大斑蝽 Na+,K+-ATP 酶 β 亚基与分隔连接蛋白的组织特异性共定位研究及其意义

《Cell and Tissue Research》：The large milkweed bugs’ Na,K-ATPase β-subunits colocalize with septate junction proteins in a tissue-specific manner

为探究大斑蝽（Oncopeltus fasciatus）Na+,K+-ATP 酶（NKA）4 种 β 亚基在分隔连接（SJs）中的作用，研究人员开展相关研究。结果表明，多数 β 亚基与 SJs 蛋白共定位，且具有组织特异性。该研究有助于理解 NKA 在 SJs 中的作用。

　　在动物细胞的微观世界里，有一种至关重要的跨膜酶 ——Na⁺,K⁺-ATP 酶（NKA），它就像细胞的 “能量卫士”，通过水解 ATP，逆着浓度梯度运输钠离子（Na⁺）和钾离子（K⁺），维持着细胞膜电位，对细胞的兴奋性、渗透压调节、细胞体积和 pH 稳态以及电解质平衡起着关键作用。自 1957 年被发现以来，科学家们对它进行了大量研究，但对其功能的了解仍不全面。

NKA 的最小功能单位由一个 α 亚基和一个 β 亚基组成。在不同昆虫物种中，β 亚基的数量和功能存在差异。在果蝇的研究中发现，其 β2 同源物 nervana2 参与了分隔连接（SJs）的形成，SJs 作为细胞旁屏障，控制着溶质穿过上皮细胞的流动。然而，在其他昆虫中，关于 NKA 的 β 亚基在 SJs 中的作用，尤其是在非果蝇昆虫中的研究却非常有限。

为了填补这一知识空白，来自德国汉堡大学动物细胞与系统生物学研究所的 Marlena Herbertz、Christian Lohr 和 Susanne Dobler 等研究人员，以大斑蝽为研究对象，开展了一项深入研究。大斑蝽是一种对心脏毒素具有抗性的半变态昆虫，以含有心脏毒素的植物为食。由于基因重复，它拥有 4 种 α1 旁系同源物（A、B、C、D）和 4 种 β 亚基（β1、β2、β3、βx），这些亚基组合形成不同的功能单位，在大斑蝽适应宿主植物毒素的过程中发挥着重要作用。

研究人员想要探究的是，大斑蝽的 4 种 β 亚基与 SJs 蛋白是否存在共定位现象，以及这种共定位在不同组织中是否存在差异。他们通过一系列实验，得出了重要结论。该研究成果发表在《Cell and Tissue Research》杂志上，为我们理解 NKA 在 SJs 中的作用提供了新的视角。

研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过 tblastn 搜索，在大斑蝽转录组中鉴定出 coracle 和 discs large（dlg）的同源物，为后续实验奠定基础。接着，对大斑蝽进行饲养和组织解剖，获取唾液腺和神经组织样本。然后，利用免疫组化（IHC）技术，对样本进行染色，结合荧光共聚焦显微镜观察，分析 β 亚基与 SJs 蛋白的共定位情况。同时，采用 LC-MS/MS 分析免疫沉淀洗脱液，进一步验证蛋白间的相互作用。

研究结果主要包括以下几个方面：

• β 亚基与 SJs 蛋白在不同组织中的共定位：在唾液腺中，β1、β2 和 β3 与 dlg 和 coracle 在细胞膜的顶端外侧区域共定位，但并非所有共定位都局限于此区域。β1 与 dlg 共定位区域几乎平均分布在唾液腺细胞的两极；β2 与 dlg 共定位在顶端外侧和靠近基底区域，且不与 dlg 最密集区域重叠；β3 与 dlg 共定位程度较低。β1、β2 和 βx 与 coracle 共定位明显，β3 与 coracle 共定位程度较低。在神经组织中，所有 β 亚基都与 dlg 和 coracle 在神经组织的皮层共定位。β1 似乎存在于细胞核中，与 dlg 共定位程度适中；β2 与 dlg 和 coracle 的共定位最强；β3 与两者共定位程度低；βx 主要存在于神经鞘附近，与 dlg 虽共定位程度低，但仍有联系，且与 coracle 在细胞膜皮层共定位很强。
• LC-MS/MS 分析结果：对神经组织样本的 LC-MS/MS 分析部分支持了 coracle 与 NKA 亚基的相互作用。检测到 SJ 蛋白 neurexin 和 NKA 亚基 β2、β3、α1B 和 α1C 的高丰度肽谱匹配，但由于抗体结合能力和其他蛋白的干扰，未能检测到 βx 与 coracle 的相互作用，也未在与抗 β 亚基抗体的免疫沉淀中检测到 SJ 蛋白。

研究结论和讨论部分指出，该研究表明大斑蝽的 4 种 β 亚基均与 SJs 蛋白 dlg 和 coracle 存在不同程度的共定位，且具有组织特异性。这一结果进一步支持了 NKA β 亚基与 SJs 之间的相互作用，表明 β 亚基不仅在 NKA 的离子泵功能中发挥作用，还可能参与 SJs 的形成或维持，以及其他未知功能。此外，研究还发现 βx 与 coracle 似乎具有独立于 SJs 的共同功能，这为后续研究提供了新的方向。同时，该研究也为深入理解昆虫对心脏毒素的适应机制以及 NKA 在不同组织中的功能多样性提供了重要线索，有助于进一步探索 NKA 在昆虫生理过程中的复杂作用。未来，对 SJs 更多生理方面的研究将有助于更全面地揭示这些可能性。