Ism1-KO 基因敲除小鼠

Isthmin-1（ISM1）是一种分泌蛋白，具有一个血栓球蛋白1重复（TSR）域，随后是一个AMOP域。它广泛表达于多种组织和细胞类型，提示其在发育和生理过程中具有多种功能。近年来，多项研究集中在ISM蛋白家族在血管生成、代谢、器官稳态、免疫、颅面发育和癌症等事件中的功能分析。尽管ISM在二十年前就被发现，但我们对其在胚胎发育和其他病理过程中的作用仍然知之甚少。为了阐明ISM的调节机制，确定其与其他配体和受体的相互作用，从而激活下游信号通路，至关重要。ISM1的研究为理解ISM蛋白家族的生物学功能和疾病发生机制提供了新的思路和策略[6]。

ISM1在结直肠癌中的研究显示，它显著过表达于结直肠癌患者的血液和组织样本中，并与患者的预后不良相关。功能实验表明，ISM1表达的增加显著增强了结直肠癌的增殖、迁移、侵袭和肿瘤生长。研究揭示了ISM1与表皮生长因子受体（EGFR）的相互作用，EGFR是结直肠癌细胞中受体酪氨酸激酶（RTK）家族的成员。ISM1的结合激活了EGFR，并启动了下游信号通路。同时，细胞内的ISM1与Y-box结合蛋白1（YBX1）相互作用，增强了其转录调节EGFR的能力。此外，研究还揭示了ISM1表达受低氧诱导转录因子HIF-1α在结直肠癌细胞中的调控作用。机制上，HIF-1α被确定为ISM1的直接调节因子，它结合到ISM1启动子上的低氧反应元件上。这一新型机制揭示了潜在的 therapeutic targets，为遏制HIF-1α/ISM1/EGFR驱动的结直肠癌进展和转移提供了见解[1]。

ISM1在肥胖个体中的研究显示，它是一种新的脂肪因子，反映了腹部脂肪组织的分布。一项针对125名肥胖个体的临床研究表明，腹部脂肪分布通过CT扫描在性别和肥胖的不同模型（包括内脏、皮下和SC/VIS比率）之间存在显著差异。根据这些模型进行分层，突出了各种代谢变化。SC/VIS比率成为区分代谢状况的优良指标。基因表达分析确定了候选生物标志物，其中ISM1表现出潜力。后续的验证实验表明，SC和血浆中ISM1水平的相关性得到加强，这进一步证实了其作为脂肪分布的无创生物标志物的潜力。血清脂肪因子水平也与SC/VIS比率相关。受试者工作特征分析表明，ISM1在根据脂肪组织分布区分具有有利代谢表型的个体方面具有有效性。相关性分析还表明，ISM1参与了葡萄糖调节途径。该研究结果支持了SC-VIS脂肪比率及其衍生出的无创生物标志物可以全面评估肥胖相关健康风险的假设。ISM1可以预测腹部脂肪的分区，并可能成为评估肥胖相关健康风险的潜在生物标志物[2]。

ISM1在肺微血管内皮细胞单层中的研究显示，它参与低氧诱导的肺微血管内皮细胞（PMVEC）单层通透性增加。低氧诱导的PMVEC单层通透性增加是血管渗漏的关键，参与了血管疾病，如急性肺损伤（ALI）和高海拔肺水肿（HAPE）。研究发现，在低氧条件下，培养的AECII细胞中ISM1基因表达上调，并且AECII衍生的ISM1参与了低氧诱导的PMVEC单层通透性增加。此外，研究还证实了ISM1受低氧诱导因子-1α（HIF1α）的调控。过表达HIF1α转录激活ISM1基因表达，通过直接结合ISM1位点上游的保守调节元件。这项研究确定了HIF-1靶基因ISM1，它参与低氧下肺微血管内皮细胞单层的通透性增加。体外细胞实验表明，肺泡上皮来源的ISM1上调可能是低氧诱导的内皮通透性增加的重要调节因子，并可能与低氧相关的肺部疾病有关[3]。

ISM1的N-糖基化和分泌受其C-甘露糖基化的调控。C-甘露糖基化是一种蛋白质糖基化。人ISM1是一种52-kDa的分泌蛋白，具有TSR域，包含两个Trp223和Trp226位点的C-甘露糖基化序列。研究发现，ISM1在TSR域的Trp223和Trp226位点被C-甘露糖基化。为了确定C-甘露糖基化对ISM1功能的影响，研究建立了一个C-甘露糖基化缺陷的ISM1过表达HT1080细胞系，并测量了其ISM1的分泌量。与野生型细胞相比，C-甘露糖基化缺陷的ISM1过表达细胞系的ISM1分泌量显著降低。此外，ISM1只在C-甘露糖基化缺陷细胞中被N-糖基化。ISM1在其TSR域被C-甘露糖基化，而ISM1的C-甘露糖基化状态影响其N-糖基化状态。ISM1的C-甘露糖基化调节其N-糖基化状态[4]。

