中国细胞生物学学报Chine Journal of Cell Biology 2021，43(3): 626-633DOI: 10.11844/cjcb.2021.03.0017
组氨酸三聚体核苷结合蛋白1和2与
疾病相关的研究进展
马赛男李铁松+
(辽宁师范大学生命科学学院七鳃鳗研宄中心，生物技术与分子药物研发省重点实验室，大连116081)
摘要 组氨酸三聚体核香结合蛋白(H I N T)属于H I T蛋白超家族，///A77和///A T2基因分别位于人类染色体5q31.2和9p l l区域，编码产物分别是含126和163个氨基酸的蛋白，相对分子质量 分别约14 k D a和17 k D a，二者之间有61%的序列同源性。H I N T1在细胞中定位于细胞质和细胞核,
H I N T2定位于线粒体，二者在组织中分布广泛。H I N T1和H I N T2两个亚型均为肿瘤抑制因子，参与
细胞增殖和凋亡，H I N T1可通过调节W n t/p-catenin信号通路以及p27WP1、A P I、T F I I H、M I T F等转 录因子的活性抑制肿瘤，H I N T2可通过线粒体自噬和线粒体凋亡途径抑制肿瘤。该文就H I N T1和
H I N T2的发现、分布、结构、酶活性、肿瘤作用机制及其与其他疾病的关系进行了系统综述并进
行展望。为进一步揭示H I N T1和H I N T2在不同类型肿瘤中的分子抑制机制以及靶向治疗和药物研 发奠定了理论基础。
关键词组氨酸三聚体核苷结合蛋白；H I N T1;H I N T2；肿瘤；增殖和凋亡
Rearch Progress of Histidine Triad Nucleotide-Binding
出门打工的说说Protein 1 and 2 in Relation to Dias
王灿平M A Sainan,LI Tiesong*
(College o f L ife Sciences, Lamprey Rearch Center, Key Laboratory o f L iaoning Provincial Biotechnology and Drug Discovery,
Liaoning Normal University, Dalian 116081, China)
Abstract H I N T(histidine triad nucleoside-binding protein)belongs to the H I T protein superfamily.HINT1 and HINT2genes are located in the5q31.2 and9pll regions of h u m a n chromoso
me,respectively.The encoded products are proteins containing 126 and 163 amino acids,respectively.Their relative molecular mass are about 14 k D a and 17 k D a,respectively,and there i s61%quence homology between H I N T1and H I N T2.H I N T1i s located in the cytoplasm and nucleus,and H I N T2 i s located in the mitochondria,both of which are widely distributed in tissues.The subtypes of H I N T1and H I N T2 are tumor suppressor factors,which are involved in cell proliferation and apoptosis.
H I N T1can suppress tumors by regulating W n t/p-catenin signaling pathway,the activity of p27K J P I,A P I,TFIIH,M I T F and other transcription factors.H I N T2 can suppress tumors by mitochondrial autophagy and mitochondrial pathways of apoptosis.This article reviews the discovery,distribution,structure,en2yme activity,tumor mechanism and other related dia of H I N丁1and H I N T2.I t lays a theoretical foundation for farther revealing the molecular inhibitory
收稿日期:202(M丨-18 接受日期:2021-01-03
国家自然科学基金青年基金(批准号:3丨501907)和辽宁省教育厅科学技术基金(批准号:L2015287)资助的课题
*通讯作者。Tel**************,E-mail:*******************
Received: November 18, 2020 Accepted: January 3,2021
This work was supported by the National Natural Science Founciation of China (Grant No.31501907) and the General Scientific Rearch Fund of Liaoning Educational Programs for Innovation and Entrepreneurship (Grant N〇.L2015287)
♦Correspondingauthor.Tel:+86-411-85827079,E-mail:*******************
URL: www.cjcb/arts.asp?id=5493
马赛男等：组氨酸三聚体核苷结合蛋白1和2与疾病相关的研究进展627
mechanism of H I N T1and H I N T2 in different types of t umors,as well as targeted therapy and drug development.
