馮燕艷 普雄明

內(nèi)質網(wǎng)氨肽酶1(ERAP1)及其異構體內(nèi)質網(wǎng)氨肽酶2(ERAP2)都屬于鋅指金屬基質肽酶M1 家族中的“縮宮素酶亞家族”，在人類細胞均由IFN -γ 和TNF-α 誘導表達［1，2］。參與許多生化過程:在細胞內(nèi)質網(wǎng)中參與內(nèi)源性抗原肽的修飾及遞呈，被認為是內(nèi)質網(wǎng)中參與內(nèi)源性抗原肽修飾的關鍵酶［3］。ERAP1 還參與細胞因子受體(如促進腫瘤壞死因子受體1(TNFR1)，IL-6α 受體和IL-1β 受體胞外結構域)的脫落，使之成為可溶性受體?；诙喙δ艿奶匦裕珽RAP1 又被稱為:內(nèi)質網(wǎng)相關的氨肽酶抗原處理(ERAAP)，脂肪細胞源性的亮氨酸minopeptidase(A-LAP)，氨肽酶調(diào)節(jié)TNFR1 脫落(ARTS -1)和嘌呤霉素不敏感的的亮氨酸氨肽酶(PILS -AP)，而ERAP2 特定被稱為白細胞衍生的的精氨酸氨肽酶(LRAP)。

一、ERAPs 結構及功能

1. ERAP1 和ERAP2 基因:ERAP1 基因位于5q15，序列全長約47kb，共有20 個外顯子。ERAP2基因位于染色體5q15 上ERAP1 和亮氨酰-胱氨酸肽酶基因之間，包含19 個外顯子，約43kb。ERAP1基因和ERAP2 基因結構相似，6 號外顯子都包括特征性的鋅蛋白結合基序HEXXH(X)18E 和決定gluzincin 氨基轉肽酶活性的GAMEN 基序，以及7 號外顯子的谷氨酸。ERAP1 基因有2 個的異構體(較長的ERAP1 -a 和較短的ERAP1 -b)，其區(qū)別主要在20號外顯子的不同，在人體細胞中ERAP1 -bmRNA 的含量較ERAP1 -a 更多［4］。ERAP2 基因的19 號外顯子中包含47 個氨基酸的編碼序列，終止密碼子和3'UTR 區(qū)域;10 號外顯子5'的剪接位點內(nèi)的SNP rs2248374 不同(A 到G)可形成不同變種，主要等位基因A 的雜合子AG 和純合子AA 都表達ERAP2 蛋白，而最小等位基因G 的純合子不能表達ERAP2 蛋白，影響MHC-Ⅰ類抗原遞呈［5］。

ERAP1 基因具有高度多態(tài)性及強連鎖不平衡性。近期的GWAS 研究證實了多個ERAP1 SNPs 變異與高血壓和多種的人類疾病有關。推測這些變異導致的生物學功能的潛在影響可能與ERAP1 結構的位置有關:rs2287987 (M349V)位于活性位置，rs17482078(R725Q)和rs27044 (Q730E)位于C 端空腔的內(nèi)部表面可能影響底物序列或特異性長度。Rs26653 (R127P)，rs30187(K528R)和rs10050860(D575N)位于連接區(qū)域能夠通過依次改變開放和關閉結構而間接影響酶的特異性和活性。Rs30187 和rs27044 也在人群中被證實與許多疾病有關。這些多態(tài)性可以引起氨肽酶對合成肽底物和幾個抗原前體肽的活性明顯減低。ERAP2 基因也具有多態(tài)性，rs17408150(N392K)位于催化位點非常近，并與一些重要的催化殘基相互作用［6］。

2.ERAPs 蛋白結構:ERAP1 蛋白有3 種晶體結構，都包括1 個大的開放的結構，形成內(nèi)部較大的空腔用以容納多種較長的抗原肽前體，在催化和調(diào)控位點結合的長肽底物，可以誘導晶體構象重排，導致酶的激活或進行有效的微調(diào)［7］。ERAP2 的晶體結構與ERAP1 的主要結構有49%的相似［8］。其晶體結構的不同決定兩種酶不同的生物學作用。關鍵的變化體現(xiàn)在S1 口袋，ERAP1 蛋白的Q181 和ERAP2 的D198導致了兩種酶在MHCⅠ類抗原遞呈活性和底物特異性的差異。ERAP1 優(yōu)先水解疏水殘基(亮氨酸和異亮氨酸)，而ERAP2 顯示偏好堿性氨基酸殘基(精氨酸和賴氨酸)。將ERAP1 的Q181 替換為D，可導致底物特異性明顯改變，因為Q181D ERAP1 更優(yōu)先選擇堿性氨基酸［9］。

