5类有毒动物毒液金属蛋白酶研究进展.pdf
《5类有毒动物毒液金属蛋白酶研究进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《5类有毒动物毒液金属蛋白酶研究进展.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、生 物 灾 害 科 学 2023,46(4):538-548 http:/ Biological Disaster Science,Vol.46,No.4,2023 DOI:10.3969/j.issn.2095-3704.2023.04.79 收稿日期:2023-10-03 修回日期:2023-10-16 基金项目:贵州省林业科研项目(黔林科合 J 字202230 号)和中央引导地方科技发展资金项目(黔科中引地20194004 号)作者简介:徐志文(1992),男,工程师,硕士,主要从事农林资源保护与利用研究,;*通信作者:任雪敏,工程师,硕士,。徐志文,任雪敏,吴朝妍,等.5 类有毒动物毒
2、液金属蛋白酶研究进展J.生物灾害科学,2023,46(4):538-548.5 类有毒动物毒液金属蛋白酶研究进展类有毒动物毒液金属蛋白酶研究进展 徐志文1,任雪敏2*,吴朝妍3,雷 林1(1.遵义市林业局,贵州 遵义 563000;2.遵义市林业科学研究所,贵州 遵义 563000;3.西南林业大学 云南省森林灾害预警与重点实验室,云南 昆明 650224)摘要:金属蛋白酶普遍存在于动物、植物及细菌等生物体中。金属蛋白酶被保留在蛇、蝎子、寄生蜂、水母及蜘蛛的毒液中,参与生理学过程,在其捕食、防御及消化等过程中发挥着重要作用。文章归纳了金属蛋白酶家族分类,截至目前分为 17 组 74 个家族,阐
3、述了这 5 类携毒动物毒液金属蛋白酶在序列结构、家族分类、生物活性、功能机制等方面的研究,发现 M10 家族金属蛋白酶存在于寄生蜂和水母毒液中,M13 家族金属蛋白酶存在于寄生蜂和蝎子毒液中,M12 家族金属蛋白酶普遍存在于蛇、寄生蜂、蝎子、水母毒液中。蛇毒液金属蛋白酶研究相对深入和全面,其具有降解细胞外基质蛋白、调控细胞、抑制血小板聚集等活性及功能。在蝎子、寄生蜂、蜘蛛及水母中的毒液金属蛋白酶研究相对较少,其分子结构、功能及作用机制等尚不明晰。本研究将加深学者对毒液金属蛋白酶的认识,并为毒液金属蛋白酶今后的研究方向和应用提供参考。关键词:毒液金属蛋白酶;家族分类;生物活性;功能机制;研究 中
4、图分类号:Q955 文献标志码:A 文章编号:2095-3704(2023)04-0538-11 Research Progress on Venom Metalloproteinases of Five Types of Poison-carrying Animals XU Zhiwen1,REN Xuemin2*,WU Chaoyan3,LEI Lin1(1.Forestry Bureau of Zunyi,Zunyi,Guizhou 563000,China;2.Zunyi Institute of Forestry Sciences,Zunyi,Guizhou 563000,China
5、;3.Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control of Yunnan Province,Southwest Forestry University,Kunming 650224,China)Abstract:Metalloproteinases are commonly found in organisms such as animals,plants and bacteria,and it is worth noting that metalloproteinases are retained in the venom of s
6、nakes,scorpions,parasitic wasps,jellyfishes,and spider,and participate in physiological processes,and play important roles in their predation,defense and digestion.This paper summarized the classification of metalloprotease families,which are divided into 74 families in 17 groups.Researches on the s
7、equence structure,family classification,biological activity and functional mechanism of metalloproteinases of these five types of poison-carrying animals were comprehensively described.It was found that metalloproteases of M10 family existed in the venom of parasitic wasps and jellyfishes,that of M1
8、3 family existed in the venom of parasitic wasps and scorpions,M12 family were commonly found in the venom of snakes,parasitic wasps,scorpions and jellyfishes.Researches of snake venom metalloproteinases were relatively deep and 2023 年第 4 期 徐志文等:5 类有毒动物毒液金属蛋白酶研究进展 539 comprehensive,which had the act
