章璐，刘晓亮，赵彦艳

（中国医科大学附属盛京医院临床遗传科，沈阳 110004）

真核细胞中1/3的蛋白质为分泌蛋白和膜蛋白，通过经典的内质网-高尔基体依赖途径被转运至细胞膜或分泌到细胞外［1］。内质网是蛋白质分泌途径的初始细胞器，核糖体翻译的蛋白质通过内质网伴侣蛋白和翻译后修饰机制促使其折叠和组装［2-3］。正确折叠和组装的蛋白质在内质网排出点处富集［4］，通过外被蛋白质复合体 （coat protein complex，COP） Ⅱ机制分选并运输至高尔基体进一步加工。然而，蛋白质的折叠时常发生错误，蛋白质复合物也会因错误折叠影响组装，从而出现各亚基的比例失衡［2，5］。为避免异常折叠蛋白或过剩亚基的堆积，真核细胞进化出一系列蛋白质质量控制系统，包括内质网相关降解途径、内质网自噬、高尔基体质量控制和质膜质量控制［2］。错误折叠的蛋白质通常于内质网通过内质网相关降解途径或内质网自噬传递至蛋白酶体或溶酶体降解，部分可从内质网逃逸至高尔基体，经高尔基体质量控制回流至内质网或传递至溶酶体，进一步加工或降解［2］。质量控制系统失衡将导致错误折叠的蛋白质堆积，引发内质网应激和细胞损伤，这是许多疾病的重要病理机制［6］。

内质网滞留蛋白1 （retention in endoplasmic reticulum 1，RER1） 主要表达于顺式高尔基体，并动态存在于内质网-高尔基体中间体，能够特异性识别跨膜结构域 （transmembrane domain，TMD） 的内质网滞留信号，通过与COPⅠ结合，对错误折叠或未组装亚基进行内质网回流，并在内质网和高尔基体之间形成快速的循环［7-9］。作为迄今为止唯一能识别TMD信号的受体［6］，RER1在高尔基体质量控制中发挥着重要作用。为了更好地了解RER1的功能及其与人类疾病的相关性，本文总结、分析了RER1功能的研究进展。

1 RER1的结构与功能

20世纪90年代，NISHIKAWA等［10］在分析酵母内质网整合蛋白Sec12p的内质网回流机制研究中首次描述了RER1。RER1基因随后被克隆，并编码由4个TMD组成的跨膜蛋白，其N末端和C末端结构域游离于胞质侧。RER1表达于顺式高尔基体并动态穿梭于内质网-高尔基体中间体，发挥检索逃逸的内质网滞留蛋白以及多聚复合物未组装亚基的重要质量控制功能［6，9，11］。对酵母、果蝇、斑马鱼、小鼠和人类的氨基酸序列进行对比发现，RER1存在3个高度保守的结构域 （E106-W122、F141-F158、I160-F177），但上述氨基酸保守区并未发现与其蛋白质质量控制和内质网回流功能有关［6］。SATO等［9，12］的研究表明，Rer1p与膜蛋白的TMD中疏水中心的极性残基相互作用，并通过C末端的类KKxx模序和2个Tyr残基直接于COPⅠ结合，完成逃逸蛋白质从高尔基体到内质网的逆向转运。ANNAER等［6］提出了RER1回流蛋白质复合物中未组装亚基的分子机制和功能模型，认为充分组装的蛋白质复合物掩盖了RER1识别的TMD内质网滞留信号；未组装亚基暴露的TMD内质网滞留信号与RER1结合，促使内质网回流。对于组装部位以内质网为主的蛋白质复合物，可以促进组装和提高复合物的膜表达；而对于组装部位以内质网-高尔基体中间体或顺式高尔基体为主的蛋白质复合物，则可能发挥抑制组装和降低复合物膜表达的作用。

