文摘
中脑astrocyte-derived神经营养因子(MANF),也称为arginine-rich蛋白质(ARP)或arginine-rich突变在早期肿瘤(头盔),是一种新型进化保守蛋白质展开相关的反应。越来越多的证据表明,MANF批判涉及许多ER应激相关疾病的保护作用。在这里,我们审查的功能MANF基于神经系统的结构和代谢紊乱和总结其潜在的应用在疾病诊断和治疗方法。
1。介绍
中脑的astrocyte-derived神经营养因子(MANF)是一种进化保守内质网压力——(人)相关的蛋白质,它最初被认为是神经营养因子(NTF)中脑多巴胺神经元的保护作用在体外(1]。古典NTF主要调节生存、生长、形态可塑性,和合成的神经元,如脑源性神经营养因子(BDNF)和神经生长因子生成(神经生长因子),而MANF NTF的经典之中NTF扩展了功能,参与调节内质网(ER)压力(2]。与经典NTF相比,MANF具有独特的氨基酸序列(3),其中包含类似的n端saposin-like蛋白(4)和糖可能SAF-A / B,腺泡,pia (SAP)蛋白质5显示不同的功能。
MANF广泛表达于无脊椎动物和脊椎动物的大脑,包括秀丽隐杆线虫,果蝇、斑马鱼和啮齿动物(6,7),以及外围nonneuronal组织,如肝脏、心脏、肾、唾液腺、睾丸,胰腺(8]。此外,在中枢神经系统(CNS), MANF十分表示在一些大脑区域,如大脑皮层、海马(CA1-CA3和齿状回),黑质(SN),和纹状体9]。
此外,新兴研究已经证明,MANF主要是局部的细胞腔的内质网(ER)作为一个ER伴护蛋白(10,11),主要是与毕普互动(12- - - - - -14]和Reticulon 1 - c [15]。此外,一系列ER应激后,MANF表达显著增强随着受体激活转录因子6 (ATF6)和转录因子x - box结合蛋白1 (XBP1) [8,16),这两个是ER应激标记。同样,缺乏内生MANF激活的蛋白质反应(UPR)通路和受损的神经突结果并通过UPR MANF条件删除小鼠神经元迁移(17,18]。
同时,MANF可以预防ER stress-mediated在神经元细胞死亡12)和其他组织,如肝脏、心脏和肾脏(19- - - - - -22]。MANF的显示保护功能的潜在治疗价值了ER应激相关的神经系统和代谢障碍,包括帕金森病(PD) (23),阿尔茨海默病(AD) [24)、中风(19),和糖尿病(25)(图1(一))。
(一)
(b)
尽管在临床前研究中,成功MANF尚未履行临床潜在的促进诊断或治疗。因此,在目前的审查,我们试图MANF在几个神经的功能和代谢紊乱与它的结构,说明了潜在的诊断或治疗的应用程序。
2。MANF的分子结构
MANF是一种进化保守蛋白表达在脊椎动物和无脊椎动物,以前认为是arginine-rich蛋白(1,26,27]。完整的人类MANF蛋白质,由4.3 kb基因编码的四个外显子和位于3 p21.2,由179个氨基酸与21个氨基酸作为一个信号肽(图2(一个))[1]。人类的MANF目前基因包含arginine-rich序列称为5的一部分UTR没有被翻译。成熟的分泌形式MANF含有158个氨基酸,和它的分子量是18 kDa [5]。Parkash等人解决了完整的晶体结构MANF分辨率2.8 x射线晶体学(4]。三维结构的n端(残留1 - 95)类似于saposin-like蛋白质(SAPLIPs)组成的5人α螺旋和一个310螺旋和配置成一个“封闭叶子”通过三种二硫桥(图结构2 (b))[4,5]。这n端促进MANF绑定直接硫苷脂和发挥保护作用[28),而糖基(残留104 - 158)类似于SAF-A / B,腺泡,和pia (SAP)蛋白质,含有一个松散α螺旋(α6)和两个连续α螺旋与helix-loop-helix DNA结合主题(α7和α8)(图2 (b))[1,5]。这SAP的域可以联系nucleotide-binding域ADP-bound免疫球蛋白heavy-chain-binding蛋白质(毕普),帮助MANF保持蛋白质折叠体内平衡(14]。
(一)
(b)