9、ivities and functions of degrading extracellular matrix proteins,regulating cells,inhibiting platelet aggregation and so on.The studies of venom metalloproteinases in scorpions,parasitic wasps,spiders and jellyfishes were relatively less,and their molecular structure,family classification,function a
10、nd mechanism of action,were still unclear.The article can deepen scholars understanding of venom metalloproteinases,and provide references for the future research direction of venom metalloproteinases,and lay the foundation for the application of venom metalloproteinases.Keywords:venom metalloprotei
11、nases;family classification;bioactivity;functional mechanism;research 金属蛋白酶是生物体内行使功能的主要蛋白酶成分之一,在动植物及微生物的发育调控、免疫应答及非生物逆境胁迫响应等生理学过程中发挥着重要作用。金属蛋白酶是包含金属小肽和大分子金属蛋白的一类蛋白酶,其活性主要是依赖一种或多种金属离子,是能够催化肽类和蛋白质中肽键水解的一类蛋白酶。在蛇、蜘蛛、蝎子、寄生蜂及水母这 5 类携毒动物的毒液或毒素中也保守存在,有趣的是金属蛋白酶作为这 5 类携毒动物毒液或毒素蛋白的主要组成成分1-6,在其捕食及消化等过程中发挥重要作用。本
12、文从金属蛋白酶的结构及家族分类,其在蛇、蝎子、寄生蜂、蜘蛛及水母 5 类动物毒液中的研究进展进行综述,为后期毒液金属蛋白酶研究方向和应用提供参考。1 金属蛋白酶的结构及家族分类 根据酶的催化位点类型将金属蛋白酶划分为 32 个家族(M1-M33,未见 M21),一半的家族含有与金属离子捆绑的“His-Glu-Xaa-Xaa-His”(或者“HEXXH”)五肽结构,另一半家族的金属离子不与五肽结构捆绑7。该五肽“HEXXH”的共识序列能被更精确的定义为“abXHEbbHbc”,其中 b 是不带电荷的残基、c是疏水性的残基、X 几乎可以是任何氨基酸8。32 个家族的金属蛋白酶被分为 5 个超家族,
13、第一超家族(gluzincin,MA)含有捆绑金属离子的“HEXXH+E”形式的催化结构域,该组别含有 M1(membrane alanyl)、M2(peptidyl-dipeptidase)、M4(thermolysin)、M5(mycolysin)和 M13(neprilysin)共 5 个家族。第二超家族(metzincin,MB)含有捆绑金属离子的“HEXXH+H”形式的催化结构域,该组别含有 M12(astacin,包括astacin 和 reprolysin 亚家族)、M10(interstitial collagenase,包括 serralysin 和 matrixin 亚家族
14、)、M11(Autolysin)和 M7(streptomyces small neutral protease)共 4 个家族。第三超家族(other metallopeptidase with“HEXXH”motif)含有捆绑未知金属离子“HEXXH+E”形式的催化结构域,该组别含有 M3(thimet oligopeptidase)、M6(immune inhibitor A)、M8(leishmanolysin)、M9(vibrio collagenase)、M26(IgA-specific metalloendopeptidase)、M27(tetanus toxin)、M30(st
15、aphylococcus neutral protease)、M31(clostridial collagenase)、M32(carboxypeptidase Taq)等 9 个家族。第四超家族(other metallopeptidases with known metal ligands)是所捆绑金属离子结合在“HEXXH”以外的区域,该组别含有 M14(carboxypeptidase A)、M15(zinc D-Ala-D-Ala carboxypeptidase)、M16(pitrilysin)、M17(leucyl aminopeptidase)、M24(methionyl am
16、inopeptidase)等 5 个家族。第五超家族(metallopeptidases with unknown metal ligands)捆绑的金属离子配体、氨基酸及位置是完全未知的,该组别含有 M18(yeast aminopeptidase I)、M19(membrane dipeptidase)、M20(glutamate carboxypeptidase)、M22(O-Sialoglycoprotein endopeptidase)、M23(-lytic endopeptidase)、M25(X-His-dipeptidase)、M28(vibrio leucyl aminope
17、ptidase)、M29(thermophilic aminopeptidase)、M33(aminopeptidase Y)等 9 个家族7。Rawling 等9基于一级结构和序列同源性将所有金属蛋白酶分为 MA、MC、MD 和 ME 等 17 个组,17 个组细化为 M1、M2 和 M3 等 74 个家族组成,但该分类未见用于毒液金属蛋白酶的研究。基于金属蛋白酶的家族分类情况,研究者可将蛇、蜘蛛、蝎子、寄生蜂及水母 5 类携毒动物毒液中发现的金属蛋白酶进行分类。蛇、蝎子、蜘蛛及寄生蜂中普遍发现的毒液金属蛋白酶属于 Metzincin(MB)组中的 M12 家族10-12,少数几种蝎子和寄生
