多聚磷酸盐在原核和真核生物中的研究进展

多聚磷酸盐在原核和真核生物中的研究进展 多聚磷酸盐在原核和真核生物中的研究进 展 生理科学进展2009年第40卷第3期 ? 综 多聚磷酸盐在原核和真核生物中的研究进展术 魏峥聂琰晖刘乐庭卢洁于常海 (北京大学神经科学研究所/基础医学院神经生物学系,教育部神经科学重点实验室, 卫生部神经科学重点实验室,北京100191) ? 197' 述? 摘要多聚磷酸盐(polyphosphate,polyP)广泛存在于自然界无机环境和生命有机体.细菌学研 究显示,polyP可增强细胞抵抗外界恶劣环境的能力,促进严瑾反应(strigentresponse)和孢子形成, 促进生物被膜的形成,提高捕食能力,增强细菌毒力等.对真核生物的研究发现,polyP可以促进 正常成骨细胞和成纤维细胞分化成熟,参与胞内钙的贮存与释放,刺激一些肿瘤细胞增殖等.本文 从现有的信息入手,推测polyP在神经系统中的功能. 关键词多聚磷酸盐;中枢神经系统;多聚磷酸盐激酶;外切聚磷酸酶 中图分类号Q42 ProgressinFunctionalPolyphosphateinProkaryoticandEukaryoticLivingOrganismsWEI Zheng,NIEYan—Hui,LAULok—Ting,LUJie,YUAlbertCheung—Hoi(NeuroscienceResearchInstitu— te,PekingUniversity,DepartmentofNeurobiology,SchoolofBasicMedicalSciences,PekingUniversity, KeyLabforNeuroscience,theMinistryofEducation,andKeyLabfo,Neuroscience,theMinistryofPublic Health,Beijing100191,China) AbstractPolypbosphate(polyP)hasbeenwidelyidentifiedinbothinorganicenvironmentandliving organisms.ResearchshowsthatpolyPinbacteriaenhancestheirresistancetosevereenvironment,trig— getstheirprotectiveresponses.increasesbiofilmformationandinvolvesinpredationandbacterialViI1】一 lence.Ineukaryotes,polyPhasbeenfoundtoenhancetheproliferationoffibroblastandmanytumorcell lines,inducethecalcificationofosteoblastandbeinvolvedincalciumionrelease.Basedontheexisting information,weattempttodiscussthepossiblefunctionsofpolyPinthenervoussystem. Keywordspolyphosphate;centralneYvoussystem;polyphosphatekinase;exopolyphosphatase 多聚磷酸盐(polyphospbate,polyP)作为一种 广泛存在的线性多聚体,由几个至数百个磷酸盐残 基(Pi)通过与ATP磷酸酐键相同的高能磷酸键相 互聚合形成(图1).这种聚合物可在适当的温度下 由正磷酸盐脱水形成.无论是细菌,真菌等低等单 细胞生物,还是高等哺乳动物,polyP几乎存在于自 然界的每一个细胞之中,而且含量丰富. 图1polyP的结构示意图 如此普遍存在的物质却一直被人们所忽视,然 而目前有限的研究中,polyP却发挥了不可忽视的 作用.磷是组成核酸,ATP及多种酶的重要元素,涉 及遗传,能量代谢,酶促调节,以及信号转导等多方 面的生命活动.涉及范围之广并且反应迅速,因此, 磷很可能和糖,蛋白质及脂肪一样有两种存在形式, 一 种是发挥其生物功能的单体或寡聚体形式,另一 种是用来贮存磷及能量的多聚体形式——polyP. 