安徽医科大学基础医学院 安徽合肥 230032
【摘 要】菱形蛋白酶作为代表广泛分布的膜内丝氨酸蛋白酶家族的创始成员被认知。近来研究表明非活性的菱形蛋白1（inactive rhomboid-like protein1，iRhom1）和非活性的菱形蛋白2（inactive rhomboid-like protein 2，iRhom2）不具有蛋白酶活性，但它们参与了多种生物学功能，如：生长因子信号转导、线粒体动力学、炎症、寄生虫侵袭以及蛋白质质量控制机制等。目前一些领域中其潜在的医学意义在开始突显。细胞因子中的肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）和表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）是肿瘤和炎症发生的主要触发因子，经过去整合素金属蛋白酶（a disintegrin and metalloprotease，ADAM）家族的金属蛋白酶ADAM17剪切后TNF和EGF从细胞中排出，而iRhoms促进ADAM17从内质网（endoplasmic reticulum，ER）脱落。鉴于TNF和EGF在自身免疫和炎症性疾病中的作用，iRhoms-ADAM17信号通路可能是一个潜在的治疗靶点。
【关键词】iRhom；ADAM17；肿瘤；炎症
细胞间信号转导是多细胞生物体内细胞决定的重要过程，细胞分化、分裂、细胞运动、生理反应、细胞死亡和凋亡都依赖于信号的发送和接收。毫无疑问，许多疾病的最终原因是信号通路的损坏。蛋白水解是一个不可逆的过程，且受严格的调控，以防止信号向胞外传导的过度或释放不足，这与致病过程相关。
去整合素和金属蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase，ADAM）17也称为肿瘤坏死因子α-转化酶（tumor necrosis factor alpha-converting enzyme，TACE），是一种含有多结构域的I型跨膜蛋白，N-端有信号肽，其次是前域（其被蛋白水解去除后生成活性酶）、锌依赖性金属蛋白酶催化结构域、解整合素结构域，近膜结构域（membrane proximal domain，MPD），CANDIS结构域和跨膜和胞质结构域（图1）[1]。去整合素结构域的结构和蛇毒中去整合素域相关[2]。α5β1整合素和ADAM17的相互作用可以发生在同一细胞或两个细胞之间，并且由于空间位阻导致催化部位的可及性降低而抑制脱落活性[3]。此外，研究表明细胞质区域不是诱导脱落所必需的[4]，而是用于保持ADAM17。ADAM蛋白的前域在调节催化活性中起着至关重要的作用，并且使ADAM17在从ER转运至高尔基体的过程中处于失活状态。ADAM17的构造中没有在高尔基体中被蛋白水解去除的前域，因而前域表现出对ADAM17的保护作用[5]。作为分子间伴侣，它可以防止酶失活。ADAM的活化通常要经过前蛋白转化酶的切割，将前域解离并暴露活性位点（图1）。ADAM17的活性包括催化活性和实际脱落活性两大类。催化活性位于含有ADAM17的催化中心的催化结构域，周围存在紧密的识别底物的切割位点[6]。ADAM17的近膜结构域（MPD）和CANDIS结构域是底物识别和脱落机制的关键因素[5]。由于脱落发生在细胞表面，ADAM17向细胞表面的转运以及其内部运输，再循环和降解呈现ADAM17脱落活性的另一层调节。ADAM17的脱落活性通过其细胞外部分在几个层面上进行调节，例如i）β1整合素蛋白与金属蛋白酶-3组织抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinases-3，TIMP3）的结合和/或相互作用，ii）MPD的构象（二硫异构化），iii）促进磷脂酰丝氨酸（PS）结合，以及iv）CANDIS与底物结合[5]。
感染、炎症、自身免疫性疾病、心血管疾病、神经退行性疾病和肿瘤与胞外域的脱落失调有关。抑制TACE介导的脱落活性对炎症和癌症的治疗可能是有益的[7]。
1.ADAM17依赖的TNFα和EGFR配体的脱落
ADAM17参与了调节生理和病理生理过程如发育，再生，免疫，炎症或癌症甚至是稳定性的多种信号转导途径[8，9]。ADAM17抑制剂能有效地抑制结直肠癌（colorectal cancer，CRC）[10]。ADAM17是膜蛋白如TNF，白介素6受体（Interleukin-6 receptor，IL-6R），L-选择素和表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGF-R）配体水解的重要的脱落酶[11]。
合成的跨膜蛋白TNF及活化细胞外细胞因子，在ADAM17的作用下从质膜上的多重跨膜结构域（multiple transmembrane domain，TMD）释放。
ADAM17的敲除可导致炎症性皮炎和肠道疾病，部分原因是白介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）水平增高，和TNF-α释放的减少[9]。抑制TACE前域能显著减弱ADAM17介导的疾病模型如败血病、类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）、炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD），减少RA患者滑膜液中的TNF-α含量[12]。在胶质母细胞瘤细胞中，ADAM17被肿瘤来源的纤维蛋白-3激活持续释放可溶性TNF-α，其活化TNF受体及典型的NF-κB信号[13]。
