組織蛋白酶

組織蛋白酶（英文名：cathepsin）是在各種動物組織的細胞內（特別是溶酶體部分）發現的一類蛋白酶，是半胱氨酸蛋白酶家族的主要成員, 在生物界已發現20 余種，人體中主要存在11 種， 它們與人類腫瘤、骨質疏鬆、關節炎等多種重大疾病密切相關， 是近年來備受關注的一類靶標蛋白酶。

基本介紹

• 中文名：組織蛋白酶
• 外文名：cathepsin
• 本質：蛋白水解酶
• 種類：組織蛋白B、D、L、K等

簡介

蛋白酶是人體內蛋白水解的主要參與者，根據其底物特異性可將其分為肽鏈內切酶、肽鏈端解酶、氨基肽酶和羧肽酶等；根據其蛋白水解機制分類為絲氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、蘇氨酸蛋白酶和金屬蛋白酶。其中半胱氨酸蛋白酶研究較多。它廣泛存在於病毒、細菌、真菌、原生動物及原蟲、植物、哺乳動物和人當中，其最大的亞族是木瓜蛋白酶類半胱氨酸蛋白酶。哺乳動物中的木瓜蛋白酶類半胱氨酸蛋白酶即屬於組織蛋白酶(Cathepsin)，它是一類主要存在於溶酶體中的胞內蛋白酶，弱酸性環境中易被活化，是一類在鹼性和中性溶液中不穩定的糖蛋白(除組織蛋白酶D 、E 、S 外)。

分類

自從上世紀20 年代提出組織蛋白酶的概念以來，到目前為止從組織蛋白酶A 到組織蛋白酶Z 都已有報導。根據蛋白水解機制分類，組織蛋白酶成員中大部分屬於半胱氨酸蛋白酶， 少數為天冬氨酸蛋白酶(組織蛋白酶D 、E) 和絲氨酸蛋白酶(組織蛋白酶A 、G)；根據其底物特異性分類,，組織蛋白酶又包括肽鏈內切酶——組織蛋白酶B 、F 、H 、K 、L、S 、V ，肽鏈端解酶——組織蛋白酶B 、C 、H 、X ，氨基肽酶——組織蛋白酶C 、H, 羧肽酶——組織蛋白酶B 、X。

合成

目前人的組織蛋白酶主要分為兩大亞族，一種是組織蛋白酶L 類的蛋白酶或稱ERW FNIN 模體蛋白酶, 主要包括組織蛋白酶L (Cat-L ，下同)、V 、K 、S 和H；另一種為只包括Cat-B 的組織蛋白酶B 類蛋白酶。

組織蛋白酶都是由無活性的前體酶原(preprocathepsin) 水解而成，其在體內的合成途徑為：首先在核糖體結合膜上以前體酶原的形式合成， 經轉鐵蛋白先進入內質網，然後進入高爾基體， 同時通過糖基化及磷酸化作用形成甘露糖-6 -磷酸蛋白， 最後通過溶酶體上甘露糖-6 -磷酸特異性受體的識別作用，間接轉運到溶酶體中。同所有木瓜蛋白酶類半胱氨酸蛋白酶一樣，組織蛋白酶的前體酶原也由信號肽(signal-peptide)、前體肽(propeptide) 和含有成熟蛋白酶活性中心的催化域(catalytic domain)構成。信號肽的長度在10 ～ 20 個胺基酸殘基之間，它負責將核糖體表達的前體酶原蛋白轉運至內質網，在內質網被水解掉後形成只含前體肽和催化域的酶原(procathepsin)。前體肽胺基酸殘基數差別較大(36 ～ 315 之間)，它占據了酶的活性中心，使酶原沒有催化活性， 並隨之轉運入胞內溶酶體，在溶酶體的酸性條件下自動水解， 去掉前體肽，產生有活性的成熟的組織蛋白酶。

常見組織蛋白簡介

組織蛋白酶B

組織蛋白酶B（CTSB） 是溶酶體內半胱氨酸蛋白水解酶，其催化作用由Cys ，His 實現，易被巰基試劑抑制，又稱巰基酶，屬於木瓜蛋白酶家族，在pH 3.0 ～ 7.0 都具有活性， 鹼性條件下會不可逆失活。

CTSB 存在於細菌、病毒、原生動物、植物和哺乳動物中，在肝、脾、腎、骨、神經細胞、間質成纖維細胞、巨噬細胞等都有分布。CB 在溶酶體降解蛋白質途徑中發揮著必不可少的作用，當胞外蛋白質、血漿蛋白、激素和被吞噬的細菌等進入細胞即被溶酶體內蛋白水解酶水解，進行細胞內消化，從而使蛋白質的合成與降解保持精確的平衡。