国家高技术研究发展(863计划)(2006AA02Z452), 国家自然科学基金(30270426,30470543,30670644),北京 市自然科学基金(7032026,7051004,7091004)资助课题 通讯作者 本文就现有资料人手,在介绍polyP研究现状 的同时,从其存在的重要性出发,关注与能量缺乏相 关的脑疾病的发生发展,着重阐述其在高等生物神 经系统中可能存在的功能和作用机制,以拓展思路, 引起同行学者对polyP研究的关注. 一 ,polyP代谢相关酶简介 目前polyP代谢相关酶的研究仍然很有限,并 且大多局限于低等生物,表1中列出了五类主要的 生理科学进展2009年第40卷第3期 酶(此外还有:EC2.7.4.17;EC2.7.4.20;EC2. 7.1.23;EC3.6.1.4;EC3.6.1.25).然而,至今 为止,尚未在高等真核生物中找到这五类酶的痕迹. 我们曾用这些酶的基因在大鼠,小鼠以及人类的 GenBank基因库中寻找,又与真核生物涉及磷酸代 谢的酶序列在blastp中进行比对,但没有可靠的 发现. 表1低等生物中涉及多聚磷酸盐代谢的酶简介 酶名称纯化来源酶功能证明酶功能的重要证据 (polyPkinase,richiac … oli) Esc 麓 瑟a.蠢的末端逐一切断觥醮脱去磷EC3611...1)y.职盐线量 辫萋麓a.逐步裂解由蜥链61PN.-Ecj...16)y...".'…….'…一' (Acin.c 动 te 艄 john-帆olyM哪懈 's0nii)…一………一' :莽 '71losls,憷伏磷酸量及由17 该复合体缺少任何一种蛋白亚单位表达均 使细胞内polyP的含量出现明显下降.利 用分别携带三种蛋白亚单位基因的杆状质 粒组合转染敲除三种蛋白亚单位基因的细 胞,发现只有三种蛋白亚单位同时存在时才 有PPK的合成,polyP的含量接近未敲除基 因的细胞内水平J 酶基因的突变将使细胞内缺乏短中链的po— lyP,同时胞质内可溶型polyP的含量也明 显降低 酿酒酵母菌ppnl的基因失活可分别使poly P含量升高,同时该突变体与野生型相比在 生长期保持着短链polyP的合成,但未发现 高分子polyP的降解 当在大肠杆菌无细胞蛋白合成系统中只加 入polyP时,ATP迅速被消耗,AMP大量积 累J.而在体系内同时加入polyP和PAP 时,ATP被利用后以polyP为供体进行再 生,水平保持稳定 纯化的酶在reverse-phaseHPLC中出现单 峰,但却表现出了两种催化活性,在non-de- natufingPAGE中出现了协同泳动 盘基网柄菌(Dictyosteliumdiscoideum)中发现的 DdPPK2,在催化液泡内利用ATP合成polyP的可逆 反应的同时,可伴随着自身的由球状单体向纤维状 聚合(globulartofilamentous,G-to.F)的过程.这 使人们很容易联想到存在于高等生物体内并且高度 保守的肌动蛋白,其具有结合ATP的位点,可与肌球 蛋白头部结合并发生ATP的水解,为肌原纤维的运 动提供能量.那么,在肌动蛋白单体聚合过程中 ATP水解时释放的磷酸基,很可能发生类似于DdP— PK2催化下的聚合,生成的polyP则依此形式储存 磷酸基,需要时发生降解生成ATP. 随着研究的深入,人们逐渐发现了葡萄糖激酶 (glucokinase),NAD激酶(NADkinase),甘露糖激酶 (mannokinase),果糖激酶(fruetokinase)等,可利用 polyP和ATP作为供体进行底物磷酸化,并且poly P/ATP一葡萄糖甘露糖激酶(polyP/ATP—glucomanno— kinase)两种依赖方式不同的磷酸化过程具有共同的 酶催化位点.值得注意的是,polyP/ATP.NAD激酶 在原核生物中由ppnk编码,其与在真核生物中普遍 存在NAD激酶序列具有很高的同源性,但同时发现 后者不能利用polyP.那么随着生物的进化,NAD 磷酸化生成NADP的过程是不需要polyP提供磷酸 基,还是这种催化功能赋予了其他酶,还需要进一步 的研究. 此外,在一种利什曼原虫(Leishmaniaamazonen. sis)中发现了一种焦磷酸酶LaVSP1,该酶可水解焦 磷酸盐和polyP.该发现提示,polyP提供磷酸基的 反应很可能在漫长的进化中成为了很多酶共有的催 化功能,事实上在真核生物中,糖及蛋白的广泛磷酸 化过程仅靠磷酸苷水解是远远不够的,这也在一定 程度上肯定了polyP存在的重要性.