2 RER1在酵母中的底物

研究发现的首个RER1底物是酵母内质网上的Ⅱ型跨膜蛋白Sec12p。它通过TMD与Rer1p结合，实现正确内质网定位，其靶向结合可能与Sec12p的TMD上天冬酰胺和谷氨酰胺残基有关［7，11，13］。RER1突变导致Sec12p和Sec12-α交配因子融合蛋白错误定位［10，14］。SATO等［13］发现N358L、Q370L和N358Q370/LL突变型Sec12p的Rer1p依赖性减弱。另一个内质网Ⅱ型跨膜蛋白Sed4p与Sec12p的TMD结构极为相似，也通过Rer1p依赖机制作用于TMD，实现内质网定位［13］。虽然内质网膜蛋白Sec63p和Sec71p的拓扑结构和Sec12p不同且无明显的序列同源性，但Sec63p和Sec71p的MS63Lp和MS71Lp融合结构 （包含一个α交配因子） 显示明显的Rer1p依赖性，表明其内质网定位也需要Rer1p的参与［14］。在Δrer1突变酵母细胞中，这些膜蛋白错误定位于顺式高尔基体或液泡［7，12，14］。酵母信息素受体Ste2p表达于酵母细胞表面是交配所必需的，其P290D突变引入了天冬氨酸残基于第7个TMD中，Rer1p参与该突变的内质网定位，表达P290D突变型Ste2p的野生酵母细胞无法交配，而Δrer1突变酵母细胞恢复交配［15］。除了上述内质网滞留蛋白，Rer1p也对酵母的部分寡聚复合物发挥质量控制功能。α1，2-甘露糖苷酶的Mns1p亚基TMD中含有Rer1p内质网滞留信号，可结合Rer1p，实现从高尔基体到内质网的回流［16-17］。酵母铁转运子由Fet3和Ftr1亚基组成。S567L突变型导致Fet3p错误定位于液泡，表明Fet3p亚基TMD的丝氨酸残基对内质网定位具有重要意义。另外，Fet3p和Ftr1p组成复合物后可能掩盖S567位点，当缺乏FTR1时，未组装的Fet3p快速逃逸至高尔基体，再经TMD内质网滞留信号依赖Rer1p回流至内质网［11］。

3 RER1在哺乳动物细胞中的底物及其相关疾病

RER1基因不仅在小鼠脉络膜丛发育过程中稳定表达，而且在各种正常和癌变人体组织中也稳定表达，适合作为发育的次优选内参基因和人类癌症基因表达研究的内参基因［18-19］。这表明了RER1在真核细胞生物中的表达稳定性和功能重要性。此外，在小鼠囊胚阶段敲除Rer1基因会导致早期胚胎致死，可见Rer1对哺乳动物的发育有至关重要的作用［6，20-21］。

3.1 γ分泌酶

γ分泌酶是由前咽缺陷蛋白1、早老蛋白、早老蛋白增强子2 （presenilin enhancer 2，PEN2） 和呆蛋白 （nicastrin，NCT） 4个亚基组成的多聚复合物［22］。其中PEN2和NCT这2个亚基已被证实是Rer1的底物［23-24］。

NCT是哺乳动物的Rer1p底物，其TMD结构中的苏氨酸、甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸残基，不仅是γ分泌酶完成复合物组装的关键，也是与Rer1p结合的4种关键极性氨基酸残基［23，25］。S681/L、T685Y686/LL和S681T685/LL突变型NCT显著干扰Rer1p的结合，T670G674S681/3L、T670G674S681T685/4L和T670G-674S681T685Y686/5L突变型NCT与Rer1p的相互作用逐渐减少，表明这5个氨基酸是Rer1p结合所必需的。然而，这5个氨基酸恰巧是NCT和前咽缺陷蛋白1相互作用的关键［23］。因此，认为Rer1p与前咽缺陷蛋白1竞争性结合γ分泌酶NCT亚基，对γ分泌酶的组装具有负调控作用，敲低RER1导致γ分泌酶膜表达增加［23，26］。PEN2亚基的第1个TMD内的天冬酰胺极性残基与Rer1结合，将该极性残基突变为亮氨酸 （即N/L突变型） 后可部分破坏内质网滞留基序。Rer1负责将未组装的PEN2逆向转运至内质网，使尚未组装完全的γ分泌酶完成组装。Rer1表达下调造成PEN2在细胞表面堆积，导致尚未组装完全的γ分泌酶不能正确完成组装，而过表达Rer1促进了γ分泌酶的组装和表达［24］。

