半胱氨酸蛋白酶抑制劑與眼科疾病的關系

唐彥慧

摘 要：半胱氨酸蛋白酶抑制劑是一種廣泛存在于人體各種組織中的天然蛋白酶抑制劑，其檢測已經在腎臟疾病、糖尿病、心臟病、腫瘤等領域得到廣泛應用，而在眼科疾病方面的研究還很少，本文就該蛋白因子在眼科疾病的研究進行綜述。

關鍵詞：半胱氨酸蛋白酶；半胱氨酸蛋白酶抑制劑；眼科

中圖分類號：R363；S857.6 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.22.007

文章編號：1006-1959（2018）22-0020-03

Relationship between Cysteine Protease Inhibitor and Ophthalmic Diseases

TANG Yan-hui

（Department of Ophthalmology，Nanning First People's Hospital，Nanning 530022，Guangxi，China）

Abstract：Cysteine protease inhibitor is a natural protease inhibitor widely found in various tissues of human body，which is widely used in kidney disease， diabetes， heart disease， tumor and so on. However， there are few studies on ophthalmic diseases. This article reviews the research of this protein factor in ophthalmic diseases.

Key words：Cysteine protease；Cysteine protease inhibitor；Ophthalmology

半胱氨酸蛋白酶抑制劑（cysteine protease inhibitor）是一種廣泛分布于動物、植物、原核微生物

體內的低分子量蛋白質，由于其參與機體多種生理病理機能代謝，所以近年來對其研究較為廣泛，但是該因子在眼部的生理病理功能上的研究還非常少，多數處于早期的基礎研究方面，本文將重點對其中的半胱氨酸蛋白酶抑制劑C（cystatin C）在眼部的基礎和臨床研究進行歸納總結。

1半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族

半胱氨酸蛋白酶抑制劑超家族是包含大量含有胱抑素結構域的蛋白質，存在于多種生物體中，包括人類。該超家族的因子能夠可逆性地抑制半胱氨酸蛋白酶活性，它們與半胱氨酸蛋白酶結合形成緊密的分子化合物，通過與底物競爭結合到它們的活化區域，阻止組織不適宜的水解。根據氨基酸序列可分為三大家族：Stefins家族，Cystatins家族和kininogens家族3。stefins主要是細胞內蛋白質，Cystatins是細胞外的蛋白質，kininogens則是血管內蛋白質。它們的靶蛋白酶[例如木瓜蛋白酶（C1）家族，包括半胱氨酸組織蛋白酶]具有潛在高度破壞活性，該超家族的成員正是通過限制這些靶蛋白酶從而對正常生理過程進行微妙調節[1-3]。

2 Cystatins的結構與功能

2.1結構 Cystatins家族為分泌性蛋白，分布于體液中，由約120個氨基酸構成，分子量約13～14 KD，部分成員含糖基，C末端含有兩個特征性的鏈內二硫鍵， N末端帶有19～28個氨基酸的信號膚。這類分子包括人Cystatin C、D、S、SA、SN[4]。其中的Cystatin C的研究比較廣泛而全面。

Cystatin C在Cystatins家族中含量最為豐富，是由122個氨基酸組成的小分子量、堿性非糖基化蛋白質，相對分子質量為13.3×10，等電點為9.3。在Cystatin C基因5'端1 KB序列中發現有2個“GC”盒（GGGCGG）和增強子核心樣序列（GTGGAAGG）。由此可見，Cystatin C基因5'端序列與“看家基因”的啟動子區具有相同的特性。故可將Cystatin C基因看作是“看家基因”，即此基因可在所有組織恒定持續地轉錄與表達。該管家基因無組織學特異性， 機體生成率穩定。廣泛分布于所有有核細胞表面和各種體液中，如腦脊液、血液、尿液、唾液、淚液、精液、胸腹水等，是一種不受炎性反應、膽紅素、溶血、高血脂等的影響，與性別、年齡、肌肉量無關的非急性時相蛋白[5]。

