絲氨酸硫醇蛋白酶抑制劑

絲氨酸蛋白酶抑制劑(serine protease inhibitor,簡稱SPI)廣泛存在於動物、植物及微生物體內，是一類絲氨酸蛋白酶活性調節劑，能調節生物體內許多重要的生命過程，如蛋白質摺疊、血凝、補體激活、炎症反應、細胞遷移、細胞基質重建以及腫瘤抑制等。

基本介紹

• 中文名：絲氨酸硫醇蛋白酶抑制劑
• 英文名：serine thiolproteinase inhibitor
• 套用：有效地降低絲氨酸硫醇蛋白酶酶活性
• 分類：亮肽素等
• 提取於：鏈黴菌

介紹

絲氨酸蛋白酶抑制劑(serine protease inhibitor,簡稱SPI)廣泛存在於動物、植物及微生物體內，是一類絲氨酸蛋白酶活性調節劑，能調節生物體內許多重要的生命過程，如蛋白質摺疊、血凝、補體激活、炎症反應、細胞遷移、細胞基質重建以及腫瘤抑制等。

分類

絲氨酸蛋白酶抑制劑的分類在過去數十年中，對於絲氨酸蛋白酶抑制劑的研究主要著眼於脊椎動物，根據其基因結構的不同和特徵性胺基酸位點的差異，脊椎動物的絲氨酸蛋白酶抑制劑可明顯分為6個亞家族。人體內的絲氨酸蛋白酶抑制劑可劃分為9個亞家族A~I，其中，最大的兩個家族是類α₁AT家族和類卵清蛋白家族。無脊椎動物的絲氨酸蛋白酶抑制劑一般分為兩個家族：低分子量蛋白 (一般為Kunitz型抑制劑)和分子量接近45 kD左右的抑制劑蛋白。

現在已知的絲氨酸蛋白酶抑制劑已超過1500種，分別存在於各種各樣的生物中，根據其序列相似性、二硫鍵拓撲結構和反應位點的不同， Laskowski和Kato (1980)將絲氨酸蛋白酶抑制劑分為八個不同的超家族，2000年進一步分為17個蛋白家族。現在研究較多的是Kunitz家族，該類抑制劑來源非常廣泛，絕大多數Kunitz抑制劑具有4個保守的半胱氨酸殘基並形成兩個二硫鍵，其二硫鍵結構為該家族的特徵性保守結構。該類抑制劑家族的研究以抑肽酶BPTI的研究為代表。 Kazal型絲氨酸蛋白酶抑制劑與血凝、纖維蛋白溶解、胚胎髮生、個體發育、炎症和免疫應答等有著密切關係。

結構

絲氨酸蛋白酶抑制劑一般為單一肽鏈蛋白質，各種蛋白酶抑制劑的同源性約為30%，疏水區同源性較高約為70%，因此絲氨酸蛋白酶抑制劑胺基酸殘基具有較強的保守性。絲氨酸蛋白酶抑制劑分子一般由 350~400個胺基酸殘基組成，較多的多達500個。絲氨酸蛋白酶抑制劑在X光下的晶體結構一般為球狀蛋白並含有 9個α-螺旋和 3 個β-摺疊。

作用機制

絲氨酸蛋白酶抑制劑可以分為三種不同的反應機制：標準反應機制、非標準反應機制和普通反應機制

3.1標準反應機制是由Laskowski和Kato於1980年提出，屬於該反應機制的抑制劑分子量較小，一般含有14到200個胺基酸殘基，該類抑制劑數量最多(Laskowski and Kato,1980)，在植物種子、鳥蛋和多種體液中較富集。該類抑制蛋白表面的RSL結構都極為相似，且與靶酶結合後其結構相似度更高。

3.2非標準機制通過其N端與靶酶活性位點結合從而抑制靶酶活性，另外與靶酶的非活性位點區域還有一個反應部位，該反應部位可以增強抑制反應的速度及特異性。該類抑制劑數量較少，一般存在於吸血類生物中用於抑制蛋白酶(如凝血酶和Xa因子)的血液凝集作用，較典型的是水蛭素和抗凝肽。

3.3普通反應機制適用於分子量較大的抑制劑，典型的多達350~500個胺基酸殘基。在反應過程中，抑制劑蛋白結合環中的P1-P1’蛋白鍵裂解，導致抑制劑發生巨大的構象變化，抑制劑和靶酶形成非常穩定的醯基-酶結合物，該結合屬於非可逆共價地緊密穩定結合。

生物活性

蛋白酶存在於從各種各樣的生物體內，控制著胞外和胞內無數的水解反應，如果蛋白酶的水解反應不受控制將導致嚴重的疾病或者功能紊亂，因此必須對蛋白酶的水解反應進行精確控制。絕大多數絲氨酸蛋白酶抑制劑通過與靶酶活性位點的作用來調節絲氨酸蛋白酶的水解平衡，從而維持生物體內環境的穩定，其主要的一個功能是利用其活性結合位點與靶酶結合，從而清除體內不必要的絲氨酸蛋白酶。但是少數絲氨酸蛋白酶抑制劑在進化過程中失去了抑制特性成為激素載體或者激素前體，例如血管緊張素原。絲氨酸蛋白酶抑制劑在人體內發揮著重要作用，其功能障礙將導致血栓形成、肺氣腫、肝硬化、免疫系統的過敏以及神經性疾病等。

4.1在人類及動物中，存在於血液中的絲氨酸蛋白酶抑制劑，與凝血、纖溶以及血壓調節等有關。同時存在於神經系統中的絲氨酸蛋白酶抑制劑，可能具有神經保護作用，能夠有效調節中樞神經系統的動態平衡，對於腦損傷、神經變性以及神經元死亡起著
極為重要的作用。抗凝血酶及其輔因子肝素和硫酸乙醯肝素能夠有效抑制血液中凝血蛋白酶的活化，在血液抗凝結過程中發揮關鍵作用。人體中的Serpin10可以抑制凝血因子Z和XI的激活，缺失該抑制劑蛋白將導致靜脈血栓形成。

4.2在植物中，絲氨酸蛋白酶抑制劑既可以防禦相應微生物及昆蟲的侵害，在植物種子的休眠期也可以調節植物的內源性蛋白酶，使其正常生長。在某些動植物體內的絲氨酸蛋白酶抑制劑可以抑制其致病性微生物的蛋白酶活性，從而在針對外源侵染過程
中發揮主動防禦能力。

4.3在有關癌症方面的研究，蛋白C抑制劑(PCI)是一個血漿蛋白酶抑制劑，通過抑制組織蛋白酶L(Capthepsin L)來調節人類乳腺癌細胞的轉移。另外，腫瘤細胞的穩定性及其增殖擴散與基底膜的降解有直接的聯繫，PAI-1在腫瘤細胞中誘導成纖維母細胞的衰老，進而導致基質膜的降解，從而直接影響腫瘤細胞的促進增殖及抑制凋亡作用。

絲氨酸蛋白酶抑制劑具有廣泛的生物活性和作用，在新藥研製和防治疾病方面具有廣闊的前景。應該加強對於分子質量小、活性高的絲氨酸蛋白酶抑制劑的研究，深入研究其功能和結構之間的關係，闡明其作用機理，為臨床實踐奠定基礎。同時，通過研究人體內抑制劑及靶酶的相互作用機制，探索相關疾病的致病機理，從而獲得疾病防治的新思路。