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[摘 要]蛋白酶是人体内蛋白水解的主要参与者，根据其底物特异性可将其分为肽链内切酶、肽链端解酶、氨基肽酶和羧肽酶等；根据其蛋白水解机制分类为丝氨酸蛋白酶、半胱氨酸蛋白酶、天冬氨酸蛋白酶、苏氨酸蛋白酶和金属蛋白酶。其中半胱氨酸蛋白酶研究较多。它广泛存在于病毒、细菌、真菌、原生动物及原虫、植物、哺乳动物和人当中，其最大的亚族是木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶[3]。哺乳动物中的木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶即属于组織蛋白酶（Cathepsin），它是一类主要存在于溶酶体中的胞内蛋白酶，弱酸性环境中易被活化，是一类在碱性和中性溶液中不稳定的糖蛋白（除组织蛋白酶D、E、S外）[1]。
中图分类号：TH38 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0210-01
组织蛋白酶（Cathepsin）是在各种动物组织的细胞内发现的一类蛋白酶，是半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，在生物界已发现20余种，人体中主要存在11种，它们与人类肿瘤、骨质疏松、关节炎等多种重大疾病密切相关，是近年来备受关注的一类靶标蛋白酶。
1.1Cathepsin家族的分类
自从上世纪20年代提出组织蛋白酶的概念以来，到目前为止从组织蛋白酶A到组织蛋白酶Z都已有报道。根据蛋白水解机制分类，组织蛋白酶成员中大部分属于半胱氨酸蛋白酶，少数为天冬氨酸蛋白酶（组织蛋白酶D、E）和丝氨酸蛋白酶（组织蛋白酶A、G）；根据其底物特异性分类，，组织蛋白酶又包括肽链内切酶—组织蛋白酶B、F、H、K、L、S、V，肽链端解酶——组织蛋白酶B、C、H、X，氨基肽酶——组织蛋白酶C、H，羧肽酶——组织蛋白酶B、X[5]。目前人的组织蛋白酶主要分为两大亚族，一种是组织蛋白酶L类的蛋白酶或称ERWFNIN模体蛋白酶，主要包括组织蛋白酶L、V、K、S和H；另一种为只包括cathepsinB的组织蛋白酶B类蛋白酶。
组织蛋白酶A（CTSA）属于丝氨酸蛋白酶家族，是一种多功能糖蛋白，对脱酰胺酶，酯酶和羧肽酶具有三种独特的水解活性。它还与两种糖苷酶β-半乳糖苷酶（β-gal）和α-神经氨酸酶（Neu1）形成复合物，以保护它们免受溶酶体中的蛋白水解降解[5]。
组织蛋白酶B（CTSB）是溶酶体内半胱氨酸蛋白水解酶，其催化作用由Cys，His实现，易被巯基试剂抑制，又称巯基酶，属于木瓜蛋白酶家族，在pH3.0-7.0都具有活性，碱性条件下会不可逆失活[4]。CTSB存在于细菌、病毒、原生动物、植物和哺乳动物中，在肝、脾、肾、骨、神经细胞、间质成纤维细胞、巨噬细胞等都有分布[13]。CTSB在溶酶体降解蛋白质途径中发挥着必不可少的作用，当胞外蛋白质、血浆蛋白、激素和被吞噬的细菌等进入细胞即被溶酶体内蛋白水解酶水解，进行细胞内消化，从而使蛋白质的合成与降解保持精确的平衡。
组织蛋白酶D（CTSD）组织蛋白酶D是胃蛋白酶超家族的细胞内天冬氨酸蛋白酶，其在粗面内质网中用信号肽，前肽和成熟肽合成（Zaidi等，2008）。去除信号肽后，含前肽和成熟肽的组织蛋白酶D到达其靶向的细胞内囊泡结构（溶酶体，内体和吞噬体），在此它可被内肽酶激活（Laurent-Matha等，2006）。
组织蛋白酶K（CTSK）是由329个氨基酸构成的蛋白质，包括3部分：15个氨基酸构成的氨基末端区域、99个氨基酸构成的pro-peptide以及215个氨基酸构成的催化单位。组织蛋白酶K不仅存在于破骨细胞，还在皮肤、心脏、骨骼肌、肺、胎盘、卵巢、睾丸、小肠和结肠等组织中激活和表达。1994年，组织蛋白酶KcDNA在兔子身上被克隆出来，而且，在破骨细胞中显著表达[2]？。
