天花粉蛋白的构效关系及进入细胞的途径

1、天花粉蛋白的构效关系及进入细胞的途径【摘要】天花粉蛋白(Trihsanthin,TS)因具有妊娠引产、抗肿瘤、抗病毒及免疫调节等多种药理学作用而倍受关注。研究天花粉蛋白的构造特征，明确其活性中心及过敏原性区域对于深化理解天花粉蛋白的生物学功能非常重要。该文对近年来关于天花粉蛋白构效关系的研究进展作了综述，并着重介绍了天花粉蛋白进入细胞的详细途径，为研究其他的核糖体失活蛋白提供新的思路。【关键词】天花粉蛋白核糖体失活蛋白构效关系Abstrat：Trihsanthin(TS),aribseinativatingprtEinextratedfrtherttuberfhineseediinalherb

2、Trihsantheskiriliiaxiiz,hasultiplepharalgialprpertiesinludingabrtifaient,anti-tur,anti-HIVandiuneregulatin.Theantigeniityandshrtplasahalf-lifeliiteditsidelinialadinistratin.Inthisrevie,studiesabutlatingantigenisitesandprlngingplasahalf-lifeeredisussed.Studiesnstruturefuntinrelatinshipandehanisfellen

3、tryerealsvered.Reently,TShasbeenfundtindueapptsis,enhanetheatinfhekinesandinhibitHIV-1intergrase.ThesefindingsgiveneinsightsnthepharalgialprpertiesfTSandtherebersfribse-inativatingprtEIns.Keyrds：Trihsanthin；Ribse-inativatingprtein；Struture-funtinrelatinship天花粉蛋白Trihsanthin,TS是从葫芦科植物栝蒌的块根中提取出来的分子量为27

4、KD的单链核糖体失活蛋白(RibseInativatingPrteins,RIPs)，其基因序列及三级构造均已被说明1。TS在临床上被用于治疗宫外孕、绒毛膜上皮癌，恶性葡萄胎等。体外研究说明,TS能抑制HIV病毒、单纯疱疹病毒、麻疹病毒等多种病毒的复制2，3，对宫颈癌、白血病等肿瘤也有不同程度的抑制作用4，5，说明TS具有多种药理学活性。但TS是一种植物蛋白，可引起一系列过敏或类过敏反响，明确TS的活性中心及过敏原性区域非常重要。本文就TS构造与功能的关系以及TS如何进入细胞的相关研究进展作一综述。1天花粉蛋白的基因序列和分子构造llins等6于1990年报道了TS的一级构造，序列分析说明该基

5、因是一个连续表达的核苷酸序列，中间没有内含子及其它任何插入序列，它编码289个氨基酸，其中N端23个氨基酸的信号肽和端19个氨基酸在天然的TS中是不存在的。天然TS的成熟肽有247个氨基酸，在起始密码子上游有数个TATA盒。潘克祯等7通过重建TS分子模型并在2.6A分辨率进展晶体学修正，发现TS分子的二级构造由8段螺旋和13条链组成。螺旋长短不一，其中4、5及6为三段连续的a螺旋，且5与活性中心有关。13条链共组成4个折叠层，最大的折叠层由6条链组成。从整个分子来看，螺旋相对集中在蛋白质分子内部，而链构成的折叠层那么分布在分子外表，这是TS分子三维构造的显著特点。2天花粉蛋白的构效关系2.1活

6、性位点分析基于天花粉蛋白的三级构造和限制性蛋白酶解分析发现，研究发现TS潜在的活性位点位于110174氨基酸区域，删除TS的前100位氨基酸对其RNA-N-糖苷酶活性的影响并不大8，而120到123位氨基酸对天花粉蛋白的生物学活性至关重要，删除或疏水化取代这一位置的氨基酸会导致其核糖体失活活性降低4000倍9。除此之外，160和189位的谷氨酸也是TS的关键位点，它们分别突变成丙氨酸后其核糖体失活活性降低了1800倍10，去除这两个位点的谷氨酸残基后分子外表由负电荷变成正电荷，这导致其构像稳定性降低。还有研究说明11，12，14位酪氨酸和22位精氨酸参与蛋白质折叠过程，192位色氨酸那么对决定

