多功能生长因子PTN与受体相互作用及跨膜信号传导

多功能生长因子ＰＴＮ与受体相互作用及跨膜信号传导

摘要：PTN家族由两个成员组成，PTN(pleiotrophin)和MK(midkine)，PTN 是由136个氨基酸组成的18kD分泌型多功能生长因子，MK与PTN有50％的氨基酸同源性，它们在正常的细胞的生长、分化和迁移过程中起着重要的作用，也在一些病理过程中，如肿瘤和老年性痴呆中扮演着重要角色，最近发现它们与酪氨酪蛋白激酶磷酸酶受体RPTPβ/δ相互作用，调节底物β－Catenin(连环蛋白)的酪氨酸磷酸化水平，从而加深了对其生物学意义的了解，也为Ptn和Mk异常表达引起的疾病，如肿瘤和老年性痴呆的治疗提供了新的药物作用靶点。

关键词：多功能生长因子PTN；MK；信号传导

1 PTN、MK的来源和蛋白质结构

细胞外信号分子，例如生长因子，细胞因子，激素和细胞外基质蛋白在正常的生长和发育过程和一些病理过程中起着重要的作用，PTN(也叫HB－GAM)和MK是肝素结合生长因子，是这个家族中仅有的两个成员，它们不同于其它的肝素结合生长因子,PTN是一种18kD的肝素蛋白，最早是从牛的子宫纯化而得，对成纤维细胞具有弱的促有丝分裂作用[7]，而且同时发现它是一种从新生大鼠脑中提取能够促进神经细胞轴突生长的因子，现在人、牛、大鼠、小鼠和鸡的PTN、cDNA已经克隆和测序，编码一种168个氨基酸的蛋白质，包括32个氨基酸组成的信号肽，不同种属的Ptn基因高度保守，是目前所知的所有生长因子中最保守的一种基因，Mk是通过筛选胚胎癌细胞中用维甲酸诱导表达的基因，从鸡的基底细胞也纯化到同源蛋白，PTN和MK是富含半胱氨酸和碱性氨基酸的蛋白质，在脊椎动物，所有PTN和MK的10个半胱氨酸是保守的(图1)。

这两种蛋白质的氨基酸的同源性约为50％，两种蛋白由两个结构域组成，C 末端和N－末端，NMR结构分析显示，这两种蛋白质的三维结构很相似的(图2)。

每个结构域由3个反向平行的β-片层组成，两个结构域由一个可变的结构区相连，虽然精确的结构和功能关系还有待阐明，有趣的是编码PTN的N-末端和C-末端cDNA至少可以转化NIH 3T3细胞，而MK只有C-末端有生物活性，例如，神经细胞轴突生长，纤维溶解和神经细胞的迁移功能，PTN和MK中的半胱氨酸残基通过二硫键相连显示这类蛋白质在不同pH、渗透压和有机溶解剂中都是很稳定的，PTN和MK从果蝇到人都存在，因此，推测其C－末端的结构是重要的，值得注意的是斑马鱼PTN的N，末端结构域(Mdk2)和人PTN的N－末端的部分结构域分别对神经发生和人乳腺癌细胞的生长具有优势负调控作用，PTN与肝素具有高亲和力，在细胞外它与肝素分离后被释放到细胞外基质中，通过CD和NMR分析显示肝素可以诱导PTN的构象改变，其与肝素的结合位点也位于β－，片层结构中，在人和鼠MK的C－末端发现两个肝素结合簇，簇I(人MK K79，R81和K102)和簇II(人MK K86 K87和R89),簇I识别硫酸肝素和硫酸软骨素蛋白聚糖，在神经细胞迁移时的相互作用，以及MK和酪氨酸蛋白磷酸酶RPTPβ/δ的相互作用时起着重要作用。

