轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2與蛋白質(zhì)的五羥色胺化

段　艷綜述，劉　斌審校（西南醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院兒科，四川瀘州646000）

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2與蛋白質(zhì)的五羥色胺化

段艷綜述，劉斌△審校（西南醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院兒科，四川瀘州646000）

谷氨酰胺酶；血清素；高血壓，肺性；綜述

近年來，五羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）與肺動脈高壓（pulmonary artery hypertension，PAH）的關(guān)聯(lián)越來越受到人們的重視，組織型轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2（transglutaminase 2，TG2）通過5-HT介導(dǎo)蛋白質(zhì)交聯(lián)，這種蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過程被稱為“五羥色胺化”。TG2的活動及五羥色胺化的蛋白質(zhì)參與肺血管平滑肌細(xì)胞的增殖和由5-HT引起的血管收縮，但TG2被激活的主要機(jī)制及五羥色胺化的蛋白質(zhì)其他可能的作用尚有待于闡明。

PAH是以肺小動脈痙攣、血管內(nèi)膜及血管平滑肌細(xì)胞異常增殖和血管重構(gòu)為特征的惡性疾病，可導(dǎo)致肺血管閉塞，血管阻力進(jìn)行性增高，右心衰竭［1-3］，甚至死亡［4-5］。在低氧誘導(dǎo)PAH實(shí)驗(yàn)老鼠模型中的肺組織和血液中5-HT和TG2水平明顯升高。在肺血管平滑肌細(xì)胞中纖連蛋白通過TG2翻譯后修飾成五羥色胺化的纖連蛋白，五羥色胺化再刺激這些細(xì)胞的增殖與遷移，表明TG2和五羥色胺化的纖連蛋白可能與PAH有關(guān)，可能成為治療PAH的新的藥物靶點(diǎn)?，F(xiàn)將目前已知的5-HT特性及TG2介導(dǎo)的五羥色胺化與PAH的關(guān)系綜述如下。

1　5-HT的基本特征

1.15-HT來源5-HT又稱為血清素［6］，早在1941年Rapport等從血清中分離出來作為一種血管收縮物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)而得名，即serotonin。其是由色氨酸通過羥基化和脫羧反應(yīng)2個必需的步驟合成的一元胺，色氨酸羥化酶（tryptophan hydroxylase，Tph）是其合成的速率限制酶。在哺乳動物中目前已知的外周合成部位至少包括腸道內(nèi)分泌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，合成受Tph1基因調(diào)節(jié)，其他可能的外周合成部位目前尚不清楚。此外，5-HT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)也有合成并受Tph2基因調(diào)節(jié)，且不能透過血腦屏障，因此，外周與中樞的5-HT被認(rèn)為是分開的。

1.25-HT的代謝與功能5-HT能被單胺氧化酶和醛脫氫酶相繼氧化代謝為羥吲哚乙酸通過尿液排出體外。血液循環(huán)中的5-HT可被肺內(nèi)皮細(xì)胞攝取，更多的則是由血小板攝取并儲存于一種電子致密顆粒中，因此，正常情況下血漿5-HT水平很低。但在某些疾病狀態(tài)下，如原發(fā)性和繼發(fā)性PAH均發(fā)現(xiàn)血漿5-HT水平升高。5-HT是體內(nèi)一種重要的絲裂素，能促進(jìn)肺血管平滑肌增生，肺動脈血管收縮和局部微血栓形成。因此，5-HT可能在肺血管重構(gòu)和肺血管緊張性增加中具有重要作用。5-HT也是一種重要的免疫調(diào)節(jié)因子，可通過其受體和最近認(rèn)識的五羥色胺化過程對各種免疫細(xì)胞產(chǎn)生效應(yīng)［7］。不僅如此，5-HT也參與了人類神經(jīng)功能的調(diào)節(jié)包括記憶和學(xué)習(xí)、行為調(diào)節(jié)、情緒改變等。

2　5-HT與PAH

2.15-HT相關(guān)的細(xì)胞信號途徑5-HT主要通過受體和轉(zhuǎn)載體2種方式與細(xì)胞表面相互作用。5-HT受體存在多種亞型，5-HT至少可與17種不同受體結(jié)合包括5-HT1A-F、5-HT2A-C、5-HT3、5-HT4等，這些受體參與了多種信號途徑而發(fā)揮細(xì)胞作用。目前唯一知道的一種5-HT轉(zhuǎn)載體（serotonin transporter，SERT）依賴鈉離子主動轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制發(fā)揮受體樣作用使5-HT內(nèi)在化。有研究發(fā)現(xiàn)，SERT參與缺氧誘導(dǎo)的血管平滑肌細(xì)胞增殖效應(yīng)。轉(zhuǎn)載體和受體存在于身體各種細(xì)胞中，因此，有可能在許多生物事件中相互影響，如肺血管平滑肌細(xì)胞（pulmonary arterial smooth muscle cells，PASMC）的增殖與收縮。但5-HT受體與轉(zhuǎn)載體之間的確切關(guān)系仍不甚明了。在PASMC中5-HT信號傳導(dǎo)還通過其他多種信號分子，如鳥苷三磷酸（guanosine triphosphate，GTP）酶激活蛋白的酪氨酸磷酸化，RAS同源物（Rho）、NAD（P）H氧化酶、激活的蘇氨酸激酶（Threonine kinase，Akt）和細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶 1/2（extracellular regulated kinase1/2，ERK1/2）、MAP激酶的激活而誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞的增生及肥大。