7、活性位点和维持蛋白质稳定性非常重要。2.2过敏原性位点分析因存在一定的过敏原性限制了TS广泛的临床应用，近来一些研究致力于通过基因突变减少TS的过敏原性而不影响其效能。han等13删除TS-末端氨基酸序列发现TS的过敏原性减少了2.7倍而其核糖体失活活性降低了10倍，An等14通过计算机建模推测其过敏原性位点主要位于TS81-83氨基酸位点和173位的赖氨酸和174位的精氨酸，通过定点突变后其核糖体失活活性与天然TS无显著差异而过敏原性大大降低。2.3TS具有RNA-N-糖苷酶活性的构造根底天花粉蛋白具有RNA-N-糖苷酶活性,能水解真核细胞核糖体的28SrRNA的4324位上的腺苷酸的N-糖

8、苷键,释放出一个腺嘌呤碱基，使核糖体不可逆失活,从而抑制蛋白质的合成。TS的构造分析说明其RNA-N-糖苷酶催化活性分两步进展：识别和水解。TS的活性口袋中有两个亚单位，一个是初始的底物识别位点如第85位的谷氨酸AP识别位点，另一个是催化位点如TS与底物类似物NAPDH的结合位点。最新研究发现15，TS的底物与TS结合后，稳定的水分子作为质子供体，TS163位精氨酸平衡水分子中的局部负电荷，形成氢键从而参与水解N-糖苷键。3天花粉蛋白进入细胞的途径作为一种核糖体失活蛋白，TS需要进入细胞内作用于胞质中的核糖体而发挥其作用。TS进入细胞的途径如图1所示引自文献16并经笔者修改。3.1与磷脂膜互相

9、作用Xia等17研究发现磷脂可以通过固定水气界面的TS来增加TS的浓度，说明TS和磷脂膜之间存在互相作用。他们还研究发现静电作用是TS与含负电荷磷脂膜之间互相作用的主要因素，增加Na+浓度至1.5并不会别离所有与磷脂膜结合的TS，而且TS与磷脂膜结合后并不会被完全脱离出来直到单层细胞膜崩解。当TS被置于低PH值环境时其三级构造会发生改变，暴露更多的疏水位点。因此，TS可以在酸性环境下与带负电荷的磷脂膜通过疏水作用相结合。Lu等18发现低PH值环境可以改变某些残基的电荷，导致盐桥的断裂和电荷电荷排挤，使TS局部变性成为“融球态并最终插入磷脂膜。Zhang等19研究发现去掉TS端的7个氨基酸残基会

10、降低TS的膜插入才能，说明TS的末端对其膜内转位是必须的。3.2受体介导的内吞作用TS对于绒癌JAR细胞性具有高度毒性而对肝癌H35细胞系是相对低毒的，说明TS进入JAR细胞和H35细胞速度不同，并且胞内转运的效能也不同。han等20研究发如今同一时间进入JAR细胞的TS的量是进入H35细胞的3倍。其前期的研究21发现TS可以与低密度脂蛋白受体相关蛋白LDL-reeptrrelatedprtein，LRP)和egalin糖蛋白互相作用，且这种互相作用可被受体相关蛋白reeptrassiatedprtein,RAP)所抑制。JAR细胞膜富含低密度脂蛋白受体相关蛋白LRP)，RAP可抑制JAR细胞

11、对TS的摄取，说明TS进入JAR细胞的内化作用是由LDL受体家族介导的。hristensen等22的研究说明egalin亦参与介导了TS的内吞作用，egalin是肾小管近端起主要重吸收作用的糖蛋白，因此高浓度的TS对肾脏有一定毒性，可以损伤肾脏的近曲小管。转贴于论文联盟.ll.4小结和展望作为一种从植物根部提纯出来的中药单品，天花粉蛋白因其具有妊娠引产、抗肿瘤、抗病毒及免疫调节等多种生物学活性而倍受关注，前期的大量工作致力于研究天花粉蛋白的基因序列及空间构造，说明天花粉蛋白如何进入细胞发挥其生物学效应，已获得一系列重要成果。目前尚有一些问题有待解决，如天花粉蛋白的RNA-N-糖苷酶活性与引产活

