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生理社堂进屋！塑生蕴塑鲞复！坦
跨膜丝氨酸蛋白酶研究进展
郭晓强
（解放军白求恩军医学院生物化学教研室，石家庄０５００８１）
摘要跨膜丝氨酸蛋白酶（ＴＭＰＲＳＳｓ），又名ＩＩ型跨膜丝氨酸蛋白酶（１３５Ｐｓ）是一类定位于细胞膜上具有保守丝氨酸蛋白酶结构域的蛋白家族，哺乳动物中已发现二十多个成员。ＴＭＰＲＳＳｓ基本结构类似，ｃ端蛋白酶结构域在胞外，Ｎ端位于胞内，还拥有单跨膜结构域，差异之处在于主干区。ＴＭＰＲＳＳｓ具有多种重要生理功能，功能异常可造成耳聋、癌症、贫血和高血压等多种疾病。本文对
ＴＭＰＲＳＳｓ基本特征、结构、生理功能及相关疾病进行综述。
关键词跨膜丝氨酸蛋白酶；耳聋；癌症；贫血；高血压
中图分类号Ｑ５５
蛋白酶是一类水解蛋白质的酶类，最早于上世纪初在胃液中发现（胃蛋白酶），至今已鉴定多个成
员。最早认为蛋白酶主要通过非特异性水解蛋白质
氨酸蛋白酶结构域，后两者位于胞外，不同成员区别
主要集中于主干区。
根据主干区不同，ＴＭＰＲＳＳ可被进一步分为四
参与食物消化，然而一系列研究表明哺乳动物体内还存在一些具有底物选择性的蛋白酶，它们参与更为多样的生理过程，如细胞周期、形态建成、细胞增殖和迁移、排卵、血管生成和细胞凋亡等，功能异常可造成代谢性疾病、神经退行性疾病、心血管疾病、关节炎和癌症等的发生（Ｐｕｅｎｔｅ等．２００３）。相对于
个亚家族：ＨＡＴ／ＤＥＳＣ、ｈｅｐｓｉｎ／ＴＭＰＲＳＳ、ｍａｔｒｉｐｔａｓｅ
和ｅｏｒｉｎ［１］。ＨＡＴ／ＤＥＳＣ亚家族包括ＴＭＰＲＳＳＩｌｄ
（ＨＡＴ）和ＴＭＰＲＳＳｌｌｅ（ＤＥＳＣｌ），它们结构最为简单，主干区仅由单一ＳＥＡ（ｇｅａ
ｕｒｃｈｉｎｓｐｅｒｍｐｒｏｔｅｉｎ，
ｅｎｔｅｒｏｐｅｐｔｉｄａｓｅ，ａｇｒｉｎ）结构域构成心１（图１）。ｈｅｐ—
ｓｉｎ／ＴＭＰＲＳＳ亚家族包括ＴＭＰＲＳＳｌ—５和ＴＭＰＲＳＳｉ３
传统水溶性蛋白酶，新近发现一类特殊蛋白酶一
胞外，因此被称为ＩＩ型跨膜丝氨酸蛋白酶（ｔｙｐｅ
ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｒｉｎｅ
等，是包含种类最多的一个亚家族，主干区包含清道夫受体富含半胱氨酸（ｓｃａｖｅｎｇｅｒ
ｃｌａｓｓ
ｒｅｃｅｐｔｏｒｅｙｓ—ｒｉｃｈ，
具有单跨膜结构域的丝氨酸蛋白酶，并且Ｃ端位于
ＩＩ
ＳＲＣＲ）结构域和低密度脂蛋白Ａ类受体（１０ｗ
ｔｙ
ｌｉｐｏｐｒｏｔｅｉｎ
ｒｅｅｅｐｔｏｒ
ｄｅｎｓｉ－
ｐｒｏｔｅａｓｅｓ，ＴＩ隅Ｐｓ）（Ｈｏｏｐｅｒ等．
ｐｒｏ－
Ａ，ＬＤＬａ）结构域。
２００１），又称跨膜丝氨酸蛋白酶（ｔｒａｎｓｍｅｍｂｒａｎｅ
ｔｅａｓｅ