目前在真核生 物中发现的具有外切聚磷酸酶功能的酶主要存在于 生理科学进展2009年第40卷第3期 酿酒酵母菌,利什曼原虫,克氏及布氏锥虫中,具有 内切聚磷酸酶功能的酶则仅存在于酿酒酵母菌中, 相关酶基因均已被克隆并在大肠杆菌中表达]. 二,PolyP功能及研究进展 (一)PolyP参与能量代谢中枢神经系统正常 功能的维持需要消耗大量的能量,而能量缺乏是多 种神经系统疾病导致神经细胞死亡的主要原因,如 脑缺血性疾病(如脑卒中),脑外伤,脑退行性疾病如 阿尔采末病(AD),帕金森病(PD)等.Kumble (1995)在大鼠的研究证实,脑中polyP的含量远高 于心,肾等其他器官.因此我们推测polyP与脑的 能量代谢必然存在某种紧密关系. 近年研究发现,ATP可以辅助抑制ppk启动子 区的启动,生长在低磷酸环境的细胞ATP含量较低 并且比处于充足磷酸环境的细胞表达了更多的 PPK,证实ATP与polyP的代谢存在着一定的关系. 被称为细胞能量库的线粒体内也已证实存在大 量polyP,在磷酸基过剩条件下,polyP明显积累并 且链长增加.解偶联剂和质子泵抑制剂对polyP积 累的抑制,以及超声处理后polyP的降解J,提示线 粒体内polyP的积累与膜的质子动力有关. (二)PolyP参与自由基的清除PolyP作为重 要的阴离子,能够和很多金属阳离子形成螯合物. Archibald等(1982)在乳酸菌(Lactobacillusplanta. rum)内发现的Mn和polyP螯合物,具有和SOD 类似的生物学作用.脑内自由基是神经细胞氧化损 伤和凋亡的重要原因,进而引起了神经系统的病变. 其主要病理机制是引起脂质过氧化反应.由于脑组 织中富含脂质,因此脑对自由基损害尤为敏感,以脑 卒中,AD,肌萎缩性侧索硬化症(ALS)及PD与氧化 应激关系最为密切.自由基可改变细胞膜的通透 性,使膜通道开放,导致兴奋性氨基酸释放和细胞外 的钙离子内流等,进一步加重脑组织损伤.此外,氮 氧自由基还可以直接与脑内蛋白,核酸以及其他分 子如透明质酸等发生反应破坏其结构.已证明人体 适当补充微量元素锰,锌等可帮助清除自由基.此 外,提高脑内SOD水平,可降低自由基引起脑水肿, 脑损伤及通透性改变的程度.因此,研究polyP是 否在高等生物神经系统中也参与了自由基的清除过 程及其作用机制,能为脑损伤性疾病的治疗提供非 常重要的理论基础. (三)PolyP参与维持细胞酸碱度和渗透压不 少临床数据表明,血液酸碱度增高与脑梗死密切相 关,可能是由于酸碱度增高可增加血液黏度和直接 影响凝血纤溶系统.此外,脑脊液pH值的异常被认 为影响智力.渗透性脑水肿可引起颅内压增高,引 起脑内局灶性病变.可见,酸碱度和渗透压的微弱 变化无一不对脑内产生巨大影响.在水生生物和低 等真核生物中都发现了polyP在这些方面的调节 作用. 盐生杜氏藻(Dunaliellasalina)体内含有大量的 polyP(相当于1mol/LPi).当处于碱性环境中时, 胺类物质可以进入其液泡,激活特异性酶水解poly P,并与产生的质子发生中和反应,以维持胞内pH相 对稳定. 细胞通过聚磷酸酶水解polyP不断地补充Pi, 同时可在磷酸激酶作用下合成polyP链,使得胞内 磷酸盐离子保持在一定范围内.克氏锥虫(Trypano. somacruzi)置于低渗环境时,细胞体积出现了先升 高后恢复的情况,并且过表达外切酶TcPPX的细胞 体积出现了更大幅度的升高并且恢复较慢J,暗示 渗透压引起的细胞体积调节与polyP有很大关系. 目前普遍认为,脑内渗透压的调节主要与通道 蛋白VR—OAC的低渗激活及钙离子通道的开放有 关,参与渗透压调节的VR.OAC通道蛋白,存在于室 周器官和中央视前区,这些区域参与加压素释放,水 和饮食摄人的调节.与此同时,脑内也存在大量胺 类物质和氨基酸.在此只能肯定磷酸盐参与脑内晶 体渗透压的形成,但尚未找到polyP是否与这种通 道蛋白发生了作用. (四)PolyP参与细胞磷脂膜通道的构成在将 外源目的基因导人细菌时需要用Ca处理以增加细 胞膜的通透性,以使DNA能够顺利通过磷脂双分子 层进入胞内.这一过程主要是聚羟基丁酸酯(PHB) 与ca"和polyP形成复合体.这种复合体(PHB. Ca?-polyPcomplex)极大改变了细胞膜的物理性 质.体外将PHB,Ca?,polyP与磷脂结合制得人工 脂质体,可观察到钙通道的形成. 在流感嗜血杆菌(Haemophilusinfluenzae)的外 膜上也发现了polyP的存在【.