劉 娜， 萬紫旭， 張 揚(yáng)， 朱振龍， 徐國輝

(1.河北醫(yī)科大學(xué)， 河北 石家莊 050031

2.承德護(hù)理職業(yè)學(xué)院， 河北 承 德 067000

3.河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院， 河北 石家莊 050031)

Omi/HtrA2與細(xì)胞凋亡相關(guān)性的研究

劉 娜1， 萬紫旭2， 張 揚(yáng)2， 朱振龍3， 徐國輝2

(1.河北醫(yī)科大學(xué)， 河北 石家莊 050031

2.承德護(hù)理職業(yè)學(xué)院， 河北 承 德 067000

3.河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院， 河北 石家莊 050031)

Omi/HtrA2； 細(xì)胞凋亡； Caspase

凋亡是細(xì)胞的一種自殺行為，是機(jī)體清除自身無用的、危險(xiǎn)的、病理的細(xì)胞的重要方式[1]。Omi/HtrA2是一種存在于線粒體膜間隙的絲氨酸蛋白酶，在其受到某些信號的刺激時(shí)可穿出線粒體并通過改變分子結(jié)構(gòu)而發(fā)展成為成熟的Omi/HtrA2，成熟形式的Omi/ HtrA2與IAPs相結(jié)合后抑制了IAPs對caspases的作用，使得caspase的活性得以釋放，從而引起caspases依賴性凋亡通路的發(fā)生[2]。同時(shí)，Omi/HtrA2憑借自身的酶切作用可以直接剪切IAPs家族中的重要因子，促發(fā)非依賴性caspases凋亡途徑的發(fā)生，直接消除IAPs抑制凋亡的作用[3]。

1　研究背景

Omi是Faccio等[4]由動物體內(nèi)分離產(chǎn)生的，屬于一種新型的蛋白酶，并且與HtrA同源。同年，Savopoulos等對Omi進(jìn)行進(jìn)一步純化分析，得到HtrA2。另外，GrayC.w[5]也發(fā)現(xiàn)了與Omi為同一種物質(zhì)的HtrA2，故合稱Omi/HtrA2。

近年來，人們發(fā)現(xiàn)Omi/HtrA2是凋亡抑制蛋白家族IAPs的天然負(fù)調(diào)節(jié)因子，其功能正在被人們逐漸發(fā)掘和認(rèn)識。Omi/HtrA2的主要作用途徑是通過減弱或消除IAPs的作用使細(xì)胞凋亡的抑制效應(yīng)得到控制，細(xì)胞則會呈現(xiàn)凋亡現(xiàn)象。

2　Omi/HtrA2的分子結(jié)構(gòu)和基本定位

Omi/HtrA2的編碼基因位于人類染色體2q13(或2p12)，其包含8個(gè)外顯子，蛋白相對分子質(zhì)量為38000和40000[6]。Omi/HtrA2蛋白由458個(gè)氨基酸殘基組成，轉(zhuǎn)錄生成2.1kb和4.5kb兩種不同的mRNA[4，5]。

Omi/HtrA2分子呈晶體樣結(jié)構(gòu)，其中包括了蛋白酶序列和結(jié)構(gòu)域兩種具備重要作用的構(gòu)型。主要的結(jié)構(gòu)域是參與水解蛋白的羧基端的PDZ結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域是由365～455位的氨基酸殘基構(gòu)成的。PDZ結(jié)構(gòu)域選擇性地與受體蛋白的殘基結(jié)合導(dǎo)致HtrA2構(gòu)型的改變，使其絲氨酸蛋白酶活性被激活，達(dá)到降解受體蛋白的目的。Clausen T等[7]證實(shí)PDZ結(jié)構(gòu)域是底物進(jìn)入HtrA2核心活性部位的唯一通路。Runyon ST等[8]、Zhang Y等[9]均發(fā)現(xiàn)Omi/HtrA2內(nèi)部的折疊方式不同，正是這種折疊方式?jīng)Q定了Omi/HtrA2對不同受體蛋白的不同選擇性。

總之，由于PDZ結(jié)構(gòu)域的存在Omi/HtrA2可以結(jié)合多種類型的蛋白，發(fā)揮其廣泛而有效的促凋亡效應(yīng)。PDZ結(jié)構(gòu)域與WARTS蛋白激酶的C末端結(jié)合，可以增強(qiáng)Omi/HtrA2蛋白的水解酶活性，從而促進(jìn)細(xì)胞的死亡[10]；另外，PDZ結(jié)構(gòu)域與presenilin－1(PSl)蛋白的C末端結(jié)合，，能顯著增強(qiáng)Omi/HtrA2水解IAPs蛋白的活性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡的發(fā)生；除此之外，PDZ結(jié)構(gòu)域?qū)φ郫B錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)亦有降解作用[11]。PDZ結(jié)構(gòu)域作用機(jī)制的發(fā)現(xiàn)對Omi/HtrA2與細(xì)胞凋亡關(guān)系的研究認(rèn)識具有深刻的意義和巨大的影響。

