5_核苷酸酶的研究进展_cropped

5_核苷酸酶的研究进展_cropped 5’2核苷酸酶的研究进展 李晓波 综述 殷莲华 周 帄 审校 ()复旦大学上海医学院生理学与病理生理学,上海系2003 2 ( ) ( ) 摘要 : 胞外25’2核苷酸酶 CD73是通过糖基2磷脂酰肌醇 GPI锚定于细胞膜外表面的一种糖蛋白 ,其分布广 , 功能多 ,不仅参与嘌呤核苷酸的补救合成途径 ,生成腺苷与腺苷受体相互作用 ,还作为一种重要的免疫信号分子 , 参与跨膜信号转导及细胞黏附 。近年来 ,CD73 的基因表达 、调控及其功能 ,尤其是 CD73 、腺苷 、腺苷受体 、效应物 的代谢途径及其与疾病的关系等越来越引起人们的关注 。 关键词 : 胞外25’2核苷酸酶 ; CD73 ; 腺苷 ; 细胞因子 ; 免疫应答 () 文章编号 : 100121773 20040220122203 中图分类号 : Q55 文献标识码 : A 5’2核苷酸酶不仅具有水解酶的活性 ,而且具有重 2 CD73 的分布 、结构与基因 ( ) 要的非水解酶活性 ,如在细胞生长发育 、运动 、纤维蛋 CD73 是一种糖蛋白 ,通过糖基2磷脂酰肌醇 GPI白合成 、神经传递 、提高表皮或内皮屏障功能及淋巴 锚定于细胞膜外表面 。CD73 广泛表达于人体组织细 细胞的黏附 、再循环 、免疫应答等方面均发挥重要的 胞表面 , 包括肝细胞 、成纤维细胞 、内皮细胞 、淋巴细 1 ,27 作用。5’2核苷酸酶在缺血性心脏病 、缺血性肾脏 胞和神 经 胶 质 细 胞 、近 端 肾 小 管 上 皮 细 胞 等。人 CD73 前体由 574 个氨基酸残基组成 ,分子量为 70 kD 。 病 、白血病 、肿瘤等疾病的发生发展过程中的作用越 来越受到人们的重视 。 () 其 N 末端信号肽序列 1,26 位氨基酸残基及 C 末端 1 5’2核苷酸酶的分类第 550,574 位氨基酸残基被剪切后 , 第 27,549 位氨 85’2核苷酸酶广泛分布于细菌 、植物细胞和脊椎动 基酸残基序列即为成熟 CD73 。 物组织 。到目前为止 , 在哺乳动物中已发现多种 5’2 编码人 CD73 的基因位于人染色体 6q14221 。CD73 核苷酸酶 ,依据其细胞定位 、作用底物和生化特征 , 可进化相当保守 ,人 CD73 的 cDNA 序列与鼠有 86 %的同 ( 分为以下 六 种 形 式 : ?胞 外25’2核 苷 酸 酶 ecto25’nu2 源性 ,表明 CD73 在生命活动中起重要作用 。CD73 起 ) cleotidase , e2N即膜结合性 5’2核苷酸酶 ,是通过糖基2 始密码子的上游序列中 G + C 的比例较高 , 其中有许 ( ) 磷脂酰肌醇 GPI锚定于质膜的一种糖蛋白 。随着人 多转录因子的结合位点 , 包括 5 个 Sp21 结合位点 , 一 淋巴细 胞 表 面 胞 外25’2核 苷 酸 酶 的 单 克 隆 抗 体 的 发 3 展 ,胞 外25’2核 苷 酸 酶 被 命 名 为 CD73。 ?胞 浆25’2 个 cAMP 反应元件 , 一个 CCAAT 盒 , 两个 Ap22 结合位 ( ) 核苷酸 酶 I 型 cytoplasmic25’2nucleotidase 2I , e2N2I, 与 点 , 但没有发现 TATAA 盒 。核酶保护实验显示 CD73 胞浆中 AMP 亲合力高 。多见于骨骼肌 、心肌 , 参与肌 ( ) 基因含有多个转录起始点 tsp,主要的一个 tsp 位于2 ( 肉收缩 , 也 见 于 脑 。 ?胞 浆25 ’2核 苷 酸 酶 ?型 cyto2 63bp 处 。以 luc 为 报 告 基 因 的 瞬 时 转 染 分 析 显 示 在 ) plasmic25’2nucleotidase2 ?,e2N2 ?, 与胞浆中 IMP 、GMP + 2( ) NT核苷酸酶和 NT细胞均有一长 155 bp 的 NT 基因 ( ) 亲合力高 ,广泛分布于机体内 。 ?胞浆25’3’脱氧核 8 ,9 ( ( ) ) 糖核苷酸酶 dNT21?线粒体25’3’脱氧核糖核苷酸 组 DNA 片段发挥启动子的功能。 4 ( ) 酶 dNT22?PN2I , 一种新近发现的嘧啶核苷酸酶 , 3 CD73 的功能与调控仅 存 在 于 红 细 胞 中 , 该 酶 的 缺 乏 与 溶 血 性 贫 血 有 3 . 1 CD73 与腺苷代谢 CD73 具有 5’2核苷酸水解 酶的活性 ,可使细胞外间质中的 AMP 5’端脱磷酸而生 成腺苷 。