Pld1基因编码的磷脂酶D1(PLD1)是一种重要的酶,它在多种生物学过程中发挥着关键作用。PLD1主要催化磷脂酰胆碱(PC)转化为磷脂酸(PA),这一过程在细胞信号传导、细胞骨架重组和囊泡转运等方面具有重要作用。PA作为一种第二信使,参与调节细胞内多种信号通路,包括PI3K/AKT、ERK1/2等,影响细胞的增殖、分化和凋亡等生物学行为。
PLD1在卵母细胞减数分裂过程中发挥重要作用。研究表明,PLD1在卵母细胞减数分裂过程中稳定表达,并与纺锤体、RAB11A+囊泡和自噬体直接相互作用。遗传或化学抑制PLD1会干扰微管组织中心(MTOC)的聚集、纺锤体组装及其皮质迁移,同时降低PtdIns(4,5)P2、磷酸化CFL1(p-CFL1[Ser3])和ACTR2的水平及其在MTOC、纺锤体和囊泡上的定位。此外,在PLD1抑制的卵母细胞中,囊泡大小显著减小,而细胞质中的F-肌动蛋白密度急剧增加,自噬体的不对称分布被破坏,整个自噬过程显著增强。外源性添加PtdIns(4,5)P2或过表达CFL1超磷酸化突变体(CFL1S3E)可以显著改善PLD1耗尽的卵母细胞中极性MTOC聚焦和纺锤体结构,而过表达ACTR2可以挽救MTOC聚集、纺锤体组装及其不对称定位[1]。
PLD1在自噬过程中发挥重要作用。HS1BP3是一种PX结构域蛋白,它是自噬体的形成中的负调节因子。HS1BP3定位于ATG16L1-和ATG9阳性的自噬体前体,这些前体来自再循环内体,并与LC3阳性的吞噬泡融合。HS1BP3的PX结构域与磷脂酸(PA)和3'-磷酸化的磷脂酰肌醇相互作用。当HS1BP3耗尽时,细胞内PA含量增加,这源于PA产生酶PLD活性的增加以及PLD1向ATG16L1阳性膜的定位增加。研究表明,HS1BP3通过降低ATG16L1阳性自噬体前体膜的PA含量,抑制PLD1活性和定位来负调节自噬[2]。
PLD1在神经元发育中发挥重要作用。研究表明,PLD1与蛋白激酶D1(PKD1)相互作用,并通过激活PKD1来促进树突棘的形态发生。PLD1的敲低导致树突棘密度和面积的减少,而过表达PLD1则增加树突棘的密度和面积。PLD1通过调节N-钙粘蛋白的膜水平来促进树突棘的发育。进一步研究表明,PLD1对表面N-钙粘蛋白的调节与ADAM10介导的N-钙粘蛋白裂解有关[3,8]。
PLD1在肿瘤发生发展中也发挥重要作用。在胰腺导管腺癌(PDAC)中,PLD1与核磷蛋白1(NPM1)结合,触发NPM1的核转位,NPM1作为转录因子上调IL7R表达。IL-7结合IL7R后,激活JAK1/STAT5信号通路,增加抗凋亡蛋白BCL-2的表达,从而诱导吉西他滨耐药性。PLD1抑制剂Vu0155069靶向PLD1,诱导吉西他滨耐药的PDAC细胞凋亡。PLD1通过与非酶相互作用结合NPM1,进一步促进下游JAK1/STAT5/Bcl-2信号通路,抑制任何通路参与者都可以增加吉西他滨敏感性[4]。
PLD1在血管疾病中也发挥重要作用。研究表明,PLD1缺乏抑制了损伤血管的内膜形成。PLD1缺乏通过抑制ERK1/2和AKT信号通路减少了血管平滑肌细胞(VSMC)的增殖。免疫组化染色和流式细胞术分析显示,PLD1缺乏的VSMC中活性氧(ROS)水平降低。过氧化氢刺激增加细胞内ROS,恢复了PLD1缺乏的VSMC中ERK和AKT的活性,而N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)清除剂降低了野生型VSMC中ROS的水平,从而降低了它们的活性。这些结果表明,PLD1在血管疾病中发挥重要作用,PLD1通过促进ROS的产生来介导VSMC增殖信号[5]。
PLD1在膀胱癌中也发挥重要作用。PLD1敲低显著抑制人膀胱癌细胞系中的细胞侵袭,MMP-13被观察到介导这种效应。在小鼠膀胱癌发生模型中,PLD1敲除抑制了侵袭性膀胱癌的发展。全转录组分析表明,MMP-13是肿瘤侵袭的潜在基因,NF-κB是其转录调节因子。此外,PA处理增加了MMP-13的表达,这与NF-κB p65磷酸化水平一致。这些结果表明,PLD1通过NF-κB信号通路调节MMP-13表达,促进膀胱癌的肿瘤侵袭[6]。
PLD1在巨噬细胞极化中也发挥重要作用。PLD1和PLD2分别与Toll样受体4(TLR4)和IL-4受体(IL-4R)选择性结合,并通过LPS-MyD88轴和IL-4-JAK3信号通路分别调节M1和M2巨噬细胞的极化。PLD1和PLD2对于M1极化和M2极化是必不可少的。PLD1的遗传和药理学靶向可以保护LPS诱导的败血症、卡地毒素诱导的肌肉损伤和皮肤损伤,通过促进向M2的转化。PLD2的缺失通过促进向M1的转化加剧了疾病的严重程度。Foxp3+调节性T细胞的增强招募也影响了Pld1LyzCre巨噬细胞的抗炎表型。这些研究表明,PLD同工酶在巨噬细胞极化中发挥着重要作用,为巨噬细胞调节的药理学干预提供了潜在的治疗策略[7]。
综上所述,PLD1是一种重要的酶,参与调节多种生物学过程,包括卵母细胞减数分裂、自噬、神经元发育、肿瘤发生发展、血管疾病和巨噬细胞极化等。PLD1的研究有助于深入理解细胞信号传导和疾病发生机制,为疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Zhang, Jiaqi, Tian, Ying, Xu, Xiangning, Liang, Yuanjing, Ma, Wei. 2024. PLD1 promotes spindle assembly and migration through regulating autophagy in mouse oocyte meiosis. In Autophagy, 20, 1616-1638. doi:10.1080/15548627.2024.2333164. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38513669/