至今为止，已发现90多种蛋白质可作为γ分泌酶的底物，其中淀粉样前体蛋白是最具代表性的底物之一［22］。γ分泌酶介导淀粉样前体蛋白裂解，产生不同长度的β淀粉样蛋白，其中长度更长的42-β淀粉样蛋白更易聚集，形成阿尔茨海默病特征性老年色斑［27-28］。TANABE等［27］在小鼠成纤维细胞中发现泛素连接酶Syvn通过泛素化Rer1降低Rer1表达水平，从而调节NCT的成熟和定位以及β淀粉样蛋白的产生。另外，有研究［29］采用CytoScan-HD芯片分析67例家族性和散发性阿尔茨海默病患者DNA，发现了编码参与β淀粉样蛋白代谢的RER1基因的拷贝数目变异。

Notch受体也是γ分泌酶的代表性底物。γ分泌酶参与激活Notch的级联反应，并在其中起关键的作用。目前，在多种人类疾病中发现缺乏Notch信号会干扰胚胎发育［22］。膜蛋白Tweety-同源物1可打破Rer1的平衡，导致γ分泌酶活性增强，进一步增强Notch信号，维持神经干细胞的特性［30］。但HARA等［20］提出了相反的观点，认为Rer1缺失导致Notch信号减弱。虽然关于Rer1与Notch的研究结果存在一些矛盾，但是Rer1对Notch信号有一定影响的观点已得到认可。已知Notch信号是胰腺癌肿瘤干细胞的重要调控因子。最近的研究［31］显示，RER1与胰腺癌的进展和不良预后有关，而缺氧诱导因子-1α是RER1的上游调控因子。

3.2 烟碱型乙酰胆碱受体

烟碱型乙酰胆碱受体是一个五聚体的配体门控离子通道，其中的α亚基是继NCT和PEN2之后在哺乳动物细胞中发现的第3个Rer1底物，但γ亚基和δ亚基是否是Rer1的底物尚不明确［21，32］。与PEN2相类似，α亚基的第1个TMD中含有天冬酰胺极性残基是其未组装形式定位于内质网的关键［33］。Rer1在骨骼肌发生过程中表达上调，它特异性结合未组装的α亚基，阻止未组装的α亚基暴露在细胞表面。体外Rer1下调引起未组装的α亚基逃离内质网并通过溶酶体途径降解，小鼠体内敲低Rer1导致细胞表面完整组装的烟碱型乙酰胆碱受体数量减少，神经肌肉接头变小［6，21］。

骨骼肌烟碱型乙酰胆碱受体接收神经肌肉接点神经元处释放的乙酰胆碱，诱导骨骼肌收缩。烟碱型乙酰胆碱受体亚基突变会导致先天性肌无力综合征［21］。Rer1对烟碱型乙酰胆碱受体α亚基的作用，可能引发先天性肌无力综合征。

3.3 视紫红质

视紫红质是视网膜视杆细胞中由视蛋白和视黄醛组成的G蛋白偶联受体结合蛋白。2014年，YAMASAKI等［34］的研究证明，Rer1p通过与视紫红质结合，参与调节视紫红质的胞内转运和内质网滞留。他们比较了Rer1p对野生型、P23H、L40R和G51R突变型视紫红质内质网滞留和细胞膜表达的影响，发现Rer1p表达降低增加了野生型视紫红质细胞膜表达水平，Rer1p过表达使更多未成熟野生型视紫红质滞留于内质网，P23H、L40R和G51R突变型视紫红质均发生内质网滞留。有趣的是，Rer1p表达降低仅使位于第1个TMD的G51R突变型视紫红质细胞膜表达升高，而对P23H和L40R突变型视紫红质的细胞膜表达影响很小，这提示了Rer1p介导了G51R突变体的内质网滞留［34］。

一些视紫红质的突变蛋白可引起内质网滞留和视杆细胞的退行性变，与单基因遗传病色素性视网膜炎相关。G51R突变型视紫红质存在于诊断为色素性视网膜炎的患者中，而该突变的内质网积累依赖于Rer1p［6，34］。

