关于SNAREs蛋白复合物与囊泡融合分子调节机制的研究进展

　　细胞内大分子物质及颗粒性物质不能自由穿过细胞膜，必须以囊泡运输的方式进行跨膜转运，囊泡介导的转运方式，无论是正向或是逆向转运，都包括3个主要步骤，分别是外壳蛋白的选择，囊泡的出芽与形成和转运物质的选择。研究表明在囊泡运输过程中N乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNAREs）发挥着重要作用，自从SNAREs蛋白复合物被发现，它就作为细胞膜融合的关键组分而被广泛深入研究；现将SNAREs蛋白复合物与囊泡融合分子调节机制研究的最新进展进行综述。
　　1SNAREs核心蛋白的分子结构与功能
　　SNARE复合物指的是N乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体复合物，其由4个七肽重复序列的SNARE结构组成的螺旋形结构体，其中3个SNARE结构体会在细胞膜的特定位置进行锚定位，形成膜与膜之间的结合位点，被称为定位SNARE复合物（targetSNARE或tSNARE）；而第4个SNARE结构体可锚定在需要融合的膜上，称为囊泡SNARE复合物（vesicleSNARE或vSNARE），膜融合过程需要一系列如Synaptobrevins、Syntaxins和突触相关蛋白等SNAREs核心蛋白的分子的协同作用共同完成。
　　1。1SynaptobrevinsSNARE蛋白的氨基酸序列和胞吐作用已经得到广泛的研究，其中vSNARESynaptobrevins蛋白是由一组相对分子质量为19103的小分子蛋白组成，其参与Ca2依赖的囊泡融合作用。Synaptobrevins蛋白通过其C末端跨膜结构域促进SNARE的拉链样结合反应而实现囊泡融合。Synaptobrevins蛋白可被血清型为B、D、F和G的肉毒杆菌神经毒素（肉毒毒素）裂解而失去生物学作用，造成胞吐作用受到抑制。Synaptobrevins1和2在真核细胞均有表达，例如在神经肌肉接头、感觉细胞（如毛细胞等）和光感受器等，Synaptobrevins蛋白缺乏会使囊泡分泌功能严重受损以及完全抑制由Ca2诱导的囊泡分泌作用。
　　1。2SyntaxinsSyntaxins是镶嵌于胞膜的tSNARE跨膜蛋白，在膜融合过程和Ca2诱导的胞吐过程中，不同的Syntaxins蛋白功能结构域在融合过程的各环节都发挥着重要作用。Syntaxins具有单一的跨膜区结构域和胞内组成的SNARE复合体结构域（H3）和调节结构域（Habc）。Syntaxin蛋白的核心结构域由特定的synaptobrevin和SNAP25蛋白复合体组成；最近的研究表明，Syntaxin可被神经毒素BoNTC裂解，而抑制了Ca2诱导的神经元细胞和神经内分泌细胞分泌神经递质。Habc结构域是由3个螺旋折叠形成的一个封闭蛋白结构，在囊泡融合过程中封闭结构会解开而暴露SNARE结构域。Syntaxin与一系列融合调节蛋白相互作用，例如synaptotagmin，Ca2通道蛋白和存在于毛细胞的otoferlin蛋白，对胞膜融合起到精细的调节作用〔11〕。Syntaxin1A和syntaxin1B是大脑中主要的syntaxin异构体，但syntaxins3和3A主要存在于神经分泌细胞和视网膜细胞中；哺乳动物毛细胞表达syntaxin1A和syntaxin3，然而毛细胞SNARE复合物的分子确切机制还有待深入研究。