组织蛋白酶L（CTSL）是溶酶体半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，具有非常独特的合成和转运方式。溶酶体CTSL，含有信号肽，并且是从ORF第1个AUG起始位点开始翻译。首先，信号肽牵引合成的CTSL前体酶原到内质网上。然后，在内质网上信号肽与前体肽间的肽键发生断裂，释放出信号肽与含有前体肽和成熟肽的CTSL酶原。最后，在前体肽的帮助下，CTSL蛋白折叠卷曲，形成二硫键。在内质网中，除去信号肽的只含有前体肽和成熟肽的CTSL酶原，必须在特定的条件下去除前体肽并形成正确的空间结构后才能表现出酶活性。通常CTSL酶原在胞内体或溶酶体的酸性环境下自行剪切，或通过其它蛋白酶的加工过程而形成有活性的成熟酶[3]。
组织蛋白酶O（CTSO）是参与细胞蛋白质降解和转换的半胱氨酸蛋白酶家族的成员。
1.2组织蛋白酶的合成
组织蛋白酶都是由无活性的前体酶原（preprocathepsin）水解而成，其在体内的合成途径为：首先在核糖体结合膜上以前体酶原的形式合成，经转铁蛋白先进入内质网，然后进入高尔基体，同时通过糖基化及磷酸化作用形成甘露糖-6-磷酸蛋白，最后通过溶酶体上甘露糖-6-磷酸特异性受体的识别作用，间接转运到溶酶体中[4]？。同所有木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶一样，组织蛋白酶的前体酶原也由信号肽（signal-peptide）、前体肽（propeptide）和含有成熟蛋白酶活性中心的催化域（catalyticdomain）构成。信号肽的长度在10～20个氨基酸残基之间，它负责将核糖体表达的前体酶原蛋白转运至内质网，在内质网被水解掉后形成只含前体肽和催化域的酶原（procathepsin）。前体肽氨基酸残基数差别较大（36～315之间），它占据了酶的活性中心，使酶原没有催化活性，并随之转运入胞内溶酶体，在溶酶体的酸性条件下自动水解，去掉前体肽，产生有活性的成熟的组织蛋白酶。
1.2组织蛋白酶的功能
组织蛋白酶A是α/β水解酶折叠家族的成员，并且在保守的活性方面与两种酵母酶具有显着的序列同源性，KEX1基因产物和羧肽酶Y以及小麦丝氨酸羧肽酶提示CTSA参与不同细胞位置中的不同蛋白水解功能[26，27]。几项研究表明，体外CTSA水解短调控生物活性短肽包括缓激肽，物质P，催产素，血管紧张素I和内皮素-1[7]。但是，溶酶体外CTSA的生理功能尚未得到充分探索。为了阐明这一功能，以前我们通过替换产生了CTSAS190A的敲入小鼠模型CTSA活性位点的亲核试剂，190位的丝氨酸和丙氨酸。尽管突变CTSA蛋白保留了与β-gal和Neu1形成复合物的能力，但它已经消除了酶活性。CTSAS190A敲除小鼠与非活动CTSA有一个显着诱导生物活性短肽内皮素-1的水平导致动脉血压升高[31]。在本研究中，我们旨在阐明溶酶体CTSA在两个不同年龄组的CTSAS190A小鼠模型的不同组织中对几种内源性生物活性肽（包括缓激肽，P物质，催产素，血管紧张素I以及内皮素-1）的调节的重要性。
组织蛋白酶B与肿瘤的浸润转移密切相关，CTSB在癌细胞转移过程中，能直接地溶解或者间接地激活能够溶解细胞外基质，如胶原蛋白、层粘连蛋白、基底膜等成分的酶来促进肿瘤细胞向深部组织浸润，从而为癌细胞的移动打开通道。研究发现CTSB在多种肿瘤细胞，如胃癌、肺癌、肠癌、乳腺癌、前列腺癌、肾癌等癌细胞中均有较高的表达；且mRNA的表达与癌的组织学类型、分化的阶段有一定的关系，但蛋白质水平却相反，这种差异可能在转录及转录后水平上存在着某种调节，从而影响了最后的表达；癌周间质细胞及血管内皮细胞CTSB增强表达.正常情况下间质成纤维细胞及巨噬细胞也可分泌CTSB，但癌时期表达明显增高，说明在癌浸润转移过程中，巨噬细胞CTSB的过度合成与渗漏了，也可能参与到癌细胞的扩散机制中[8]？。
组织蛋白酶L是溶酶体半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，具有非常独特的合成和转运方式.CTSL前体酶原的前体肽含有ERF/WNIN模体和GNFD模体.CTSL的空间结构主要由ɑ螺旋构成的L结构域以及由β折叠构成的R结构域组成.大量研究工作表明，CTSL在体内生理和病理过程中，以及在寄生动物中都发挥着极其重要的功能.其生理作用广泛涉及到蛋白质水解、抗原提呈、T细胞分选、细胞凋亡以及胚胎发育等方面.CTSL还与多种类型的肿瘤发生、心血管疾病以及肾病等密切相关。
