轉谷氨酰胺酶2與蛋白質的五羥色胺化

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

轉谷氨酰胺酶2與蛋白質的五羥色胺化

段艷綜述，劉斌△審校（西南醫科大學附屬第一醫院兒科，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）的關聯越來越受到人們的重視，組織型轉谷氨酰胺酶2（transglutaminase 2，TG2）通過5-HT介導蛋白質交聯，這種蛋白質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參與肺血管平滑肌細胞的增殖和由5-HT引起的血管收縮，但TG2被激活的主要機制及五羥色胺化的蛋白質其他可能的作用尚有待于闡明。

PAH是以肺小動脈痙攣、血管內膜及血管平滑肌細胞異常增殖和血管重構為特征的惡性疾病，可導致肺血管閉塞，血管阻力進行性增高，右心衰竭［1-3］，甚至死亡［4-5］。在低氧誘導PAH實驗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，可能成為治療PAH的新的藥物靶點?，F將目前已知的5-HT特性及TG2介導的五羥色胺化與PAH的關系綜述如下。

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被發現而得名，即serotonin。其是由色氨酸通過羥基化和脫羧反應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分泌細胞和血管內皮細胞，合成受Tph1基因調節，其他可能的外周合成部位目前尚不清楚。此外，5-HT在中樞神經系統也有合成并受Tph2基因調節，且不能透過血腦屏障，因此，外周與中樞的5-HT被認為是分開的。

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。血液循環中的5-HT可被肺內皮細胞攝取，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。但在某些疾病狀態下，如原發性和繼發性PAH均發現血漿5-HT水平升高。5-HT是體內一種重要的絲裂素，能促進肺血管平滑肌增生，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節因子，可通過其受體和最近認識的五羥色胺化過程對各種免疫細胞產生效應［7］。不僅如此，5-HT也參與了人類神經功能的調節包括記憶和學習、行為調節、情緒改變等。

2　5-HT與PAH

2.15-HT相關的細胞信號途徑5-HT主要通過受體和轉載體2種方式與細胞表面相互作用。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揮細胞作用。目前唯一知道的一種5-HT轉載體（serotonin transporter，SERT）依賴鈉離子主動轉運機制發揮受體樣作用使5-HT內在化。有研究發現，SERT參與缺氧誘導的血管平滑肌細胞增殖效應。轉載體和受體存在于身體各種細胞中，因此，有可能在許多生物事件中相互影響，如肺血管平滑肌細胞（pulmonary arterial smooth muscle cells，PASMC）的增殖與收縮。但5-HT受體與轉載體之間的確切關系仍不甚明了。在PASMC中5-HT信號傳導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）和細胞外調節激酶 1/2（extracellular regulated kinase1/2，ERK1/2）、MAP激酶的激活而誘導平滑肌細胞的增生及肥大。

2.25-HT與PAH5-HT受體在PAH中可引起肺動脈收縮、參與肺血管構型的重建等作用。將SERT基因敲除老鼠暴露于低氧環境下將不能形成PAH，而血管中SERT過表達將會自發地形成PAH。有研究采用藥理學及遺傳學方法強調了實驗PAH老鼠模型中Tph1的重要性，并認為其可能成為 PAH新的治療靶點［8］。Eddahibi等［9］發現，與對照組比較，PAH患者PASMC中SERT表達增加；Eddahibi等［9］也研究了SERT基因多態性，表明LL基因型較LS、SS基因型更能增加SERT表達及活性。在人和動物的相關研究中關于5-HT與PAH的關系已有越來越多的認識，但其相關性的具體機制尚有待于闡明。

3　TG2的相關特性

3.1TG2通過5-HT介導蛋白質翻譯后修飾近年來，對TG2介導蛋白質翻譯后修飾的進一步認識可能為5-HT的化學作用提供新的研究思路。TG2首先在食品工業中被發現，使谷氨酸鹽和部分賴氨酸、多肽類及小分子胺類之間產生交聯而改變肉類穩定性。這種轉酰胺基反應在有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胞的增殖和遷移。此外，也有許多其他單胺類物質通過TG2產生類似的蛋白質翻譯后修飾，該過程被稱為“一元胺化”。在蛋白質翻譯后修飾的研究中發現了新的調控通路，可能為目前知之甚少的PAH和低氧誘導發生PAH等疾病的發病機制提供新的研究思路。

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

3.3TG2受細胞內Ca2+的調節GTP是TG2的特殊底物，對通過抑制轉酰胺基反應調節TG2功能是必需存在的，GTP保護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誘導的TG2基質蛋白翻譯后修飾明顯減少［16］。Penumatsa等［17］研究證實，在低氧誘導形成的PAH中，TG2與PASMC的增殖與血管重構有關，并受細胞內Ca2+和HIF-1α的調節。Ca2+通道和Ca2+受體在PAH中的作用較為復雜，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誘導的五羥色胺化與PAH

五羥色胺化的蛋白質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節5-HT轉載體的膜定位［18］。GTP酶的五羥色胺化將引發血小板α顆粒的釋放。PAH患者血小板中RhoA五羥色胺化增強了，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的下游信號事件的激活，TG2的激活誘導纖連蛋白的表達和血管平滑肌細胞的增殖及遷移［19］。Liu等［16］研究證實，對培養的PASMC用5-HT處理后導致纖連蛋白為主的多種蛋白質五羥色胺化。改變的纖連蛋白與PAH有關。抑制SERT或TG2活性導致PASMC蛋白質五羥色胺化被阻滯，細胞增殖和遷移也受到牽連。

在暴露于低氧和野百合堿誘導產生的PAH老鼠模型的肺組織及血液中發現，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，在野百合堿誘導產生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，也可能是通過其五羥色胺化促進末端PASMC增殖。為TG2如何參與血管重構提供了新的研究思路。

綜上所述，了解PAH實驗動物模型中TG2活性和PAH患者血液中TG2活化作用的產物是非常重要的。可通過TG2活性增高可能帶來的疾病生理效應推測其可能的作用機制。HIF-1是TG2的重要轉錄調控因子，對暴露于低氧條件下的腫瘤細胞逃避細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尚需在未來的研究中得到解答。一些與TG2相關的能產生細胞效應的信號途徑尚有待于闡明：（1）在PAH形成中的中央細胞信號分子，如Rho激酶的激活；（2）促進肺血管重構的纖連蛋白等基質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介導的間質蛋白生理作用的改變導致血管壁“硬化”；（5）細胞增殖相關基因的轉錄。總之，PAH與TG2活性的增加有關。抑制TG2活性對緩解PAH有幫助，但其具體機制尚不十分清楚。無論蛋白質翻譯后修飾是通過五羥色胺化，還是通過TG2對血管蛋白交聯反應的直接作用，至少可給PAH提供新的研究思路，為研究PAH提供新的生物學標記。

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