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• 2019年, 35卷, 第6期
  刊出日期：2019-06-20

    

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特约综述
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  免疫系统防御强，遇到缺氧HIF帮

  王可玥，祁玉，胡洪波

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 575-582. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.01

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  缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）是一类受氧调控的转录因子。其α亚基是氧敏感性亚基，包括HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α，与β亚基形成异源二聚体，活化目标基因的表达以调节细胞对低氧的反应。HIF本身受到精细调节，包括转录组水平的调节，以及通过蛋白质翻译后修饰所进行的蛋白质水平的调节，以确保细胞对低氧压力产生适当反应。免疫应答常伴随局部组织的低氧状况，HIF是低氧环境中先天免疫和适应性免疫应答的重要调节因子。在天然免疫系统，HIF激活一系列与代谢相关的基因表达，调节中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞的发育、极化和功能。对于适应性免疫，近年来的研究确立了HIF在CD4⁺T细胞分化和功能中的重要作用。本综述将重点讨论近年来有关HIF调节机制，及其在免疫细胞功能研究的进展。
综述
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  核糖核酸酶5在宿主防御中的作用及机制

  孙德森，钱钰玲，许正平

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 583-590. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.02

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  抗菌肽是机体天然免疫的重要组成部分。核糖核酸酶5（ribonuclease5，RNASE5；又名angiogenin）属于核糖核酸酶A超家族，是一个分泌型小分子蛋白质，广泛分布于机体需要抵御外界病原微生物的组织中。RNASE5对病毒、细菌以及真菌都存在抑制效应，具有广谱抗菌特点，但其表达和活性受到宿主生理状态和外界环境多层次的调控。RNASE5存在多样的抗微生物作用机制，其带正电荷的理化特性破坏微生物细胞壁，而其核糖核酸酶活性则是杀伤真菌所必须的。除了直接作用于微生物外，RNASE5还可作为重要因子调节宿主免疫功能，参与多种病理过程。本文综述了RANSE5的结构、生物活性与功能、作用特点与机制，并讨论了在其研究中存在的问题，以期为今后的研究提供新思路和新方向。
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  成纤维细胞生长因子9在抑郁症及其运动干预调节中的作用

  夏杰，刘微娜，漆正堂

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 591-598. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.03

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  成纤维细胞生长因子9（fibroblast growth factor 9, FGF9）是成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）家族成员之一，属于一种自分泌或旁分泌生长因子。在脑组织中，FGF9主要表达于海马和皮质区，具有促进细胞增殖和维持细胞存活的功能。研究发现，FGF家族在抑郁症患者的多个脑区出现表达紊乱，FGF9在抑郁行为中扮演着负调控角色，但其介导抑郁行为的分子机制尚不清楚。本文综述了FGF9及其家族成员在抑郁中的作用; 围绕其受体（FGFR）信号在中枢神经系统中的功能特点，深入分析FGF9调节抑郁行为中的作用机制；结合运动抗抑郁的神经营养假说，提出经由FGFR/GSK3β/β-catenin通路的FGF信号，可能介导抑郁症的运动干预机制的假设。这些将为FGF9介导抑郁行为和运动抗抑郁的有关研究提供理论的基础和探索的思路。
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  自噬与NLRP3炎症小体激活间的相互作用

  曹真睿,贺桂琼，龙志敏

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 599-605. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.04

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  自噬作为真核生物细胞遭遇各种应激压力时发生的一种基本应答方式，参与细胞的多种生命活动，使细胞在各种应激条件下维持一种动态平衡状态。NOD样受体家族核苷酸结合寡聚化结构域样受体3（NOD-like receptor family，pyrin domain containing 3，NLRP3）炎症小体，是生物体内防御病原微生物的固有免疫防御系统的重要组成部分。NLRP3炎症小体通过激活胱天蛋白酶-1（caspase-1），从而促进白细胞介素-1β（interleukin-1，IL-1β）和白细胞介素-18（interleukin-18，IL-18）等促炎细胞因子的成熟和分泌，继而介导炎症的发生。众多研究表明，自噬能够负向或正向调控NLRP3炎症小体的激活。同时，NLRP3炎症小体也会逆向影响自噬的作用。本文对自噬包括选择性自噬与NLRP3炎症小体激活的相互作用，以及通过激活自噬抑制NLRP3炎症小体，从而在炎症相关疾病治疗中的应用进行综述。
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  microRNAs在高血压疾病中的作用机制