3.ERAPs 在MHCⅠ抗原肽遞呈中的作用:在細胞質中，蛋白水解酶將內(nèi)源性蛋白質分解產(chǎn)生具有抗原位點的肽段，被抗原遞呈蛋白相關轉錄因子(TAP1和TAP2)轉運至內(nèi)質網(wǎng)中并由ERAP 水解到能結合到MHCⅠ類分子所需要的長度，并將其遞呈于細胞表面供CD8+T 細胞和自然殺傷(NK)識別。而對8個氨基酸殘基的抗原肽則無作用。由于TAP1 和TAP2 傳遞的抗原肽往往超過MHCI 類分子結合的合適的長度，ERAPs 對抗原肽的修剪在其遞呈中很關鍵。

研究發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)ERAP1 的缺失或抑制會擾亂MHCⅠ類抗原肽的遞呈，質譜分析顯示ERAP1 缺乏小鼠MHCⅠ類分子遞呈的內(nèi)源性肽長度明顯增加，證實了ER 肽修剪決定了MHCⅠ類分子遞呈的抗原肽的成分和結構［10］。

腫瘤細胞ERAP1 表達的下調(diào)或缺失，與腫瘤細胞膜表面MHCⅠ類分子表達下調(diào)或丟失存在顯著關聯(lián)性，可能通過改變腫瘤細胞相關抗原肽的加工處理與遞呈功能，致使機體免疫應答降低。部分腫瘤細胞內(nèi)高表達ERAP1，但酶活性明顯下降，推測可能與其異常的翻譯后修飾有關，而ERAPl 的高表達可使腫瘤內(nèi)的血管密度減少，在抑制腫瘤血管生成方面起著重要的作用。

4.ERAP1 和細胞脫落:ERAP1 參與包括腫瘤壞死因子受體1(TNFR1)，IL -6Rα 和IL -1RⅡ等細胞因子表面受體裂解過程。ERAP1 可與人內(nèi)皮細胞和上皮細胞表面的TNFR1 區(qū)域結合促進其受體的脫落，免疫印記法顯示了ERAP1 和膜相關性TNFRⅠ表達呈負相關，抑制ERAP1 可以減少TNFRI 的脫落，ERAP1 高表達的的細胞培養(yǎng)的上清液顯示了可溶解的TNFR1 水平。盡管ERAP1 表達的變化與TNFR1脫落呈正比，但其并不直接催化TNFR1 胞外區(qū)的脫落，而是輔助其他金屬蛋白酶在TNFR1 脫落中起作用。ERAP1 不能作為真正意義上的裂解酶，ERAP1必須與核蛋白(nucleobindin 2)和RBMX (RNA -結合基序基因，43kDa 的異質性胞核核糖核蛋白)結合成一復合體，調(diào)節(jié)TNFRI 外來體狀囊泡的結構的釋放和IL-1β 介導的可誘導的TNFR1 的胞外區(qū)蛋白裂解。相似的，ERAP1 也可促進IL-6R 和IL-1RⅡ的裂解，ERAP1 通過調(diào)節(jié)3 種不同類型細胞因子受體超家族的脫落，在調(diào)節(jié)天然免疫和炎癥反應方面發(fā)揮重要作用。

二、ERAPs 與銀屑病相關性研究

銀屑病是一種常見的表皮過度增生的慢性復發(fā)性炎癥性皮膚病，屬于遺傳和環(huán)境因素共同作用的多因素疾病，本病有種族差異，白種人發(fā)病率較高，可達2% ～5%，非洲及亞洲群體的發(fā)病率較低［11］。由種族因素影響銀屑病的發(fā)病差異的具體作用機制尚不是很清楚，但不同種族間的差異主要還是體現(xiàn)在遺傳素質的不同，因此，一定程度上可以認為遺傳異質性是影響銀屑病發(fā)病率的一個重要因素［12］。GWAS 研究通過大樣本量證實了與多種疾病相關的候選易感基因和遺傳位點。近期GWAS 報道進行深入分析得出ERAPs SNP 與一些自身免疫性疾病相關并在隨后的病例對照研究中得以驗證。

銀屑病是典型的常見的包括天然免疫系統(tǒng)和復雜的遺傳背景的炎癥性皮膚病，可能合并關節(jié)炎。其影響到全世界人口的3%，有相當大的種族差異。以前的連鎖分析和關聯(lián)分析研究鑒定MHC 區(qū)域的HLA-C 是最可能的候選基因。GWAS 除HLA -C外，還鑒定出一些非MHC 位點，與CD8+T 淋巴細胞相關的ERAP1 在多個種族不同人群中均顯示與銀屑病發(fā)病相關［13，14］。