组织蛋白酶W在IAV的晚期内体逃逸中发挥作用。
参考文献
1.Humanandparasiticpapain-likecysteineproteases：theirroleinphysiologyandpathologyandrecentdevelopmentsininhibitordesign.NCBI.2002[引用日期2017-03-25]
中图分类号：TH38 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0210-01
组织蛋白酶（Cathepsin）是在各种动物组织的细胞内发现的一类蛋白酶，是半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，在生物界已发现20余种，人体中主要存在11种，它们与人类肿瘤、骨质疏松、关节炎等多种重大疾病密切相关，是近年来备受关注的一类靶标蛋白酶。
1.1Cathepsin家族的分类
自从上世纪20年代提出组织蛋白酶的概念以来，到目前为止从组织蛋白酶A到组织蛋白酶Z都已有报道。根据蛋白水解机制分类，组织蛋白酶成员中大部分属于半胱氨酸蛋白酶，少数为天冬氨酸蛋白酶（组织蛋白酶D、E）和丝氨酸蛋白酶（组织蛋白酶A、G）；根据其底物特异性分类，，组织蛋白酶又包括肽链内切酶—组织蛋白酶B、F、H、K、L、S、V，肽链端解酶——组织蛋白酶B、C、H、X，氨基肽酶——组织蛋白酶C、H，羧肽酶——组织蛋白酶B、X[5]。目前人的组织蛋白酶主要分为两大亚族，一种是组织蛋白酶L类的蛋白酶或称ERWFNIN模体蛋白酶，主要包括组织蛋白酶L、V、K、S和H；另一种为只包括cathepsinB的组织蛋白酶B类蛋白酶。
组织蛋白酶A（CTSA）属于丝氨酸蛋白酶家族，是一种多功能糖蛋白，对脱酰胺酶，酯酶和羧肽酶具有三种独特的水解活性。它还与两种糖苷酶β-半乳糖苷酶（β-gal）和α-神经氨酸酶（Neu1）形成复合物，以保护它们免受溶酶体中的蛋白水解降解[5]。
组织蛋白酶B（CTSB）是溶酶体内半胱氨酸蛋白水解酶，其催化作用由Cys，His实现，易被巯基试剂抑制，又称巯基酶，属于木瓜蛋白酶家族，在pH3.0-7.0都具有活性，碱性条件下会不可逆失活[4]。CTSB存在于细菌、病毒、原生动物、植物和哺乳动物中，在肝、脾、肾、骨、神经细胞、间质成纤维细胞、巨噬细胞等都有分布[13]。CTSB在溶酶体降解蛋白质途径中发挥着必不可少的作用，当胞外蛋白质、血浆蛋白、激素和被吞噬的细菌等进入细胞即被溶酶体内蛋白水解酶水解，进行细胞内消化，从而使蛋白质的合成与降解保持精确的平衡。
组织蛋白酶D（CTSD）组织蛋白酶D是胃蛋白酶超家族的细胞内天冬氨酸蛋白酶，其在粗面内质网中用信号肽，前肽和成熟肽合成（Zaidi等，2008）。去除信号肽后，含前肽和成熟肽的组织蛋白酶D到达其靶向的细胞内囊泡结构（溶酶体，内体和吞噬体），在此它可被内肽酶激活（Laurent-Matha等，2006）。
组织蛋白酶K（CTSK）是由329个氨基酸构成的蛋白质，包括3部分：15个氨基酸构成的氨基末端区域、99个氨基酸构成的pro-peptide以及215个氨基酸构成的催化单位。组织蛋白酶K不仅存在于破骨细胞，还在皮肤、心脏、骨骼肌、肺、胎盘、卵巢、睾丸、小肠和结肠等组织中激活和表达。1994年，组织蛋白酶KcDNA在兔子身上被克隆出来，而且，在破骨细胞中显著表达[2]？。
组织蛋白酶L（CTSL）是溶酶体半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，具有非常独特的合成和转运方式。溶酶体CTSL，含有信号肽，并且是从ORF第1个AUG起始位点开始翻译。首先，信号肽牵引合成的CTSL前体酶原到内质网上。然后，在内质网上信号肽与前体肽间的肽键发生断裂，释放出信号肽与含有前体肽和成熟肽的CTSL酶原。最后，在前体肽的帮助下，CTSL蛋白折叠卷曲，形成二硫键。在内质网中，除去信号肽的只含有前体肽和成熟肽的CTSL酶原，必须在特定的条件下去除前体肽并形成正确的空间结构后才能表现出酶活性。通常CTSL酶原在胞内体或溶酶体的酸性环境下自行剪切，或通过其它蛋白酶的加工过程而形成有活性的成熟酶[3]。