  许苗苗，邓皓元，李汇华

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 606-613. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.05

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  高血压作为一种多因素的慢性疾病，其引起的一系列并发症是导致心血管疾病死亡的主要原因。微RNA（microRNA，miRNAs）作为内源性单链非编码RNA，在高血压的病理生理过程中发挥重要作用。miRNAs通过调控血管内皮细胞损伤、血管平滑肌细胞功能障碍、单核/巨噬细胞介导的免疫炎症反应、氧化应激、一氧化氮合成异常、肾素血管紧张素醛固酮系统的激活、交感神经激活、肾水钠潴留和胰岛素抵抗等过程，进而广泛参与高血压的发病过程。本文就miRNAs在高血压发生发展中的作用机制及其研究进展进行简要综述，为高血压早期诊断及治疗提供新思路。
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  可变淋巴细胞受体：一种新型的恶性肿瘤诊断治疗试剂

  刘怀秀，宋涛，韩英伦

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 614-619. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.06

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  可变淋巴细胞受体(variable lymphocyte receptor, VLR)是2004年于无颌类脊椎动物七鳃鳗(Lampetra japonicum)中发现的一种新型受体。VLR具有分子结构简单、识别抗原种类广泛、对蛋白质和聚糖的结合特异性强且亲和力高、化学性质稳定等多方面优点。研究表明，VLR可识别表达于腺癌和鳞状细胞癌等细胞表面的碳水化合物，以及多发性骨髓瘤浆细胞表面的特异性标志物。VLR经改造后构建的重组分子可用于恶性肿瘤的成像、诊断和治疗。近年来，VLR在抗肿瘤免疫反应中的作用及以其作为疫苗的研究不断深入。本文对VLR研究的最新进展进行综述，以期为进一步的药物开发及临床研究等提供参考。
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  线粒体核糖体蛋白质与人类恶性肿瘤

  张利桃，杨利军，杨涛

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 620-624. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.07

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  线粒体拥有自身独特的核糖体——线粒体核糖体，用于翻译线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）编码的基因。线粒体核糖体由核基因编码的线粒体核糖体蛋白质(mitochondrial ribosomal protein, MRPs)和线粒体自身编码的rRNA组装而成。MRPs表达失调会引发代谢紊乱、呼吸链受损，导致细胞发生功能障碍和异常增殖，甚至发生癌变等恶性转化。大量研究证明，MRPs在不同的肿瘤细胞中表达异常，提示着MRPs在肿瘤发生发展过程中发挥着重要作用。本文就线粒体核糖体蛋白质与人类恶性肿瘤发生的关系作一综述，为进一步阐明其在恶性肿瘤发生过程中的作用机制奠定基础。
研究论文
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  Wntless/GPR177在小鼠原肠发生和心脏发育中必不可少

  李杰，金恒薇，杨中州，杨艳萍

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 625-632. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.08

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  小鼠早期胚胎发育包含原肠运动和器官发生等重要发育过程，这些过程受多种信号通路调控，其中有Wnt、BMP、Nodal、FGF等信号通路，它们之间进行精细严密的协调，保证胚胎发育的正确进行。β-联蛋白作为Wnt配体的共同下游信号分子，在小鼠原肠运动和器官发生中发挥至关重要的作用。Wntless/GPR177在以前的研究中已被报道参与调节Wnt配体的成熟、分选和分泌等，小鼠全身剔除Wntless（Wls）将严重影响胚胎体轴形成。在该研究中，Wls被特异性地在上胚层、心血管中胚层和心肌祖细胞中剔除，以探索Wls如何参与到小鼠原肠运动和心血管发育中。我们发现，在上胚层剔除Wls后，明显阻断了上皮-间充质转化过程，这是中胚层迁移中的关键步骤。在Wls条件性剔除的上胚层中，β-联蛋白表达模式发生变化，表达水平明显下降；E-钙黏着蛋白和N钙黏着蛋白明显上升。此外，被剔除Wls的上胚层中，细胞凋亡明显增加。不论是在心脏中胚层还是在心脏前体细胞中，剔除Wls都导致严重的心血管发育缺陷和胚胎死亡，证明Wls对心脏发育同样十分重要。这些研究结果证明，Wntless在小鼠原肠运动和心脏发育中均发挥十分重要的作用。
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  DNA4mcEL：基于核苷酸信息特征计算分析与预测