ｍａｔｒｉｐｔａｓｅ亚家族包括ＴＭＰＲＳＳｌ４（ｍａｔｒｉｐｔａｓｅ－１）、ＴＭＰＲＳＳ６（ｍａｔｒｉｐｔａｓｅ－２）和ＴＭＰＲＳＳ７（ｍａｔｒｉｐｔａｓｅ－３），其主干区除含有ＳＥＡ结构域外，还包含２个ＣＵＢ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ
ｔｅｉｎ
ｐｒｏｔｅｉｎ＇ｓｕｂｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓＣｌｒ／Ｃｌｓ，ｕｒｃｈｉｎ
ｓｅｒｉｎｅｓ，ＴＭＰＲＳＳｓ），这些新成员的发现和深入
研究使人们对蛋白酶有了全新的认识…。
一、ＴＭＰＲＳＳ结构与基本特征
自１９８８年发现第一个跨膜丝氨酸蛋白酶ＴＭ—ＰＲＳＳＩ（ｈｅｐｓｉｎ）（Ｌｅｒｔｕｓ等．１９８８）以来，至今已在人、
小鼠和大鼠中发现二十多个成员，仅人类就有十几
ｅｍｂｒｙｏｎｉｃｇｒｏｗｔｈｆａｃｔｏｒａｎｄｂｏｎｅｍｏｒｐｈｏｇｅｎｅｔｉｃｐｒｏ—
１）结构域及３到４个串联重复ＬＤＬａ结构域。
ｃｏｒｉｎ亚家族目前只发现一个成员ＴＭＰＲＳＳｌ０（ｃｏｔ－
ｉｎ），其结构最为复杂，主干区包含８个ＬＤＬａ结构
种（表１）。ＴＭＰＲＳＳ表达具有明显组织特异性，ＴＭ—ＰＲＳＳ６主要在胎儿和成年肝脏中表达（Ｖｅｌａｓｃｏ等．２００２），而ＴＭＰＲＳＳｌ０主要存在于心脏（Ｙａｎ等．１９９９），这种表达模式说明不同ＴＭＰＲＳＳ参与不同生
理过程。ＴＭＰＲＳＳ家族成员在分子量上差别巨大，
域，２个ｆｒｉｚｚｌｅｄ结构域和１个ＳＲＣＲ结构域。
如人ＴＭＰＲＳＳＩ包含４１７个氨基酸残基，而ＴＭ—ＰＲＳＳｌ０由１０４２个氨基酸构成，两者相差１倍以上，但基本结构却高度相似，均含四部分，从Ｎ端到Ｃ端依次为短细胞质结构域、跨膜结构域、主干区和丝
田１几个典型ＴＭＰＲＳＳ结构特点
万方数据
生理社堂进屋呈Ｑ螋生筮塑鲞筮呈翅
表１人的十余种主要ＴＭＰＲＳＳ的特征和功能
二、ＴＭＰＲＳＳ与疾病
细胞癌和卵巢癌等多种癌症中均发现存在ＴＭＰＲＳＳｌ
虽然ＴＭＰＲＳＳ发现时间不长，且作用机制和生
过表达。目前认为ＴＭＰＲＳＳｌ可作为前列腺癌早期
理功能还未完全阐明，但使用遗传学及相关方法已
诊断的生物标记，使用噬菌体展示技术获得与ＴＭ・发现多个成员功能异常可导致疾病的发生，突出了ＰＲＳＳｌ具有高亲和力和特异性的结合肽，这为诊断它们的重要性（表１）。
试剂盒开发奠定了基础（Ｋｅｌｌｙ等．２００８）。
（一）ＴＭＰＲＳＳ与耳聋
很早就发现ＴＭＰＲＳＳ３
ＴＭＰＲＳＳ２与前列腺癌有密切关系。染色体重排与耳聋有密切关系∞ｊ，对５９个巴基斯坦先天性感觉
可造成癌症发生，这是因为往往引起某些基因异常
神经性耳聋家庭研究发现４个家庭存在ＴＭＰＲＳＳ３激活。两个ＥＴＳ转录因子ＥＲＧ和ＥＴＶｌ在前列腺
