转谷氨酰胺酶2与蛋白质的五羟色胺化

段　艳综述，刘　斌审校（西南医科大学附属第一医院儿科，四川泸州646000）

转谷氨酰胺酶2与蛋白质的五羟色胺化

段艳综述，刘斌△审校（西南医科大学附属第一医院儿科，四川泸州646000）

谷氨酰胺酶；血清素；高血压，肺性；综述

近年来，五羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）与肺动脉高压（pulmonary artery hypertension，PAH）的关联越来越受到人们的重视，组织型转谷氨酰胺酶2（transglutaminase 2，TG2）通过5-HT介导蛋白质交联，这种蛋白质翻译后的修饰过程被称为“五羟色胺化”。TG2的活动及五羟色胺化的蛋白质参与肺血管平滑肌细胞的增殖和由5-HT引起的血管收缩，但TG2被激活的主要机制及五羟色胺化的蛋白质其他可能的作用尚有待于阐明。

PAH是以肺小动脉痉挛、血管内膜及血管平滑肌细胞异常增殖和血管重构为特征的恶性疾病，可导致肺血管闭塞，血管阻力进行性增高，右心衰竭［1-3］，甚至死亡［4-5］。在低氧诱导PAH实验老鼠模型中的肺组织和血液中5-HT和TG2水平明显升高。在肺血管平滑肌细胞中纤连蛋白通过TG2翻译后修饰成五羟色胺化的纤连蛋白，五羟色胺化再刺激这些细胞的增殖与迁移，表明TG2和五羟色胺化的纤连蛋白可能与PAH有关，可能成为治疗PAH的新的药物靶点。现将目前已知的5-HT特性及TG2介导的五羟色胺化与PAH的关系综述如下。

1　5-HT的基本特征

1.15-HT来源5-HT又称为血清素［6］，早在1941年Rapport等从血清中分离出来作为一种血管收缩物质被发现而得名，即serotonin。其是由色氨酸通过羟基化和脱羧反应2个必需的步骤合成的一元胺，色氨酸羟化酶（tryptophan hydroxylase，Tph）是其合成的速率限制酶。在哺乳动物中目前已知的外周合成部位至少包括肠道内分泌细胞和血管内皮细胞，合成受Tph1基因调节，其他可能的外周合成部位目前尚不清楚。此外，5-HT在中枢神经系统也有合成并受Tph2基因调节，且不能透过血脑屏障，因此，外周与中枢的5-HT被认为是分开的。

1.25-HT的代谢与功能5-HT能被单胺氧化酶和醛脱氢酶相继氧化代谢为羟吲哚乙酸通过尿液排出体外。血液循环中的5-HT可被肺内皮细胞摄取，更多的则是由血小板摄取并储存于一种电子致密颗粒中，因此，正常情况下血浆5-HT水平很低。但在某些疾病状态下，如原发性和继发性PAH均发现血浆5-HT水平升高。5-HT是体内一种重要的丝裂素，能促进肺血管平滑肌增生，肺动脉血管收缩和局部微血栓形成。因此，5-HT可能在肺血管重构和肺血管紧张性增加中具有重要作用。5-HT也是一种重要的免疫调节因子，可通过其受体和最近认识的五羟色胺化过程对各种免疫细胞产生效应［7］。不仅如此，5-HT也参与了人类神经功能的调节包括记忆和学习、行为调节、情绪改变等。

2　5-HT与PAH

2.15-HT相关的细胞信号途径5-HT主要通过受体和转载体2种方式与细胞表面相互作用。5-HT受体存在多种亚型，5-HT至少可与17种不同受体结合包括5-HT1A-F、5-HT2A-C、5-HT3、5-HT4等，这些受体参与了多种信号途径而发挥细胞作用。目前唯一知道的一种5-HT转载体（serotonin transporter，SERT）依赖钠离子主动转运机制发挥受体样作用使5-HT内在化。有研究发现，SERT参与缺氧诱导的血管平滑肌细胞增殖效应。转载体和受体存在于身体各种细胞中，因此，有可能在许多生物事件中相互影响，如肺血管平滑肌细胞（pulmonary arterial smooth muscle cells，PASMC）的增殖与收缩。但5-HT受体与转载体之间的确切关系仍不甚明了。在PASMC中5-HT信号传导还通过其他多种信号分子，如鸟苷三磷酸（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、激活的苏氨酸激酶（Threonine kinase，Akt）和细胞外调节激酶 1/2（extracellular regulated kinase1/2，ERK1/2）、MAP激酶的激活而诱导平滑肌细胞的增生及肥大。