  龚浩，樊永显

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 633-647. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.09

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  N⁴-甲基胞嘧啶(N4-methylcytosine, 4mC)是一种重要的表观遗传修饰，在DNA的修复、表达和复制中发挥重要作用。准确鉴定4mC位点有助于深入研究其生物学功能和机制，由于4mC位点的实验鉴定即耗时又昂贵，特别是考虑到基因序列的快速积累，迫切需要补充有效的计算方法。因此，提供一个快速、准确的4mC位点在线预测平台十分必要。目前，还未见对构建必要的预测模型所需的不同特征的机器学习（machine learning, ML）方法进行全面的分析和评估。我们构建多组特征集，并且采用5种ML方法（如随机森林，支持向量机，集成学习等），提出一种称为“DNA4mcEL”的预测方法。在随机10折交叉验证测试下与现有的预测器相比，DNA4mcEL预测C. elegans、D. melanogaster、A. thaliana、E. coli、G. subterraneus、G. pickeringii 6个物种的精度均有提高。基于本方法的预测器DNA4mcEL在这项任务中显著优于现有的预测器。我们希望通过这个综合调查和建立更准确模型的策略，可以作为激发N⁴-甲基胞嘧啶预测计算方法未来发展的有用指南，加快新N⁴-甲基胞嘧啶的发现。DNA4mcEL的独立版本可以从https://github.com/kukuky00/DNA4mcEL.git免费获得。
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  间质表皮转化因子通过PI3K/AKT/MMPs信号通路促进肺腺癌细胞的侵袭转移

  林祥博，石文静，杨志一，张丽萍，周丹丹，郑荃，尹崇高，李洪利

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 648-654. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.10

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  间质表皮转化因子（mesenchymal to epithelial transition factor，MET）在多种癌症中异常表达，影响肿瘤的发生发展，但MET影响肺腺癌的分子机制并不明确。本研究收集3例淋巴结转移的肺腺癌组织（lung adenocarcinoma tissues，LAD）和3例无淋巴结转移的肺腺癌组织，用于微阵列基因芯片分析。结果显示，与无淋巴结转移的肺腺癌组织相比，有淋巴结转移的肺腺癌组织中有1 314条mRNAs表达上调，400条mRNAs表达下调。其中，MET在有淋巴结转移的肺腺癌组织中表达显著升高。随机选取8个差异表达基因，对收集的潍坊医学院附属医院2014年2月至2017年2月间有淋巴结转移的肺腺癌组织和无淋巴结转移的肺腺癌组织各30例通过qRT-PCR实验进行微阵列基因芯片验证。结果显示，所选mRNAs的表达与微阵列结果一致，验证了微阵列基因芯片结果的准确性。通过Western 印迹进一步检测MET的表达。结果显示，相较于正常肺上皮细胞，肺腺癌细胞中MET的表达显著升高。利用质粒转染，敲减肺腺癌细胞A549中的MET，Transwell侵袭实验结果显示，敲减MET后肺腺癌细胞的侵袭能力明显降低；对各细胞组进行EGF（epidermal growth factor）处理并检测PI3K/AKT/MMPs信号通路，Western 印迹检测结果显示，敲减MET后，肺腺癌细胞中基质金属蛋白酶-2（matrix metalloproteinase 2，MMP-2）和MMP-9的表达显著下降， AKT的磷酸化水平也显著下降。上述结果表明，MET可通过激活PI3K/AKT信号通路进而增加MMPs的表达促进肺腺癌的侵袭转移。
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  LINC00337促进肺腺癌细胞增殖

  贾小婷，罗凯，凌莉，贺智敏

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 655-661. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.11

