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  RNA结合蛋白质人类抗原R(Hu R)与多种实体肿瘤的发生发展密切相关，但其在人急性髓系白血病（acutemyeloidleukemia, AML）中的功能和分子机制仍未阐明。本研究收集了30例临床初诊的AML病人和30例正常对照的外周血，分离单个核细胞，进行RT-qPCR法检测。结果显示，与正常对照相比，HuR在AML病人中呈显著表达上调趋势（3.17 ± 1.12, P<0.05）。在AML细胞系HL-60中的功能检测发现，敲低内源性HuR后，对HL-60细胞培养12 h (0.17 ± 0.07)，24 h (0.38 ± 0.05)，36 h (0.51 ± 0.03)，48 h (0.69 ± 0.05)，60 h (0.92 ± 0.08)和72 h (1.04 ± 0.10)的增殖产生抑制作用（P< 0.05）。同时，阻滞在G₁期（47.30% ± 5.40）的HL-60细胞比例显著升高（P< 0.05），而S期（37.50% ± 6.90）细胞比例显著降低（P< 0.05）。相反，HuR的表达抑制对HL-60细胞向单核系分化产生促进作用。RNA免疫共沉淀法检测发现，HuR可与Hippo通路的Yes相关蛋白1关键效应基因(YAP1)的mRNA结合。后续的RNA稳定性检测发现，HuR的结合可以增强YAP1 mRNA的稳定性，进而促进YAP1的表达，并进一步影响YAP1下游基因的转录。综上所述，RNA结合蛋白质HuR可通过促进Hippo通路YAP1的表达参与AML发生发展的调节。
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  外泌体分泌在1,4-苯醌诱导的HL-60细胞凋亡中起保护作用

  张倩倩，张梦妍，陆方方，高家昊，杨新军，闫洪涛

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 344-349. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.01.1441

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  慢性苯暴露损害造血系统，可引起再生障碍性贫血，甚至白血病。外泌体（exosomes）是细胞分泌的纳米级膜泡，在许多生理和病理过程中发挥重要作用。然而，苯及其代谢产物对外泌体分泌的影响仍不清楚。本研究旨在观察苯的活性代谢产物1,4-苯醌（1,4-benzoquinone，1,4-BQ）能否引起人早幼粒白血病细胞HL-60外泌体分泌量的变化以及外泌体释放在1,4-BQ诱导的细胞凋亡中的作用。应用不同浓度1,4-BQ处理细胞24 h，超高速离心法提取细胞培养基中的外泌体，结果发现1,4-BQ能促进外泌体分泌，呈剂量反应关系。进一步应用外泌体抑制剂GW4869抑制外泌体分泌，流式细胞仪检测细胞凋亡率、蛋白质免疫印迹法检测抑凋亡蛋白质 Bcl-2、凋亡通路关键蛋白质cleaved caspase-9 和 cleaved caspase-3的表达，探讨外泌体分泌对1,4-BQ所致细胞凋亡的影响。结果显示：与对照组相比，1,4-BQ 单独处理组的凋亡率、Bcl-2、cleaved caspase-9 和 cleaved caspase-3的表达均显著增高（P＜0.05），而1,4-BQ+GW4869组的凋亡率及凋亡相关蛋白质的表达均显著高于1,4-BQ单独处理组（P＜0.05），表明抑制外泌体分泌可增加1,4-BQ诱导的细胞凋亡。综上表明，1,4-BQ能促进外泌体分泌，并在1,4-BQ诱导的细胞凋亡中起保护作用。本研究为了解苯的毒性效应和毒性机制提供了新的实验证据。
技术与方法
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  猪圆环病毒2型Cap蛋白在烟草叶绿体中的表达

  林优红，程霞英，杨东风，姜永厚，邢少辰，韦正乙，韩蕊莲，梁宗锁，杨宗岐

  中国生物化学与分子生物学报. 2020, 36(3): 350-356. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2020.01.1178

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  猪圆环病毒2型（porcine circovirus type 2, PCV2）可读框2（open reading frame 2,ORF2）基因编码具有多个抗原表位的病毒衣壳(Cap)蛋白，能在机体内有效引发免疫反应并产生中和抗体，是预防和治疗猪圆环病毒病(porcine circovirus-associated disease, PCVAD)的主要抗原。但Cap蛋白高昂的生产成本限制了它的广泛应用。为了探索Cap蛋白新的生产途径，本研究选择烟草叶绿体为表达平台，构建了ORF2抗原基因烟草叶绿体表达载体pNK-a03，并通过基因枪法(gene biolistics)将表达载体导入烟草叶绿体中。转化植株经PCR和RT-PCR检测，证实ORF2抗原基因已整合进烟草叶绿体基因组中且正常转录。蛋白质印迹检测和ELISA 分析表明，Cap蛋白在烟草叶绿体内获得有效表达，具有免疫活性。此外，种子萌发研究结果显示，转基因烟草植株F1代具有aadA抗性，目的基因可正常进行遗传。这些研究结果为探索Cap蛋白的新型表达途径提供了理论基础。