内质网驻留硒蛋白的基因多态性研究进展

内质网驻留硒蛋白的基因多态性研究进展
毋瑞朋;杜新爱;熊咏民
【摘要】内质网是真核细胞内重要的细胞器，内质网驻留硒蛋白与内质网蛋白的质量控制及钙平衡调节密切相关，内质网应激是导致细胞凋亡的重要机制之一，在疾病的发生和发展中发挥着重要作用。

近年来有关硒蛋白基因多态性与疾病关系的研究日益受到重视。

本文对7种内质网驻留硒蛋白的生物学特性、功能及基因多态性等方面进行阐述，以期对内质网驻留硒蛋白基因变异及其与疾病的关系提供新的思路。

%The endoplasmic reticulum (ER) is an important organelle which is present in all eukaryotic cells .ER selenoproteins are confirmed to be closely associated with protein quality control ,calcium homeostasis ,and other es-sential processes in cells .ER stress is one of the most important mechanisms inducing cell apoptosis ,which plays an important role in disease occurrence and development .In recent years ,the relationship between the gene mutation of the selenoproteins and diseases has aroused much attention .In this review we will focus on the biological characteris-tics ,function and gene polymorphism research about various diseases of the seven ER selenoproteins in order to ex-plore the etiology and pathogenesis of diseases .
【期刊名称】《国外医学（医学地理分册）》
【年(卷),期】2014(000)002
【总页数】4页(P89-92)
【关键词】内质网;硒;硒蛋白;多态性
【作者】毋瑞朋;杜新爱;熊咏民
【作者单位】西安交通大学医学院地方病研究所，环境与疾病相关基因教育部重点实验室，陕西西安 710061;西安交通大学医学院地方病研究所，环境与疾病相关
基因教育部重点实验室，陕西西安 710061;西安交通大学医学院地方病研究所，
环境与疾病相关基因教育部重点实验室，陕西西安 710061
【正文语种】中文
【中图分类】R331
硒是人和哺乳动物体内一种必需微量元素，主要以硒代半胱氨酸(selenocysteine，Sec，U)的形式存在于硒蛋白中，以硒蛋白的形式发挥生物学功能。

目前在哺乳动物中至少分离到25种硒蛋白，包括11种酶(4种谷胱甘肽过氧化物酶、3种脱碘酶、3种硫氧还蛋白还原酶和硒代磷酸合成酶2)和一些蛋白(15 ku、H、I、K、M、N、S、O、P、R、S、T、V和W)[1]。

这些硒蛋白可参与调节体内各种生理病理
反应，在免疫调节、抗衰老、防癌及预防心血管疾病等方面发挥不同的生物学功能[2-3]。

在25种硒蛋白中有7种定位于内质网，也称为内质网驻留硒蛋白，包括
15 ku 硒蛋白(Sep15)、Ⅱ型脱碘酶(DIO2)、硒蛋白K(SelK)、硒蛋白M(SelM)、硒蛋白N(SelN)、硒蛋白S(SelS)和硒蛋白T(SelT)[4]。

本文主要对内质网硒蛋白
的基因多态性研究进展进行综述，以期对硒蛋白有更加深入的了解。

内质网是真核细胞内重要的细胞器和最大的膜网络结构，位于细胞核附近。

它的作用主要包括合成分泌并转运蛋白质和膜蛋白，膜运输，合成磷脂、类固醇、糖原和其他分子，螯合钙离子并调节钙的释放。

此外，内质网腔也是蛋白质折叠、N-糖
基化及二硫键形成的主要场所[5]。

多种生理或病理条件如蛋白质糖基化的抑制、
钙离子的流失、蛋白质形成二硫键异常、突变蛋白表达以及氧化还原状态的改变等均会引起未折叠蛋白或错误折叠蛋白在内质网聚集，损伤内质网的正常生理功能，称为内质网应激(ER stress，ERS)。

目前已发现内质网应激与多种疾病如糖尿病、阿尔滋海默症(Alzheimer’s desease，AD)、帕金森症(Parkinson’s disease，PA)等疾病均有关。

目前发现的7种内质网硒蛋白，根据其结构可划分为两类[6]：一类含硫氧还蛋白
折叠(Trx fold)结构，如DIO2、SelT、SelM和Sep15，它的空间拓扑结构为一个四股反平行β折叠夹在两个α螺旋之间形成一个α/β/α二级结构，同时活性位点具有保守的CxxC或CxxS/T。

硫氧还蛋白折叠是许多氧化还原酶类的结构，这些
酶类与多种氧化还原过程有关；另一类活性中心含有Sec，如SelS、SelK和SelN,Sec是一个高活性残基，在生理学pH下其与Cys相比是一个更好的亲核基团。