组织蛋白酶O（CTSO）是参与细胞蛋白质降解和转换的半胱氨酸蛋白酶家族的成员。
1.2组织蛋白酶的合成
组织蛋白酶都是由无活性的前体酶原（preprocathepsin）水解而成，其在体内的合成途径为：首先在核糖体结合膜上以前体酶原的形式合成，经转铁蛋白先进入内质网，然后进入高尔基体，同时通过糖基化及磷酸化作用形成甘露糖-6-磷酸蛋白，最后通过溶酶体上甘露糖-6-磷酸特异性受体的识别作用，间接转运到溶酶体中[4]？。同所有木瓜蛋白酶类半胱氨酸蛋白酶一样，组织蛋白酶的前体酶原也由信号肽（signal-peptide）、前体肽（propeptide）和含有成熟蛋白酶活性中心的催化域（catalyticdomain）构成。信号肽的长度在10～20个氨基酸残基之间，它负责将核糖体表达的前体酶原蛋白转运至内质网，在内质网被水解掉后形成只含前体肽和催化域的酶原（procathepsin）。前体肽氨基酸残基数差别较大（36～315之间），它占据了酶的活性中心，使酶原没有催化活性，并随之转运入胞内溶酶体，在溶酶体的酸性条件下自动水解，去掉前体肽，产生有活性的成熟的组织蛋白酶。
1.2组织蛋白酶的功能
组织蛋白酶A是α/β水解酶折叠家族的成员，并且在保守的活性方面与两种酵母酶具有显着的序列同源性，KEX1基因产物和羧肽酶Y以及小麦丝氨酸羧肽酶提示CTSA参与不同细胞位置中的不同蛋白水解功能[26，27]。几项研究表明，体外CTSA水解短调控生物活性短肽包括缓激肽，物质P，催产素，血管紧张素I和内皮素-1[7]。但是，溶酶体外CTSA的生理功能尚未得到充分探索。为了阐明这一功能，以前我们通过替换产生了CTSAS190A的敲入小鼠模型CTSA活性位点的亲核试剂，190位的丝氨酸和丙氨酸。尽管突变CTSA蛋白保留了与β-gal和Neu1形成复合物的能力，但它已经消除了酶活性。CTSAS190A敲除小鼠与非活动CTSA有一个显着诱导生物活性短肽内皮素-1的水平导致动脉血压升高[31]。在本研究中，我们旨在阐明溶酶体CTSA在两个不同年龄组的CTSAS190A小鼠模型的不同组织中对几种内源性生物活性肽（包括缓激肽，P物质，催产素，血管紧张素I以及内皮素-1）的调节的重要性。
组织蛋白酶B与肿瘤的浸润转移密切相关，CTSB在癌细胞转移过程中，能直接地溶解或者间接地激活能够溶解细胞外基质，如胶原蛋白、层粘连蛋白、基底膜等成分的酶来促进肿瘤细胞向深部组织浸润，从而为癌细胞的移动打开通道。研究发现CTSB在多种肿瘤细胞，如胃癌、肺癌、肠癌、乳腺癌、前列腺癌、肾癌等癌细胞中均有较高的表达；且mRNA的表达与癌的组织学类型、分化的阶段有一定的关系，但蛋白质水平却相反，这种差异可能在转录及转录后水平上存在着某种调节，从而影响了最后的表达；癌周间质细胞及血管内皮细胞CTSB增强表达.正常情况下间质成纤维细胞及巨噬细胞也可分泌CTSB，但癌时期表达明显增高，说明在癌浸润转移过程中，巨噬细胞CTSB的过度合成与渗漏了，也可能参与到癌细胞的扩散机制中[8]？。
组织蛋白酶L是溶酶体半胱氨酸蛋白酶家族的主要成员，具有非常独特的合成和转运方式.CTSL前体酶原的前体肽含有ERF/WNIN模体和GNFD模体.CTSL的空间结构主要由ɑ螺旋构成的L结构域以及由β折叠构成的R结构域组成.大量研究工作表明，CTSL在体内生理和病理过程中，以及在寄生动物中都发挥着极其重要的功能.其生理作用广泛涉及到蛋白质水解、抗原提呈、T细胞分选、细胞凋亡以及胚胎发育等方面.CTSL还与多种类型的肿瘤发生、心血管疾病以及肾病等密切相关。
组织蛋白酶W在IAV的晚期内体逃逸中发挥作用。
参考文献
1.Humanandparasiticpapain-likecysteineproteases：theirroleinphysiologyandpathologyandrecentdevelopmentsininhibitordesign.NCBI.2002[引用日期2017-03-25]