基因突变（Ｂｅｎ—Ｙｏｓｅｆ等．２００１），在其他地区研究也癌中表达增加，这是由于染色体重排使ＴＭＰＲＳＳ２基
得到类似结果。对ＴＭＰＲＳＳ３基因编码蛋白酶结构
因位于ＥＴＳ转录因子基因上游，而ＴＭＰＲＳＳ２存在一域的碱基突变小鼠观察发现，表皮ａｍｉｌｏｒｉｄｅ敏感钠个雄激素反应启动子元件，这样雄激素刺激可导致
通道活性明显下降，这导致内耳钠离子电流降低而
ＥＴＳ转录因子过表达，细胞分裂加速而造成前列腺耳聋（Ｇｕｉｐｐｏｎｉ等．２００２）。对１６个ＴＭＰＲＳＳ研究发
癌［５ｊ。研究发现许多前列腺癌病人体内确实存在
现，除ＴＭＰＲＳＳ３外，ＴＭＰＲＳＳｌ、２、５和１０等也与听觉ＴＭＰＲＳＳ２基因与ＥＴＳ转录因子基因融合现象，这说
相关【４Ｊ，ＴＭＰＲＳＳｌ缺陷小鼠相对于正常小鼠听力明明ＴＭＰＲＳＳ２异常可导致前列腺癌发生。
显降低（Ｇｕｉｐｐｏｎｉ等．２００７）。
在卵巢癌中，ＴＭＰＲＳＳ３的一种亚型表达较正常（－－）ＴＭＰＲＳＳ与癌症
由于蛋白酶可降解细胞
卵巢组织或卵巢腺瘤表达明显增加（Ｓａｗａｓａｋｉ等．外基质，从而增加了细胞在组织内迁移和扩散能力，２００４）。在乳腺癌和胰腺癌细胞中也检测到ＴＭ－
这意味着ＴＭＰＲＳＳ可能参与癌细胞增殖、迁移和侵ＰＲＳＳ３的异常表达。然而该方面数据较少，尚需深袭过程。目前已鉴定多个ＴＭＰＲＳＳ与癌症有关，如入研究。
ＴＭＰＲＳＳｌ、２、３、４、６、１１ｅ和１４等，从而使ＴＭＰＲＳＳ正
ＴＭＰＲＳＳ４在胰腺癌中表达显著升高，而在正常在成为癌症生物学研究的一个热点。
组织表达较少或不表达，这说明ＴＭＰＲＳＳ４与癌症恶ｃＤＮＡ芯片检测发现前列腺癌细胞ＴＭＰＲＳＳｌ表性程度相关（Ｗａｌｌｒａｐｐ等．２０００）。ＴＭＰＲＳＳ４过表达达增加，且ＴＭＰＲＳＳｌ蛋白含量与肿瘤恶性程度密切诱导了Ｅ一钙粘蛋白介导的细胞粘连丧失，从而促进相关（Ｄｈａｎａｓｅｋａｒａｎ等．２００１），在欧洲前列腺癌高发
表皮细胞／间质细胞间过渡，造成癌细胞转移能力、人群中发现存在ＴＭＰＲＳＳｌ单核苷酸多态性，此外肾
侵袭性和恶性程度都明显增加∞Ｊ。
万方数据
芬兰乳腺癌高发人群中存在ＴＭＰＲＳＳ６基因单核苷酸多态性和ＴＭＰＲＳＳ６蛋白减少的现象，并且ＴＭＰＲＳＳ６蛋白含量越低乳腺癌病人预后越差，而ＴＭＰＲＳＳ６过表达可使乳腺癌发生率明显下降，即使发生乳腺癌，细胞侵袭性和扩散性也明显降低（Ｐａｒｒ
等．２００７），这说明ＴＭＰＲＳＳ６应该是一种乳腺癌抑癌
基因。
ＴＭＰＲＳＳｌ
ｌｅ又名鳞状上皮细胞癌差别表达基因
１（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ
ｅｘｐｒｅｓｓｅｄｉｎ
ｓｑｕａｍｏｕｓｃｅｌｌｃａｒｃｉｎｏｍａ