12、性和抗HIV活性有何关系？其抗HIV的详细机制是什么?如何优化或修饰天花粉蛋白的分子构造，进步其生物学活性而降低其过敏原性，并延长天花粉蛋白在体内的半衰期？神州三号飞船进展太空试验时携带了两个能产生天花粉蛋白抗体的细胞株，深化研究上述问题将为天花粉蛋白提供更广阔的应用前景。【参考文献】1angYu,QianRQ,GUZ,etal.SirntifievaluatinfTianHuaFen(THF)-histry,heistryandapliatinJ.PureansApplhe,1986,581:789.2ZhuH,JiaZ,PanJ,etal.IunesuppressinviaIL-4/IL-

13、10-seretingTells:Anntxiprpertyfanti-HIVagentTrihsanthinJ.linIunl.,2022,122(3):312.3HuangH,hanH,angYY.etal.Trihsanthinsuppressestheelevatinfp38APK,andBl-2induedbyHSV-1infetininVerellsJ.LifeSi,2022,79(13):1287.4黄益玲，胡火军，黄利鸣，等.天花粉蛋白诱导人宫颈癌HeLa细胞凋亡的分子机制研究J.中国药理学通报,2022,23(1):99.5LiJ,XiaX,KeY，etal.Trihsant

14、hininduedapptsisinHL-60ellsviaithndrialandendplasiretiulustresssignalingpathaysJ.BihiBiphysAta,2022,1770(8):1169.6lliesEJ.PriaryAinAidSeguenefTrihsanthinandleulardelsfrAbrinA-hainandTrihsanthinJ.JBilhe,2022,265(15):8665.7PanKe-zhen,LinYu-juan,huKang-jing，etal.Therystalandleulerstrutureftrihsanthinat

15、2.6AreslutinJ.SieneinhinaSeriesB,2022,8:820.8KeY.B.,henJ.K.,NieH.L.,etal.StruturefuntinrelatinshipftrihsanthinJ.LifeSi,1997,60(7),465.9NieH.,aiX.,HeX.,etal.Psitin120123,aptentialativesiteftrihsanthinJLifeSi,2022,.62(6):491.10ngK.B.,KeY.B.,DngY.,etal.Struture/funtinrelatinshipstudyfGln156.Glu160andGl

16、u189intheativesiteftrihsanthinJ.Eur.J.Bihe,2022,21(2):787.11ShaP.,ngK.B.,hanD.S.,etal.StruturalbasisfrtheinteratinfE160A-E189AtrihsanthinithadenineJ.Txin,2022,41(5):575.12DingY.,TH.,angZ.,etal.ThestruturalbasisfTrp192andthe-terinalreginintrihsanthinfrativityandnfratinalstabilityJ.PrtEinEng.2022,16(5

17、)：351.13hanS.H.,ShaP.,ultS.F.,etal.Engineeringfainitrihsanthinthathaslerantigeniitybydeletingits-terinalainaidresiduesJ.Bihe.Biphys.Res.un,2022,270(1):279.14AnQ,EIS,uS,etal.appingtheantigenideterinantsandreduingtheiungeniityftrihsanthinbysite-diretedutagenesisJ.JBiedSi,2022,13(5):637.15GuQ.,Zhu.,TH.

18、,etal.SubstrateindingandatalysisintrihsanthinurindifferentsitesasevealedbytheplexstruturesfseveralE85utantsJ.PrteinEng,2022，16(6)：391.16Shap,leeK,ngKB.Reentadvanesintrihsanthin,aribse-inativatingprteinithultiplepharalgialprpertiesJ.Txin,2022,45(6):683.17XiaX.F.,angF.,Yang.,etal.Trihsanthinsinterfaialinteratinsithphsphlipids:anlayerstudyJ.llidSurf.BBiinterfaes,2022,39(3)：105.18LuY.,XiaX.,SuiS,etal.