人類蛋白質二硫鍵異構酶家族研究進展*

黃子芮，潘黎明，盛夢婷綜述，李俊明審校（三峽大學人民醫院，湖北宜昌443000）

·綜述·

人類蛋白質二硫鍵異構酶家族研究進展*

黃子芮，潘黎明，盛夢婷綜述，李俊明△審校（三峽大學人民醫院，湖北宜昌443000）

蛋白質二硫鍵異構酶；內質網；基因；綜述

蛋白質二硫鍵異構酶（protein disulfide isomerase，PDI）家族是硫氧還蛋白（thioredoxin，TRX）超家族中的成員，均含有TRX樣結構域，主要存在于細胞內質網中，促蛋白巰基-二硫鍵轉換，調節二硫鍵的氧化還原狀態，幫助二硫鍵形成、破壞與重排。PDI家族主要在促蛋白折疊、翻譯后修飾上發揮重要作用，與未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）密切相關，而UPR與多種疾病的發生、發展密不可分，如2型糖尿病、阿爾茨海默病、帕金森、腫瘤等。進一步認識蛋白折疊的機制，尤其是PDI家族成員對蛋白質成熟中二硫鍵的形成，可能給UPR導致的疾病治療途徑提供新思路。

目前，持續內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）、UPR依然是研究熱點，UPR與多種疾病的發生、發展密切相關，如糖尿病、神經退行性疾病、癌癥等［1］。ERS時未折疊與錯誤折疊蛋白的累積，引起的UPR又會導致ERS加劇；而二硫鍵的形成是內質網多肽折疊和蛋白翻譯后修飾的重要步驟［2］，是影響未折疊蛋白的關鍵步驟之一。二硫鍵為形成半胱氨酸殘基側鏈間的共價鍵，對于蛋白成熟至關重要，其可以影響1/3的真核生物蛋白形成［3-4］。大部分PDI家族成員則主要通過改變蛋白質二硫鍵的狀態發揮相應生理學功能［5］。本文將對部分人類PDI家族蛋白的結構、表達、生物學功能及PDI家族蛋白與相關疾病的研究進展展開闡述。

1　PDI家族成員結構及功能特征

PDI家族是TRX超家族中的成員，均含有TRX樣結構域，其中包含有催化活性的a結構域，與無催化活性的b結構域。a結構域中CXXC催化中心的2個半胱氨酸殘基的側鏈是自由巰基，也可以形成1對二硫鍵。b結構域不含催化中心，無氧化還原酶活力，但有與底物結合等功能［6-7］。目前，PDI家族包含了21個基因編碼的蛋白［5］，但是其蛋白大小、表達、定位及蛋白功能上不盡相同，PDI家族蛋白翻譯信息見表1。

PDI家族蛋白主要在內質網中大量表達，也有少量成員在其他亞細胞結構中被檢測到［8］。由于其定位均存在短的NH2末端信號肽。它們的典型多肽擁有15～30個氨基酸長度，并被分裂后進入內質網［9］，這就導致了許多PDI蛋白家族在序列上的不同，既有相似的生物學結構和功能又有各自細微不同的差別。那么，提高對該家族各個成員從結構到生物學功能的認識，也將成為治療相關疾病的新靶點。

2　人類PDI家族成員

2.1PDIPDI是Goldberger等于1963年發現的，為最早被研究的PDI家族成員，由位于染色體上17q25的P4HB基因編碼表達而來［10］。PDI由508個氨基酸組成，包含了17個氨基酸信號肽和4個TRX樣結構域［6］。PDI幾乎存在于人體所有組織，而且在細胞蛋白中以0.8%高表達［11］。目前對于PDI的結構研究比較詳細，多種生物學功能逐步被發現，主要是在內質網中由其催化活性位點完成二硫鍵的氧化還原、異構及促蛋白正確折疊的分子伴侶功能［12］。近期研究提示，PDI在rs876016和rs2070872位點的單核苷酸多態性與退行性神經病變之一散發性肌萎縮側索硬化癥密切相關［13-14］。PDI作為分子伴侶，有氧化還原活性，在內質網中影響蛋白的正確折疊，促進退行性神經疾病的發生，已經證明LOC14作為PDI抑制劑可以在細胞層面促PDI氧化態的發生，從而發揮其對神經細胞的保護作用［15］。Androwiki等［16］的實驗結果表明，PDI通過對阻力血管氧化應激Nox1 NADPH信號通路來影響高血壓疾病發展。目前，就PDI在心血管及神經系統里面的生理作用依然是研究熱點。

2.2PDIA2PDIA2由位于染色體16p13.3的PDIA2基因編碼，含有525個氨基酸。PDIA2在胰腺組織中高表達，與PDI比較，其氧化還原酶與異構酶活性稍弱［17］。PDIA2可以增加嚙齒類動物及胰腺組織雌激素受體介導的一系列轉錄活動，對內源性雌激素有富集作用［18］。