值得注意的是,c端MANF是同源域Ku70(一种抗凋亡蛋白通过互动proapoptotic Bcl-2-associated X蛋白(伯灵顿))SAP域。基于Ku70和SAP的结构相似性,一些研究人员预测,MANF可能充当Ku70 [5]。但是,没有证据显示之间的直接交互MANF和伯灵顿5,29日),而是通过一种蛋白激酶的连接/ MDM-2 p53通路(30.,31日]。同时,SAP像域名已被证实与p65交互促进MANF和负调控NF -κB信号在炎症和ER应激(32]。
此外,一些特定序列MANF糖基已经注意到,如CXXC和RTDL主题。CXXC主题是MANF的神经活动的关键。CKGC肽可以强有力地阻碍Fas-induced凋亡和中和生成的活性氧半胱氨酸残基(33]。也,MANF CKGC突变没有显示脑缺血大鼠模型中的保护作用和培养神经元中的survival-promoting函数(29日]。
至于胞内MANF, RTDL触发蛋白质从高尔基氏复合体修复ER。最后RTDL所在地的糖基Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL)和被KDEL受体ER膜(34]。当RTDL培养细胞被免职,MANF将专注于高尔基氏复合体和失去生长促进效果(34,35]。
3所示。MANF与ER应激相关蛋白质之间的相互作用
UPR的适应反应发生在急诊室爆发压力是通过毕普间接互动PKR-like ER激酶(活跃),激活转录因子6 (ATF6), inositol-requiring enzyme-1 (IRE1) [36]。毕普使IRE1和活跃不活跃和腔内域绑定到急诊室,在轻细胞,尽管这些ER应激相关蛋白,IRE1,咖啡馆,和ATF6被释放从毕普ER应激下,激活相应的路径(37,38]。具体来说,福利由transautophosphorylation激活,磷酸化真核起始因子2α(eIF2α),升级激活转录因子4 (ATF4)减弱蛋白质翻译通过下游转录因子切(39,40]。ATF6和毕普的条带干扰下ER应激导致ATF6转换到高尔基氏复合体。后两次劈理,ATF6转移到细胞核和激活URP目标基因41]。IRE1变构transautophosphorylation和调节x - box绑定激活蛋白1 (XBP1)乳沟内切核糖核酸酶,因此调节URP-related基因(42]。
先前的研究显示MANF之间的关联和其他ER应激相关蛋白(图1 (b))。胞内MANF水平可以通过毕普的过度表达,增强的关键调节器ER应激(43]。和MANF分泌受其绑定与钙依赖毕普[35]。目前,它是证明分泌MANF可以绑定到Neuroplastin (NTPN),细胞表面受体,并通过NF -调节炎性反应κB通路(44]。此外,MANF抑制ADP释放毕普因此稳定BiP-client复杂(14),而MANF之间的相互作用和毕普独立于它的cytoprotective对神经元的影响(13]。具体,MANF R133E、E153A R133E E53A突变阻碍毕普的交互和MANF,但是所有这些突变体并不能降低上颈神经节神经元生存在衣霉素。MANF表达式也可以由一个ER应激反应调节元素——(分散)II MANF发起人,被ATF6和XBP1 [16,45]。
4所示。功能MANF神经障碍
4.1。神经退行性疾病
神经退行性疾病都与衰老、进步和临床脑功能障碍和神经死亡无法治愈的病症,如帕金森病(PD)和阿尔茨海默病(AD)。众所周知,PD的典型临床症状包括运动徐缓,刚性,震动由于缺乏黑质多巴胺合成的(SN)引起的多巴胺能神经元死亡46]。自从佩特洛娃等人揭示MANF在多巴胺能神经元的选择性神经保护作用[1,47),越来越多的研究集中在阐明在PD MANF的作用和机制。
最近,一位来自芬兰的临床研究显示,循环MANF PD患者的浓度显著增加,暗示的潜在作用MANF作为早期PD的临床标记(48]。此外,新兴的证据表明,MANF防止多巴胺能神经元变性(49),特别是防止6-OHDA-induced多巴胺能神经的退化23]。MANF改善线粒体功能和减轻全身的注射氧化应激在MPTP药物/ MPP + PD模型(50]。考虑压力对MANF ER表达和分泌的规定,MANF保护DA神经元的分子机制主要集中在ER与压力相关的线粒体功能异常和细胞死亡,包括细胞凋亡和自噬(23]。在α-核蛋白诱导秀丽隐杆线虫PD模型,MANF沉默后失去了有益影响ER应激相关基因(哔UPR传感器IRE1、活跃和ATF6)或autophagy-related基因(例如,AMPK / mTOR) (7]。