柞蚕溶茧酶的分离纯化、酶学性质表征及其基因克隆与表达

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血栓性疾病日益威胁着人们的生命健康,现有的抗栓或溶栓药物种类繁多,根据作用机制不同,发挥着重要的作用。然而这些药物普遍存在半衰期短、纤维蛋白亲和力差或出血风险大等缺陷,因此开发新型溶栓药物仍然十分必要。柞蚕(Antheraea pernyi)属鳞翅目大蚕蛾科,是典型的吐丝营茧昆虫之一。在蚕蛹羽化过程中,下颚腺会分泌吐出液,水解茧壳中的丝胶,蚕蛾便可“脱茧而出”了。在其吐出液中含有一种酶,称其为溶茧酶(cocoonase),不仅可以水解丝胶,还具有精氨酸酯酶活力,与胰蛋白酶性质相近,有望开发成为一种新型溶栓药物。  根据前人的初步研究,利用CM-Sepharose FastFlow弱阳离子交换层析和SephadexG-50两步法从柞蚕吐出液中分离得到柞蚕溶茧酶。通过精氨酸酯酶活力测定了其酶动力学参数和最适温度及pH值,利用纤维蛋白原降解实验和纤维蛋白平板实验初步验证了其溶栓功能。根据N端测序的氨基酸序列,设计简并引物,利用RACE技术克隆得到柞蚕溶茧酶基因全长,并利用大肠杆菌和Bac to Bac昆虫杆状病毒表达系统分别进行了原核表达和真核表达。  实验结果表明,成功纯化出柞蚕溶茧酶,其酶动力学参数Km值和Vmax分别为2.577×10-3 mol/L和4.09×10-3μmol/L/s,且其最适温度和最适pH值分别为30℃和pH8.0。克隆溶茧酶基因全长783 bp,编码261个氨基酸,通过BLAST同源性比对发现,柞蚕溶茧酶含有胰蛋白酶家族保守序列“IVGG”。利用MEGA5.0软件进行系统发育树分析,发现柞蚕溶茧酶与家蚕溶茧酶具有62%的相似度,属于同一进化分支。通过PROSITE蛋白数据库分析发现,氨基酸34-260为丝氨酸蛋白酶家族保守域,并且发现多个丝氨酸蛋白酶家族特有的模型。  通过细胞毒性试验发现,当样品浓度达200 mg/ml时,Hela细胞形态出现变化,活细胞数有所减少。皮内注射柞蚕溶茧酶实验发现,其出血活性(MHD)为2.5 mg/kg体重。体外溶血试验中,当加入30μg溶茧酶时,24 mg血块几乎全部溶解。在出血活性安全范围内,体内溶栓实验中,注射剂量分别为50、100、150、200μg时,小鼠尾部血栓比例呈逐渐减小的趋势,分别为25.45±4.28%、20.21±7.50%、13.98±4.05%和7.52±1.12%。这表明,柞蚕溶茧酶具有较好的溶栓效果,有望开发成为一种新型溶栓药物。
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