2.3PDIA3PDIA3由位于染色體15p15的PDIA3基因編碼，含有505個氨基酸。PDIA3在多種組織中均有表達，如肝、胎盤、胰腺、肺、心臟與骨骼等。1，25二羥維生素D3是骨骼發育的關鍵調節因子，PDIA3發揮多種蛋白酶功能與前者在細胞膜表達相關，通過PDIA3-PKC信號通路作用，高表達的PDIA3激活1，25二羥維生素D3及下游PKC信號促進骨骼生長［19-20］。

2.4PDIA4PDIA4由位于染色體7q35的PDIA4基因編碼，含有645個氨基酸。PDIA4主要在內質網中表達，也在細胞膜被檢測到，與PDIA3結構上高度相似，但擁有5個TRX樣結構域。目前，對于PDIA4生理學功能研究并不透徹，有研究提示，ERS可以誘發其表達，能與NOX-1相互作用；實驗提示，ERp72通過直接綁定霍亂毒素，防止毒素被胰蛋白酶消化；ERp72可能通過共價二硫鍵綁定突變的甲狀腺球蛋白［21］。

表1　人類PDI家族成員表

2.5AGR2AGR2也是一個被研究較透徹的PDI家族成員之一，由位于染色體7p21.3的AGR2基因編碼，含有175個氨基酸，在肺、氣管、胃、胰腺、結腸、小腸及前列腺均有表達。AGR2表達失衡對哺乳動物疾病影響是其研究熱點，尤其在癌癥和耐藥性、哮喘、炎癥性腸病鄰域［22］。AGR2與乳腺癌狀態下雌激素受體表達和抗腫瘤轉移性密切相關，通過和胰島素樣生長因子1的相互作用有望成為抗乳腺癌的治療靶點［23］。

2.6calsequestrin-1calsequestrin-1由CASQ1基因編碼，含有396個氨基酸，只在骨骼肌的肌漿網中檢測到其表達。其是一個有意思的PDI家族成員，不含有催化二硫鍵氧化還原與異構的活性位點，但是類似一些PDI家族成員擁有與儲存Ca2+密切相關的能力；而Ca2+主要在內質網中存在，與蛋白折疊、翻譯后修飾、脂類和甾醇合成功能密切相關［24］。體外研究提示，calsequestrin-1通過肌漿網上ryanodine受體（RYR）相互作用，直接影響Ca2+釋放，與惡性高熱的發生相關［25-26］。

2.7calsequestrin-2calsequestrin-2由CASQ2基因編碼，含有399個氨基酸，結構與同系物calsequestrin-1高度相似。CASQ2蛋白只在心肌中表達，在心肌肌漿網中主要表現為儲存Ca2+功能，并且與RYR2相互作用和Ca2+釋放相關［27］。CASQ2與心律失常之間的關系被深入研究［28］，CASQ2的減少及其基因多態性與心律失常、心臟驟停、充血性心力衰竭等密切相關。

2.8其他PDI家族成員DNAJC10也可由ERS誘導表達，具有修復錯誤折疊蛋白及催化二硫鍵異構的功能［29］，但其活性只有PDI的1/3；近期研究表明，ERdj5與視紫紅質突變引起的視網膜色素變性相關［30］。對于ERp27的基因及蛋白結構分析比較清楚，但對其生物學功能知之甚少，目前僅了解到其與ERp57相互作用［4］。研究表明，ERp29與多種腫瘤發生相關，其中與原發性腫瘤的發展呈負相關，作為腫瘤抑制劑促進乳腺癌細胞生長停滯，可以抑制內皮癌的遠處轉移［31］，桑旭等［32］研究提示ERp29可能是個潛在的抑癌基因，胃癌組織中ERp29表達與患者預后有關，可作為一個預測胃癌預后的潛在指標，但其具體作用機制仍然不清，有待研究。ERp44在內質網調節Ca2+的釋放，參與蛋白的成熟折疊過程，敲除HeLa細胞的ERp44可以通過內質網應激增加細胞凋亡產生［33］；ERp44可能通過干預脂聯素的多聚化，從而影響其抗炎、抗糖尿病、抗動脈粥樣硬化［34］。可見，ERp44在糖尿病、心血管疾病發生中發揮重要作用，其具體影響機制仍然有待研究。

3　小　結

PDI家族主要位于細胞內質網中，發揮促蛋白氧化還原、異構、分子伴侶的作用，參與蛋白的折疊與成熟過程，而PDI家族成員眾多，不同成員之間雖有共同的TRX樣結構域，但生物學功能不盡相同，酶活性也有強弱差別。當前，PDI家族作為研究熱點還有很多未知的功能，與糖尿病、缺血性心肌病、帕金森病、消化系統疾病、腫瘤等疾病的發生、發展作用機制有待進一步研究，為各個疾病提供新的診療計劃。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2016.02.016

A

1009-5519（2016）02-0206-03

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2015-10-25）