Sec与氧化还原功能密切相关。

有研究显示内质网硒蛋白与内质网上蛋白质折叠的质量控制以及钙平衡的调节等有关[7-8]。

这些硒蛋白中除了DIO2的功能比
较明确以外，其他几种硒蛋白生物学功能尚未完全明了。

2.1 DIO2 DIO2是脱碘酶家族中研究较多的一员，主要表达于中枢神经系统、垂
体前叶和棕色脂肪组织，在其他组织中也有表达。

DIO2基因位于人类染色体
14q24.2～24.3，包含1个内含子和2个外显子，内含子位于2个外显子之间。

脱碘酶是甲状腺激素代谢中最重要的转化酶，通过脱碘完成对甲状腺激素生物活性的调节。

DIO2在机体生长发育中发挥着重要作用，是哺乳动物胚胎中的主要脱碘酶。

对于DIO2 SNP研究主要涉及以下几个位点：rs225014(Thr92Ala)研究显示：2型糖尿病患者DIO2基因多态性的研究发现，在Ala/Ala个体中，甲状腺、骨骼肌中的DIO2活性大约仅为Ala/Thr或Thr/Thr个体的一半，提示DIO2的
Ala/Ala基因型可能与胰岛素抗性的产生有关[9]。

临床结果表明，未进行甲状腺激素替换治疗甲状腺机能正常的DIO2 Ala92等位基因个体患高血压风险增加，血清
TSH水平升高[10]；与Thr92纯合子相比，Ala92纯合子和杂合子似乎更易患高
血压。

骨关节炎患者软骨组织中DIO2的蛋白及mRNA水平增加，并且
rs225014(C/T)的等位基因失衡，提示该位点可能与骨关节炎的发生风险有关[11]。

另外一些研究显示，DIO2 rs225012(T/C)、rs225010(A/G)与智力发育相关，在
碘缺乏地区,智力发育迟缓的人群中rs225012T和rs225010G基因频率明显高于
正常人[12]，在新生儿脑中DIO2活性会达到顶峰，推测DIO2 rs225012(T/C)、
rs225010(A/G)有可能是智力发育迟缓的易感基因。

2.2 Sep15 Sep15因其分子质量为15 ku而得名，最早发现于T细胞。

Sep15具有高度保守性小鼠、大鼠、马来丝虫以及其他动物中均发现了它的同源基因。

人Sep15有广泛的表达谱，但主要集中在前列腺和甲状腺等。

Sep15功能尚不清楚，天然状态的Sep15与UDP-葡萄糖(糖蛋白葡萄糖基转移酶l，HUGT)相互作用，
而糖蛋白葡萄糖基转移酶能够参与内质网糖蛋白折叠的质量控制，防止内质网错误折叠蛋白运输，并对其进行纠正或修饰，由此推测Sep15可能参与了内质网糖蛋
白折叠的质控[13]。

另外Sep15还可能参与了免疫调节与细胞凋亡[14]。

Sep15的3’-UTR区存在两个单个核苷酸的多态性位点即811位(C/T)和1125
位(G/A)，它们形成人类基因组中两个特有的单倍型。

研究发现它们与乳腺癌、头颈癌、直肠癌及肺癌等疾病的发生有关，1125位(G/A)与非洲人群乳腺癌和头颈
癌的发病风险相关[15]。

一项结直肠癌的研究显示，两个多态性位点等位基因在男性直肠癌患者与正常对照组中分布明显不同，推测这两个位点可能与男性直肠癌的发生相关[16]。

JA blonska-jablonska等在肺癌的研究中发现，吸烟受试者中
Sep15 1125AA基因型个体对高硒摄入的敏感性较高，高硒摄入有利于降低肺癌
发生的危险性。