ISM1在肌肉蛋白合成中的作用也得到了研究。研究表明，ISM1通过激活PI3K-Akt途径，增加脂肪细胞和骨骼肌的葡萄糖摄取，从而缓解糖尿病。然而，虽然ISM1和胰岛素都作用于这些共同靶点，但ISM1具有独特的细胞作用，表明下游细胞内信号通路存在差异。为了理解ISM1信号传导的生物复杂性，研究人员进行了磷酸化蛋白质组分析，揭示了ISM1和胰岛素之间重叠和独特的通路。研究发现，ISM1和胰岛素信号传导之间存在53%的重叠，ISM1介导的磷酸化蛋白质组广泛改变约450个蛋白质，这些蛋白质不与胰岛素共享。有趣的是，研究人员在ISM1信号传导网络中发现了几种与蛋白质翻译、mTOR途径和肌肉功能相关的未知磷酸化位点。生理学上，ISM1敲除小鼠在进食和禁食条件下肌肉蛋白水平降低，氨基酸掺入蛋白质减少，以及Akt和下游mTORC1靶点的磷酸化减少。由于代谢性疾病如糖尿病与骨骼肌蛋白含量加速丧失相关，这些研究定义了ISM1这种抗糖尿病循环蛋白控制肌肉生物学的一个非典型机制。ISM1调节骨骼肌大小，通过一个与胰岛素激活的代谢途径略有不同的途径[5]。

ISM1在免疫系统中的作用也得到了研究。研究发现，ISM1是抗病毒免疫反应的一个新型免疫相关因子。在草鱼呼肠孤病毒（GCRV）的挑战下，ISM1的表达在斑马鱼中是可诱导的，这表明ISM1参与了抗病毒反应。研究还表明，重组ISM1（rISM1）减少了GCRV感染细胞中的细胞病变效应，促进了Ⅰ型干扰素基因和干扰素诱导的抗病毒蛋白Mxa基因的表达，并减少了病毒感染细胞和宿主中的病毒量。此外，研究还发现，rISM1促进了tbk1、irf3和irf7的表达，这表明它通过诱导Tbk1-Irf3-Ifn途径促进了Ⅰ型干扰素基因和Mxa基因的表达。这些数据共同表明，ISM1是一种新的免疫相关因子，在抗病毒免疫反应中发挥作用，并可能成为控制病毒感染的一个靶点[7]。

ISM1在器官形态发生中的作用也得到了研究。研究表明，ISM1是NODAL信号传导的抑制剂。ISM1对TGF-β1、ACTIVIN-A或BMP4信号传导几乎没有影响，但特异性地抑制NODAL诱导的SMAD2磷酸化。与这一观察结果一致，ISM1的异位表达导致鸡胚胎的左右不对称和心脏定位异常。机制上，ISM1通过其AMOP域与NODAL配体和Ⅰ型受体ACVR1B相互作用，破坏了NODAL-ACVR1B相互作用，并下调了SMAD2的磷酸化。因此，本研究确定了ISM1为NODAL的外部拮抗剂，揭示了一种负调节机制，为NODAL信号传导的精细调节提供了更大的灵活性[8]。

ISM1在结直肠癌免疫微环境和上皮-间质转化（EMT）中的作用也得到了研究。研究显示，ISM1在结直肠癌组织中上调，并且与患者的预后不良相关。ISM1的表达与癌症相关途径呈正相关，如EMT、低氧、Notch和KRAS信号传导途径。研究还发现，ISM1与多种免疫抑制途径相关，如IL2/STAT5、TNF-α/NF-κB和TGF-β，以及免疫检查点，包括PD-L1、PD-1、CTLA-4和LAG3，这可能解释了为什么ISM1在免疫治疗耐药患者中上调。此外，体外实验表明，ISM1促进了EMT和结肠癌细胞迁移和增殖。这些结果表明，ISM1在结直肠癌的发展和进展中起关键作用，并增强了我们对结直肠癌对免疫治疗的低反应率通过免疫抑制信号传导途径的理解[9]。

ISM1在阿尔茨海默病（AD）中的作用也得到了研究。研究表明，ISM1的表达在药物诱导的AD样表型中具有铁死亡效力。AD是一种进行性神经退行性疾病，其特征是tau蛋白过度磷酸化和β淀粉样蛋白毒性。尽管许多研究集中在这些基本机制上，但铁死亡引起了人们对AD中神经退行性的重要途径的关注。尽管目前尚无针对AD的确切治疗方法，但植物化学物质替代药物正日益受到重视。白桦树中通常可以提取到白桦酸，它是一种丰富的三萜类化合物，具有高抗氧化能力。ISM1是一种分泌的脂肪因子。本研究调查了ISM1、铁积累和总氧化代谢参数（TAS、TOS、OSI）在大脑海马组织中的表达，并评估了AD模型中认知恢复的情况。研究结果表明，白桦酸可能通过ISM1调节减少铁积累，在神经元铁死亡机制中发挥作用。白桦酸可能通过ISM1调节减少铁积累，在神经元铁死亡机制中发挥作用。尽管这项研究提出了白桦酸和ISM1对认知收益和焦虑的纠正作用，但这是首次显示白桦酸在AD中的总抗氧化能力[10]。

综上所述，ISM1是一种具有多种功能的分泌蛋白，参与调节血管生成、代谢、器官稳态、免疫、颅面发育和癌症等事件。ISM1的研究为理解ISM蛋白家族的生物学功能和疾病发生机制提供了新的思路和策略。ISM1在结直肠癌、肥胖、肺微血管内皮细胞单层、肌肉蛋白合成、免疫系统、器官形态发生和阿尔茨海默病等领域的研究表明，ISM1在多种生物学过程中发挥重要作用，并可能成为疾病治疗和预防的新靶点。