[科普中国]-组织蛋白酶

简介

蛋白酶是人体内蛋白水解的主要参与者，根据其底物特异性可将其分为肽链内切酶、肽链端解酶、氨基肽酶和羧肽酶等；根据其蛋白水解机制分类为丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、苏氨酸蛋白酶和金属蛋白酶。其中半胱氨酸蛋白酶研究较多。它广泛存在于病毒、细菌、真菌、原生动物及原虫、植物、哺乳动物和人当中，其最大的亚族是木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶1。哺乳动物中的木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶即属于组织蛋白酶(Cathepsin)，它是一类主要存在于溶酶体中的胞内蛋白酶，弱酸性环境中易被活化，是一类在碱性和中性溶液中不稳定的糖蛋白(除组织蛋白酶D 、E 、S 外)2。

分类自从上世纪20 年代提出组织蛋白酶的概念以来，到目前为止从组织蛋白酶A 到组织蛋白酶Z 都已有报道。根据蛋白水解机制分类，组织蛋白酶成员中大部分属于半胱氨酸蛋白酶， 少数为天冬氨酸蛋白酶(组织蛋白酶D 、E) 和丝氨酸蛋白酶(组织蛋白酶A 、G)；根据其底物特异性分类,，组织蛋白酶又包括肽链内切酶——组织蛋白酶B 、F 、H 、K 、L、S 、V ，肽链端解酶——组织蛋白酶B 、C 、H 、X ，氨基肽酶——组织蛋白酶C 、H, 羧肽酶——组织蛋白酶B 、X2。

合成目前人的组织蛋白酶主要分为两大亚族，一种是组织蛋白酶L 类的蛋白酶或称ERW FNIN 模体蛋白酶, 主要包括组织蛋白酶L (Cat-L ，下同)、V 、K 、S 和H；另一种为只包括Cat-B 的组织蛋白酶B 类蛋白酶。

组织蛋白酶都是由无活性的前体酶原(preprocathepsin) 水解而成，其在体内的合成途径为：首先在核糖体结合膜上以前体酶原的形式合成， 经转铁蛋白先进入内质网，然后进入高尔基体， 同时通过糖基化及磷酸化作用形成甘露糖-6 -磷酸蛋白， 最后通过溶酶体上甘露糖-6 -磷酸特异性受体的识别作用，间接转运到溶酶体中2。同所有木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶一样，组织蛋白酶的前体酶原也由信号肽(signal-peptide)、前体肽(propeptide) 和含有成熟蛋白酶活性中心的催化域(catalytic domain)构成。信号肽的长度在10 ～ 20 个氨基酸残基之间，它负责将核糖体表达的前体酶原蛋白转运至内质网，在内质网被水解掉后形成只含前体肽和催化域的酶原(procathepsin)。前体肽氨基酸残基数差别较大(36 ～ 315 之间)，它占据了酶的活性中心，使酶原没有催化活性， 并随之转运入胞内溶酶体，在溶酶体的酸性条件下自动水解， 去掉前体肽，产生有活性的成熟的组织蛋白酶。

常见组织蛋白简介组织蛋白酶B

组织蛋白酶B（CTSB） 是溶酶体内半胱氨酸蛋白水解酶，其催化作用由Cys ，His 实现，易被巯基试剂抑制，又称巯基酶，属于木瓜蛋白酶家族，在pH 3.0 ～ 7.0 都具有活性， 碱性条件下会不可逆失活3。

CTSB 存在于细菌、病毒、原生动物、植物和哺乳动物中，在肝、脾、肾、骨、神经细胞、间质成纤维细胞、巨噬细胞等都有分布3。CB 在溶酶体降解蛋白质途径中发挥着必不可少的作用，当胞外蛋白质、血浆蛋白、激素和被吞噬的细菌等进入细胞即被溶酶体内蛋白水解酶水解，进行细胞内消化，从而使蛋白质的合成与降解保持精确的平衡。

.近年来发现组织蛋白酶B(CB)与肿瘤的浸润转移有关，CB 在癌细胞转移过程中，能直接地溶解或者间接地激活能够溶解细胞外基质，如胶原蛋白、层粘连蛋白、基底膜等成分的酶来促进肿瘤细胞向深部组织浸润， 从而为癌细胞的移动打开通道。研究发现CB 在多种肿瘤细胞，如胃癌、肺癌、肠癌、乳腺癌、前列腺癌、肾癌等癌细胞中均有较高的表达；且mRNA 的表达与癌的组织学类型、分化的阶段有一定的关系， 但蛋白质水平却相反， 这种差异可能在转录及转录后水平上存在着某种调节， 从而影响了最后的表达;癌周间质细胞及血管内皮细胞CB 增强表达.正常情况下间质成纤维细胞及巨噬细胞也可分泌CB， 但癌时期表达明显增高， 说明在癌浸润转移过程中，巨噬细胞CB 的过度合成与渗漏了，也可能参与到癌细胞的扩散机制中3。