该细菌的外膜蛋白 P5与polyP及PHB共同构成具有阳离子选择性的 极性孔道.当向外膜磷脂双分子层加人酿酒酵母菌 ,阳离子选择透过能力降低,膜两侧的极性减 PPX时 弱,对称性增强.可见,polyP与磷脂膜通道的离子 选择性透过有关. 细胞膜上含有大量的polyP,这些成分除了参与 细胞形态的维持外,很可能是细胞受体和信号分子 的组分,参与了信号转导和调节过程.在脑外伤或 缺血缺氧条件下,神经细胞膜磷脂会发生降解,伴随 着无机磷酸盐的释放.这个过程中除了胞内磷酸盐 的外流外,是否还存在着膜上polyP的降解,目前还 未见有研究证实. (五)PolyP参与维持细胞形态铜绿假单胞菌 PAO1敲除ppkl的突变体PAOM5外膜出现畸变,胞 外的多聚物出现明显的生成障碍,并且在胞内形成 了奇特的类核体.将噬菌体P1转人大肠杆菌ppkl— ppx无效突变体,与转入野生型大肠杆菌相比,形 成形状不的空斑,电镜显示新合成的P1具有收 缩性鞘缺陷.高等生物神经系统中,从神经元的单 极,假单极和多极的形态学分类,到胶质细胞可塑 性,细胞形态与功能密切相关.除已知的蛋白,糖类 和脂质,polyP此种广泛存在于胞膜和胞质的无机 多聚物,是否与神经细胞的形态有某种联系呢?尚 需进一步研究. (六)PolyP与核糖体蛋白相互作用促进翻译过 程,并可能与错译的纠正有关研究发现,polyP可 以与核糖体蛋白相互作用,影响核糖体的翻译过 程J.在ppk缺陷的突变体中,存在低于野生型水 平的多核糖体,暗示突变体内核糖体结合或利用 mRNA的能力下降.体外实验证明,突变型和野生 型的细胞合成聚苯丙氨酸的水平相似,但ppk缺陷 突变体核糖体的错译率高于野生型五倍.体内实验 显现出ppk缺陷突变体对一些终止密码子具有高的 通读频率(readthroughfrequency).此外还发现poly P在体外可抑制多聚腺苷酸聚合酶活性.脑内复 杂的生命调节过程都需要大量蛋白的表达,错误的 翻译很可能对中枢神经系统甚至整个机体造成严重 的危害,如人类MTHFR基因突变和氨基酸错译是导 致精神分裂症的重要根源.目前对于错译的蛋白主 要是通过分子伴侣修正或启动蛋白酶系将其降解, 这一过程称为翻译后的质量控制.若控制失败则会 产生病理性蛋白致病,如形成的淀粉样沉淀与人的 纹状体脊髓变性病,AD,亨廷顿舞蹈病,PD等密切 相关.尽管目前还未见有证据证明polyP参与了高 等生物神经细胞翻译后质量控制和淀粉样沉淀的形 成,但仍不能忽视polyP在低等生物中的研究成果 所带来的启示. (七)PolyP在原核生物中的进一步研究Poly P促进严谨反应(stringentresponse)主要与其影响 RpoS(大肠杆菌静止期最重要的转录调控子,同时也 是重要的应激响应蛋白,它调控大约100个基因的表达)的表达有关,在过表达外切酶PPX的大肠杆 生理科学进展2009年第40卷第3期 菌细胞中,RpoS的表达受到明显抑制.将大肠杆菌 培养在营养充足的环境中,然后转入最低限营养的 介质,细胞延迟恢复生长并伴有polyP的积累.研 究发现,polyP的积累可以结合Lon蛋白酶,后者的 激活可以降解核糖体蛋白,释放氨基酸,也可与 DNA发生作用,影响基因表达. PolyP促进细胞功能结构形成,敲除ppk或过表 达ppx的突变体均表现出了生物被膜形成缺陷,孢 子(芽孢)形成数量和效率的降低J,运动结构表达 异常等.原核生物的这些改变往往降低了其适 应环境的能力,对抗生素的敏感性增加,对恶劣环境 (如酸,热,高渗等)的耐受性降低,与此同时突变体 的捕食能力和抵抗天敌的能力也出现明显降 低,J,毒力下降或丧失. 胞内polyP不是一成不变的,而是随着细菌的 分裂和生长发生质和量的变化.谷氨酸棒状杆菌 (Corynebacteriumglutamicum)体内存在两种形式的 polyP,颗粒型和可溶型.研究显示在指数增长 中期,胞内polyP含量达到最低;而在指数增长早期 和刚进入稳定生长期时出现polyP的明显积累.进 一 步研究揭示,在指数增长早期主要是颗粒型的积 累,稳定生长期积累的主要是可溶型polyP.在真核 生物中也发现了此种现象,大鼠脑内polyP的含量 在不同年龄阶段有很大的差异,出生时polyP开始 迅速增多,到12月龄时达到最高,之后逐渐下降至 .