2.25-HT與PAH5-HT受體在PAH中可引起肺動脈收縮、參與肺血管構(gòu)型的重建等作用。將SERT基因敲除老鼠暴露于低氧環(huán)境下將不能形成PAH，而血管中SERT過表達(dá)將會自發(fā)地形成PAH。有研究采用藥理學(xué)及遺傳學(xué)方法強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)PAH老鼠模型中Tph1的重要性，并認(rèn)為其可能成為 PAH新的治療靶點(diǎn)［8］。Eddahibi等［9］發(fā)現(xiàn)，與對照組比較，PAH患者PASMC中SERT表達(dá)增加；Eddahibi等［9］也研究了SERT基因多態(tài)性，表明LL基因型較LS、SS基因型更能增加SERT表達(dá)及活性。在人和動物的相關(guān)研究中關(guān)于5-HT與PAH的關(guān)系已有越來越多的認(rèn)識，但其相關(guān)性的具體機(jī)制尚有待于闡明。

3　TG2的相關(guān)特性

3.1TG2通過5-HT介導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯后修飾近年來，對TG2介導(dǎo)蛋白質(zhì)翻譯后修飾的進(jìn)一步認(rèn)識可能為5-HT的化學(xué)作用提供新的研究思路。TG2首先在食品工業(yè)中被發(fā)現(xiàn)，使谷氨酸鹽和部分賴氨酸、多肽類及小分子胺類之間產(chǎn)生交聯(lián)而改變?nèi)忸惙€(wěn)定性。這種轉(zhuǎn)酰胺基反應(yīng)在有5-HT參與的情況下即稱為五羥色胺化，如在肺血管平滑肌細(xì)胞中通過TG2作用，纖連蛋白翻譯后修飾為五羥色胺化纖連蛋白參與細(xì)胞的增殖和遷移。此外，也有許多其他單胺類物質(zhì)通過TG2產(chǎn)生類似的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，該過程被稱為“一元胺化”。在蛋白質(zhì)翻譯后修飾的研究中發(fā)現(xiàn)了新的調(diào)控通路，可能為目前知之甚少的PAH和低氧誘導(dǎo)發(fā)生PAH等疾病的發(fā)病機(jī)制提供新的研究思路。

3.2TG2的表達(dá)與激活目前，已知多種TG，其中廣泛存在于哺乳動物細(xì)胞內(nèi)者被稱為TG2。TG2是一種多功能蛋白質(zhì)，通過鈣離子（Ca2+）依賴途徑催化蛋白質(zhì)翻譯后修飾［10］。TG2存在于多種類型細(xì)胞中，如內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和免疫相關(guān)細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)TG2大多存在于細(xì)胞質(zhì)中，也可改變位置出現(xiàn)于細(xì)胞質(zhì)膜、線粒體和細(xì)胞核中。TG2參與細(xì)胞黏附、遷移、生存、凋亡及基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。因此，TG2與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)，有研究顯示，TG2表達(dá)增加與多種腫瘤發(fā)生相關(guān)，如乳腺癌、卵巢癌、腦癌、胰腺癌等［11］。此外，TG2也通過非經(jīng)典途徑分泌到細(xì)胞外，在維持基質(zhì)穩(wěn)定和創(chuàng)傷修復(fù)方面的作用已被深入研究。有研究證實(shí)，一氧化氮能誘導(dǎo)TG2亞硝基化，從而抑制TG2分泌到細(xì)胞外，反之，細(xì)胞內(nèi)Ca2+的增加將誘導(dǎo)TG2的分泌及激活［12］。但TG2分泌的特異機(jī)制尚不十分清楚。細(xì)胞內(nèi)外的許多蛋白均是TG2的作用底物，TG2與纖連蛋白末端的NH2基團(tuán)有高度的親和力并與之緊密結(jié)合。在老鼠體內(nèi)的研究表明，抑制TG2活性將降低炎癥相關(guān)的急性肺損傷［13］。Jang等［14］證實(shí)，在含氧量低的腫瘤細(xì)胞中通過低氧誘導(dǎo)因子-1 （hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）依賴途徑可增加TG2的表達(dá)及細(xì)胞內(nèi)活性。Siegel等［15］研究表明，細(xì)胞外TG2處于無活性狀態(tài)，在細(xì)胞受壓和組織損傷時被激活。激活的TG2經(jīng)歷主要的構(gòu)型改變，使蛋白質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入其活性中心而發(fā)揮生物學(xué)作用。

