2016, Vol. 30
2. 青岛大学医学院附属烟台毓璜顶医院耳鼻咽喉头颈外科， 山东 烟台 264000
2. Department of Otolaryngology ＆ Head and Neck Surgery, Yantai Yuhuangding Hospital, Medical College of Qingdao University, Yantai 264000, Shandong, China
肌成束蛋白(Fascins)是由Bryan等[1]于上世纪70年代从海胆卵母细胞胞质中发现，因其与Factin紧密结合并稳定成束而得名。肌成束蛋白(Fascins)组成一个单体蛋白质家族，Fascins蛋白家族是结构独特、进化保守的一组肌动蛋白交联蛋白，位于细胞膜皱襞、微棘及应力纤维，控制肌动蛋白微丝有序、紧密和平行的排列与聚集。Fascins在以肌动蛋白为基础的两种主要结构形式的形成中发挥作用，它们分别是动态性皮质结构和胞质微丝束。皮质结构(包括丝状伪足、钉状突起、肌动蛋白网、卵母细胞微绒毛及树突状细胞的树突等)在细胞基质黏附、细胞相互作用(信息交流等)、细胞迁移起作用，并参与细胞表面突起和体细胞骨架束组成[2]。
一般来讲，脊椎动物的Fascin家族包括三个亚型(Fascin-1、2、3)，它们所编码的蛋白质具有高度相似的氨基酸序列[3]，在大多数脊椎动物体内均表达Fascin-1，尤其在大脑、卵巢、睾丸中有较高的表达。最近研究表明[4-5]，Fascin-1在许多上皮来源的肿瘤细胞及肿瘤组织中表达上调，并与肿瘤的侵袭及转移有关，Fascin-1蛋白在肿瘤细胞侵袭性足突状结构Invadopodia中能起到稳定肌动蛋白束的作用，推测Fascin-1蛋白增加了肿瘤转移的可能性[6]。Fascin-1在特定的成熟树突细胞(DC)中表达，可用于以DC为靶点的抗癌治疗。睾丸Fascin即Fascin-3，特有的在睾丸中表达[2]。Fascin-2在视网膜感光细胞内外段表达，而这些片段是由富含肌动蛋白纤毛连接而成，所以Fascin-2对感光细胞的形态变化起重要作用。另外，Fascin-2蛋白大量存在于毛细胞的静纤毛，并保持静纤毛的长度。近年来Fascin-2 的表达成为研究听力减退机制的热点[7-8]，本文就Fascin-2在视网膜色素变性和渐进性听力减退中作用进行综述。
1 Fascin-2基因突变对视网膜感受器的影响原发性视网膜色素变性 (retinitis pigmentosa, RP)是一种具有遗传和临床异质性的渐进性视网膜退化性疾病，主要由于视网膜感光细胞和色素上皮细胞变性所致，其临床表现为夜盲、渐进性周边视野缺损。在疾病的晚期阶段，有视网膜内的和视网膜前的黑色素沉积，视网膜血管变细，视网膜色素上皮细胞缺失以及视神经苍白，最终导致中心视力丧失，该病的发病时间从幼儿到中年，在西方发病率约为1/4 000～5 000[9]。人类视网膜色素变性疾病与犬类动物中的渐进性视网膜萎缩有着相似的临床表型和病理学特征，被视为同源性疾病[10]。目前，在人类基因谱中发现有近36种基因与视网膜色素变性疾病相关。 视网膜色素变性可以是常染色体显性遗传、隐性遗传或伴X染色体遗传的方式，约有1/3的患者为常染色体显性遗传。其中Fascin-2基因与以肌动蛋白为基本成分的纤毛质膜有密切联系，并在感光器圆盘的形成中起重要作用。Fascin-2基因突变改变肌动蛋白的聚合活动和感光细胞肌成束蛋白的活动，从而导致视网膜营养障碍引发视网膜退化[11]。
Wada等[12]报道，视网膜Fascin-2基因突变是引起常染色体显性遗传性视网膜色素变性及常染色体显性遗传性黄斑变性的主要因素，在日本所有参与试验的患者均为 208delG突变的杂合子。Fascin-2 基因位于人类17号染色体q25，编码516种氨基酸，在视网膜感光细胞中表达并能诱导肌动蛋白交联，表明Fascin-2基因在维持光感受器的形态尤其是外节段光感受器的形态起着重要的作用。应用208delG突变杂交小鼠来研究Fascin-2基因突变在患者视网膜色素变性中可能发生的机制，发现该 Fascin-2突变小鼠中视网膜提取物缺乏表达Fascin-2 的信使RNA，这表明Fascin-2单倍剂量不足可能会引起常染色体显性遗传性视网膜变性[13]。