K e y w o r d s histidine triad nucleotide-binding protein;H I N T1;H I N T2; tumor;proliferation and apoptosis
组氨酸三聚体(histidine triad,H I T)是一个具有 核苷酸水解酶和转移酶活性的蛋白超家族，因含有 高度保守的活性位点基序H x H x H x x而被人知晓，其 中H为组氨酸，x为疏水性氨基酸^1。H I T蛋白超家
族成员包括组氨酸三聚体核苷结合蛋白(histidine triad nucleotide-binding protein,H I N T)、脆性三联组氛酸(fragile histidine triad,F H I T)、1-隣酸半乳糖 尿苷酸转移酶(galacto-1-phosphate uridyltransfer-a，GalT)、失用症蛋白Aprtaxin和清道夫脱帽酶(decapping scavenger,D c p S)[3-61(图1A)，其中H I N T亚 家族最为原始，为H I T蛋白超家族中其他亚家族成 员的祖先[2]。人类基因组中包括三个H I N T亚家族 成员基因，分别为///yV77、///A T2和///A D[71。研宄 表明，H I N T1和H I N T2均为重要的肿瘤抑制因子，与 多种肿瘤的发生和发展密切相关。目前，H I N T3相 关研究较少，不确定其是否为肿瘤抑制因子，在H I T 蛋白超家族的进化树中，H I N T3与H I N T1和H I N T2 不在同一个小分支(图1B)，有文献表明，H I N T3 是H I T蛋白超家族的独特分枝％所以本文针对H I N T1和H I N T2的发现、分布、结构、酶活性、肿 瘤抑制分子机制及其与其他疾病的关系进行综述。
1H IN T的发现
1985年，M C D O N A L D和W A L S H P】在牛脑中分离出H I N T1，且该团队于1990年对其进行鉴定和分析，H I N T1最初被定义为蛋白激酶C抑制剂1(protein kina C inhibitor-1，P K C I-1)【1M3]，但此活性没有得到进一步证实。1〇^1!^等[|4]在酵母双杂交筛选系统 中发现,H I N T1能与P K C P结合，被鉴定为蛋白激酶C交互作用蛋白 l(protein kina interacting protein-1, P K C I-1)。随后，该蛋白被鉴定为腺苷结合蛋白且含 有组氨酸三聚体，最终被命名为H T N T1。H I N T2曾
(A)HIT
HINT
FHIT
HINT1
GalT
HINT2
Aprtaxin
HINT3 DcpS/DCS-1
(B)
49
50
86
H o m o sapiens HINT3
-----------------------------------H o m o sapiens G a l T
--------------H o m o sapiens FHIT
-%H o m o sapiens HINT2
H o m o sapiens HINT1
一H o m o sapiens Aprtaxin
■ H o m o sapiens DcpS 0.20
A: HIT蛋白超家族成员；B: HIT蛋白超家族进化树。
A: the members of HIT protein superfamily; B: the evolutionary tree of HIT protein superfamily.
图1 H I T蛋白超家族成员及进化树
F ig.l The members and e v o lu tio n a r y tr e e of HIT p: itein su p e r fa m ily
628.综述.
在人的正常结肠和肝癌细胞中被克隆出。
2 H IN T的分布
//7A77和M A T2基因分别位于人类染色体5q31.2和9pll，编码产物分别是含126和163个氨基酸的蛋白, 相对分子质量分别约14 k D a和17 k D a^6]。_77和
///A T2基因之间有61 %的同源性[17】，与H I N T1相比，H I N T2的N-端有35个氨基酸延伸，对应于预测的线 粒体输入信号[|81。H I N T1在细胞中定位于细胞质和 细胞核，H I N T2定位于线粒体。H I N T1广泛表达于 人和其他哺乳动物的组织中，在脑和脊髓中表达量 最高H I N T2在人的肝脏、肺、脑、肾脏等多 种组织中都有表达，其中在肝脏中表达量最高[18,22]。目前，在动植物、真菌甚至在最小最简单的细胞支 原体中都发现了H I N T1蛋白的同源物[23-28]，而H I N T2 只在哺乳动物中被证实[〜9]。