总polyP的下降主要是由于胞内颗粒型 50%以下 polyP随衰老过程的急剧减少所致,而可溶型polyP 含量并没有很大的变化,并且随着年龄的增长胞内 PPX活性增加,大量长链polyP被降解为短链或者 磷酸残基. (八)PolyP在真核生物中的研究上世纪90 年代已经通过酶学的方法确证在真核生物中存在着 大量的polyP.该方法利用大肠杆菌的PPK可逆地 催化polyP产生ATP以及酿酒酵母菌PPX水解poly P生成Pi的两个过程,通过检测ATP和Pi达到测定 polyP的目的.Kumble等(1995)在啮齿目动物的各 器官组织和细胞亚结构内均发现了大量polyP的存 在,其含量水平从25到120微摩尔等,链长从50到 800个磷酸基不等,并且随细胞的大小,功能以及代 谢状况而存在很大的差异. PolyP可促进细胞凋亡.放线菌素D处理的一 种髓样白血病细胞系HL一60凋亡过程,发现了大量 长链polyP的降解.当polyP外源性地加到人类浆 细胞?时,免疫球蛋白分泌明显抑制,并且细胞凋 生理科学进展2009年第40卷第3期 亡被诱导.在U266骨髓瘤细胞系中,polyP可以诱 导磷脂酰丝氨酸的分化,激活caspase一3,终止细胞周 期,促进细胞的凋亡. PolyP促进成纤维细胞,成骨细胞的增生和发 育成熟.研究还发现,polyP可激活roTOR(哺乳动 物雷帕霉素靶点)蛋白激酶,后者可整合细胞分裂信 号,能量水平,营养条件等多方面因素,启动许多涉 及细胞生长与增殖的蛋白的翻译.将酵母细胞ppxl 基因插入MCF-7乳腺癌细胞后?1J,mTOR的活性受 到抑制,与对照相比不能在无血清的培养基中正常 生长,提示polyP很可能在细胞营养缺乏时参与了 保护机制. 值得注意的是,polyP被检测存在于锥虫酸性 钙小体?和血小板致密颗粒?内.实验发现,锥虫 酸性钙小体中钙离子的释放伴随着polyP的水解, 并且酸性钙小体被证实具有PPK和PPX的活性. 血小板致密颗粒含有大量的钙和钾,具有一定的酸 度和较高的密度,这些特性都与酸性钙小体类似. 实验证实,polyP可以促进凝血因子V和凝血酶激 活,抵抗TFPI的抗凝作用,促进TAFI的抗纤溶作 用,电镜显示polyP的存在可以明显提高纤维蛋白 凝块的浑浊度.可见,polyP不仅能参与钙释放, 并且对凝血过程有很大的影响,提示在研究脑血栓 等脑血管疾病发病机制过程中polyP很有可能成为 一 个新的突破口,以期找到治疗的新方法. 三,展望 近年,人们对polyP的关注,主要包括其在环境 污水处理,抗菌剂,新生物材料,骨科和胃肠道疾病 治疗剂以及农业及食品工业等方面的应用,但其研 究和应用价值还远不止如此.存在之广泛,并且随 着细胞周期乃至高等生物生长发育过程出现质和量 的变化,使得polyP更为神秘并富有魅力. 遗憾的是,对于真核细胞内polyP功能的研究 尚未完全展开,主要的阻碍在于真核细胞内更繁琐 的基因表达以及更复杂的联络网络,polyP更易受 到周围环境影响而发生变化.此外,polyP代谢酶 在漫长的进化过程中好像已经失去了联系,尚未在 真核生物细胞中发现高同源性的编码基因序列.但 可以肯定的是,这些酶的失踪并不意味着功能的消 失,而事实上也可能已经进化成更有效率的酶体,更 有效地操控着polyP的功能.我们希望通过本综 述,肯定polyP在神经系统病理性疾病特别是缺血 性脑病中的研究意义,希望唤起国内同行的关注. PolyP的研究必将为人类生命科学发展带来新的火 花,并为人类疾病治疗提供新的思路. 参考文献 1G6mez—GarciaMR,ZhangHY,RaoNN,eta1.Inorganic polyphosphateinDictyosteliumdiscoideum.FASEBJ. 2006,20:A900. 2LichkoLP,KulakovskayaTV,KulaevIS.Inorganicpolypho— sphateandexopo1yphosphataseinthenucleiofSaccharomy— eescerevisiae:dependenceonthegrowthphaseandinactiva— tionofthePPX1andPPN1genes.Yeast.2006.23:735, 740. 3ItohH,KawazoeY,ShibaT.Enhancementofproteinsyn— thesisbyaninorganicpolyphosphateinanE.colicell-free system.JMicrobiolMethods,2006,64:241—249. 