3.4 外周髓鞘蛋白22 （peripheral myelin protein 22，PMP22）

PMP22是周围神经系统髓鞘形成所需的质膜蛋白。研究发现，Rer1与野生型和部分突变型的PMP22相互作用，并且Rer1与PMP22的结合位点为靶蛋白TMD的极性残基，包括亮氨酸残基［35-36］和苏氨酸残基［36］。PMP22通过第1和第2个TMD的α螺旋与RER1形成结合界面，L16P和T118D突变分别发生于PMP22第1个和第2个TMD，增加了结构的不稳定性，突变型PMP22与RER1的有效结合自由能值均高于野生型 PMP22［36］。细胞水平敲低Rer1使分子量>46×103的L16P突变型PMP22水平增加，但对G150D突变型PMP22的水平无显著影响。此外，Rer1和钙连蛋白对L16P突变型PMP22的内质网滞留具有协同作用，两者同时敲低比分别单独敲低时L16P突变型PMP22的内质网释放更显著［35］。MARINKO等［37］的近期研究发现，RER1敲除细胞系中野生型、折叠错误的L16P突变型以及破坏糖苷化的N41Q突变型PMP22的转运效率均增高，这一结果证实了RER1发挥对PMP22分泌途径的早期质量控制作用，并表明RER1介导的内质网滞留不依赖于糖基化修饰。

PMP22在外周神经系统髓鞘化施万细胞中高表达，维持和促进致密髓磷脂的生长［35，37］。PMP22突变体过度聚积在内质网，引起内质网应激，导致腓肠肌萎缩症的遗传性神经病变。Rer1参与L16P突变型PMP22的内质网积累，而L16P突变型PMP22发生在第1个TMD，造成1A型腓肠肌萎缩症［35］。

3.5 电压门控钠离子通道 （voltage-gated sodium channels，Nav）

Nav属于电压门控离子通道超家族，是由1个α亚基和1个或2个β亚基组成，其中α亚基包含4个同源结构域，且每个结构域内存在6个TMD，而β亚基内含1个TMD［38-40］。小脑皮层的浦肯野细胞通过Nav1.6介导自发高频放电，同时Nav1.1也与浦肯野细胞的兴奋性密切相关［41-42］。VALKOVA等［39］在浦肯野细胞特异性敲除Rer1的小鼠中发现小脑浦肯野细胞形态正常，但轴突初始节段的Nav1.6数量减少，动作电位生成受损，小鼠表现出年龄依赖的进行性浦肯野神经元丢失和运动障碍。在全脑敲除Rer1的小鼠中发现Nav1.6和Nav1.1表达水平均明显下降，而同一超家族的钙离子通道Cav2.1、钾离子通道Kv3.3、Kv7.2和K-CL共转运体KCC2水平无明显变化。此外，缺乏Rer1只影响成熟的Nav1.6和Nav1.1的表达水平，而不引起不成熟的Nav1.6和Nav1.1堆积，表明不成熟Nav1.6和Nav1.1在逃逸了Rer1的质量控制后发生降解［39］。Rer1对Nav1.6和Nav1.1质量控制作用的分子机制目前尚不明确。

在浦肯野细胞中，无论是离子通道Nav突变，还是Rer1突变，都会导致共济失调症状［43］。

3.6 α突触核蛋白

α突触核蛋白是一种表达于突触前神经末梢的蛋白质。2017年，PARK等［44］报道了RER1对α突触核蛋白的内质网滞留和表达的影响。RER1过表达可显著降低野生型和A30P、A53T和E46K三种突变型α突触核蛋白的表达水平，而C末端缺失的RER1Δ25 （丧失内质网回流功能） 过表达没有上述作用。RER1对β突触核蛋白的表达没有影响，提示其对α突触核蛋白的特异性调节。NAC结构域缺失的α突触核蛋白Δ71-82突变体破坏了RER1的调节作用，表明RER1对α突触核蛋白的作用在于其NAC结构域的疏水核心。此外，通过检测RER1与泛素连接酶NEDD4相互作用和蛋白酶体抑制剂处理，鉴定RER1可能通过泛素-蛋白酶体降解途径降低α突触核蛋白的表达水平［44］。