3 H IN T的结构
结构分析表明，H I N T1是一个嘌呤核苷酸结合 蛋白且是同源二聚体蛋白[3M1]，由a螺旋和P折叠构 成，在H I N T1同源物的研究过程中发现，其每个亚基 包括两个a螺旋和五条卩折叠，其中a螺旋1(氨
基酸 18~24)和五条(3折叠的一端结合，而a螺旋2(氨基酸 68〜86)和折叠的另一端结合，两个亚基形成一个同源 二聚体[3|]。H I N T2也是一个同源二聚体蛋白且结构 由a螺旋和P折叠构成。二者所具有的(a+p)类型的结 构在同源二聚体结构的形成中发挥着重要作用，是 H I N T同源二聚体结构保守的基础〜，二聚体结构对 于维持其酶活性是必需的[32]。如图2所示，H I N T1和 H I N T2含有一个共同的保守结构域，即PKCIrelated。
4 H IN T的酶活性
H I N T具有核苷酸转移酶和水解酶活性l3'B I E-G A N O W S K^™利用液相色谱检测兔的H I N T1对 各种核苷酸的催化效率，结果表明，催化效率由高至 低依次为 A M P N H2>I D P、8-Br-A D P>G D P、A D P、I D P、A p p A、N A D和N A D H。H I N T高度保守的活性 位点基序H x H x H x x表现出催化活性，第一个组氨酸 不参与反应，第二个组氨酸是高度保守的，并参与第 三个组氨酸的催化作用[17]。与H I N T1相比，H I N T2具 有腺苷磷酸化酶活性[34]。H I N T的反应底物不同，催 化效率不同，不同物种的H I N T对同一核苷酸的催化 效率也会不同[351，研宄发现,H I N T1的部分功能与其 酶活性无关[W6]。
5 H IN T与肿瘤
研究表明，H I N T1和H I N T2都对肿瘤细胞有抑 制作用。某些基因的表达水平发生改变，如癌基因
的激活或抑癌基因的失活，使细胞具有无限增殖的 能力，最终导致肿瘤的发生[37_38]»
5.1 HINT1的肿瘤作用机制
研究发现，H I N T1可抑制包括肝癌％、恶性黑 素瘤非小细胞肺癌[41]和结肠癌[42]在内的多种人 类肿瘤细胞的增殖。51；等[43]通过建立///A77基因敲 除小鼠模型发现,///A T i基因的缺失可以促进小鼠 胚胎纤维原细胞(mou embryonic fibroblast,M E F)的永生华，增强小鼠对电离辐射的抵抗能力，增强 小鼠对肿瘤形成的敏感性，表明H I N T1可能具有肿 瘤抑制作用。c D N A芯片技术及半定量R T-P C R的方法表明，///iV77在黑素瘤中低表达。基因克隆技 术及构建///A77重组真核表达载体，转染并筛选出 稳定转染且能高表达///A77的单克隆人黑素瘤细胞 A375，这为后期研究///A77基因在人黑素瘤中具体 的作用机制建立了合适的细胞模型，经研宂发现，高 表达///A77可抑制A375细胞的增殖并促进其凋亡[44]。
能抑制人S G C7901胃癌细胞增殖且增强胃癌
I16________________________L J S126华怎么组词
Homo sapiens HINT1 PKCI一related
r:=......53______________________125H'3
Homo sapiens HINT2 PKCI related
HINT1和HINT2的保守结构域(PKCI_related)分别位于氨基酸(16〜118)和氨基酸(53〜155)。HINT2与HINT1比对，N-端有37个氨基酸延伸，对应于预测的线粒体输入信号。
The conrved domains (PKCI related) of HINT 1and HINT2 are located at amino acid 16 to 118 and amino acid 53 to 155, respectively. Compared with HINT1, HINT2 has a 37-amino acid extension at the N-terminus, which corresponds to the predicted mitochondrial input signal.
