神奇「七次」的再現──第一個神經胜＆＆＆受體的解析


1987年12月216期｜上一篇｜下一篇＃發行日期：1987、12 ＃期號：0216 ＃專欄：現代生物1987 ＃標題：神奇「七次」的再現──第一個神經胜受體的解析＃作者：周成功．膽固醇檢驗可靠嗎？．表一：「K物質」受體與其他受體胺基酸序列的比較。．圖一：K物質受體（左）與β₂腎上腺激素受體（右）結構之比較。		神奇「七次」的再現 ──第一個神經胜受體的解析受體是細胞接受外界訊息的轉送站。激素或神經傳導物透過與細胞上特定的受體結合，將所攜帶之訊號傳入細胞內部，而使細胞作出適當的反應。過去二十多年來，由於生化技術的進步，使我們對許多不同受體的功能都有相當深入的了解，但對受體分子結構詳細的探索卻是最近五年的事。這都得歸功於基因工程技術的突破，使我們可以依賴極微量的純化受體來複殖受體的基因或互補DNA，然後從互補DNA的核酸序列就可以完全推算出受體蛋白質的胺基酸序列。甚至不需要純化受體，也可以直接在互補DNA的資料庫（library）中，利用互補DNA表現出蛋白質的功能來篩選，找到特定受體的互補DNA。最近日本京都大學的中西（Nakanishi）教授就利用這種方式，找到第一個神經胜「K物質」（substance-K）的受體。「K物質」是一種寡胜鏈，由10個胺基酸組成，它同時存在於大腦和腸胃之中，在中樞神經裏它可能扮演一個神經傳導物的角色，與感覺過程（sensory process）有關。中西的想法是先找一個能簡單測試K物質活性的系統，他選了青蛙的卵母細胞（oocyte）。卵母細胞本身沒有K物質受體，所以不會對「K物質」反應。但它有很好的蛋白製造機具，能接受許多外來的信息RNA並忠實傳譯出仍具活性的蛋白質。因此中西就利用微量注射，先將牛腦或牛胃裏的信息RNA打入卵母細胞，然後在培養液裏加入「K物質」，同時測量卵母細胞的膜電位（membrane potential）。如果牛腦裏有「K物質」受體的信息RNA，它在卵母細胞內就會合成受體蛋白，使卵母細胞能夠接受「K物質」的訊息，而在細胞膜上產生去極性（depolarization）的變化。細胞膜的去極性變化，可以很容易利用電生理的儀器測出。初步實驗的結果顯示，將牛腦或牛胃的信息RNA注射卵母細胞後，卵母細胞不僅會作出「K物質」受體，同時也會製造「K物質」本身。有了這樣的測試系統後，中西就決定直接複殖「K物質」受體的互補DNA。他首先將牛胃的信息RNA利用反錄作出互補DNA，然後互補DNA的頭上各加裝一個噬菌體sp-6的啟動子（promoter），再將這些互補DNA裝入噬菌體λ裏作成基因庫。此時，互補DNA若加入sp-6的RNA聚合後，就會從sp-6的起動子轉錄大量的信息RNA，將這些信息RNA注射到卵母細胞裏，便可測試卵母細胞是否對「K物質」有反應。篩選了三十幾萬個互補DNA後，中西終於幸運地找到一個互補DNA，它的信息RNA能使卵母細胞對「K物質」反應。換言之，他們終於複殖出「K物質」受體的互補DNA。這個互補DNA有2458個核酸，能決定一個384個胺基酸組成的胜（分子量為43,000道耳吞）。從胺基酸序列的分析發現，它有七段可以穿過細胞膜的區域（domain，見圖一）。這種穿過細胞膜七次的結構與全部胺基酸序列，都和一些其他的受體十分相似（見表一）。從結構類似性同時可以推想，另外一些「K物質」受體有關的性質，那就是這些已知有七個穿越細胞膜區域的受體，其作用多與G蛋白有關。因此，「K物質」與受體的作用也可能會活化G蛋白，而將受體接到的訊號轉換成細胞內部的二級訊號物──多磷酯肌醇（polyphosphory lated inosital）初步也有些間接的證據，支持「K物質」會活化肌醇磷酯的假說。當然這樣的推論有一點危險，譬如說血小板衍生的生長因子（PDEF）受體也是利用多磷酯肌醇作為細胞內的二級訊號物，但這個受體只有一個穿越細胞膜區，而且本身還有酪胺酸蛋白激的活性。所以有「穿梭細胞膜七次」這類結構的受體，是否必然會與G蛋白作用，這個問題，仍有待更多受體結構的比較才能回答。「K物質」除了作為神經傳導物以外，早期還有人發現它對某些細胞有促進生長的作用。因此它也算是一種生長因子。這一來不免又讓我們想到它和已知的任何致癌基因有沒有關連。結果不出所料「K物質」受體的胺基酸序列和一個叫mas的致癌基因有44％的相似程度。mas基因是去年從癌細胞分離出的一個致癌基因，當時因為它也有穿透細胞膜的區域，所以被認為是某一未知生長因子的受體，而且與肌醇磷酯的代謝有關。「K物質」受體的鑑定，不僅使我們對「穿透細胞膜七次」這一族群的激素或神經傳導物受體，有了更深入的認識，同時對與致癌基因有關的生長因子的探索，也往前邁進了一步。參考資料：Nature, 329：766, 1987. 周成功任職於榮民總醫院醫學研究部，本刊編輯委員膽固醇檢驗可靠嗎？編輯部檢測那些人可能罹患心臟血管疾病的方法，愈來愈倚重於測量血液裏膽固醇的含量。例如一個二十五歲的人，每100c.c.血液中含200～220毫克膽固醇，則把他歸類於中度危險群。最近，哈佛醫學院的赫格斯特德（D.M. Hegsted）及麻州羅威爾大學的尼柯洛西（R.J. Nicolosi）發表的報告中，對這類測量的用途提出質疑（Proceedings of the National Academy of Science USA, 84:6529）。他們檢查過去已刊登的資料並且實際測量人和猴子血液膽固醇的含量。他們察覺到從同一個受試者抽取不同的血液樣本中，膽固醇的濃度也不一樣。因此推斷不同的樣本中，膽固醇的含量有明顯的差異。由於此類差異，致使從某一病人抽取的單一血液樣本，似乎可隨機地落於「低」與「高」危險群之間的任何範疇。此變異的原因未明。抽樣檢測膽固醇，以預測一般人口中那些人可能會罹患心臟血管疾病，此一方法的可靠性將因這個發現必得重新評估一番了。（譯自New Scientist, 22 October, 1987）
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