18、蜂毒液金属蛋白酶属于 Gluzincin(MA)组中的 M13 家族1,540 生 物 灾 害 科 学 第 46 卷第 4 期 极少数寄生蜂毒液金属蛋白酶属于M10家族13,水母刺细胞中发现M10和M12家族的毒液金属蛋白酶14。2 5 类携毒动物毒液金属蛋白酶 2.1 蛇毒液金属蛋白酶 金属蛋白酶广泛存在于蛇毒液中,其单一序列结构、酶活特性及功能等在蛇毒液研究中较为深入。它们属于 MA 组中的 M12 家族,Reprolysin 成员。蛇毒液中的金属蛋白酶(snake venom metalloproteinases,SVMPs)根据其功能活性、核酸序列及结构域可分为 4 类:P-I 型,只
19、含有 1 个金属蛋白酶结构域(metalloproteinase domain,M);P-II 型,含有 P-I 型的金属蛋白酶结构域和一个去整合素结构域(disintegrin domain,D);P-III型,包含 3 个结构域,在 P-II 型基础上再加一个富半胱氨酸结构域(cysteine-rich domain,C);P-IV 型,在P-III 型的基础上,其富含半胱氨酸结构域末端再连接捆绑有二硫键的凝集素样结构域(lectin-like domains)10,15。但在2008年,有研究16以蛇毒液金属蛋白酶的mRNA序列和蛋白质结构为依据,重新将P-IV型SVMPs归为 P-II
20、I 型。目前,SVMPs 主要分为 3 个类型:P-I 型(Ia)、P-II 型(IIa、IIb、IIc、IId)、P-III 型(IIIa、IIIb、IIIc、IIId)17。P-I 型、P-II 型和 P-III 型的分子量大小不一,P-I 型的分子量一般介于 2030 kDa,P-II型的分子量范围一般为 3060 ku,P-III 型的分子量一般介于 60100 ku2,但仅以分子量大小来判断其家族归属类型是不准确的。SVMPs 可降解细胞外基质蛋白(extracellular matrix proteins,ECM),溶解基底膜中的胶原蛋白(collagen)、弹性蛋白(elasti
21、n)、层粘连蛋白(laminin)、明胶(gelatin)、纤维连接蛋白(fibronectin)、纤维蛋白原(fibrinogen)、巢蛋白(内功素,nidogen)和凝血酶敏感蛋白(thrombospondin)等组成成分18-21,对纤维蛋白原的降解能力最强。SVMPs 可降解纤维蛋白原的 链和 链22,其中P-I SVMPs 对 链水解性强17,19,P-II 和 P-III SVMPs对 和 链都具有较强水解活性18。蛇毒液金属蛋白酶具有溶纤维原、催化凝血酶原、激活凝血因子 X、调控细胞、抑制血小板聚集、促发炎、灭活丝氨酸蛋白酶抑制剂等活性及功能2,23-31,使咬伤的动物体出现内部
22、凝血系统受损、血栓形成、细胞凋亡、血管坏死等发生,外部出现组织受损、炎症、水肿及出血等现象20,32-34。蛇毒液金属蛋白酶注入动物体最直接且肉眼可见的影响是导致出血和水肿10,35,绝大部分的P-II SVMPs 和P-III SVMPs 具强烈的出血活性,也有非出血性和促凝血的 P-II 和 P-III SVMPs,如 Berythractivase、Ecarin 和 HV1等17,36-37。对于 Fibrolase、Atroxase、ACLF和r ACLF 等38-41绝大部分P-I SVMPs 仅有蛋白水解活性,未曾展现出血效应或低出血效应,少部分 P-I SVMPs 具出血效应42
23、。血小板聚集是作用于止血的复杂机制,SVMPs可以结合并切割血小板受体GPIb 和GPVI、血浆vWF受体,进一步溶解纤维蛋白原使血小板纤维原蛋白粘附受阻,从而影响血小板凝集功能19,43-47。在探究蛇毒液金属蛋白酶功能时,发现 SVMPs 不仅可溶解血栓还可作用于癌细胞,有望开发成溶血栓剂和抗癌药物。SVMPs 的溶纤维蛋白活性会影响血小板凝聚功能,抑制止血和血栓形成,因此可考虑作为溶血栓的潜在药物19,45,47-48。一种 P-I SVMP rACLF 能诱导宫颈癌细胞(hela cells)形态改变、分离和活性降低,但具体的机理还不清楚38。P-II SVMPs 可能对肿瘤的转移有治
24、疗潜力,这个过程需要细胞外基质与整联蛋白相互作用。有研究表明:P-II SVMPs 可以阻止依赖 RGD(arginine-glycine-aspartic acid,RGD)的 IIb3、51、V1、V3等整联蛋白受体,参与肿瘤细胞的迁移和侵袭49-50。由于 P-III SVMPs 能裂解 vWF,所以正在被开发成抗癌药物,如:Bothropoidin、Kaouthiagin、Jararhagin 和 Leucurogin 等。含有 93 个氨基酸的 Leucurogin对黑色素瘤细胞黏着、迁移、增值、转移、生长具有一定作用51;49 ku 的P-IIIa SVMP Bothropoidi
25、n 可诱导使细胞凋亡、迁移、粘附,抑制乳腺癌细胞和血管增生52;52 ku 的P-IIIb SVMP Jararhagin 可诱导细胞增加caspase-3通路,最终消减体内的肿瘤结节33。SVMPs 作用于癌细胞的机制,可能是其包含的金属蛋白酶结构、去整合素结构和富含半胱氨酸去整合素结构能裂解ECM 蛋白所致,而ECM 蛋白决定着细胞的粘附等功能。2.2 蝎子毒液金属蛋白酶 蝎子对人类生命健康造成严重威胁,非洲、中东、南美等热带地区每年有大量人被蝎子蜇伤,甚至致死。2023 年第 4 期 徐志文等:5 类有毒动物毒液金属蛋白酶研究进展 541 蝎子毒液由水、盐、脂质、毒素、氨基酸、多糖、核苷
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 有毒 动物 毒液 金属 蛋白酶 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。