图2 H I N T1和H IN T2保守结构域
F ig.2C o n r v a tiv e d o m a in s o f H IN T1a n d H IN T 2
马赛男等：组氨酸三聚体核苷结合蛋白1和2与疾病相关的研宄进展_____________________________________________629
细胞的放射敏感性|45]。腺病毒转染///A77在143B和 M G63细胞系中过表达可抑制细胞增殖、阻滞细胞 周期并增加细胞凋亡w。H I N T1主要的肿瘤抑制机 制如下。
5.1.1 H I N T1与D N A甲基化■目前的研宂表明，基因表达改变的机制主要有遗传学机制和表观遗 传
学机制。表观遗传学机制指核苷酸的序列不发 生改变，包括非编码R N A、染色体重构、组蛋白 修饰以及D N A甲基化1471，其中D N A甲基化是最主 要的方式[$49]，其在转录水平上影响基因的表达。
D N A甲基化是一个可逆性的过程，是肿瘤发生发展 过程中的早期事件，研宄发现，H I N T1在黑素瘤组织 中低表达，由于启动子区域高甲基化，导致///7V77基 因在转录过程中受阻，进一步影响到H I N T1蛋白的 表达，可能参与黑素瘤的发生发展，这也是多种抑癌 基因失活的重要机制
5.1.2 H I N T1与W n t信号通路W n t信号通路可
参与调控细胞的增殖与凋亡过程该信号通路
的异常与肿瘤的发生发展相关[52_531。研宂发现，Pontin(214〜295)和 Reptin(218〜289)为 H I N T1的结合 位点，H I N T1可与二者直接结合，构成P-连环蛋白 ((3-catenin)的配体[541，在人的结肠癌细胞系S W480中抑制T细胞因子(T cell factor,T C F)-p-catenin介导的转 录调控作用，抑制一些相关基因，如轴抑制蛋白2(axis inhibition protein, 2 尤c i«2)和细胞周期蛋白 D l(C_yc"« £)/)[551的转录，从而抑制肿瘤细胞的增殖。
5.1.3 H I N T1与凋亡相关基因 研宂人员将///A77 基因过表达于人胚胎肾细胞H E K293、人肺癌细胞 S W48及胸腺癌细胞M C F-7中，检测凋亡相关基因的 表达，如促调亡因子5<zx基因和调亡抑制因子
基因的表达情况。研宄结果表明，H I N T1过表达能 够通过上调B a x以及下调Bcl-2的表达水平诱导癌细 胞的凋亡l3W61。
5.1.4 H I N T1 与p27K l P1研宂表明，H I N T1可调 节细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子p27wpl的水 平，细胞周期调控机制紊乱与肿瘤发生密切相关，蛋白在人体部分肿瘤中表达量降低，H I N T1上 调p27K l p l的细胞水平的机制可能通过靶向S C F SKK泛 素连接酶复合物来抑制其泛素化或通过抑制Src的表达来抑制Src对pS?—1的磷酸化，因此，H I N T1能够 通过调节p27KnM的活性来抑制肿瘤细胞的增殖[571。5.1.5 H I N T1与A P-1转染 编码S H3结构域蛋白(protein“plenty of S H3 domains”，P O S H)的质粒D N A
可以刺激c-Jun的憐酸化和活化蛋白-1(activator pro-tein-1,A P-1)的活性，与H I N T1共转染反而抑制二者 活性。免疫共沉淀研宂表明，H I N T1与P O S H和c-Jun 氨•基末端激酶(c-Jun N-terminal kina,J N K)在体内 形成复合物[42’58丨H I N T1通过与P O S H-J N K2复合物 结合抑制A P-1活性，从而抑制c-Jim的磷酸化，这一 作用可能有助于H I N T1的抑癌作用。
5.1.6 H I N T1与其他转录因子 H I N T1与细胞周
期蛋白依赖性蛋白激酶7(cyclin-dependent protein kina 7,C d k7)相互作用，从而调控基础转录因子
办公室恋情
T F IIH与其靶基因的结合[7#。H I N T1能够抑制小眼畸形相关转录因子(microphthalmia inducing transcription factor,M I T F)的转录活性, M I T F在肥大细胞 及黑素细胞等的生长发育中发挥十分重要的作用，H I N T1能够抑制M I T F的转录活性，研宂表明，H I N T1可能与细胞的生长发育相关[6<\
5.2 H1N T2的肿瘤作用机制
H I N T2蛋白存在于线粒体，线粒体是大多数真 核细胞中都存在的、在细胞能量代谢过程中起关键 作用的细胞器，对于维持细胞正常的生命活动是十 分重要的。研宄显示，与正常组织相比，结肠癌中 H I N T2的表达量降低[611，利用小干扰R N A技术下调 结肠癌细胞H I N T2的表达，发现其侵袭及迁移的能 力明显增强；H I N T2在人乳腺癌细胞株M C F7中髙表 达能增强其对紫杉醇注射液的敏感性[621，结果表明，H I N T2可抑制肿瘤细胞的增殖。H I N T2主要的肿瘤 抑制机制如下。
废物回收5.2.1 H I N T2与细胞自噬 自噬是参与膜、蛋白质、病原体以及细胞器运输和降解的细胞过程[631，是在 细胞应激条件下诱导的高度保守的分解代谢过程，在能量或营养不足的情况下，自噬可防止细胞损伤, 维持细胞生存，还可以对细胞毒性损伤作出反应^ 因此，自噬主要具有保护细胞的功能，使其适应环境 的不断变化lM1，这个基本的细胞过程在发育、可塑 性以及对疾病和损伤的反应中至关重要163]。通过双 向电泳结合串联质谱分析发现，H I N T2在饥饿处理 引起自噬的细胞中表达量明显降低，用自噬抑制剂 3-M A处理过的细胞在相同条件下前后无差异，由于 H I N T2蛋白定位于线粒体，
所以H I N T2蛋白被认为 是一种自噬相关的候选线粒体蛋白[651。自噬在肿瘤 发生过程中可以使肿瘤细胞失去生存的能力，进而
630.综述.