4G6mez—GarcfaMR,KornbergA.Formationofanactin—like filamentconcurrentwiththeenzymaticsynthesisofinorganic polyphosphate.ProcNatlAcadSci,2004,101:15876, 15880. 5FangJM,RuizFA,DocampoM,eta1.Overexpressionofa Zn一sensitivesolubleexopolyphosphatasefromTrypanosoma cmzidepletespolyphosphateandaffectsosmoregulation.J BiolChem,2007,282:32501,32510. 6PestovNA,KulakovskayaTV,KulaevIS.Inorganicpolypho— sphateinmitochondriaofSaccharomycescerevisiaeatphos- phatelimitationandphosphateexcess.FEMSYeastRes, 2004,4:643,648. 7ZakhafianE,ReuschRN.Haemophilusinfluenzaeouter membraneproteinP5isassociatedwithinorganicpolyphos— phateandpolyhydroxybutyrate.BiophysJ,2007,92:588 — 593. 8LiL,RaoNN,KornbergA.Inorganicpolyphosphateessen— tialforlyticgrowthofphagesP1andfd.ProcNatlAcadSci, 2007,104:1794,1799. 9MclnerneyP,MizutaniT,ShibaT.Inorganicpolyphosphate interactswithribosomesandpromotestranslationfidelityin vitroandinvivo.MolMicrobiol,2006,60:438—447. 10HolbeinS,FreimoserFM,WemerTP,eta1.Cordycepin— hypersensitivegrowthlinkselevatedpolyphosphatelevelsto inhibitionofpoly(A)polymeraseinSaceharomyeescerevi— siae.NucleicAcidsRes,2008,36:353—363. 11KurodaA,NomuraK,TakiguchiN,eta1.Inorganic polyphosphatestimulateslon--mediatedproteolysisofnucle?- oldproteinsinEscherichiacoli.CellMolBiol,2006,52: 23,29. 12ZhangHY,G6mez—GarefaMR,BrownMRW,eta1.Inor- ganiepolyphosphateinDictyosteliumdiscoideum:infuence ondevelopment,sporulation,andpredation.ProcNatl AcadSci.2005.102:2731,2735. 13ZhangHY,RaoNN,ShibaT,eta1.Inorganicpolyphos— phateinthesociallifeofMyxococcusxanthus:motility,de- velopment,andpredation.ProcNatlAcadSci,2005, 102:13416,13420. 14CandonHL,AllanBJ,FraleyCD,eta1.Polyphosphateki— nase1(PPKt)isap~hogenesisdeterminantinCampy— lobacterjejuni.JBacteriol,2007,189:8099,8108. 15KlauthP,PallerlaSR,Vidau~eD,eta1.Determinationof solubleandgranularinorganicpolyphosphateinCorynebac— teriumglutamicum.ApplMicrobiolBiotechnol,2006,72: 1099—1106. 