EGFR及其下游信号通路在许多组织肿瘤中过度表达，是细胞增殖的关键调控因子。ADAM17的过表达导致EGFR配体释放增加，推动肿瘤的进展；同样，ADAM17的低活性会减少EGFR信号，不利于发育及再生[8]。小鼠缺乏ADAM17通常在出生前或者出生后不久死亡[10]。ADAM17−/−的小鼠几乎出现缺少EGFR或者缺少EGFR配体TGF-α、HB-EGF、双调蛋白（amphiregulin，AREG）的拟表型，这表明在体内ADAM17和EGFR信号有一定相关性[14]。ADAM17驱动的EGFR信号主要通过PLCγ1和PKC途径直接促进角质形成细胞中TG1的表达和活性，进而导致细胞分化[15]。
2.iRhomboid蛋白酶
由于ADAM17在很多信号通路中都起到核心作用，因此其活性被严格的调控。在胼胝角质形成细胞中可以观察到ADAM17驱动的EGFR信号的增加，伴有局灶性掌跖角化症的常染色体显性遗传病TOC和食道癌都是由iRhom2常染色体显性突变引起[16]。已经表明：iRhom是ADAM17关键的耦合子，并调控其活性。菱形样蛋白涉及广泛的人类疾病如癌症、炎症、代谢紊乱等[17]。在iRhom2突变的巨噬细胞中，ADAM17不能离开内质网从而不能通过去除抑制性的前域而激活，也无法到达质膜加工TNF。iRhom2作为ADAM17的基本和特异性货物受体，促使ADAM17脱离内质网[18]。iRhom2的胞质结构域参与调控快速和翻译后激活的ADAM17依赖性脱落事件[19]。在果蝇中首次发现了菱形蛋白基因，以其胚胎突变体表型命名。经遗传和细胞生物学分析证实，菱形蛋白是一种膜内的丝氨酸蛋白酶[20]。包括iRhom1和iRhom2两种亚型的iRhoms是高度保守的非活性的菱形样蛋白新的亚家族。
尽管iRhom1和iRhom2丧失了蛋白酶活性，但在EGF信号通路和TNF-α信号转导途径的调控中仍保留了关键非蛋白酶功能[18]。据报道，iRhom1调控蛋白酶体活性不依赖EGF信号。在内质网的作用下iRhom1表达上调，可能通过PAC1 和 PAC2途径，从而提高蛋白酶体活性[21]。iRhom2调节免疫，主要在巨噬细胞中表达。不表达iRhom2的小鼠存在着严重的免疫缺陷，不能产生主要的炎性细胞因子TNF，无法对细菌的细胞壁成分脂多糖引起的许多炎症和免疫反应作出响应[22]。
3.ADAM17 和iRhoms的关系
最初，iRhoms被发现是从ER到高尔基体转运过程中的必要因素，从而表明其对ADAM17的成熟至关重要[18]。然而，研究表明，iRhoms具有额外的调节效应。有报道称造血细胞中ADAM17的成熟需要iRhom2，iRhom2还具有控制ADAM17依赖脱落事件激活和底物选择的重要功能[19]。同野生型相比，iRhom2-/-小鼠胚胎成纤维细胞组（mouse embryonic fibroblasts，mEFs）中佛波酯（Phorbol-12-myristate-13-acetate，PMA）刺激的ADAM17底物、EGFR配体肝素结合（HB）-EGF、双调蛋白、上皮调节蛋白的脱落显著减少[19]。在iRhom2突变的巨噬细胞中，ADAM17不能离开内质网从而不能去除抑制性的前域而被激活，也无法到达质膜加工TNF。iRhom1也特异性结合ADAM17并将其从ER中运出，但其表达比iRhom2更广泛，iRhom1敲除小鼠具有多重缺陷，并且在出生后很快死亡[23]。iRhom1和iRhom2对于从ER中转运ADAM17至关重要（图2）[17]。在iRhoms突变或者用siRNA沉默iRhoms的细胞中，ADAM17完全无法成熟，由此可得所有ADAM17活性都需要iRhom功能（需要iRhom1、iRhom2，或者两者都需要，取决于细胞类型）[23]。
4.前景展望
iRhoms是ADAM活化的重要组分，因此对TNF的释放有重要的意义并由此提出了重要的问题。TNF抑制是多种炎症性疾病的有效治疗策略。实际上，TNF抑制剂目前是世界上最畅销的药物，这些抑制剂大多都是单克隆抗体，因此价格昂贵。原则上，可以阻断iRhoms和ADAM17之间的相互作用的小分子抑制剂至少可以特异性抑制TNF从巨噬细胞中释放，并且可能代表了副作用更少和更便宜的药物。尽管TNF阻断已经被承认是有效的治疗措施，但是其应用受到副作用的阻碍。进一步的医学意义是：抑制iRhom或者干扰iRhom与ADAM17的结合作为一种阻断TNF信号方法，这种方法是有的潜力。
哺乳动物iRhom对炎症细胞因子TNF的释放至关重要。①iRhom主要位于内质网（ER），在内质网中结合ADAM17并支持其向高尔基体的转运。②在高尔基体中iRhom是否仍与ADAM17结合还是释放是未知的；③弗林蛋白酶去除晚期高尔基体中ADAM17的抑制性前结构域（红色三角形）。④而后活化的成熟的ADAM17被释放转运至质膜，在此切割并活化TNF。⑤iRhom在将ADAM17从内质网转运至高尔基体后返回至内质网。
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注基金项目：安徽高校自然科学研究项目：KJ2017A179
论文作者:王梦琳,朱思雅,金娟*
论文发表刊物:《中国医学人文》(学术版)2017年7月第14期
论文发表时间:2018/1/25
标签：活性论文; 蛋白酶论文; 细胞论文; 内质网论文; 信号论文; 蛋白论文; 炎症论文; 《中国医学人文》(学术版)2017年7月第14期论文;