该种Fascin-2突变小鼠出现渐进性感光细胞退化，这与Fascin-2单倍剂量不足(haplo-insufficiency)会导致视网膜变性的观点相一致。Fascin-2单倍剂量不足是指Fascin-2基因突变后，其等位基因能表达，但只有正常蛋白质水平的50%，不足以维持正常细胞的功能。最近研究发现PRPF31突变会导致Fascin-2转录的前信使RNA剪接缺陷，表明Fascin-2是导致视网膜变性的PRPF31的效应器。膜卷曲基因相关蛋白(MFRP)基因突变在视网膜色素上皮和睫状体表达，并引起人类小眼畸形伴视网膜色素变性和鼠类感光细胞退化。研究表明[14]，MFRP突变显著减少Fascin-2的转录水平，使其编码的感受器细胞外节段蛋白含量减少，导致不能形成光感受器外节段或使外节段感受器细胞排列紊乱，随后发生光感受器退化，这与Fascin-2单倍剂量不足(haplo-insufficiency)的小鼠模型产生的形态相似。
2 肌动蛋白交联蛋白Fascin-2对静纤毛生长的调节听力减退是最常见的感觉障碍，近年来临床调查表明明显听力障碍者约占世界人口总数的7%～10%，所以对耳聋机制的研究尤为重要。引起听力损失的因素多种多样，除噪音、耳毒性药物的应用、病毒、细菌感染等因素外，有近一半的听力损失是由基因突变所引起的遗传性聋[15]。Fascin-2是一种肌动蛋白交联蛋白，在鸡和小鼠螺旋器中，Fascin-2蛋白大量存在于毛细胞的静纤毛，集中分布于纤毛束最长的静纤毛的顶端，当静纤毛分化增长时，Fascin-2 表达增加，提示Fascin-2控制着静纤毛的增长[7]。表达突变Fascin-2的小鼠具有渐进性、高频听力减退以及特定毛细胞纤毛束软化等共性[8]。
静纤毛是听觉感觉毛细胞上富含肌动蛋白的突出物，毛细胞为感受声波刺激的感觉上皮细胞，从顶面观，毛细胞排列成弧形，当有声波刺激时，毛细胞顶端的静纤毛摆动，将声波的机械能转化为听神经纤维上的神经冲动，后者被传送到大脑皮质的听觉中枢产生听觉。在哺乳动物中，听觉毛细胞中的静纤毛不可再生，因此对于静纤毛的维持和保护极为重要。
研究表明毛细胞在不同的阶段控制着静纤毛的长度、宽度及数量，而相应的关键蛋白必须在这些阶段表达。肌动蛋白微丝在耳蜗毛细胞的发展中分3个阶段：①静纤毛快速生长阶段，其长度可达1.5～2.0 μm ，起初肌动蛋白微丝排列紊乱，但逐渐在电子显微镜下可见肌动蛋白交联，并组织微丝呈紧密平行束状排列；②静纤毛生长减缓阶段，此阶段静纤毛延伸率较小，但肌动蛋白微丝以静纤毛为中心在其边缘新生，增加的纤维数量可达顶回毛细胞的4倍；③静纤毛继续生长至成熟的长度。这3个阶段的离散特性表明静纤毛长度及微丝数量的调节对静纤毛的形成有至关重要的作用[16]。
Fascin-2作为耳蜗毛细胞的进一步交联蛋白，Tilney等[17]认为，可以由控制肌动蛋白交联蛋白的表达及其活动来形成肌动蛋白束的稳定序列。他们提出通过逐渐增加肌动蛋白交联蛋白的含量，静纤毛肌动蛋白可能会逐渐形成并减少包装过程中产生的缺陷，他们的推测在体外实验中已经被证实。Fascin2从E7到E21表达含量逐渐增加，并且在这个阶段耳蜗毛细胞束中是含量最丰富的肌动蛋白交联剂，尽管在早期阶段肌动蛋白交联蛋白含量较低(E7-9仅是E21的3%)，但Fascin-2只针对静纤毛进行调节，Fascin-2在整个耳蜗中的总浓度与静纤毛中肌动蛋白细丝的总长度相对应，在耳蜗毛细胞发育的第2个阶段中，当新的肌动蛋白微丝以静纤毛为中心在其边缘新生时，Fascin-2的表达水平可达最初水平的4倍，此时最大的静纤毛肌动蛋白细丝量也可达到4倍。同样地，在耳蜗毛细胞发育的第3阶段，Fascin-2水平增加3倍，与此同时整个的肌动蛋白细丝在静纤毛中含量增加2倍。
研究发现[7]，肌动蛋白和肌动蛋白交联蛋白共同维持着静纤毛的长度和听觉功能，表达突变的Fascin-2或缺乏β-肌动蛋白的小鼠具有渐进性、高频性听力减退和特定毛细胞纤毛束软化等共性。Fascin-2的交联功能主要体现在减缓静纤毛顶端肌动蛋白的解聚，从而保持静纤毛的长度。