腺苷是组织缺血缺氧中关键的介质 。正 常 5 。目前 ,研究最广泛 、最深入的是胞外25’2核苷酸 关氧浓度 条 件 下 , 腺 苷 主 要 是 由 S2腺 苷 同 型 半 胱 氨 酸 ( ) ( ) SAH在 SAH 水解酶的水解产生 ;而在缺氧条件下 ,胞 酶 CD73。 收稿日期 :2003209202 修回日期 :2003212202 () 作者简介 :李晓波 19802,女 ,山西孝义市人 ,复旦大学上海医学院生理与病理生理学系在读硕士 ,主要从事心血管疾病发病机制方 15 ( ) 5’2核苷 酸 酶 CD73 使 胞 浆 内 cAMP 水 帄 提 高 , 外2性上调 A型腺苷受体。2B ( ) 有研究证实 , 外源性 5’2AMP 或腺苷能通过提高 cAMP 通 过 cAMP 反 应 元 件 结 合 蛋 白 CREB与 CD73 ( ) 基因的启动子区域中的 cAMP 反应元件 CRE作用 ,使 细胞内 cAMP 水帄而转录性调控 CD73 的表达 。炎症 反应中 , 多种细胞以 ATP ,ADP ,5’2AMP 和腺苷的形式CD73 表达增加 。表明腺苷作为 CD73 的酶解产物可反 释放腺嘌呤核苷酸 ,尤其是多形核白细胞活化后释放 馈性调节 CD73 的转录与表达 , 研究还发现腺苷可能 大量的 5’2AMP 。细胞外的 5’2AMP 被 CD73 水解为腺 16 与 CD73 的基础转录有关。 苷 ,腺苷活化细胞表面的 A2B 型腺苷受体 。腺苷作用 α3 . 2 CD73 与 HIF21 对体外嗜铬细胞瘤细胞的研 于细胞表面的 A2B 型腺苷受体 ,来促进 NE 的释放 ,有 究表明 ,缺氧可直接转录性提高 CD73 的表达 。在缺 结果表明 CD73 可促进 ATP 的降解 ,从而抑制 NE 的释 ( ) 氧引起的 CD73 表达升高过程中 , 缺氧诱导因子 HIF 起重要的转录调控作用 。HIF 是受控于氧浓度变化的 19 ,因而对心肌缺血等疾患起到一定的保护作用。放 α一个重要的调控因子 。正常氧浓度时 , HIF21受细胞 而又有 研 究 表 明 , 缺 血 心 肌 局 部 儿 茶 酚 胺 的 水 帄 提 内泛素化的蛋白酶体系统的作用发生降解 ,而在低氧 α( ) 高 , NE 活化2肾上腺素能受体及蛋白激酶 C PKC, αβ时 , HIF21稳定表达并转移到细胞核 , 与 HIF21形成 117 异二聚体。此二聚体作用于 CD73 基因的低氧反应 PKC 转而磷酸化 CD73 使之活化 , 因而 提 高 间 质 中 腺 ( ) 元件 HRE, 调控 CD73 的 表 达 。研 究 发 现 , CD73 基 ( ) 苷的浓度 ;另一方面 ,NO 通过环磷酸鸟苷 c GMP介导 因启动子中有一与 HIF21 相结合的 DNA 一致性序列 , 的 CD73 的活化而导致腺苷生成增加 。CD73 和 NE 的 5’2CCGTG23’,位于2367bp 到2371bp 处 ,即 HRE。HIF 二 相互作用在缺血性心肌疾患的发生发展中起着重要聚体 与 之 相 结 合 , 通 过 蛋 白 质2DNA 相 互 作 用 上 调 10 作用。 18 CD73 的转录 ,CD73 表达增高。 αα3 . 4 CD73 与 TNF2 TNF2可 以 通 过 降 低 细 胞 表 面 CD73 的表达与活性来降低人内皮细胞生成腺苷的 ( ) 3 . 3 CD73 和 NE 蛋白激酶 C PKC对 CD73 的转 α 能力 。将 TNF2与 人 脐 静 脉 内 皮 细 胞 共 同 孵 育 24h α录后修饰作用也可增强 CD73 的活性 。佛波醇酯 、2 后 ,CD73 的活性丧失 54 % ,而其它腺苷代谢酶未受影 1 肾上 腺 素 能 受 体 、NO 或 缺 血 均 可 通 过 PKC 来 刺 激α响 。暴露于 TNF2的细胞用抗人 CD73 抗体免疫荧光 18 CD73 活性提高 ,但其中的具体机制尚不明确。 临α染色后 ,阳性细胞数目减少 。TNF2诱导 CD73 下调可 床上心功能不全 、心率失常及心肌缺血引起的 ( ) 以被磷脂酶 CPLC的抑制剂新霉素抑制 ,而不能被丝 心脏疾患的一个不可忽视的致病因素是高肾上腺素 ( ) ( ) 裂原活化蛋白激酶 MAPK样通路 MEK 和 P38的抑 ( ) 能活性及去甲肾上腺素 NE的过度释放 。CD73 的活 α制剂抑制 。因此 , TNF2通过活化内源性 PLC 水解糖 性是组织缺血缺氧条件下局部腺苷浓度的重要决定 ( ) 基2磷脂酰肌醇 GPI而导致质膜表面 CD73 脱落 ,进而 10 因素。