相反,MANF治疗提出了一个保护作用6-OHDA-induced神经毒性通过抑制AMPK / mTOR-mediated自噬(51]。同样,在SH-SY5Y细胞,6-OHDA和α-核蛋白诱导神经细胞凋亡显著,由MANF逆转治疗通过ER应激相关蛋白的upregulation毕普[52,53]。这些研究都表明,MANF可能具有调节ER应激相关的神经保护作用在帕金森病多巴胺能神经元死亡。值得注意的是,外生MANF 6-OHDA-induced减轻细胞损伤和氧化应激在SH-SY5Y细胞通过激活Nrf-2 GSK3 PI3K / Akt /β通路(54)和ROS-AMPK / mTOR通路(51]。超表达的区别和外生MANF可能归因于外生MANF不进入细胞5]。
阿尔茨海默病(AD)是另一种常见的神经退行性疾病引起的广泛存在和大量神经元损失(55]。最近在各种炎症模型研究表明:MANF防止炎症反应通过降低ER应激相关蛋白(56)和负调控NF -κB通路(32,57]。重要的是,β1-42显著诱导MANF表达式,伴随着ER stress-mediated神经元细胞凋亡在活的有机体内和在体外。此外,分泌MANF证明了神经保护作用β通过衰减ER应激毒性,证明通过可拆卸的内生MANF MANF超表达在体外(24]。
4.2。中风
2008年,MANF mRNA和蛋白被发现增加大脑皮层缺血后暂时性的啮齿动物模型(8]。随后,一系列的证据表明,预处理与MANF或重组AAV载体包含人类MANF cDNA (AAV-MANF)可以显著减少梗死面积,减轻认知障碍,改善预后在老鼠模型中(12,58- - - - - -60),表明MANF在缺血性脑损伤的保护。类似于神经退行性疾病,抑制大脑皮层的细胞坏死或凋亡毕普的差别,通过对这些p-IRE1, XBP1s导致MANF在缺血性脑损伤的神经保护作用[56,59]。此外,沈等人发现ischemia-induced MANF表达的活化的小胶质细胞通过调节ER应激(61年],扩大我们的理解在ischemia-induced MANF神经损伤的机制。此外,MANF还演示了通过激活促进血管生成的VEGF / VEGFR2途径[62年),促进迁移的神经祖细胞向梗死边界通过激活STAT3和ERK1/263年]。
5。MANF功能代谢紊乱
5.1。心肌缺血
Tadimalla等人在2008年发现,MANF表达增加边界区和梗死区与毕普与小鼠心肌梗死模型,这是增加ATF6-dependent地(64年]。MANF击倒的老鼠表现出显著增加心肌损伤和减少心脏功能在模拟缺血/再灌注(22]。相比之下,重组MANF保护心肌细胞缺血/ reperfusion-mediated细胞死亡和减少心肌损害心肌梗死模型通过降低ER蛋白质错误折叠(35]。这些结果可能表明MANF对心肌缺血的应用前景。
5.2。肝脏疾病
MANF参与多个肝分泌的蛋白质代谢疾病,包括病毒——或饮酒导致的肝损伤和癌症,通过与XBP1交互65年- - - - - -69年]。增强了详细的转录MANF XBP1激活(69年]。通过绑定XBP1s MANF也调节其表达。此外,不同来源的MANF在肝脏疾病中的作用是不同的。免疫细胞衍生MANF防止肝脏炎症和纤维化,而hepatocyte-derived MANF防止hepatosteatosis [68年]。
MANF对肝损伤的保护作用是首次报道在非酒精性脂肪肝病(70年]。MANF表达增加早期和逐渐减少之后在高游离脂肪酸在HepG2细胞刺激。的损失MANF加速脂肪生成和加重HepG2细胞脂肪变性。同时,MANF过度抑制脂肪生成,救出HepG2细胞脂肪变性游离脂肪酸治疗,表明MANF肝脂肪变性过程中可能是一个潜在的治疗目标(70年]。同时,MANF可以缓解食源性肥胖脂肪褐变和p38 MAPK途径的影响(71年]。同时,MANF被发现通过SUMOylation-related调节和抑制肝癌和炎症抑制NF -κB /蜗牛信号通路和epithelial-mesenchymal过渡(EMT) [67年]。SUMO1过度增加MANF核进口氧气和葡萄糖不足引起的小鼠肝细胞癌(OGD)和加强MANF和p65之间的交互。SUMOylation p65新兵MANF形成抑制因子复杂的关闭NF -κB信号,导致下游基因(Snail1和TNF -α)的NF -κB信号通路被抑制。随后,肝细胞EMT和肝癌抑制(67年]。