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  近年来，长非编码RNAs（long non-coding RNAs, lncRNAs) 在肺腺癌发生发展中的作用备受关注。生物信息学预测，长非编码RNA337(LINC00337)在肺腺癌组织中的表达量显著高于其在正常组织中的表达量，且其高表达与患者较差的预后正相关。qRT-PCR结果发现，LINC00337在肺腺癌细胞中的表达量也高于正常肺上皮细胞：LINC00337在肺腺癌细胞H1975和A549中的表达量分别是其在正常肺上皮细胞BEAS-2B中的2.6和10.3倍。在肺腺癌细胞中，上调LINC00337将增加细胞周期蛋白E2 (cyclin E2, CCNE2)的表达，进而促进该细胞增殖；相反，敲低LINC00337将抑制CCNE2的表达，最终阻止肺腺癌细胞增殖。生物信息学预测结合染色质沉淀实验证实，信号转导和活化转录因子1（signal transducer and activator of transcription 1, STAT1）可结合在CCNE2启动子上，下调其表达。在H1975细胞中，过表达STAT1可下调57.76%的CCNE2。在此细胞中，同时过表达STAT1和敲低LINC00337，发现该组细胞的CCNE2表达量增加1.62倍。相反，在A549细胞中敲低STAT1，发现CCNE2可增加6.48倍表达量。但在此细胞中，同时敲低STAT1和过表达LINC00337，则发现该组细胞的CCNE2表达量无变化。上述结果提示，LINC00337对CCNE2的调控需要STAT1的存在。总之，LINC00337通过转录因子STAT1调控CCNE2表达促进肺腺癌细胞增殖。
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  氧化低密度脂蛋白经AMPK/mTOR信号通路诱导HUVECs自噬

  张敏，梁斌，杨志明

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 662-668. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.12

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  氧化低密度脂蛋白（oxygenized low density lipoprotein, ox-LDL）诱导人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells, HUVECs）损伤有助于动脉粥样硬化（atherosclerosis, AS）的发展。但ox-LDL对HUVECs自噬的影响及机制尚不清楚。为探究其机制，采用体外培养HUVECs，建立ox-LDL损伤模型。透射电子显微镜观察HUVECs中自噬体的变化;Western印迹法检测p-AMPK、AMPK、p-mTOR、mTOR及Beclin1、LC3-II、P62的表达。结果显示，与对照组比较，透射电子显微镜下观察到ox-LDL组的自噬体明显增多。Western印迹结果显示，与对照组比较，ox-LDL组Beclin1(0.81±0.04 vs. 1.83±0.11，P＜0.01)、LC3-II(0.80±0.06 vs. 1.61±0.06, P＜0.01)和P62(0.65±0.10 vs. 1.64±0.17, P＜0.01)表达显著增高。ox-LDL和BafilomycinA1共同干预组Beclin-1(3.15±0.15 vs. 3.17±0.13, P>0.05)、LC3-II(2.95±0.12 vs. 2.96±0.12, P >0.05)和P62(3.26±0.15 vs. 3.19±0.15, P>0.05)表达与BafilomycinA1组无显著差异，ox-LDL未使自噬起始增加，可能是降解受损导致自噬体的积累。与对照组比较，ox-LDL增加p-AMPK (0.47±0.03 vs. 0.96±0.03, P＜0.01)表达，并降低p-mTOR(0.86±0.04 vs. 0.25±0.05, P＜0.01)表达。单独阻断mTOR时， Beclin-1(0.81±0.05 vs. 2.19±0.17, P＜0.01)、LC3-II(0.76±0.13 vs 2.00±0.05, P＜0.01)和P62(0.74±0.12 vs. 1.94±0.11, P＜0.01)表达显著增加。亮氨酸（Leucine）可增加p-mTOR(0.87±0.11 vs. 1.67±0.07, P＜0.01)表达，并降低Beclin-1(0.81±0.05 vs. 0.37±0.03, P＜0.01)、LC3-II（0.76±0.13 vs. 0.41±0.02, P＜0.01）和P62（0.76±0.10 vs. 0.44±0.04, P＜0.01）表达，但ox-LDL可使Leucine预处理后的p-mTOR（1.67±0.11 vs. 0.82±0.02, P＜0.01）表达显著降低，并且Beclin-1（0.37±0.03 vs. 0.78±0.04, P＜0.01）、LC3-II（0.41±0.02 vs. 0.78±0.02, P＜0.01）和P62（0.44±0.04 vs. 0.74±0.04, P＜0.01）表达显著增加。说明mTOR参与ox-LDL诱导的自噬。与ox-LDL组相比，ox-LDL和Si-AMPK共同处理组p-mTOR(0.25±0.05 vs. 0.46±0.03, P＜0.01)表达增加以及Beclin-1(1.97±0.04 vs. 1.26±0.12, P＜0.01)、LC3-II(1.42±0.10 vs. 0.95±0.05, P＜0.01)和P62(1.58±0.09 vs. 0.98±0.11, P＜0.01)表达降低。以上结果表明，ox-LDL通过AMPK/mTOR途径诱导HUVECs发生自噬，并且导致自噬体的积累。
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  跑台运动改善海马线粒体功能提高APP/PS1小鼠学习记忆能力