ｇｅｎｅ
ｌ，ＤＥＳＣｌ），从名称上可初步判断其作用。研究
发现ＴＭＰＲＳＳｌｌｅ在头颈部鳞状上皮细胞癌中表达明显较少，而在正常分化的上皮细胞中表达增加＂】，
从而说明其可通过促进细胞分化抑制增殖而发挥肿
瘤抑制作用。
多数肿瘤ＴＭＰＲＳＳｌ４的ｍＲＮＡ和蛋白质含量都
增加，如卵巢癌超过５倍，且含量越多肿瘤侵袭性越大（Ｊｉｎ等．２００６），前列腺癌ＴＭＰＲＳＳｌ４表达增加７倍以上。抑制ＴＭＰＲＳＳｌ４表达则抑制肿瘤，利用核
酶转基因技术使前列腺癌细胞株ＴＭＰＲＳＳｌ４表达减
少，结果癌细胞生长、侵袭和转移力都明显降低，部
分降低达５０％（Ｓａｎｄｅｒｓ等．２００６）。
（三）ＴＭＰＲＳＳ６与贫血ＴＭＰＲＳＳ６表达具有肝脏特异性，其基因突变可造成人难治性缺铁性贫血（ｉｒｏｎ—ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ
ｉｒｏｎｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ
ａｎｅｍｉａ，ＩＲＩＤＡ）的发生
（Ｆｉｎｂｅｒｇ等．２００８），而ＴＭＰＲＳＳ６基因突变小鼠也具
有严重缺铁和贫血表型旧ｊ，对贫血病人和突变小鼠单纯给予高铁饮食都无法完全改善贫血，这说明
ＴＭＰＲＳＳ６基因突变破坏了机体在缺铁情况下的铁吸
收，从而导致贫血。
（四）ＴＭＰＲＳＳｌ０与高血压ＴＭＰＲＳＳｌ０主要存在于心脏，它可将前心钠素（ａｔｒｉａｌ
ｎａｔｒｉｕｒｅｔｉｃｐｅｐｔｉｄｅ，
ＡＮＰ）适当酶切而激活，从而参与血压调节（Ｙａｎ等．２０００）。ＴＭＰＲＳＳｌ０基因敲除小鼠虽在胚胎期和出
生后表现正常，但成年后却出现高血压，高盐饮食使
高血压加重，小鼠妊娠后期出现蛋白尿和严重高血压，生命后期心脏功能出现衰退最终造成心脏肥大一Ｊ，这说明ＴＭＰＲＳＳｌ０是维持血压及心脏正常功
能的重要因素之一。
三、研究意义与展望
初步结果显示出ＴＭＰＲＳＳ具有广泛的生理功能，在多种疾病发生中的重要作用使其有望成为一
个新的研究领域。考虑到人们对蛋白酶的认识较为
万方数据
生塑挝堂逃屋！Ｑ塑生筮箜鲞笠！翅
充分，目前已有多种丝氨酸蛋白酶抑制剂可供使用，这为研究带来方便的同时也为将来临床应用奠定基础。对ＴＭＰＲＳＳ研究时间相对较短，除对部分成员如ＴＭＰＲＳＳ３和ＴＭＰＲＳＳｌ０等有一定深入了解外，还有多个成员尚未知其详细功能，并且当前研究大多集中在遗传学水平，分子机制相比而言涉及较少，如不同ＴＭＰＲＳＳ在发挥生理功能时的特异性底物、细胞内调节机制和信号转导途径等，只有对这些问题有一个全面理解，临床应用才会更有针对性。
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