Sun 等［13］在前期GWAS 研究基礎上，開展多中心，大樣本量的國際合作(中國:21231 例;歐美:7481例)，合并了中國漢族人群樣本對ERAP1 基因(rs151823，P=9.32 ×10-9，OR =0.89)位點進行基因分型，分析結果顯示該位點等位基因頻率在病例組較對照組低，之間的差異也具有統(tǒng)計學意義。而在新疆維吾爾族人群中研究發(fā)現(xiàn)，相對漢族人群，該位點等位基因頻率在病例組較對照組更低(P =2.92 ×10-5，OR = 0.69)，而該位點在德國、美國核心家系和散發(fā)病例中均未發(fā)現(xiàn)明顯差異。隨后崔婧等［15］選取7717 例銀屑病患者和11831 例正常對照的ERAP1基因多態(tài)性rs151823 位點的基因分型資料，采用χ2檢驗比較各組間基因型和等位基因頻率的分布差異，結果顯示ERAP1 基因多態(tài)性rs151823 位點基因型和等位基因頻率分布差異在病例組和對照組、早發(fā)患者和晚發(fā)患者間差異有統(tǒng)計學意義，在家族史陽性患者和家族史陰性患者、急性點滴型患者和慢性斑塊型患者間的分布差異均無統(tǒng)計學意義。

牛津大學的Strange 等［14］在對合并后病例∶對照=6523∶10639 的歐洲人群銀屑病GWASs 研究中，亦發(fā)現(xiàn)ERAP1 和銀屑病的相關性(rs27524，P combind=2.56 × 10-11)。而且，通過Logistic 回歸分析發(fā)現(xiàn)，該基因和HLA -C 在統(tǒng)計學上有交互作用。ERAP1 的變異只影響那些攜帶HLA -C 危險等位基因的人群對銀屑病的易感性。Yang 等［16］在379 例漢族銀屑病，595 例關節(jié)形銀屑病及1181 例健康對照組通過MassARRAY 平臺進行基因分型，結果顯示，與健康對照組相比，rs27524 在尋常型銀屑病組及關節(jié)型銀屑病組均顯示出差異(P ＜0.05)。

Lysell 等［17］在銀屑病人群中驗證了MHC 和既往曾報道過的與AS 相關的ERAP1 的SNP(rs26653，rs27524)、與硬皮病相關的SNP(rs30187)。在將年齡細化分層分析時，發(fā)現(xiàn)和對照組相比，當發(fā)病年齡在10 ～20 組，rs26653 與銀屑病相關性最強(OR =1.59，P=0.000)，而在低于10 歲的患病組則無明顯相關性。而且在進行分析時也未發(fā)現(xiàn)ERAP1 rs26653 和HLA - C*0602 的相互作用。Bergboer等［18］在小樣本荷蘭銀屑病患者中發(fā)現(xiàn)，ERAP1 與幼年發(fā)病的銀屑病相關(rs27524，P =0.042)。但也有相反結果，Hinks 等［19］在發(fā)現(xiàn)ERAP1 與關節(jié)痛相關的肌腱骨止點炎癥、青少年特發(fā)性關節(jié)炎有關，而IL23 基因則與幼年發(fā)生的關節(jié)性銀屑病相關。提示了這些疾病在發(fā)病機制上的不同。Julià 等［20］也在單純皮膚損害的銀屑病患者人群中發(fā)現(xiàn)ERAP1 和HLA-C 的交互作用。ERAP1 基因的不同變異可導致遞呈給MHCⅠ類分子的抗原肽的種類發(fā)生變化，可導致復雜表型疾病(如銀屑病)的不同臨床表型。

大多數(shù)與多因素疾病相關的SNP 僅僅能改變疾病發(fā)病的歸因危險度。大多數(shù)鑒定的SNP 可能位于基因組的非編碼區(qū)，因而他們在疾病發(fā)展中的的致病作用可能來自于蛋白水平的剪接作用或在特定細胞類型上的轉錄作用。在特定疾病中，ERAP SNPs 與MHCⅠ類分子相關，基因-基因間的交互作用支持ERAPs 在自身免疫性疾病發(fā)病中起作用。然而，ERAP 相關SNPS 如何影響疾病發(fā)病機制(包括診斷和相應檢查方面的價值)目前仍不知曉。在自身免疫性疾病研究中，選擇合適的生物系統(tǒng)和實驗動物模型上廣泛地研究來展示ERAPs SNP 位點與疾病的易感性等方面的作用是未來研究的目標。

1 Tsujimoto M，Hattori A. The oxytocinase subfamily of M1 aminopeptidases［J］. Biochim Biophys Acta，2005，1751(1):9 -18

2 Forloni M，Albini S，Limongi MZ，et al. NF-kappaB，and not MYCN，regulates MHC class I and endoplasmic reticulum aminopepti -dases in human neuroblastoma cells［J］. Cancer Res，2010，70(3):916 -924

