喹啉酸磷酸核糖转移酶与疾病的研究进展

张楠楠，赵瑞鹏，施建华

(1.灌云县人民医院，江苏 灌云222200；2.南京医科大学附属淮安第一医院，江苏 淮安223001)

喹啉酸磷酸核糖转移酶(quinolinate phosphoribosyltransferase，QPRT)是色氨酸代谢过程中的关键酶，近年来，研究发现QPRT不仅参与诸多神经系统疾病的发病机制，还与感染性疾病、肿瘤的发生有关，本文就此进行综述。

1 QPRT生物学特性

QPRT是磷酸核糖转移酶家族成员，通过催化喹啉酸(quinolinic acid,QA)的分解，参与NAD的从头合成途径。QA是色氨酸(tryptophan,TRP)代谢的中间产物之一，TRP在吲哚胺2,3-二氧化酶(indoleamine 2,3-dioxygenase,IDO)的作用下生成犬尿氨酸(kynurenine,KYN)，后者进一步降解为2-氨基-3-羧基木聚糖-6-半醛(α-Amino-β-carboxymuconate-εsemialdehyde,ACMS)，ACMS的转化有两种途径，一种是通过ACMS脱羧酶分解为吡啶酸，另一种是非酶途径，直接形成QA，由QPRT分解生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD)和烟酸(nicotinic acid)，此即NAD的从头合成途径，其中，QPRT的作用至为关键[1]。真核生物和原核生物的QPRT结构均呈现出典型的磷酸核糖转移酶结构特征，包括氨基末端四链开面的β夹心结构域和羧基末端α/β桶型结构域，QPRT通常以二聚体和六聚体形式存在，已知人、猪、鼠以及酵母等真核生物的QPRT为六聚体，Eom等克隆、纯化了人QPRT，通过悬滴蒸汽扩散法获得蛋白结晶，采用X-射线晶体衍射研究蛋白结构，发现人QPRT蛋白晶体属于P21空间群，晶胞参数：a=76.2,b=137.1,c=92.7 A°,β=103.8°，推测存在6个分子[2]。人QPRT的apo结构中，6个活性位点位于3个二聚体相互作用界面上，研究表明，围绕6个活性位点，六聚体的蛋白结构处于动态平衡状态，此状态可以影响底物的激活和酶的催化效力[3]。

QPRT mRNA表达甚为广泛，但其活性具有较严格的组织特异性，脑、肝、肾等组织中的QPRT作为NAD从头合成的关键酶在细胞内环境、抗氧化以及凋亡调节等方面发挥重要作用。Fu等发现QPRT参与亚硒酸钠诱导的宫颈癌细胞株凋亡[4]，Ishidoh等证实QPRT可以与半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(caspase-3)相互作用，QPRT敲低后，caspase-3活性显著增高，从而诱导细胞自发性凋亡[5]。

2 QPRT与神经系统疾病

QPRT在中枢神经系统含量极为丰富，正常人神经元和胶质细胞均有表达，大脑不同区域QPRT活性差异可达20倍以上，其中嗅球部活性最高，额皮质、纹状体以及海马次之。海马齿状回的多形细胞层可见较多QPRT阳性的胶质细胞，而颗粒细胞层和椎体细胞层QPRT较少表达。研究发现癫痫(Epilepsia)、亨廷顿氏病(Huntington’s disease)以及阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease)等神经变性性疾病中QA的含量与QPRT的活性高低密切相关[3,6]。例如，癫痫患者额颞部QPRT活性的下降可能是引起局部病灶异常放电的重要原因。Haslinger 等报道[7]，在Chr16p11.2拷贝数变异所致的孤独症(Autism spectrum disorders,ASD)患儿中，QPRT为该染色体区域29个基因之一，减少其表达可以影响人神经母细胞瘤细胞株SH-SY5Y的分化形态，一旦敲除QPRT基因，与神经发育以及突触结构的基因均会受到影响，据此，QPRT在Chr16p11.2缺失所致的ASD发病机制中可能发挥至关重要的作用。

3 QPRT与感染性疾病

结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)以及丙型肝炎病毒(Hepatitis C virus,HCV)感染均为严重影响人类健康的传染病，研究发现QPRT参与了这些疾病的发生机制。QPRT在结核治疗中的作用早在上世纪就受到重视，Sharma等从结核分枝杆菌中分离纯化出QPRT，发现其α/β桶型结构域具有不同于Ⅰ型磷酸核糖转移酶的生物学特征[8]，Kim等进一步探讨了该酶的最佳作用温度、酸碱度以及离子条件，并证实QPRT与QA相互作用的氨基残基被丙氨酸残基替代后，其催化活性尽失，抗结核药物吡嗪酰胺显著抑制结核杆菌QPRT的活性，以此为切入点，可望发现新的抗结核药物[9]。肝细胞也是QPRT催化QA生成烟酸单核苷酸(Nicotinic acid mononucleotide,NAMN)从头合成NAD的重要部位，HCV感染人以及小鼠后均会引起肝细胞QPRT活性下降，同时出现NAD+/NADH比率显著降低，Wang等证实HCV NS3/4A可以促进QPRT降解，而 QPRT激动剂安妥明(clofibrate,CLO)可以抑制HCV复制[10]。

4 QPRT与肿瘤

鉴于NAD+在细胞能量代谢、增殖中重要作用以及肿瘤细胞快速生长的特性，针对NAD+生物合成环节设计抗肿瘤分子药物一直是研究的热点，例如，针对NAD+合成补救途径中的烟酰胺磷酸核糖转移酶(Nicotinamidephosphoribosyltransferase,NAMPT)小分子抑制剂、FK866，对胃癌、肝癌以及乳腺癌均具有治疗作用，目前已进入二期临床试验[11]，然而，进一步的临床研究发现小分子NAMPT抑制剂常常发生药物抵抗，其机制可能与QPRT有关，而且80%以上的脑部恶性肿瘤以及部分血液系统恶性疾病、甲状腺癌均表现出QPRT异常[12-15]。Ullmark等发现急性髓细胞性白血病中QPRT与Wilms瘤基因1(Wilms tumor gene 1,WT1)高度相关，造血干细胞过表达WT1后QPRT显著升高，而WT1敲低后QPRT表达下降，采用染色体共沉淀技术证实WT1结合于QPRT基因第一内含子保守区域，QPRT尚参与K562 cells伊马替尼抵抗的部分机制[14]。有研究采用基因芯片技术发现QPRT显著差异表达于甲状腺滤泡癌和甲状腺腺瘤，进一步采用免疫组化法检测117例甲状腺组织标本，QPRT诊断甲状腺滤泡癌的敏感性为65%，特异性为73%，阳性预测值0.73，阴性预测值0.71，据此，QPRT可能会成为甲状腺占位性病变诊断和鉴别诊断的重要指标之一。

综上所述，QPRT作为NAD+从头合成过程中的关键酶在多种神经变性疾病以及肿瘤的发病过程中发挥重要作用，结核杆菌、丙型肝炎病毒QPRT直接与其致病能力相关，随着其结构特点的进一步明确，QPRT可望成为新的分子药物的靶点。