对眼科中OLFM家族的研究

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嗅素是包围牛蛙嗅觉神经化学感觉树突黏液层的结构成分[1],最初在牛蛙嗅觉神经上皮的胞外黏液性基质中被提纯,后来人们发现该蛋白的同源物存在于包括人类在内的多个物种中的不同组织中。嗅素结构域家族(OLFM)蛋白结构上分为N端和C端,C端为保守端,被称为嗅素结构域,嗅素结构域蛋白包含有长250个氨基酸的C末端基序。其成员在自然界物种中广泛存在,目前已发现100多种,系统发生学上将其分为7个亚类。哺乳动物中已有13种蛋白被发现,但在人类中只有5种,包括OLFM1(hOlfA)、OLFM2(hOlfB)、OLFM3(hOlfC)、OLFM4(hOlfD)和MYOC[2]。嗅素结构域相关基因表达有组织特异性,在成体哺乳动物中,OLFM1在脑、肺、肾脏和视网膜中有表达;OLFM2在眼中有表达;OLFM3在视网膜和脑中有表达;OLFM4在骨髓、小肠、结肠、前列腺和视网膜中有表达;MYOC基因在人眼小梁网和巩膜组织中高表达。

1MYOC基因

MYOC基因是OLFM中研究最多的基因,研究已经证明该基因在人眼小梁网和巩膜组织中高表达,可能与原发性开角型青光眼的发生发展有关。该基因C末端嗅素样结构域与OLFM3蛋白之间相互作用有关[1],N末端同源结构域与二聚体的形成有关,并且大部分突变定位在基因编码蛋白C末端嗅素样结构域的第三外显子上。体外实验表明,培养的小梁细胞在糖皮质激素的诱导下,其黏附特性丧失及小梁细胞更易于调亡,可能与MYOC的过度表达有关[3-4]。随着MYOC基因的新突变点逐渐被发现,已证实MYOC基因的突变可以导致小梁网细胞的死亡,最终导致开角型青光眼[5]。随着研究的深入,MYOC还可能通过其他途径对青光眼的发生产生影响。另外,Karali等[6]和Swiderski等[7]通过研究证实MYOC对视神经的功能亦有影响。

2OLFM1基因

研究表明,OLFM1基因在小鼠视网膜神经节细胞中有表达,在小鼠青光眼模型中表达量下降。其在不同的种属中称谓不同,非洲爪蟾属中被称为Ne-olin,其过表达可以扩大神经板和神经管的面积;小鼠中被称为Pancortin,在小鼠胚胎发育中与神经嵴的迁移呈正相关。Wan等[8]通过体外实验证实OLFM1与细胞增殖有关,可增加S期细胞比率。Zhang等[9]的研究表明OLFM1基因突变可导致整个家族蛋白的活动异常,从而导致视网膜疾病。还有研究表明用寡核苷酸类药物抑制斑鱼OLFM1基因的表达可以使眼球的体积变小,抑制视神经的发育,增加视网膜神经胶质细胞和内核层细胞的凋亡[10]。因此该基因与眼球的发育和眼病密切相关。

3OLFM2基因

OLFM2基因定位于19号染色体短臂13区2带,包含8个外显子,大小约83kbp。mRNA有两种变异剪切体,分别对应含有454个和478个氨基酸的糖基化分泌型蛋白,前者主要存在于神经组织,后者与视网膜母细胞瘤有关。Lee等[11]研究发现该基因在视网膜神经节细胞和内核层中有表达。Zhang等[9]研究表明OLFM2与高眼压有关,在小鼠眼的发育和视网膜神经节细胞层发育中发挥重要作用。该基因在不同的疾病中有不同的突变形式,例如在开角型青光眼中有R144Q位点突变[12],在结直肠癌中有T86M位点的突变[13]。OLFM2有高度的保守性,表明其在生物发展进化中发挥重要作用。

4OLFM3基因

OLFM3(Optimedin)与该家族其他成员有65%~68%的同源性,GenBank中能查到6种剪切形式NOE3-1~NOE3-6(序列号AF397392-AF397397)。小鼠中在不同的启动子参与转录下有两种主要的剪切体:OptimedinA和OptimedinB,分别对应人NOE3-3和NOE3-1剪切体。Nguyen等[3]指出Opti-medin在虹膜、睫状体、视网膜的神经节细胞和内核层中有表达,在眼的正常发育中发挥重要作用。