静纤毛的长度和持久性也可能依赖于最小的肌动蛋白来监管，静纤毛肌动蛋白非常稳定[18]，肌动蛋白及其所监管的静纤毛长度有长达一个半月的半衰期[19]。如果缺乏肌动蛋白可以导致小鼠出现渐进性、高频性的听力损害及毛细胞纤毛束软化等现象，表达Fascin-2突变后的静纤毛与β-肌动蛋白敲除后的毛细胞有相似的表型，双突变小鼠(即缺乏β-肌动蛋白又缺乏Fascin-2 p.R109H)比单突变小鼠更早的引起高频性的听力减退，但在形态学上表达相似的毛细胞退化，这表明Fascin-2和β-肌动蛋白共同调节肌动蛋白的动力学从而共同阻止毛细胞静纤毛缩短[7]。
3 Fascin-2与CDH23的共同作用静纤毛的稳定也依赖于毛细胞的顶连接，毛细胞的顶连接是由两个耳聋相关的钙黏蛋白-23(cadherin-23)和原钙黏蛋白-15(protocadherin-15 )同源二聚体经反式作用所形成，其作用是连接静纤毛并构成机械性电传导通道(mechanoeletrical transduction,MET)。 顶连接是内耳感觉毛细胞MET系统的重要组成成分，控制着将外界声音的刺激及头部运动的机械性刺激转换为电化学信号的纤毛束的摆动及钙离子通道[20]。在静纤毛生长发育过程中，如果缺乏毛细胞顶连接会引起2~3排的静纤毛束的缩短，这表明毛细胞顶连接与机械性传导通道的活动相关并控制着肌动蛋白的稳定性[21]。成人的顶连接作为一种钙黏蛋白-23ahl等位基因在稳定静纤毛上也起着重要作用，研究发现，在近亲交配的小鼠中，如果编码的钙黏蛋白-23基因突变，会导致老年性耳聋(AHL)和/或非综合征性常染色体隐性遗传型耳聋[22]，所以毛细胞顶连接也在维持静纤毛的稳定中起着上调的作用。肌动蛋白、肌动蛋白交联蛋白等细胞骨架蛋白通过一种共同的途径调控静纤毛的长度、结构和功能，并与组成顶连接的钙黏蛋白相关[7]。
4 新的数量性状基因位座对听力的影响在耳聋基因研究中，常将DBA/2J品系的小鼠作为一种早发性、渐进性听力损害的模型。DBA/2J小鼠在7个月以前就表现出早发性、连续性、渐进性、高频性的听力损害。2~3个月左右的DBA小鼠在高、中、低频均有听力减退的表现，实验用B6与DBA小鼠杂交对影响听力减退的基因进行分析，并监测2~3周到12周的小鼠4 KHz、8 KHz、16 KHz、32 KHz的听觉脑干反应(ABR)，结果发现除对高频性听力减退有影响的11号染色体上的Fascin-2基因位座外，还发现有一种新的、小的位于18号染色体的数量性状基因位座ahl9[23]。除与ahl(Cdh23ahl)和ahl8(Fscn2ahl8)影响有关外，认为听力损失也与位于5号染色体50.3-54.5,64.6-119.9 和119.9~137.0 Mb区间的三种新的数量性状位点(QTLs)相关，这就增加了Cdh23ahl等位基因和其他显性的数量性状位点对听力损失的共同作用。Fascin-1是一种功能强大的候选基因，因为它是与Fascin-2平行进化的同源基因并像Fascin-2一样能够结合肌动蛋白细丝[24]。Actb也是一种功能性的候选基因，雌性Actb-flox小鼠与雄性 Foxg1-cre小鼠杂交显示与年龄相关性的静纤毛退化和D2J小鼠短的静纤毛表型相似[25]。
5 小结及展望综上所述，Fascin-2基因突变对早发性、渐进性听力减退及视网膜色素变性有重要的作用，并与肌动蛋白、钙黏着蛋白23及新的数量性状位点有着共同的调节作用，但单因素的Fascin-2基因突变对听力损失及视网膜色素变性的影响程度并无明确指标，对单因素Fascin-2基因及其与新的数量性状位点基因相互作用对听力及视网膜的影响有待进一步研究。我们应用一种崭新的分子生物学工具TALEN技术，在B6小鼠基础上敲除Fascin-2基因，通过杂交得到纯合子使其稳定遗传，从而动态观察Fascin-2(-/-)小鼠听力变化、毛细胞缺失以及视网膜变性的病理学特征，为遗传性耳聋及RP的认识及治疗提供思路。
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