2.2 Cystatin C的功能 半胱氨酸蛋白酶主要存在于小動脈壁，是一種淀粉生成酶， 產生淀粉樣物質。Cystatin C是重要的胞外胱氨酸蛋白酶抑制劑，其主要作用是通過調控細胞內外的蛋白水解酶的活性，而保護細胞免受蛋白酶水解。在一系列高血壓引起的腦部、腎部疾病中，由于血壓升高對引起動脈粥樣硬化， Cystatin C和蛋白水解酶一起參與了血管損壞和炎癥反應的過程，所以很多研究已經表明Cystatin C水平升高與多種類型的腦小血管病，如腔隙性梗死、腦微出血、腦白質疏松、阿爾茲海默病的發生及嚴重程度密切相關[6]。Cystatin C能自由地通過腎小球濾過膜并在近球小管完全代謝， 并且在新生兒機體內更敏感，已經在臨床上大量運用于腎病以及腎移植后腎功能檢測的指標[7，8]。

2.3其他的Cystatins家族成員 半胱氨酸蛋白酶抑制劑B、M和SN均是一些分泌型蛋白，具有促進細胞衰老凋亡的活性，直接或間接地降解細胞外基質，導致腫瘤細胞的侵襲和轉移， 可能參與多種腫瘤如頭頸部鱗癌、乳腺癌、食管癌、肝細胞癌、肺癌等的生長、侵襲和轉移過程.其作用機制仍有待進一步闡明[9，10]。先天性無虹膜是一種罕見的先天性遺傳性疾病，由PAX6基因的單倍體缺陷引起，PAX6基因是眼睛發育的主要基因。該類患者的淚液中有多種蛋白質因子的表達高于正常人，其中包括半胱氨酸蛋白酶抑制劑S。這與無虹膜患者中央和外周角膜病理性血液和淋巴管的臨床發現一致，該種具有不同表達的蛋白質有可能是揭示無虹膜癥病理生理學的關鍵分子[11]。

3半胱氨酸蛋白酶抑制劑在眼部的分布

3.1淚液 早期的研究中，國外的學者主要是在動物眼上尋找存在半胱氨酸蛋白酶抑制劑表達的證據。de Souza GA在健康人的淚液中鑒定出491種蛋白質，淚液中存在大量的蛋白酶和蛋白酶抑制劑，如半胱氨酸蛋白酶抑制劑B，C，SA，SN，S[12]。組織蛋白酶和半胱氨酸蛋白酶抑制因子在淚液以及角膜上的平衡在維持眼表面細胞凋亡起重要作用，其組分的變化可反映眼表健康的干擾。Ananthi S[13]收集了鐮刀菌感染的角膜潰瘍患者的淚液進行淚液蛋白譜分析，這些角膜炎的患者淚液蛋白中的半胱氨酸蛋白酶抑制劑表達在正常值的3倍以內，說明病理狀況下淚液蛋白的質發生了改變，半胱氨酸蛋白酶抑制劑起著抑制其靶向因子侵襲的作用，從而阻止角膜組織受到水解和損傷。

3.2眼球內組織 Johan Wassélius等也在小鼠的房水、睫狀體上皮細胞、鞏膜和視網膜上檢測出半胱氨酸蛋白酶抑制劑C蛋白，主要分布在外核層尤其是Müller細胞和桿細胞上，半胱氨酸蛋白酶參與基質的更新和重塑，在視網膜中，由Müller細胞和桿狀細胞合成并釋放的半胱氨酸蛋白酶抑制劑可能具有對抗病理狀態下的半胱氨酸蛋白酶（主要是組織蛋白酶）的損害作用[14，15]。雖然眼球的不同部位均有半胱氨酸蛋白酶抑制劑的表達，但是研究者也不排除是因為眼內的血液和房水中的該因子在眼球組織上的沉積導致。