  闫清伟，徐波，田青

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 669-677. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.13

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  为研究跑台运动对APP/PS1小鼠海马线粒体融合、分裂作用的影响，将遗传背景为C57BL/6的3月龄APP/PS1小鼠和野生小鼠各42只分别随机分为APP/PS1安静对照组（ADC，n=21）和运动组（ADE，n=21），野生安静对照组（WTC，n=21）和运动组（WTE，n=21）。ADE、WTE组进行12周跑台运动，同时ADC、WTC组置于安静跑台环境。水迷宫实验检测小鼠的空间学习记忆能力，RT-PCR法检测线粒体功能关键酶的mRNA水平，Western印迹检测海马融合、分裂及线粒体关键酶的蛋白质表达情况，透射电镜观察海马线粒体融合、分裂状态。结果发现，6月龄APP/PS1小鼠学习记忆能力降低（P<0.05）；海马线粒体融合蛋白质Mfn1、Mfn2、Opa1表达降低（P<0.05），线粒体分裂蛋白质Drp1、Mff表达增高（P<0.05）；线粒体膜结构模糊，嵴不明显，线粒体碎片增多，空泡化线粒体增多；线粒体呼吸关键酶COX IV及ATP合酶表达均下调（P<0.05）。12周跑台运动可逆转APP/PS1小鼠的上述变化，改善海马线粒体结构和功能，提高学习记忆能力。综上提示：12周跑台运动改善APP/PS1小鼠学习记忆能力的机制可能与其对线粒体结构与功能的改善有关。
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  过表达水稻OsAQP增强转基因拟南芥耐盐性

  彭静静，张静，王美娜，安文静，王凯婕，刘亚菲，岳柯，韦梓丰，侯兰兰，罗琴星，毕一凡，梁卫红

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 678-686. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.14

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  水稻OsAQP是实验室前期从cDNA文库中筛选的功能未知的水通道蛋白质编码基因。本文采用DNA重组技术构建其植物过表达载体，并对拟南芥进行了遗传转化，筛选获得转基因拟南芥。采用50、100、125和150 mmol/L梯度盐胁迫处理，结果显示，转基因拟南芥的发芽率、根长以及鲜重分别比对照至少高17%、40.8%和14.29%，且差异达到显著水平（P<0.05）。在正常条件下，转基因植株叶片中抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性显著高于WT；经300 mmol/L NaCl处理，转基因拟南芥叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、APX酶活性均升高，与处理前相比分别提高7.37倍、30.87倍和1.77倍，且与WT的酶活性差异达到显著水平（P<0.05）；丙二醛(MDA)含量也在处理后上升，但在转基因植株中的含量低于WT，分别是WT的0.74倍、0.68倍和0.62倍，差异同样达到显著水平（P<0.05）。本研究提示，OsAQP过表达不仅能够促进拟南芥种子萌发和根系生长，而且在盐胁迫下通过提高拟南芥内源抗氧化酶活性、降低膜脂过氧化程度，增强了转基因植株对一定程度盐胁迫的耐受性。
技术与方法
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  Windows操作系统下二代测序数据处理平台的建立及高通量信息分析标准流程在个人计算机上的实现

  黄文秋，刘旭，王俐勇，程杉，叶海虹，丁卫

  中国生物化学与分子生物学报. 2019, 35(6): 687-692. https://doi.org/10.13865/j.cnki.cjbmb.2019.06.15

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  当前二代测序数据的处理广泛使用基于标准版本的Linux操作系统分析方法。这一系统专业性强，成本较高，操作界面不够友好，严重限制了大多数科研人员对数据的自主分析。本文创建了一个基于微软Windows操作系统的全功能二代测序数据的生物信息学分析系统，利用该系统经优选实现当前多种高通量测序数据的主流标准化分析流程。通过RNA-Seq的代表性案例，演算实测数据与传统Linux系统驱动的数据分析结果相比较，结果显示，本系统的组件和流程在常用的数据分析过程中，可以基本取代目前主流的Linux服务器或云计算平台，在运行效率相近的情况下，其操作极为简便且成本大大降低。本系统与所配附的编译软件及流程脚本，不仅为测序数据的生物信息学分析实操演练提供全面的解决方案，而且可以直接应用于专业的测序数据分析中。