抑制肿瘤的生长，因此，H I N T 2可能通过自噬抑制肿 瘤的生长。
5.2.2 H I N T 2与线粒体
成年小鼠心肌梗死后过
表达H I N T 2可通过维持线粒体N A D 的稳态保护其心 脏功能[291。研宂发现，H I N T 2可通过线粒体凋亡途 径促进肿瘤细胞凋亡，抑制肿瘤细胞增殖，并且可在 肿瘤迁移过程中发挥重要作用l6M8]。肝癌细胞中的
H I N T 2与正常肝细胞中的H I N T 2相比，表达量较低，
高表达H I N T 2的肝癌细胞可促进Caspa 介导的细 胞凋亡，从而抑制肝癌细胞的生长【69〗。
6 H IN T 与免疫
有研宄显示，利用鲍血淋巴细胞全长c D N A 文 库筛选出了四个鲍免疫相关全长基因，其中包括 ///；V 77基因，利用分子生物学、生物信息学分析等 技术对鲍H I N T 1的结构进行研宂，经脂多糖(lipo -
polysaccharides , L P S )刺激后，鲍H I N T 1表达量上升，
表明鲍H I N T 1与免疫功能相关^。在经过L P S 刺激 的高表达H I N T 2的HaCat 细胞中，发现促炎因子肿瘤 坏死因子-a(tumor necrosis factor -a , T N F -a )和白介 素-6(interleukin -6, IL -6)低表达，而抗炎因子IL -10高 表达，表明H I N T 2与免疫和炎症反应相关M 。
7 H IN T 与其他疾病
除了与肿瘤密切相关外，H I N T 与精神分裂症、 脑老化和肝纤维化等人类疾病也关系密切，其中
H I N T 1在这三种疾病中都有研宂(图3)。
7.1 HINT 1与精神分裂症
H I N T 1在中枢祌经系统中高表达，这揭示了其
在精神疾病方面可能发挥重要作用[72]。研宂发现， 精神分裂症患者的背外侧前额叶皮层H I N T 1低
水平 表达且///7V 77基因位于与精神分裂症高度相关 的基因位点(5q 31.2)[76_77]，表明H I N T 1与精神分裂症 有关，精神分裂症是一种常见的精神疾病，H I N T 1与 精神分裂症的关系可能仅出现于男性患者中[78_79]。 精神分裂症的病因较为复杂，包括表观遗传变化和 遗传易感性与环境的相互作用[8\研宄发现，精神 分裂症发生的原因可能是缺乏H I N T 1进而导致突触 后多巴胺传递异常[811，也有研究发现,///A T 7基因突 变可导致精神分裂症。7.2 HINT 与脑老化
脑老化是许多神经性疾病如阿尔茨海默病(Al
zheimer’s dia , A D ) 的主要症状之一，但脑老化的
机制复杂，目前仍不清楚。研宄人员对倭狐猴颞叶 皮层转录组进行分析，发现年轻并且健康的动物的
LPS
Pontin
Reptin
p-catenin
TCF-B-catenin i
:t c f J (j c f }
Axin2CyclinDI
安身立命的意思
Cell cycle arrest (G,/S)
POSH-JNK2
complex
Bax Bel -：
AP-1P c-Jun f
Immune inflammation
related
'caspaso
C a n C C r
Gene mutation
卡通人物图Schizophrenia
->
TGF-pl/Smad3 P-catcnin/Cyclin D11 Smad7 t
Differential expression
Liver fibrosis
Promote
Inhibit
Brain aging related
"…> Directly promote
t Uprcgulating i
Downregulating
图3肿瘤、免疫及其他疾病(与HINT1和HINT2相关）
Fig.3 Cancer, immune and other dias (HINT1- and HINT2-related)
HINT1 t ][ HINT2 * ]
L
TNF-a, IL-6 .
II -l 〇 *
，
\
Autophagy HINT2 ♦
Apoptosis
理查德费曼I
p i
p i 11S H