4 Cystatin C與眼部疾病

4.1眼部惡性腫瘤 Dikovskaya等[16]對眼部惡性腫瘤如脈絡膜黑色素瘤、惡性黑色素瘤和良性腫瘤中的房水、淚液，以及病人的血清中的乳鐵蛋白和Cystatin C表達進行了檢測。結果顯示健康人的血清中的Cystatin C的濃度比房水和淚液中的高，房水中的濃度又高于淚液中的濃度。和健康人對比，脈絡膜黑色素瘤患者淚液中的Cystatin C濃度增加而的房水中Cystatin C濃度降低，但是脈絡膜黑色素瘤患者雙眼的Cystatin C濃度無差別。于是提出假設，許多腫瘤分泌不同類別的蛋白酶及其內源性抑制劑；蛋白酶和其抑制劑平衡的紊亂在腫瘤生長和轉移過程中起重要作用，眼部腫瘤例如脈絡膜黑色素瘤患者的淚液中Cystatin C的含量增加，可以作為腫瘤細胞增殖活躍度的觀測指標，但是并不能以此來區分腫瘤的良性或者惡性程度。

4.2開角型青光眼 開角型青光眼患者的小梁網組織中的Cystatin C表達上調[17，18]，Pedro Gonzalez等對離體供體的眼球體外培養機上給予高流量灌注 50 mmHg以上高壓維持6 h，然后對小梁網組織進行切片研究其RNA的表達。結果顯示高眼壓狀態下在小梁網組織中有11種蛋白質的表達上調，考慮當眼壓上升時，眼部的一些涉及血管通透性、分泌、細胞外基質重塑，細胞骨架重組和活性氧清除的基因如組織蛋白酶-L，溶基質素-1，和Cu/Zn超氧化物歧化酶表達升高，而Cystatin C的表達也隨之升高。

4.3翼狀胬肉 Barba-Gallardo LF等[19]的研究首次在翼狀胬肉引入Cystatin C因子的檢測，實驗結果證明在翼狀胬肉上皮中有高于正常球結膜上皮的Cystatin C的mRNA的表達，綜合現有的研究結果表明，翼狀胬肉上皮細胞中凋亡因子的表達減少，而凋亡因子的抑制劑表達過高，這也是導致翼狀胬肉凋亡與增殖失衡的發病機理。

4.4視網膜色素變性和黃斑變性 Ahuja S等[20]對于視網膜色素變性的模型小鼠的視網膜上的半胱氨酸蛋白酶及其抑制劑C進行了體內水平、空間定位和體外分泌進行了測定，通過免疫染色、ELISA等試驗方法，檢測出正常組織的色素上皮、光感受器和內視網膜和神經節細胞層均有Cystatin C和組織蛋白酶-B的表達，Cystatin C免疫染色在視神經乳頭纖維中廣泛存在。 色素變性的視網膜細胞中半胱氨酸蛋白酶活性較高并且隨著年齡增加而增加，但是Cystatin C水平更高且恒定。

視網膜色素上皮細胞中分泌大量的Cystatin C，有助于調節Bruch膜的蛋白質代謝。隨之年齡增加以及視網膜糖基化終產物的堆積，人眼的視網膜色素上皮細胞中的Cystatin C的表達和分泌均降低，這有可能是發生年齡相關性黃斑病變的病理機制之一[21，22]。

綜上所述，半胱氨酸蛋白酶抑制劑在眼部生理和病理結構中均有表達，但是研究還為數不多，隨著各種檢驗設備和手段的進步，我們相信必將會探索出半胱氨酸蛋白酶抑制劑和人類眼部疾病的發生、發展的關系。

參考文獻：

[1]Kim JT，Lee SJ，Kang MA，et al.Cystatin SN neutralizes the inhibitory effect of cystatin C on cathepsin B activity[J].Cell Death Dis，2013，19（4）：e974.

[2]Nandy SK，Bhuyan R，Seal A.Modelling family 2 cystatins and their interaction with papain[J].J Biomol Struct Dyn，2013，31（6）：649-664.

[3]Nandy SK，Seal A.Structural Dynamics Investigation of Human Family 1 & 2 Cystatin-Cathepsin L1 Interaction： A Comparison of Binding Modes[J].PLoS One，2016，11（10）：e0164970.