Ahmed等[14]也在小梁网中鉴定出该基因,并认为Optimedin在小鼠眼房角、视网膜和脑中高表达,而在人房角的表达量不如视网膜和脑。Meade等[15]也在兔角膜内皮细胞中鉴定出该基因,认为它是一种神经元表达蛋白,能刺激细胞紧密连接的形成和黏附,调节细胞骨架的形成和细胞迁移。Tomarev等[16]构建了共转染的PC12细胞能表达Optimedin,认为其可能通过升高钙依粘连蛋白、α-连环蛋白、β-连环蛋白的表达从而加速细胞生长速率和基质黏附,通过调节细胞骨架形成、细胞间黏附和迁移在脑和视网膜分化中起作用。Optimedin对青光眼、房角和视网膜组织功能的正常发育十分重要,体外实验证实在发育过程中Optimedin基因突变能引起相应蛋白的分泌减少,体内研究证实其突变会引起眼部的病理性改变[1,17]。还有研究表明该基因定位在恶性室管膜瘤的相关基因的移位断点附近,可能与恶性室管膜瘤有关[17]。但是对该基因的研究尚处于探索阶段,Tomarev等[18]分析了一个自发退行性色素性视网膜炎的家系,发现染色体1p22.1ABCA4基因附近有新位点,而在染色体1p13.3~1p21.2区没有发现Optimedin突变。Mukhopadhyay等[19]用生物信息学的方法筛选出该家族中的前3种基因(OLFM1~OLFM3),介绍了基因定位、长度和剪切体情况,指出3种基因都在脑中有表达,但是在眼中没有发现Optimedin的表达。鉴于对该基因研究结论的不一致性,其在眼科领域的作用还有待于进一步研究。

5olfm4基因

目前关于OLFM4的研究也不少,但是大多数集中于消化系统和生殖系统,Yasui等[20]研究表明病变组织胞浆时OLFM4表达阳性的患者较表达阴性的患者有更高的生存率,认为它与结直肠癌患者的良性预后有关。Chen等[21]采用免疫组织化学和实时定量RT-PCR评估了OLFM4在宫颈上皮内肿瘤和浸润型鳞状细胞癌中的表达与分布情况,指出OLFM4与女性生殖道肿瘤形成有关。Frossard等[22]和Watanabe等[23]研究认为OLFM4与胰腺癌有关。眼科领域有研究表明OLFM4在视网膜Müller胶质细胞中表达[24],但它在眼科领域的具体功能还不清楚,有待于进一步研究。

6OLFM家族蛋白相互作用

嗅素结构域蛋白并不是孤立的,其发挥作用常依赖于蛋白之间的相互作用,如OLFM4蛋白可以与细胞表面的钙依粘连蛋白和外源凝集素类相互作用;MYOC通过与房角结构蛋白Flotilin相互作用调节房水流出。Mukhopadhyay等[19]通过体外研究表明Optimedin蛋白(编码蛋白在嗅素结构域与MYOC有高度的同源性)可能通过在哺乳动物(人和小鼠)眼表达量的差异和与MYOC的相互作用在眼病发病机制中起重要作用。Sultana等[25]研究认为OLFM2与OLFM1和Optimedin关系密切,其中任一个基因的突变都将影响其余两种的活性,最终导致视网膜疾病的发生。PAX基因家族是调控发育过程的基因,因其可调控细胞的生长和分化而有致癌的潜能,近年来研究发现PAX蛋白在特定干细胞或前体细胞中发挥作用,其多个成员具有致癌性,其中PAX6与中枢神经系统发育、嗅觉系统、视觉系统和内分泌胰腺发育有关。Li等[26]通过研究证实其与视网膜母细胞瘤有关。Grinchuk等[17]证明OptimedinA启动子附近-86/-70位点有PAX6蛋白的结合位点。他们通过体外凝胶电泳迁移率实验证实PAX6蛋白通过其PD结构域与Optimedin基因结合,并且体外转染使该位点突变能够消除Optimedin启动子的激活,体内染色质免疫共沉淀法也证实PAX6与该位点的结合。

7结语

目前,关于OLFM的研究表明其在眼科领域扮演着重要角色,但是还未能明确阐述该家族成员的具体作用,因此我们有必要对该家族各成员进行深入细致的研究,进一步揭示其与眼组织正常发育和眼病发生发展的关系。