2 Ptn和Mk的基因表达

Ptn基因在大鼠和小鼠发育的神经外胚层和中胚层的特殊细胞和特定阶段表达，出生后在脑组织中的表达很快达到高峰，体内的胶质细胞和神经细胞在表达的时间上有所不同，在成年，Ptn在睾丸子宫和一些胶质和神经细胞中持续表达，并且Ptn的表达还受到PDGF的上行调节，Ptn是首先从与PDGF同源的V-sis 原癌基因转化的NIH 3T3细胞中发现的，随后从牛的子宫也纯化到，并发现对NIH 3T3和NRK鼠成纤维细胞具有促生长作用，在V-sis转化的细胞中Ptn的高表达与PDGF对Ptn基因的上行调节相一致，Pin基因5-末端的启动子有一对PDGF刺激起上行反应调节的血清反应元件，相反Mk基因的表达不受PDGF刺激的影响，但Mk的表达受到维甲酸的刺激而表达增加，人Mk基因的5-调控区含有一个维甲酸的反应元件和两个WT-1反应元件，维甲酸通过维甲酸反应元件诱导Mk基因的表达，WT-1反应元件中对WT-1起反应，导致Mk的表达降低。

在大鼠的脑缺血损伤过程中，Ptn基因表达水平增高，动物实验结果显示，在脑缺血损伤1-3d时内皮细胞，巨噬细胞和星状细胞的Ptn表达增加，缺血损伤7-14d天仍维持高水平的表达，此外，动物实验结果还显示，在创伤愈合过中，Ptn的表达增加，Ptn可能参与创伤愈合过程中的细胞增殖过程。

Ptn的基因表达也受到激素的调控，在成年的子宫Ptn的转录受到雌激素的调节，在妊娠期Ptn的表达水平最高，发情期当雌激素水平达到高峰时，Ptn的表达最低，一种来源于前列腺分泌腺的细胞株，当细胞经过二氢睾酮、睾酮和雌

激素处理后，再加入特异性的雄性激素抑制剂处理细胞时，Ptn的表达水平则降低，爪蟾中Mk是在原肠胚后期的神经基底表达，从这个阶段到尾芽期，几乎在所有神经组织中都能检测到Mk的表达，例如脑和神经管，应当注意到鼠的早期神经发育期，Ptn和Mk的表达不同，Mk的表达开始在E5.5的整个胚胎外胚层，而Ptn的表达E8.5的神经褶处，在E11.5的神经管中，Mk的表达局限在室区的神经干细胞，而Ptn的表达到室区的背侧，这种Ptn和Mk表达的不同可能影响神经发育的区域特异性，在神经肌肉接头的发育过程中，两种蛋白诱导爪蟾乙酰胆碱受体聚集在神经肌肉接头部位，MK在脊髓的神经细胞而PTN存在于肌肉细胞，两种蛋白都与一种硫酸肝素蛋白聚糖相结合，这种聚糖蛋白在神经肌肉的发育过程中起着重要作用。

3 PTN和MK的多功能生物活性

已知PTN具有多种功能作用(见图3)。

3.1 有丝分裂原作用

PTN能促进V-Sis原癌基因转化细胞和牛子宫细胞的DNA合成，对内皮细胞，上皮细胞和成纤维细胞具有有丝分裂原作用，但PTN的有丝分裂原作用已受到挑战，一些研究者用昆虫和细菌表达的重组PTN具有促使轴突生长的作用，但不表现有丝分裂原样作用，这可能是由于在PTN的折叠和加工过程中使其失去刺激细胞增殖的活性，也可能是因为PTN的有丝分裂原作用需要刺激细胞周期后和其它基因表达后使细胞分化到一定阶段后才表现出来，有结果显示PTN 的刺激DNA合成也是在PTN作用细胞16h后才表现出来。

3.2 促进神经细胞轴突生长和参与神经细胞损坏性疾病过程

PTN能够促进不同神经细胞轴突生长，包括培养的胚胎细胞、外周皮质细胞、神经细胞瘤和PCI2细胞，在原代细胞培养中，PTN加入发育中的皮质和脊髓胶质前体细胞也促使轴突生长，结果表明PTN对少突神经胶质细胞的分化特征起着重要作用，在前体细胞加入抗PTN的抗体后，这些细胞的分化过程减缓，显示PTN对这些前体细胞不仅重要而且是必须的，PTN刺激少突神经胶质细胞后，细胞产生一些分化标志物，综上所述，PTN可能参与少突胶质细胞的分化以及加速少突胶质细胞前体细胞向少突胶质细胞的分化过程，在老年性痴呆病人中发现PTN存在于老年性痴呆和Down’s综合症的老年斑中，MK也存在于老年斑和神经纤维角中，PTN和MK可能与一种低密度脂蛋白受体(LRP)相互作用，