3 Saveanu L，Carroll O，Lindo V，et al. Concerted peptide trimming by human ERAP1 and ERAP2 aminopeptidase complexes in the endoplasmic reticulum［J］. Nat Immunol，2005，6(7):689 -697

4 Kim S，Lee S，Shin J，et al. Human cytomegalovirus microRNA miR-US4 -1 inhibits CD8(+)T cell responses by targeting the amino-peptidase ERAP1［J］. Nat Immunol，2011，12(4):984 -991

5 Andres AM，Dennis MY，Kretzschmar WW，et al. Balancing selection maintains a form of ERAP2 that undergoes nonsense - mediated decay and affects antigen presentation［J］. PLoS Genet，2010，6(10):e1001157

6 Evnouchidou I，Kamal RP，Seregin SS，et al. Cutting Edge:coding single nucleotide polymorphisms of endoplasmic reticulum aminopeptidase 1 can affect antigenic peptide generation in vitro by influencing basic enzymatic properties of the enzyme［J］. J Immunol，2011，186(4):1909 -1913

7 Kochan G，Krojer T，Harvey D，et al. Crystal structures of the endoplasmic reticulumaminopeptidase - 1 (ERAP1)reveal themolecular basis for N-terminal peptide trimming［J］. Proc Natl Acad Sci USA，2011，108(19):7745 -7750

8 Birtley JR，Saridakis E，Stratikos E，et al. The crystal structure of human endoplasmic reticulum aminopeptidase 2 reveals the atomic basis for distinct roles in antigen processing［J］. Biochemistry，2012，51(1):286 -295

9 Goto Y，TanjiH，Hattori A，et al. Glutamine -181 is crucial in the enzymatic activity and substrate specificity of human endoplasmic-reticulum aminopeptidase-1［J］.Biochem J，2008，416(1):109 -116

10 Blanchard N，Kanaseki T，Escobar H，et al. Endoplasmic reticulum aminopeptidase associated with antigen processing defines the composition and structure of MHC class I peptide repertoire in normal and virus-infected cells［J］. J Immunol，2010，184(6):3033 -3042

11 Fierabracci A，Ayroldi E. Experimental strategies in autoimmunity:antagonists of cytokines and their receptors，nanocarriers，inhibitors of immunoproteasome，leukocyte migration and protein kinases［J］. Curr Pharm Des，2011，17(29):3094 -3107

12 Weidemann AK，Crawshaw AA，Byrne E，et al. Vascular endothelial growth factor inhibitors:investigational therapies for the treatment of psoriasis［J］. Clin Cosmet Investig Dermatol，2013，6:233 -244

13 Sun LD，Cheng H，Wang ZX，et al. Association analyses identify six new psoriasis susceptibility loci in the Chinese population［J］. Nat Genet，2010;42(11):1005 -1009

14 Strange A，Capon F，Spencer CC，et al. A genomewide association study identifies new psoriasis susceptibility loci and an interaction between HLA - C and ERAP1［J］. Nat Genet，2010，42(11):985 -990

15 崔婧，張麗君，李珊珊，等.ERAP1 基因多態(tài)性與漢族人群尋常型銀屑病表型的相關性研究［J］.安徽醫(yī)科大學學報，2011，46(11):1161 -1164

16 Yang Q，Liu H，Qu L，et al.Investigation of 20 non-HLA (human leucocyte antigen)psoriasis susceptibility loci in Chinese patients with psoriatic arthritis and psoriasis vulgaris［J］.Br J Dermatol. 2013，168(5):1060 -1065

17 Lysell J，Padyukov L，Kockum I，et al. Genetic association with ERAP1 in psoriasis is confined to disease onset after puberty and not dependent on HLA-C* 06［J］. J Invest Dermatol，2013，133(2):411-417

18 Bergboer JG，Oostveen AM，de Jager ME，et al. Paediatric - onset psoriasis is associated with ERAP1 and IL23R loci，LCE3C_LCE3B deletion and HLA-C* 06［J］. Br J Dermatol，2012，167(4):922 -925

19 Hinks A，Martin P，F(xiàn)lynn E，et al. Subtype specific genetic associations for juvenile idiopathic arthritis:ERAP1 with the enthesitis related arthritis subtype and IL23R with juvenile psoriatic arthritis［J］.Arthritis Res Ther，2011，13(1):R12

20 Julià A，Tortosa R，Hernanz JM，et al.Risk variants for psoriasis vulgaris in a large case -control collection and association with clinical subphenotypes［J］. Hum Mol Genet，2012，21(20):4549 -4557