3.3TG2受細(xì)胞內(nèi)Ca2+的調(diào)節(jié)GTP是TG2的特殊底物，對通過抑制轉(zhuǎn)酰胺基反應(yīng)調(diào)節(jié)TG2功能是必需存在的，GTP保護(hù)TG2免于降解，抑制GTP活性將使TG2降解增加，而Ca2+的作用與其相反。TG2可通過Ca2+動員介導(dǎo)毒蕈堿樣膽堿能受體直接激活。在Ca2+螯合劑——乙二醇四乙醚存在時5-HT誘導(dǎo)的TG2基質(zhì)蛋白翻譯后修飾明顯減少［16］。Penumatsa等［17］研究證實(shí)，在低氧誘導(dǎo)形成的PAH中，TG2與PASMC的增殖與血管重構(gòu)有關(guān)，并受細(xì)胞內(nèi)Ca2+和HIF-1α的調(diào)節(jié)。Ca2+通道和Ca2+受體在PAH中的作用較為復(fù)雜，目前尚不完全了解。且Ca2+通道阻滯劑對一部分PAH患者有效，對一部分PAH患者卻無效。

4　TG2誘導(dǎo)的五羥色胺化與PAH

五羥色胺化的蛋白質(zhì)可參與多種生理作用包括血小板活化、胰島素分泌、血管平滑肌收縮和調(diào)節(jié)5-HT轉(zhuǎn)載體的膜定位［18］。GTP酶的五羥色胺化將引發(fā)血小板α顆粒的釋放。PAH患者血小板中RhoA五羥色胺化增強(qiáng)了，間接表明參與激活RhoA的TG2的活性可能也被提高了。

在血管平滑肌細(xì)胞中TG2與纖連蛋白相互作用并參與由血小板源性生長因子和血小板源性生長因子受體介導(dǎo)的下游信號事件的激活，TG2的激活誘導(dǎo)纖連蛋白的表達(dá)和血管平滑肌細(xì)胞的增殖及遷移［19］。Liu等［16］研究證實(shí)，對培養(yǎng)的PASMC用5-HT處理后導(dǎo)致纖連蛋白為主的多種蛋白質(zhì)五羥色胺化。改變的纖連蛋白與PAH有關(guān)。抑制SERT或TG2活性導(dǎo)致PASMC蛋白質(zhì)五羥色胺化被阻滯，細(xì)胞增殖和遷移也受到牽連。

在暴露于低氧和野百合堿誘導(dǎo)產(chǎn)生的PAH老鼠模型的肺組織及血液中發(fā)現(xiàn)，五羥色胺化纖連蛋白增多，表明增加肺組織中TG活性可能使五羥色胺化纖連蛋白釋放入血。表明可通過五羥色胺化纖連蛋白量間接反映TG2活性。Wang等［20］研究證實(shí)，在野百合堿誘導(dǎo)產(chǎn)生PAH的小鼠模型中五羥色胺化RhoA對Rho/ROCK信號途徑具有重要作用，且這種作用能被SERT抑制劑——鹽酸氟西汀阻滯。Penumatsa等［21］研究表明，在5-HT作用下TG2通過提高Akt信號傳導(dǎo)，也可能是通過其五羥色胺化促進(jìn)末端PASMC增殖。為TG2如何參與血管重構(gòu)提供了新的研究思路。

綜上所述，了解PAH實(shí)驗(yàn)動物模型中TG2活性和PAH患者血液中TG2活化作用的產(chǎn)物是非常重要的。可通過TG2活性增高可能帶來的疾病生理效應(yīng)推測其可能的作用機(jī)制。HIF-1是TG2的重要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，對暴露于低氧條件下的腫瘤細(xì)胞逃避細(xì)胞凋亡是不可或缺的［15］。Chen等［22］研究表明，在慢性缺氧的PAH模型肺組織中硫氧還原蛋白1（thioredoxin，Trx1）的表達(dá)及活性增加。且條件性敲除小干擾RNA或藥物抑制Trx1 后HIF-1活性降低，使磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B激活從而減少PASMC的增殖。5-HT、HIF-1、Trx1可能均與TG2相互作用并參與其過程，這些相互作用的本質(zhì)尚需在未來的研究中得到解答。一些與TG2相關(guān)的能產(chǎn)生細(xì)胞效應(yīng)的信號途徑尚有待于闡明：（1）在PAH形成中的中央細(xì)胞信號分子，如Rho激酶的激活；（2）促進(jìn)肺血管重構(gòu)的纖連蛋白等基質(zhì)蛋白五羥色胺化過程；（3）血管收縮蛋白通過五羥色胺化激活；（4）通過TG介導(dǎo)的間質(zhì)蛋白生理作用的改變導(dǎo)致血管壁“硬化”；（5）細(xì)胞增殖相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄?？傊琍AH與TG2活性的增加有關(guān)。抑制TG2活性對緩解PAH有幫助，但其具體機(jī)制尚不十分清楚。無論蛋白質(zhì)翻譯后修飾是通過五羥色胺化，還是通過TG2對血管蛋白交聯(lián)反應(yīng)的直接作用，至少可給PAH提供新的研究思路，為研究PAH提供新的生物學(xué)標(biāo)記。

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