5.3。肾脏和胰腺疾病
MANF可以检测到尿液中足细胞的内质网应激模型,包括被动海曼肾炎和嘌呤霉素单核苷酸肾病(72年]。金等人首次报道,MANF可能担任尿ER应激生物标志物在ER stress-mediated肾脏疾病(72年,73年]。足突细胞ER应激的遗传性肾病综合征(NS)小鼠模型,MANF ER-stressed足细胞中分泌的诱导和蛋白尿的早期阶段。最重要的是,尿MANF排泄并发足细胞和肾小管细胞ER应激前临床或组织学表现相应的疾病(74年,75年),这表明MANF担任尿诊断,ER应激相关肾脏疾病预后的生物标志物。此外,MANF显示为一个ER钙通道稳定器在NS抑制足细胞损伤的小鼠模型通过修复漏水的2型阿诺定受体(RyR2) [21]。另外,MANF可以抑制炎症和肾M1巨噬细胞在急性肾损伤模型(76年]。
MANF也强烈表达胰腺外分泌和内分泌胰岛腺泡的细胞β肽(66年]。胰岛素生产β肽缺乏MANF发展严重慢性ER应激导致下降β细胞增殖和细胞死亡,最终导致1型糖尿病(近年来)66年,77年,78年]。最近,montas等人表现出MANF不足会导致功能障碍的人类β细胞和增加ER应激(79年]。相反,交付MANF通过病毒载体诱导小鼠胰腺再生β在近年来模型肽在体内,值得注意的是,增加两个老鼠和人类的扩散β的肽在体外(66年]。此外,MANF保护人类胰岛细胞通过抑制NF -κB信号通路和改善ER应激(80年- - - - - -82年]。因此,MANF可能是一个潜在的治疗目标,缓解压力,救助β肽和诱导β在糖尿病细胞再生。
6。诊断和治疗MANF视角
MANF目前被认为是一个潜在的诊断或预后标记和治疗目标由于其在多个ER应激相关疾病的保护作用。人类MANF多个gg重复的变化已被证实在几个肿瘤包括肺癌、乳腺癌、前列腺癌、食道癌和胰腺癌83年,84年]。此外,MANF超表达在肝癌发生风险高(85年]。类似地,患者MANF超表达有较短的整体存活率和progress-free生存在胆管癌86年]。除了肿瘤,MANF可能在一些代谢疾病诊断或预后因子。发现循环MANF升级在新诊断2型糖尿病比正常糖耐量(87年]。有趣的是,循环MANF显著降低多囊卵巢综合征(PCOS)患者胰岛素抵抗。与前面提到的研究相比,多元化的趋势可能是引起的疾病的不同时期。MANF降解增加长期ER应激但意味深长地升级后急性ER应激(10,80年]。对代谢紊乱与相对丰富的临床研究,MANF-related临床研究神经系统疾病似乎不太关心,虽然临床前研究表现出PD和中风的潜在治疗价值。MANF条款、ARP和头盔是用来搜索相关临床研究在中国临床试验注册中心和临床Trials.gov结果显示在表中1。
现有的研究主要集中在重组人类的角色MANF (rhMANF)补充。潜在的药物和监管影响MANF近日报道,如liraglutide [82年和丙戊酸88年]。所有的潜在药物针对MANF检索通过PubMed如表所示2。需要不断的努力去探索更多的药物在未来针对MANF。
7所示。研究前景
目前,MANF已经部分的结构和功能。MANF显示保护作用在中枢神经系统疾病和一些代谢疾病发挥了重要作用。此外,我们可以预期进展一些进一步的研究方向。首先,MANF相对的机制不清楚。目前,仅仅是一个研究显示分泌MANF及其受体的相互作用,通过NF - NTPN,调节炎症κB通路(44]。并没有其他证据显示MANF分泌功能。此外,目前的研究主要集中在MANF在ER应激机制。其他潜在的机制是很少了。除此之外,另一个未来的研究重点是加快MANF的转换和应用。本地管理重组MANF已经表现出一个优秀的神经保护作用,改善行为在一些神经系统疾病模型。然而,没有证据表明重组MANF的药效学和药动学。重组蛋白通常不稳定,容易衰弱。因此,紧急修改MANF以便我们能优化性能在药效学和药物动力学和最终实现临床应用。
8。结论
MANF在这里,我们总结了结构和显著证据强调MANF的重要功能代谢和神经系统紊乱。MANF可能是一个潜在的治疗目标,筛选药物调节MANF将促进各种疾病的治疗与ER应激有关。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突,关于这篇文章的出版。
作者的贡献
杨,丹阳刘、陈的申雪的贡献同样这项工作。丹阳刘、陈的申雪共同第一作者。
确认
我们感激刘阴教授语言精通。这项研究受到了中央大学的基础研究基金。