缺血的组织细胞以 ATP ,ADP ,AMP 的形式释 α降低腺苷生成 。这也是 TNF2促进炎症反应的一个重 放腺苷酸 ,细胞外的 AMP 浓度升高 ,细胞表面 CD73 表 要机制 。有研究显示 IL21 与大鼠肾小球系膜细胞共 达增加 , 活性提高 。腺苷生成后 , 以旁分泌或自分泌 培养引起 CD73 活性提高 。有研究发现 , 胰岛素也可 ( 的方式作用于多种细胞 , 或者被摄入细胞 通过双嘧 通过活化内源性 PLC ,水解 GPI 锚定的 CD73 来降低胞 ) 达 敏感的载体,从而参与嘌呤的补救合成途径 ; 或 20 膜表面 CD73 的表达与活性。 者作用于靶细胞膜上的腺苷受体 ,引起一系列的生物 3 . 5 CD73 与脂质代谢 抑制细胞对其表面 CD73 学效应 ,如扩张血管 、提高内皮屏障功能 、刺激血管新 10 ,11 生 、抑制血小板聚集 、减少自由基产生。而且 , 腺 的内吞作用也能增强细胞表面 CD73 的活性 。有研究 苷可抑制 E2选择素和其他黏附分子的表达 ,通过干扰 证实 ,降低 Pho2GTPase 的异戊二烯化或提高细胞膜中 中性粒细胞黏附于内皮细胞来抑制中性粒细胞的功 饱和脂肪酸的含量可以抑制内吞作用 ,而胆固醇和甲 羟戊酸会降低细胞表面 CD73 的活性 。缺氧可以通过 提高细胞膜中软脂酸的含量来刺激细胞表面 CD73 的 12 能。腺苷受体属于 G 蛋白偶联受体 , 到目前为止 , 18已发现有 A,A,A,A四种类型 , A和 A型受体与 活性。 1 2A 2B 3 1 3 Gi/ o 相偶联 ,抑制腺苷酸环化酶 ,起抑制效应 ,A1 型受 3 . 6 CD73 与免疫应答 免疫应答中的 CD73 不仅 体与腺苷高亲和力结合 ,而 A型受体与腺苷亲和力较 具有水解酶活性 , 参与嘌呤核苷酸的补救合成途径 , 3 低 ; A和 A型受体与 Gs 相偶联 , 使细胞内 cAMP 水 生成腺 苷 与 腺 苷 受 体 相 互 作 用 , 参 与 免 疫 系 统 的 分 2A2B 13 ,14 帄增高 ,起到激活效应。研究发现 , 缺氧可选择 化 、发育 、成熟等过程 ,而且还具有非水解酶活性的功 123 () cells J . Blood ,2000 ,96 6:215722162 . 能 ,是一种重要的免疫信号分子 , 参与跨膜信号转导 9 07 Airas L , Niemela J , Jalkanen S. CD73 Engagement Promotes Lympho2 及细胞黏附。主要有以下几个方面的功能 : ? CD73 cyte Binding to Endothelial Cells Via a Lymphocyte Function2Associated 作为淋巴细胞表面的一个成熟标志 ,不表达于未成熟 ( ) Antigen212Dependent Mechanism J . J Immunol , 2000 , 165 10 : 7 B 淋巴细胞和 T 淋巴细胞。 ?在淋巴细胞与内皮细 541125417 . 胞的黏附过程中发挥重要作用 。单克隆抗体 4 G4 识 08 Hansen KR , Resta R , Webb CF , et al . Isolation and characterization 别表达于人血管内皮细胞和某些淋巴细胞表面的分 ( ) of the promoter of the human 5 ’2nucleotidase CD73 2encoding gene J . Gene ,1995 ,167 :307 2312 . 子量约 70kD 的分子 。此分子被称为淋巴细胞2血管黏 Resta R , Yamashita Y ,Thompson LF , et al . Ecto2enzyme and signaling 09 () 附蛋白 2 L2VAP22, 介 导 淋 巴 细 胞 与 内 皮 细 胞 的 黏 functions of lymphocyte CD73 J . Immunol Rev ,1998 ,161 :95 2109 . 2 ,7 附 。研究表明 ,L2VAP22 和 CD73 是同一种糖蛋白。 