2.25-HT与PAH5-HT受体在PAH中可引起肺动脉收缩、参与肺血管构型的重建等作用。将SERT基因敲除老鼠暴露于低氧环境下将不能形成PAH，而血管中SERT过表达将会自发地形成PAH。有研究采用药理学及遗传学方法强调了实验PAH老鼠模型中Tph1的重要性，并认为其可能成为 PAH新的治疗靶点［8］。Eddahibi等［9］发现，与对照组比较，PAH患者PASMC中SERT表达增加；Eddahibi等［9］也研究了SERT基因多态性，表明LL基因型较LS、SS基因型更能增加SERT表达及活性。在人和动物的相关研究中关于5-HT与PAH的关系已有越来越多的认识，但其相关性的具体机制尚有待于阐明。

3　TG2的相关特性

3.1TG2通过5-HT介导蛋白质翻译后修饰近年来，对TG2介导蛋白质翻译后修饰的进一步认识可能为5-HT的化学作用提供新的研究思路。TG2首先在食品工业中被发现，使谷氨酸盐和部分赖氨酸、多肽类及小分子胺类之间产生交联而改变肉类稳定性。这种转酰胺基反应在有5-HT参与的情况下即称为五羟色胺化，如在肺血管平滑肌细胞中通过TG2作用，纤连蛋白翻译后修饰为五羟色胺化纤连蛋白参与细胞的增殖和迁移。此外，也有许多其他单胺类物质通过TG2产生类似的蛋白质翻译后修饰，该过程被称为“一元胺化”。在蛋白质翻译后修饰的研究中发现了新的调控通路，可能为目前知之甚少的PAH和低氧诱导发生PAH等疾病的发病机制提供新的研究思路。

3.2TG2的表达与激活目前，已知多种TG，其中广泛存在于哺乳动物细胞内者被称为TG2。TG2是一种多功能蛋白质，通过钙离子（Ca2+）依赖途径催化蛋白质翻译后修饰［10］。TG2存在于多种类型细胞中，如内皮细胞、平滑肌细胞和免疫相关细胞，细胞内TG2大多存在于细胞质中，也可改变位置出现于细胞质膜、线粒体和细胞核中。TG2参与细胞黏附、迁移、生存、凋亡及基因表达的调节。因此，TG2与多种疾病的发生、发展相关，有研究显示，TG2表达增加与多种肿瘤发生相关，如乳腺癌、卵巢癌、脑癌、胰腺癌等［11］。此外，TG2也通过非经典途径分泌到细胞外，在维持基质稳定和创伤修复方面的作用已被深入研究。有研究证实，一氧化氮能诱导TG2亚硝基化，从而抑制TG2分泌到细胞外，反之，细胞内Ca2+的增加将诱导TG2的分泌及激活［12］。但TG2分泌的特异机制尚不十分清楚。细胞内外的许多蛋白均是TG2的作用底物，TG2与纤连蛋白末端的NH2基团有高度的亲和力并与之紧密结合。在老鼠体内的研究表明，抑制TG2活性将降低炎症相关的急性肺损伤［13］。Jang等［14］证实，在含氧量低的肿瘤细胞中通过低氧诱导因子-1 （hypoxia-inducible factor-1，HIF-1）依赖途径可增加TG2的表达及细胞内活性。Siegel等［15］研究表明，细胞外TG2处于无活性状态，在细胞受压和组织损伤时被激活。激活的TG2经历主要的构型改变，使蛋白质基质进入其活性中心而发挥生物学作用。