　　1。3突触相关蛋白（SNAP）SNAP是广泛表达于原核和真核生物中的tSNARE，在膜融合过程中起着重要作用。SNAP是缺乏跨膜结构域的胞质蛋白，其通过位于中心分子的棕榈酰侧链半胱氨酸残基形成的硫酯键附着于突触前膜上，SNAP25的两个蛋白螺旋结构是SNARE核心复合体的组成部分，在钙触发的胞吐作用中发挥重要作用。研究表明SNAP25基因敲除小鼠的钙触发胞吐作用严重受损，表明SNAP25在神经分泌的重要性；肉毒杆菌神经毒素BoNTA可裂解SNAP25，使tSNARE形成陷阱，从而抑制胞吐作用。SNAP23与SNAP25是同源异构体，是突触后膜谷氨酸受体蛋白的组成部分，这两个SNAP亚型是通过棕榈酰侧链连接到胞膜上；然而它们对肉毒毒素的敏感性不同，SNAP25的可被肉毒毒素BoNTA，C和E裂解，而SNAP23被肉毒毒素BoNTA和E裂解。
　　2SNAREs在囊泡融合中的作用SNAREs通过其稳定存在的三分子结构来连接囊泡膜和细胞膜，三个分子结构各由约60个氨基酸组成，其一是由synaptobrevin蛋白和syntaxin蛋白组合而成，另外两个由SNAP25组合构成的。SNAREs复合体精细的分子结构通过许多平行排列的蛋白螺旋结构相互缠绕，形成一个亮氨酸拉链样的嵌入式结构，该结构外周由1个亮氨酸残基和3个谷氨酰胺残基组合而成的重复模块组件。嵌入式结构延伸进入胞膜脂质双层，参与囊泡膜融合体的形成。亮氨酸拉链样嵌入式结构的相互连接，促使囊泡和细胞膜之间互相靠近，连接结构的构象改变与syntaxin和synaptobrevin蛋白特定结构氨基酸序列改变在囊泡融合中起到关键作用〔1920〕。SNARE的两个结构域通过跨膜结构域锚定在相互融合的两膜上，而tSNARE和vSNARE的介导使连接的两膜在特定的位置发生融合作用。绝大多数tSNARE复合体在螺旋束的中心位置都含有相对保守的谷氨酰胺序列，称为QSNARE蛋白，而在vSNARE的这个位置含有的是精氨酸序列，称为RSNARE蛋白。所有的SNARE复合物在膜融合的过程中产生催化功能，不同类型SNARE复合物在不同的膜转运过程中发挥作用。大量研究表明SNARE复合物参与酵母细胞内膜系统转运过程，包括那些参与内质网到高尔基体，高尔基体到囊泡，高尔基体到细胞膜转运和同型液泡融合等，大多数的酵母或哺乳动物的SNARE同源基因的功能相似。酵母含有5种RSNAREs（Snc1p，Snc2p，Nyv1p，Sec22p和Ykt6p），而哺乳动物细胞中含有至少10种（包括VAMPs1，2，3，4，5，7，8，sec22b，ykt6和tomosyn。因此，RSNAREs对哺乳动物细胞膜转运过程和协调哺乳动物生理功能起关键作用。在某些情况下，多细胞生物完成正常生理功能需要专门的膜结构，而在这些膜结构之间转运需要特定的SNAREs，称为组织特异性SNAREs。例如组织特异性SNAREs（包括syntaxin1A，SNAP25和VAMP2）能调节哺乳动物细胞囊泡的胞吐作用，而在酵母中没有同源蛋白的表达。VAMP5，属于质膜SNARE，主要是在肌肉细胞中，在诱导肌肉收缩过程中发挥作用。此外，syntaxin17主要在于类固醇激素合成细胞的滑面内质网中表达，而syntaxin11在免疫系统的特定转运过程中发挥重要角色。
　　3小结
　　SNAREs蛋白复合物在囊泡融合中起到核心的作用，亮氨酸拉链模式是诠释囊泡融合机制最有代表性的解说，然而其机制有待进一步的完善。对SNARE蛋白及其调控因素的研究，有利于更加深入了解SNAREs蛋白复合体调节囊泡融合未知的相关机制，从而为揭示囊泡融合过程提供可靠地科学依据。