[4]盧冬梅，宗春光，李軍，等.半胱氨酸蛋白酶抑制劑C研究進展[J].承德醫學院學報，2010（4）：429-432.

[5] 程創業，張道友.胱抑素C的臨床應用研究進展[J].國際檢驗醫學雜志，2015，36（5）：677-679.

[6]陳軍，汪學耀.急性腦梗死患者血清胱抑素C及凝血功能的臨床檢驗價值[J].中國實用神經疾病雜志，2015，18（22）：31-33.

[7]Salvador CL，Tondel C，Rowe AD，et al.Estimating glomerular filtration rate in children： evaluation of creatinine-and cystatin C-based equations.[J] Pediatr Nephrol（2018）.https：// doi.org/10.1007/s00467-018-4067-3.

[8]Zylka A，Dumnicka P Kusnierz-Cabala B，et al.Markers of Glomerular and Tubular Damage in the Early Stage of Kidney Disease in Type 2 Diabetic Patients[J].Mediators Inflamm，2018：7659243.

[9]姜姍姍，辛彥.半胱氨酸蛋白酶抑制劑SN的功能及其與腫瘤的關系[J].國際腫瘤學雜志，2017，44（3）： 201-203.

[10]劉伯新，郭長青.Cystatin B與腫瘤關系[J].醫學分子生物學雜志，2011，8（6）：554-556.

[11]Ihnatko R，Eden U，Lagali N，et al.Analysis of protein composition and protein expression in the tear fluid of patients with congenital aniridia[J].J Proteomics，2013（ 94）：78-88.

[12]de Souza GA，Godoy MF，Mann M.Identification of 491 proteins in the tear fluid proteome reveals a large number of proteases and protease inhibitors[J].Genome Biol，2006，7（8）：R72.

[13]Ananthi S，Venkatesh Prajna N，Lalitha P，et al.Pathogen induced changes in the protein profile of human tears from Fusarium keratitis patients[J].PLoS One，2013，8（1）：e53018.

[14]Johan Wassélius，Kjell Johansson，Katarina Hakansson，et al.Cystatin C uptake in the eye[J].Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology，2005，243（6）：583-592.

[15]Liu Y，Chen X，Xu Q，et al.SPP2 Mutations Cause Autosomal Dominant Retinitis Pigmentosa[J]. Scientific Reports，2015（5）：14867.

[16]Dikovskaya MA，Trunov AN，Chernykh VV，et al.Cystatin C and lactoferrin concentrations in biological fluids as possible prognostic factors in eye tumor development[J].Int J Circumpolar Health，2013.

[17]Velez G，Roybal CN，Binkley E，et al.Proteomic analysis of elevated intraocular pressure with retinal detachment[J].American Journal of Ophthalmology Case Reports，2017（5）：107-110.

[18]Kokotas H，Kroupis C，Chiras D，et al.Biomarkers in primary open angle glaucoma[J].Clin Chem Lab Med，2012，50（12）：2107-2119.

[19]Barba-Gallardo LF，Ventura-Juárez J，Kershenobich Stalnikowitz D，et al. Over-expression of human cystatin C in pterygium versus healthy conjunctiva[J].BMC Ophthalmol，2013（13）：6.

[20]Ahuja S，Ahuja-Jensen P，Johnson LE，et al. Rd1 Mouse retina shows an imbalance in the activity of cysteine protease cathepsins and their endogenous inhibitor cystatin C[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2008，9（3）：1089-1096.

[21]Kay P，Yang YC，Hiscott P，et al.Age-related changes of cystatin C expression and polarized secretion By retinal pigmentepithelium：potential age-related macular degeneration links[J]. Invest Ophthalmol Vis Sci，2014，55（2）：926-934.

[22]Sant'Anna R，Navarro S，Ventura S，et al.Amyloid properties of the leader peptide of variant B cystatin C： implications for Alzheimer and macular degeneration[J].FEBS letters，2016，590 （5）：644-654.

收稿日期：2018-8-26；修回日期：2018-9-11

編輯/肖婷婷