除了PDZ結(jié)構(gòu)域，引導(dǎo)Omi/HtrA2進(jìn)入線粒體的氨基酸序列也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。線粒體定向序列(MTS)[12]也可以稱為線粒體定位信號(l MLS)，是由前60位氨基酸序列構(gòu)成，正是由于這個(gè)基序的存在，Omi/HtrA2才可以進(jìn)入線粒體轉(zhuǎn)變成為成熟形式，故該基序在Omi/HtrA2促細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮著非常重要的作用，具有引導(dǎo)Omi/HtrA2進(jìn)入線粒體的作用[12]。另外，完整的Omi/HtrA2也稱之為HtrA2前體蛋白，通過核基因在線粒體外形成，Seong Y觀察到HtrA2前體蛋白由MTS或MLS介導(dǎo)進(jìn)入線粒體膜間隙，憑借自身蛋白酶解作用轉(zhuǎn)變成為成熟形式。成熟的Omi/HtrA2蛋白所包含的α－螺旋和β鏈?zhǔn)瞧錁?gòu)成空間上的PDZ結(jié)構(gòu)域和絲氨酸蛋白酶構(gòu)型的基礎(chǔ)。PDZ結(jié)構(gòu)域移動于絲氨酸蛋白酶結(jié)構(gòu)域的周圍，PDZ結(jié)構(gòu)域捕獲底物分子后，將底物移至蛋白水解位點(diǎn)，發(fā)揮水解蛋白作用。PDZ結(jié)構(gòu)域決定了與何種底物結(jié)合，以及是否發(fā)揮蛋白酶作用。而且，通過對氨基酸測序發(fā)現(xiàn)HtrA2前體蛋白在丙氨酸133羧基端處自身催化分離，暴露AVPS。AVPS為氨基末端的Reaper樣基序(Ala－Val－Pro－Ser，AVPS)，該基序可以與XIAP的BIR結(jié)構(gòu)域結(jié)合從而阻斷XIAP的凋亡抑制作用。

3　Omi/HtrA2促凋亡機(jī)制

Omi/HtrA2是定位于線粒體的具有凋亡調(diào)節(jié)功能的蛋白酶，其促凋亡作用主要有以下兩條途徑:

3.1Omi/HtrA2參與的Caspase依賴性凋亡:XIAP是IAPs家族的成員之一，是主要的內(nèi)源性caspase抑制物，其分子結(jié)構(gòu)中的BIR結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合并抑制活化的caspase3、7、9。因?yàn)榈蛲稣T導(dǎo)因子的作用使完整的Omi/HtrA2穿過線粒體膜并轉(zhuǎn)變成為成熟的Omi/ HtrA2。兩者的主要區(qū)別是成熟的Omi/HtrA2蛋白因缺乏N端的133個(gè)氨基酸序列而暴露了前四位氨基酸殘基AVPS形成的Reaper結(jié)構(gòu)域，AVPS結(jié)構(gòu)域與IAPs的BIR結(jié)構(gòu)結(jié)合，解除了IAPs對caspases活性的抑制作用。

3.2Omi/HtrA2參與的非Caspase依賴性凋亡:非Caspase依賴性凋亡是在整個(gè)細(xì)胞凋亡進(jìn)程中caspase沒有參與的凋亡通路。Hegde等[12]通過研究細(xì)胞中表達(dá)的兩種沒有MTS的Omi/HtrA2分子，一種具有蛋白酶活性，另一種沒有蛋白酶活性，兩者因?yàn)椴荒苓M(jìn)入線粒體所以不能發(fā)展成為成熟的Omi/HtrA2，因而阻礙了AVPS結(jié)構(gòu)域與BIR結(jié)構(gòu)域的結(jié)合，caspase依賴性凋亡不會發(fā)生，但是有蛋白酶活性的Omi/HtrA2分子的細(xì)胞仍然可發(fā)生死亡，即使使用caspase抑制劑也不能阻止此效應(yīng)。由此證明，Omi/HtrA2除了caspase依賴性的凋亡通路外，凋亡信號還通過了一些非caspase依賴途徑進(jìn)行了轉(zhuǎn)導(dǎo)。

Omi/HtrA2通過自身的酶切作用與IAPs結(jié)合后直接剪切Livin、C－IAP1、C－IAP2和XIAP，消除IAPs抑制細(xì)胞凋亡的作用。

4　Omi/HtrA2與腫瘤

目前，關(guān)于Omi/HtrA2在腫瘤組織中的表達(dá)情況有不同的研究結(jié)果。國內(nèi)相關(guān)學(xué)者通過對Omi/HtrA2在乳腺癌、胃癌、喉癌、前列腺癌等腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)情況進(jìn)行研究，結(jié)果顯示Omi/HtrA2在這些腫瘤中均呈現(xiàn)高表達(dá)，而在良性腫瘤和正常組織中呈弱表達(dá)或無表達(dá)。但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)Omi/HtrA2在一些腫瘤組織中較正常組織呈現(xiàn)低表達(dá)。雖然在不同的腫瘤組織中的研究結(jié)果亦不相同，但其在腫瘤組織中均存在異常表達(dá)，提示Omi/HtrA2可能參與了惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

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1006－6233(2016)11－1914－02

A 【doi】10.3969/j.issn.1006－6233.2016.11.070

朱振龍