16Hernandez—RuizL,Gonzalez.GarciaI,CastroC,eta1.In. organicpolyphosphateandspecificinductionofapoptosisin humanplasmacells.Haematologica,2006,91:1180, 】】86. 生理科学进展2009年第4O卷第3期 17WangLH,FraleyCD,FaridiJ,eta1.Inorganicpolyphos— phatestimulatesmammalianTOR.akinaseinvolvedinthe proliferationofmammarycancercells.ProcNatlAcadSci, 2003,100:11249,11254. 18RuizFA,RodriguesCO,DocampoR.Rapidchangesin polyphosphatecontentwithinacidocalcisomesinresponseto cellgrowth,differentiation,andenvironmentalstressin Trypanosomacruzi.JBiolChem,2001,276:26114, 26121. 19RuizFA,LeaCR,OldfieldE,eta1.Humanplateletdense granulescontainpolyphosphateandaresimilartoacidocalci— somesofbacteriaandunicellulareukaryotes.JBiolChem. 2004,279:44250,44257. 20SmithSA,MorrisseyJH.Polyphosphateenhancesfibrinclot structure.Blood.2008.112:2810,2816. 基因治疗肥胖初显成效 众所周知,肥胖会明显增加糖尿病,心血管疾病,中风和某些癌症的风险,治疗肥胖 已经成为全球医学界 研究的热点问题.2009年3月8日在线出版的《自然?医学》上刊登的美国俄亥俄州立大学医学中心研究 人员的最新研究成果,为解决这一世界难题提供了一种新的方法,即基因治疗. 有研究表明下丘脑是管理人体体重和能量平衡的司令部,而基因BDNF(brain—derivedneurotrophicfac. tor)是其中一个关键的调节基因,BDNF功能缺失可以引起肥胖和代谢综合征.研究人员使用病毒载体 rAAV(recombinantadeno—associatedvirusvector)将BDNF基因转入正常体重小鼠的下丘脑使其过表达,结果 发现小鼠体重持续下降,同时与肥胖密切相关的两种激素:胰岛素(insulin)和瘦素(1eptin)也显着降低,与对 照组存在显着性差异.接着,研究人员又给两组小鼠高脂饮食,一段时间后对照组小鼠体重明显增加而实验 组则上升不明显. 上述实验结果表明,BDNF基因治疗不仅可以减肥,而且可以预防高脂饮食导致的肥胖.但当该技术应 用于人体时,如何把握基因产物过表达的量是一个难题,过少达不到治疗的效果,过多则会引起恶病质这样 矫枉过正的后果.该中心研究人员最大的贡献在于应用新的RNA干扰(RNAi)技术解决了这一难题.在上 述两组实验中,下丘脑内的一种重要食欲肽 (orexigenicpeptide)AgRP(agouti.relatedprotein)的表达随BDNF 的过表达上调程度最为显着,且与体重的变化幅度平行.鉴此,研究人员设想如果将AgRP基因启动子产生 的微小RNA分子(microRNA)与BDNF基因共同连接到rAAV上作为载体转入小鼠下丘脑,当BDNF在下丘 脑过表达时,激活AgRP基因的启动子,不仅AgRP表达上调,而且载体上的microRNA表达亦上调,干扰BD. NF的表达,通过这种自主调节使得BDNF的过表达在一个合适的范围,体重增减 保持平衡.他们在2型糖 尿病/肥胖动物模型——d6/舶小鼠上进行实验,结果令人兴奋,小鼠体重在下降一定幅度以后长时问保持 稳定,证实了之前的设想. 随着研究在动物身上获得巨大成功,下一步的任务是将该技术应用于人体,这有望给全球的肥胖症患者 带来新的希望. (NatMed,2009,15:447,454)(宋伟)