10 Obata T. Adenosine production and its interaction with protection of is2 又有研究表明 , 淋巴细胞表面的 CD73 分子促进淋巴 chemic and reperfusion injury of the myocardium J . Life Sci , 2002 , 细胞与血管内皮细胞的黏附的作用是淋巴细胞功能 () 71 18:208322103 . Synnestvedt K , Furuta GT , Comerford KM , et al . Ecto25′2nucleotidase () 相关抗原21 LFA21依赖式的 。还发现 CD73 调控 LFA2 11 () CD73regulation by hypoxia2inducible factor21 mediates permeability 1 的亲和力不是使其构象发生改变 , 而是使 LFA21 分 () changes in intestinal epithelia J . J Clin Invest , 2002 ,110 7:9932 7子聚集成簇 。 ?作为 T 淋巴细胞活化过程中的协同 1002 . ( ) 刺激分子 。CD73 通过放大 CD3/ T 细胞受体 TCR复 Henttinen T ,Jalkanen S , Yegutkin GG. Adherent leukocytes prevent 12 合体传递的活化信号 , 刺激 T 淋巴细胞增殖 , 表达白 adenosine formation and impair endothelial barrier function by Ecto25′2 21 ( ) 介素22 IL22受体 ,促进 IL22 的分泌。nucleotidase/ CD732dependent mechanism J . J Biol Chem , 2003 , 3 . 7 CD73 的组织特异性功能 尽管不同人体组织 () 278 27: 24888224895 . Linden J . Molecular approch to adenosine receptor : receptor2mediated 细胞表达的 CD73 有共同的 cDNA 序列 ,但不同细胞类 13 mechanisms of tissue protection J . Annu Rev Pharmacol Toxicol , 型的 CD73 的功能 、特性有所不同 。在生理温度 37OC 2001 ,41 :7752787 . 下 ,将淋巴细胞和抗 CD73 单克隆抗体 4 G4 共同孵育 de Jong J W , de Jonge R , Keijzer E , et al . The role of adenosine in pre2 可导致 CD73 脱落 ,而内皮细胞也作同样处理 , 其表面 14 CD73 不脱落 。而且 , 激活淋巴细胞表面的 CD73 可引 conditioning J . Pharmacology&Therapeutics ,2000 ,87 :141 2149 . 起细胞 内 蛋 白 质 底 物 酪 氨 酸 磷 酸 化 和 脱 磷 酸 化 , 然 Eltzschig HK , Ibla J C ,Furuta GT , et al . Coordinated adenine nucleotide 15 2 而 ,内皮细胞 CD73 却没有此功能。 phosphohydrolysis and nucleoside signaling in posthypoxic endothelium : role of ectonucleotidases and adenosine AB receptors J . J Exp Med , 2 参 考 文 献 () 2003 ,198 5:7832796 . Narravula S ,Lennon PF ,Mueller BU , et al . Regulation of endothelial Airas J , Niemela J ,Marko S , et al . Differential Regulation and Func2 01 16 CD73 by adenosine : paracrine pathway for enhanced endothelial barrier tion of CD73 , a Glycosyl2Phosphatidylinositol2linked 702KD Adhension () function J . J Immunol , 2000 ,165 9:526225268 . 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