α突触核蛋白的异常转运和堆积可引发内质网应激和细胞毒性，参与帕金森病的发病机制，促进α突触核蛋白降解，降低其在神经元的基础水平，可作为治疗帕金森病的一种方法［44］。

3.7 其他底物

人类ether-à-go-go相关基因 （human ether-à-go-go related gene，hERG） 钾离子通道，即电压门控钾离子通道KCNH2，是心肌细胞动作电位3期复极化的主要离子通道。最近我国学者在对野生型和A561V突变型hERG的研究中发现，A561V突变型hERG发生胞内转运障碍和细胞膜表达减少，敲低Rer1表达可促进部分相对成熟hERG蛋白的顺向转运［45］。该研究提示了hERG钾离子通道可能为Rer1的内质网滞留底物，二者相互作用的分子机制尚未鉴定。Rer1对hERG钾离子通道的转运异常，导致错误折叠的hERG钾离子通道内质网滞留而成熟的hERG钾离子通道质膜水平减少，这可能与遗传性长QT综合征的发病机制有一定的相关性［45］。

γ氨基丁酸A型受体是在内质网进行组装的重要中枢神经系统抑制性递质受体，是由α1亚基、β2亚基和γ亚基组成的五聚体。神经前体细胞表达发育下调基因4-2单倍体不足小鼠脑组织中，Rer1与γ氨基丁酸A型受体的α1亚基的相互作用较野生型强，且α1亚基更多地保留在内质网中［46］。该基因编码的泛素连接酶Nedd4-2通过结合Rer1的36STPY39基序影响Rer1泛素化水平，对内质网应激和癫痫发作起保护作用［46］，但Rer1通过介导γ氨基丁酸A型受体的α1亚基增强癫痫易感性需要更多数据加以阐明。

4 其他RER1相关疾病

1p36缺失综合征是人类最常见的末端缺失综合征，在新生儿中发病率约为1/5 000［47］。人类RER1基因位于染色体1p36.32，该位点在单体1p36中缺失。关于前囟门异常 （chr1：1-2425918）、甲状腺功能减退 （chr1：1-4643481）、癫痫 （chr1：2045453-2622423） 和先天性心脏缺陷 （chr1：1916589-3429762）的关键区域包含了RER1（chr1：2391841-2405436） 位点［47］。但是RER1单倍体不足是否引发1p3相关症状，仍不确定［6］。

半乳凝素1表达升高与肝细胞癌不良预后和侵袭性转移有关。在半乳凝素1下调的转移性肝细胞癌细胞中发现RER1表达下调，增加RER1表达后，癌细胞的迁移和侵袭能力显著升高。并且，在肝细胞癌组织中发现RER1过表达，这与半乳凝素1的表达呈正相关。说明半乳凝素1通过上调RER1，促进肝细胞癌细胞的迁移和入侵［48］。

ZHENG等［49］通过全基因组荟萃分析发现11个与血浆维生素C水平相关的独立基因组位点，其中包括RER1基因，它可能通过内质网应激与氧化应激相关。

5 总结与展望

综上所述，RER1是目前已知的唯一识别底物TMD内质网滞留信号的内质网滞留蛋白，通过与COPⅠ结合，实现底物的逆向运输。当前对RER1的研究主要集中在酵母和哺乳动物，但已鉴定的RER1底物数量却不多。进一步探索RER1的潜在底物及其相互作用分子机制、分析RER1保守区域结构，对完善RER1的生理作用具有重要意义，可为治疗相关疾病提供新靶点。RER1的内质网滞留作用引起持续性内质网应激，造成神经元病变，可能是癫痫发病的新机制。RER1单倍体不足可能与1p36缺失综合征相关症状有关。另外，已知部分突变型底物虽与RER1紧密结合，但RER1对其内质网定位无明显影响，提示细胞内存在其他内质网滞留机制，RER1与其他内质网滞留机制是否相互作用可能是未来的研究方向。