2. Søreng, Kristiane, Knævelsrud, Helene, Holland, Petter, Simonsen, Anne. 2017. HS1BP3 inhibits autophagy by regulation of PLD1. In Autophagy, 13, 985-986. doi:10.1080/15548627.2017.1291483. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28318354/
3. Li, Wen-Qi, Luo, Li-Da, Hu, Zhi-Wen, Cen, Cheng, Wang, Yun. 2019. PLD1 promotes dendritic spine morphogenesis via activating PKD1. In Molecular and cellular neurosciences, 99, 103394. doi:10.1016/j.mcn.2019.103394. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31356881/
4. Fu, Danqi, Yan, Jingrui, Zhang, Zhaoyu, Wang, Hongwei, Hao, Jihui. . Nuclear PLD1 combined with NPM1 induces gemcitabine resistance through tumorigenic IL7R in pancreatic adenocarcinoma. In Cancer biology & medicine, 20, 599-626. doi:10.20892/j.issn.2095-3941.2023.0039. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37381714/
5. Cai, Ming, Wang, Ziqing, Luu, Thi Thu Trang, Di Paolo, Gilbert, Du, Guangwei. 2021. PLD1 promotes reactive oxygen species production in vascular smooth muscle cells and injury-induced neointima formation. In Biochimica et biophysica acta. Molecular and cell biology of lipids, 1867, 159062. doi:10.1016/j.bbalip.2021.159062. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34610470/
6. Nagumo, Yoshiyuki, Kandori, Shuya, Tanuma, Kozaburo, Funakoshi, Yuji, Nishiyama, Hiroyuki. 2021. PLD1 promotes tumor invasion by regulation of MMP-13 expression via NF-κB signaling in bladder cancer. In Cancer letters, 511, 15-25. doi:10.1016/j.canlet.2021.04.014. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33945837/
7. Hwang, Won Chan, Seo, Seol Hwa, Kang, Minju, Choi, Kang-Yell, Min, Do Sik. 2020. PLD1 and PLD2 differentially regulate the balance of macrophage polarization in inflammation and tissue injury. In Journal of cellular physiology, 236, 5193-5211. doi:10.1002/jcp.30224. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33368247/
8. Luo, Li-Da, Li, Gang, Wang, Yun. 2017. PLD1 promotes dendritic spine development by inhibiting ADAM10-mediated N-cadherin cleavage. In Scientific reports, 7, 6035. doi:10.1038/s41598-017-06121-2. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28729535/