.近年來發現組織蛋白酶B(CB)與腫瘤的浸潤轉移有關，CB 在癌細胞轉移過程中，能直接地溶解或者間接地激活能夠溶解細胞外基質，如膠原蛋白、層粘連蛋白、基底膜等成分的酶來促進腫瘤細胞向深部組織浸潤， 從而為癌細胞的移動打開通道。研究發現CB 在多種腫瘤細胞，如胃癌、肺癌、腸癌、乳腺癌、前列腺癌、腎癌等癌細胞中均有較高的表達；且mRNA 的表達與癌的組織學類型、分化的階段有一定的關係， 但蛋白質水平卻相反， 這種差異可能在轉錄及轉錄後水平上存在著某種調節， 從而影響了最後的表達;癌周間質細胞及血管內皮細胞CB 增強表達.正常情況下間質成纖維細胞及巨噬細胞也可分泌CB， 但癌時期表達明顯增高， 說明在癌浸潤轉移過程中，巨噬細胞CB 的過度合成與滲漏了，也可能參與到癌細胞的擴散機制中。

組織蛋白D

組織蛋白酶D（CTSD） 是Westley 等於1979 年發現的1 種天冬氨酸類溶酶體肽鏈內切酶，廣泛存在於脊椎動物、真菌、反轉錄病毒和植物病毒中，其正常功能是在溶酶體的酸性環境中水解蛋白質． 在pH2. 8 ～ 5. 0 的範圍內，CTSD( 最適pH 值為4) 能夠降解激素、多肽前體、多肽、結構及功能蛋白質，但在pH 大於5. 5 時無活性。

組織蛋白酶D 參與多種體內生理學活動：組織蛋白酶D 參與底物水解CTSD 作為1 種肽鏈內切酶，能夠在溶酶體內降解多肽和蛋白質；組織蛋白酶D 參與表皮分化， 已有研究發現，CTSD 能夠通過水解作用激活谷氨醯胺轉移酶-1 ( transglutaminase-1，TG-1) ，從而促進角質化膜蛋白發生交叉連線，最終誘導皮膚表皮分化與新生；組織蛋白酶D 參與細胞凋亡。CTSD 除了具有多樣的生理學功能，還與多種臨床上的疾病密切相關，如: 阿爾茨海默病、動脈粥樣硬化，以及先天性肌肉病等。

組織蛋白K

1994 年，組織蛋白酶K cDNA 在兔子身上被克隆出來，而且，在破骨細胞中顯著表達。組織蛋白酶K 是由329 個胺基酸構成的蛋白質，包括3 部分：15 個胺基酸構成的氨基末端區域、99 個胺基酸構成的pro-peptide 以及215 個胺基酸構成的催化單位。組織蛋白酶K 不僅存在於破骨細胞，還在皮膚、心臟、骨骼肌、肺、胎盤、卵巢、睪丸、小腸和結腸等組織中激活和表達。

組織蛋白K與骨質疏鬆有關。在吸收陷窩，激活的破骨細胞幾乎特異地表達成熟的組織蛋白酶K。在激活的破骨細胞中，高水平的活化的酶極化細胞皺褶緣，溶酶體囊泡與細胞膜皺褶緣融合，組織蛋白酶K 被釋放到細胞外。在吸收陷窩的酸性微環境下，組織蛋白酶K 降解Ⅰ和Ⅱ型膠原蛋白，尤其是Ⅰ型膠原蛋白。

組織蛋白L

組織蛋白酶L( cathepsin L，CTSL) 是溶酶體半胱氨酸蛋白酶家族的主要成員，具有非常獨特的合成和轉運方式。溶酶體CTSL，含有信號肽，並且是從ORF 第1個AUG 起始位點開始翻譯。 首先，信號肽牽引合成的CTSL 前體酶原到內質網上。 然後，在內質網上信號肽與前體肽間的肽鍵發生斷裂，釋放出信號肽與含有前體肽和成熟肽的CTSL 酶原。最後，在前體肽的幫助下，CTSL 蛋白摺疊捲曲，形成二硫鍵。在內質網中，除去信號肽的只含有前體肽和成熟肽的CTSL 酶原，必須在特定的條件下去除前體肽並形成正確的空間結構後才能表現出酶活性。 通常CTSL 酶原在胞內體或溶酶體的酸性環境下自行剪下，或通過其它蛋白酶的加工過程而形成有活性
的成熟酶。

組織蛋白酶抑制劑

內源性蛋白抑制劑

(1)前體肽：是半胱氨酸蛋白酶酶原結構中的一個組成部分, 它占據著酶的活性中心,
阻止酶與底物結合, 使其不能發揮催化作用。

(2)Cystatin 家族：該家族抑制劑對靶蛋白酶選擇性較差，它又包括三大類：cystatins 、stefins 及kininogens。

(3)Serpin 家族：即絲氨酸蛋白酶抑制劑, 是對多種組織蛋白酶有交叉活性的一類蛋白抑制劑。
(4)Thyropins 類：即甲狀腺球蛋白1 型域結合抑制劑, 是近年來才確定的組織蛋白酶抑制劑, 相對於Cystastin 家族抑制劑其選擇性較高。
(5)α2 巨球蛋白：是一種普遍的蛋白酶抑制劑。
(6)細胞毒性T 淋巴細胞抗原-2β (cytotoxic T-lymphocyte antigen-2β)：為組織蛋白酶L前體肽的類似物, 它可能通過與前體肽作用相似的方式來發揮對組織蛋白酶的抑制作用。

合成肽類抑制劑

如醛類、酮類、腈類、　環氧琥珀醯類、乙烯基碸類等。

其它天然抑制劑

植物Cystatins —Phytocystatins，該類物質對半胱氨酸蛋白酶有抑制作用。