组织蛋白D

组织蛋白酶D（CTSD） 是Westley 等于1979 年发现的1 种天冬氨酸类溶酶体肽链内切酶4，广泛存在于脊椎动物、真菌、反转录病毒和植物病毒中，其正常功能是在溶酶体的酸性环境中水解蛋白质． 在pH2. 8 ～ 5. 0 的范围内，CTSD( 最适pH 值为4) 能够降解激素、多肽前体、多肽、结构及功能蛋白质，但在pH 大于5. 5 时无活性5。

组织蛋白酶D 参与多种体内生理学活动：组织蛋白酶D 参与底物水解CTSD 作为1 种肽链内切酶，能够在溶酶体内降解多肽和蛋白质；组织蛋白酶D 参与表皮分化， 已有研究发现，CTSD 能够通过水解作用激活谷氨酰胺转移酶-1 ( transglutaminase-1，TG-1) ，从而促进角质化膜蛋白发生交叉连接，最终诱导皮肤表皮分化与新生；组织蛋白酶D 参与细胞凋亡。CTSD 除了具有多样的生理学功能，还与多种临床上的疾病密切相关，如: 阿尔茨海默病、动脉粥样硬化，以及先天性肌肉病等6。

组织蛋白K

1994 年，组织蛋白酶K cDNA 在兔子身上被克隆出来，而且，在破骨细胞中显著表达7。组织蛋白酶K 是由329 个氨基酸构成的蛋白质，包括3 部分：15 个氨基酸构成的氨基末端区域、99 个氨基酸构成的pro-peptide 以及215 个氨基酸构成的催化单位。组织蛋白酶K 不仅存在于破骨细胞，还在皮肤、心脏、骨骼肌、肺、胎盘、卵巢、睾丸、小肠和结肠等组织中激活和表达。

组织蛋白K与骨质疏松有关。在吸收陷窝，激活的破骨细胞几乎特异地表达成熟的组织蛋白酶K。在激活的破骨细胞中，高水平的活化的酶极化细胞皱褶缘，溶酶体囊泡与细胞膜皱褶缘融合，组织蛋白酶K 被释放到细胞外。在吸收陷窝的酸性微环境下，组织蛋白酶K 降解Ⅰ和Ⅱ型胶原蛋白，尤其是Ⅰ型胶原蛋白8。

组织蛋白L

组织蛋白酶L( cathepsin L，CTSL) 是溶酶体半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，具有非常独特的合成和转运方式。溶酶体CTSL，含有信号肽，并且是从ORF 第1个AUG 起始位点开始翻译。 首先，信号肽牵引合成的CTSL 前体酶原到内质网上。 然后，在内质网上信号肽与前体肽间的肽键发生断裂，释放出信号肽与含有前体肽和成熟肽的CTSL 酶原。最后，在前体肽的帮助下，CTSL 蛋白折叠卷曲，形成二硫键。在内质网中，除去信号肽的只含有前体肽和成熟肽的CTSL 酶原，必须在特定的条件下去除前体肽并形成正确的空间结构后才能表现出酶活性。 通常CTSL 酶原在胞内体或溶酶体的酸性环境下自行剪切，或通过其它蛋白酶的加工过程而形成有活性
的成熟酶9。

组织蛋白酶抑制剂内源性蛋白抑制剂2

(1)前体肽：是半胱氨酸蛋白酶酶原结构中的一个组成部分, 它占据着酶的活性中心,
阻止酶与底物结合, 使其不能发挥催化作用。

(2)Cystatin 家族：该家族抑制剂对靶蛋白酶选择性较差，它又包括三大类：cystatins 、stefins 及kininogens。

(3)Serpin 家族：即丝氨酸蛋白酶抑制剂, 是对多种组织蛋白酶有交叉活性的一类蛋白抑制剂。
(4)Thyropins 类：即甲状腺球蛋白1 型域结合抑制剂, 是近年来才确定的组织蛋白酶抑制剂, 相对于Cystastin 家族抑制剂其选择性较高。
(5)α2 巨球蛋白：是一种普遍的蛋白酶抑制剂。
(6)细胞毒性T 淋巴细胞抗原-2β (cytotoxic T-lymphocyte antigen-2β)：为组织蛋白酶L前体肽的类似物, 它可能通过与前体肽作用相似的方式来发挥对组织蛋白酶的抑制作用。

合成肽类抑制剂

如醛类、酮类、腈类、 环氧琥珀酰类、乙烯基砜类等。

其它天然抑制剂

植物Cystatins —Phytocystatins，该类物质对半胱氨酸蛋白酶有抑制作用2。