然而，具有GG或GA基因型的个体，高硒水平反而会增加肺癌的患病风险[1]。

2.3 SelS SelS(SEPS1)最初是Walder等[17]从糖尿病小鼠中发现，由189个氨基
酸组成。

Taqman PCR检测到SelS广泛存在于人体内各种组织中，如下丘脑、肝脏、脂肪组织、睾丸、心脏和肾脏等。

核苷酸序列分析显示其中可能包含一个横跨膜区域(26～48个氨基酸)，一个双亮氨酸结构域和一个螺旋卷曲结构域。

SelS的
主要功能是抗氧化、减少细胞凋亡和抑制炎症反应。

此外，SelS在精子发育、脂
质代谢等过程中也起着一定的作用[18]。

在SelS的启动子区域-105的位置有一个很关键的单核苷酸多态性位点[19]，处于内质网应激反应元件的中心点。

研究证实SelS的-105G→A多态性可调节SelS的表达及血中炎性分子的水平，对促炎性生物标志产生不同功能。

另外-105G→A可能与先兆子痫及胃癌的发生有关[16,20]。

SelS基因侧翼序列上的rs8025174和
rs7178239变异分别与女性冠心病和缺血性中风显著相关[18]。

2.4 SelN SelN(SEPN1)基因最早是Lescure等[21]发现的，SelN存在于所有脊椎动物和部分非脊椎动物。

人SEPN1基因位于染色体1p35～p36，编码序列由13
个外显子组成，编码蛋白包括590个氨基酸，分子质量为68 ku。

SelN广泛表达于各种组织，在胰腺、卵巢、前列腺和脾中表达水平最高。

目前为止，SelN是唯
一的一种与遗传疾病相关的硒蛋白质，临床上有4种遗传性肌病被共同命名为SelN相关疾病(SelN-RM)，主要症状为中轴肌肉强度减弱、脊柱强直、脊柱侧弯、颈部虚弱及严重的呼吸困难[22]。

目前SelN的SNP研究不多，Martha等[23]在有关硒蛋白基因变异、生活方式与结直肠癌发生风险关系的研究中发现，SelN的rs4659382与结直肠癌发生风险存在明显的相关性；而rs11247735、rs2072749、rs718391仅与直肠癌发生相关。

2.5 SelK 人SelK最早是Kryukov等[24]通过生物信息学的方法从人类基因组中发现的，分子质量为11 ku，为单次跨膜蛋白。

实时定量PCR 检测小鼠SelK的mRNA 水平[25]，发现该蛋白普遍存在各种组织中，如睾丸、小肠、肾、肝、脾、脑中，心脏和肺中也有表达。

有关SelN功能研究不多，推测其可能与哺乳动物的
氧化还原平衡有关[26]。

位于SelK基因启动区的一个SNP位点rs9880056可能影响其基因的表达，在有
关前列腺癌的研究中发现不考虑前列腺癌的疾病分级，则SelK SNP在患者与对照组中无差异；考虑癌症分级后，rs9880056在晚期前列腺癌患者中分布具有显著
差异性[27]。

这说明晚期组癌症患者的发病风险明显受到SelK基因多态性与硒摄
入共同作用的影响。

2.6 SelM和SelT SelM是2002年通过生物信息学方法首次发现并通过实验验证
的一种硒蛋白[28]。

SelM的蛋白分子质量为16.2 ku，在脑、甲状腺、肺、心脏、肾、子宫和胎盘等均有分布，尤其在脑组织中表达较高。

应用NMR 技术解析Sec 突变为Cys 后的小鼠SelM 结构(pdb2a2p)，发现其中三个保守结构域M1-15、
K29-105 和K126-129 是SelM 具有活性且形成稳定结构的基础[29]。

另外在SelM 的CXXU 氧化还原活性中心含有一个类似三明治结构的α/β/α的结构域，
类似于Trx，可认为SelM属于Trx家族，可能与内质网中硒硫键的形成有关。

当前有关SelM的研究表明其具有参与细胞或机体氧化损伤、调节钙稳态以及应对内质网应激等生物学功能[30]。

另外SelM也与阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease，AD) 等神经退行性疾病、生殖发育及癌症等重大疾病密切相关[31]。

SelT是由生物信息学方法获得一个分子质量为22.3 ku的硒蛋白[15]，功能未明。

Northern blot 分析显示SelT mRNA 在成年小鼠的多种组织中均有表达，其中肾的表达最高，其次是大脑、心脏、胸腺和睾丸[19]。

SelT有两个隔开的Trx折叠，即βαβ和ββα，它们之间的一个疏水区可能是SelT靶向于内质网膜的重要区域[8]。

敲除SelT的小鼠成纤维细胞的黏附受到影响，并且导致另一硒蛋白成员SelW活化，表明SelT的功能是调节氧化还原及细胞锚定[32]。

最近的研究指出SelT 可能具有调节体内钙离子平衡和垂体腺苷酸环化酶激活肽(pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide，PACAP)应答的功能[33-34]。

目前
尚无有关SelM和SelT基因变异方面的研究报道。

综上所述，内质网硒蛋白在保护细胞拮抗氧化损伤及内质网应激诱导的细胞凋亡中发挥了重要作用。

研究表明内质网硒蛋白基因多态性与一些重大疾病密切相关，如糖尿病、肺癌等。

大骨节病(Kashin-Beck disease，KBD)是一种病因未明的地方性、多发性、对称性和变形性骨关节病，其与环境低硒有关。

目前认为该病是由于细胞过度凋亡而导致的骨关节病，借鉴内质网硒蛋白的生物学功能及其基因多态性的研究进展，以期为大骨节病的病因和发病机制研究提供新的思路。

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