3.3TG2受细胞内Ca2+的调节GTP是TG2的特殊底物，对通过抑制转酰胺基反应调节TG2功能是必需存在的，GTP保护TG2免于降解，抑制GTP活性将使TG2降解增加，而Ca2+的作用与其相反。TG2可通过Ca2+动员介导毒蕈碱样胆碱能受体直接激活。在Ca2+螯合剂——乙二醇四乙醚存在时5-HT诱导的TG2基质蛋白翻译后修饰明显减少［16］。Penumatsa等［17］研究证实，在低氧诱导形成的PAH中，TG2与PASMC的增殖与血管重构有关，并受细胞内Ca2+和HIF-1α的调节。Ca2+通道和Ca2+受体在PAH中的作用较为复杂，目前尚不完全了解。且Ca2+通道阻滞剂对一部分PAH患者有效，对一部分PAH患者却无效。

4　TG2诱导的五羟色胺化与PAH

五羟色胺化的蛋白质可参与多种生理作用包括血小板活化、胰岛素分泌、血管平滑肌收缩和调节5-HT转载体的膜定位［18］。GTP酶的五羟色胺化将引发血小板α颗粒的释放。PAH患者血小板中RhoA五羟色胺化增强了，间接表明参与激活RhoA的TG2的活性可能也被提高了。

在血管平滑肌细胞中TG2与纤连蛋白相互作用并参与由血小板源性生长因子和血小板源性生长因子受体介导的下游信号事件的激活，TG2的激活诱导纤连蛋白的表达和血管平滑肌细胞的增殖及迁移［19］。Liu等［16］研究证实，对培养的PASMC用5-HT处理后导致纤连蛋白为主的多种蛋白质五羟色胺化。改变的纤连蛋白与PAH有关。抑制SERT或TG2活性导致PASMC蛋白质五羟色胺化被阻滞，细胞增殖和迁移也受到牵连。

在暴露于低氧和野百合碱诱导产生的PAH老鼠模型的肺组织及血液中发现，五羟色胺化纤连蛋白增多，表明增加肺组织中TG活性可能使五羟色胺化纤连蛋白释放入血。表明可通过五羟色胺化纤连蛋白量间接反映TG2活性。Wang等［20］研究证实，在野百合碱诱导产生PAH的小鼠模型中五羟色胺化RhoA对Rho/ROCK信号途径具有重要作用，且这种作用能被SERT抑制剂——盐酸氟西汀阻滞。Penumatsa等［21］研究表明，在5-HT作用下TG2通过提高Akt信号传导，也可能是通过其五羟色胺化促进末端PASMC增殖。为TG2如何参与血管重构提供了新的研究思路。

综上所述，了解PAH实验动物模型中TG2活性和PAH患者血液中TG2活化作用的产物是非常重要的。可通过TG2活性增高可能带来的疾病生理效应推测其可能的作用机制。HIF-1是TG2的重要转录调控因子，对暴露于低氧条件下的肿瘤细胞逃避细胞凋亡是不可或缺的［15］。Chen等［22］研究表明，在慢性缺氧的PAH模型肺组织中硫氧还原蛋白1（thioredoxin，Trx1）的表达及活性增加。且条件性敲除小干扰RNA或药物抑制Trx1 后HIF-1活性降低，使磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B激活从而减少PASMC的增殖。5-HT、HIF-1、Trx1可能均与TG2相互作用并参与其过程，这些相互作用的本质尚需在未来的研究中得到解答。一些与TG2相关的能产生细胞效应的信号途径尚有待于阐明：（1）在PAH形成中的中央细胞信号分子，如Rho激酶的激活；（2）促进肺血管重构的纤连蛋白等基质蛋白五羟色胺化过程；（3）血管收缩蛋白通过五羟色胺化激活；（4）通过TG介导的间质蛋白生理作用的改变导致血管壁“硬化”；（5）细胞增殖相关基因的转录。总之，PAH与TG2活性的增加有关。抑制TG2活性对缓解PAH有帮助，但其具体机制尚不十分清楚。无论蛋白质翻译后修饰是通过五羟色胺化，还是通过TG2对血管蛋白交联反应的直接作用，至少可给PAH提供新的研究思路，为研究PAH提供新的生物学标记。

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