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编号:10220987
蛇毒蛋白C激活剂的研究进展
http://www.100md.com 《广州医学院学报》 1999年第2期
     作者:侯力强 余清声 管锦霞

    单位:广州医学院广州蛇毒研究所,广州 510182

    关键词:蛋白C;激活剂;蛇毒;Protac;AB-C;ACC-C

    广州医学院学报990231 中图分类号 Q51

    蛋白C(Protein C,PC)是一种血浆糖蛋白,为维生素K依赖性蛋白质,在血浆中以酶原形式存在。在内皮细胞表面凝血酶-血栓调节蛋白(Thrombin Thrombomodulin, T-TM)复合物的作用下,它被激活为活化蛋白C(Activated Protein C,APC),APC有催化蛋白水解作用,能快速而特异地降解血液凝血因子Ⅴa和Ⅷa,抑制内、外源性凝血、从而产生强有力的抗凝效应。同时,APC也能中和组织型纤溶酶原活化物抑制物(t-PAI),刺激血管内皮细胞释放组织型纤溶酶原激活物(t-PA),从而发择促纤溶作用[1,2]
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    在体内,T-TM复合物是PC活化的主要生理性激活物[3];在体外,其它一些非生理性激活物亦能激活PC,这些激活物包括胰蛋白酶、来源于蝰蛇(Russells Viper)毒中的因子X活化组份和来源于多种蛇毒的PC特异性激活剂[3,4]。下面就蛇毒PC特异性激活剂作一综述。

    1 蛇毒PC激活剂的分布

    自1986年Stocker等首次从铜头蝮(Agkistrodon Contortrix Contortrix)蛇毒中发现并分离出PC活化剂以来,迄今已发现近20种蛇毒中含有PC活化组份,它们几乎都是蝰科蛇毒、其中分布最多的又属蝮亚科蝮属蛇毒。Kogan等曾对9神蝮属蛇毒进行研究,发现除尖吻蝮(Agkistrodon acutus)蛇毒外,其余8种蛇毒均含有PC活化组份。迄今已确认含有PC活化组份的有:Agkistrodon C. contortrix,A .C.Mokasen,A.C.Pictigaster,A.P.Piscivorus,A.P.leucostoma.A.bilineatus,Bothrops pradoi,B.Moojeni,Vipera russellii,V.Lebetina,Cerastes ceraste,A.Saxatilis,A.blomhoffi ussuriensis,A.halys caraganus,A.halys halys[5,6]
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    2 蛇毒PC救活剂的分类及理化性质

    经过学者多年的研究表明,一些蝮属蛇(Agkistrodon)毒中肯定含有特异性PC激活剂。但有关它们的分子量、等电点、激活或抑制有许多不同意见,尤其是Agkistrodon halys,A.blomhoffi和A.saxatilis方面的资料存在显著差异。

    从目前获得的资料看,Agkistrodon蛇属可分成两组:第一组由A. contortrix contortrix,A.bilineatus和A. piscivorus组成,它们含有的PC激活剂分子量为32~39kDa,能有效地激活人类PC,而对鼠血浆PC的效应较小,其最适pH值为7.5~8.5;另一组包括 A. saxatilis,A.blomhoffi ussuriensis,A halys caraganus和A.halys halys,其PC激活剂分子量为45~55kDa,其最适pH值为5.0~6.5[5]。Protac和AB-C为分别从上述蛇毒中提取的特异性PC激活剂,它们在理化性质、生化特性及作用机理等方面存在显著差别。
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    2.1 Protac

    自从Stocker等人于1986年从铜头蝮蛇毒(Agkistrodon Contortrix Contortrix Venom,ACCV)中发现并分离出PC活化剂以来,已有多个实验室从ACCV中分离并纯化了特异性PC激活剂,统一命名为“Protac”。

    Martinoli和Stocker[1]提纯的Protac在SDS-PAGE中分子量为37,600±550,含糖量约20%,为单链结构,等电点pI=3.0±0.3。①Protac对酸碱度和温度的变化有较强的耐受性,它可以经受pH3~8、70℃、10min或pH2~8、20℃、24h的处理而保持活性。②Protac对多种生物抑制剂及变性剂有很强的耐受性,不受巯基蛋白酶抑制剂碘乙酸、金属蛋白酶抑制剂(EDTA)、丝氨酸蛋白酶抑制剂二异丙酯氟磷酸(DFP)、凝血酶抑制剂抑肽酶等抑制。③Protac激活血浆PC,活性完全,不需辅因子参加,特异性强,除激活PC外,不引起其它血浆蛋白如因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ、前激肽释放酶、纤溶酶等的激活或活性改变[7]
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    Klein和Walker[8]报道的Protac在SDS-PAGE中分子量为20,000,有微弱的凝血酶样作用,可使纤维蛋白原凝固、对凝血酶、因子V、X没有生物学作用,亦无酰基水解活性,其生物活性受多种生物抑制刺及变性剂如DFP、EDTA、大豆胰蛋白酶抑制剂(Soybean Trypsin Inhibitor)等抑制。

    上述两组科学家从ACCV中提取的Protac,无论从理化性质、生物稳定性方面,还是从生物活性方面都存在一定的差异,这可能是由于蛇的产地、蛇毒的分离手段与条件等因素不同而引起。

    2.2 AB-C

    Tomohiro等[9]从Agkistrodon bilineatus (tropical moccasin)蛇毒中分离并纯化了一种PC激活剂,作者将其命名为“AB-C’。AB-C是一种糖蛋白、在SDS-PAGE中分子量为38,000,为单链结构,其氨基端的残基为缬氨酸。AB-C能水解许多精氨酸三肽PNA(Arginine tripeptide pnitroanilide)底物,该活性受几种丝氨酸蛋白酶的抑制。AB-C能快速激活人和牛PC。
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    Tomohiro[9]对AB-C进行氨基酸末端序列分析,表明在第13位氨基酸残基处为精氨酸,而除了ACC-C、gabonase和Crotalase外,几乎所有丝氨酸蛋白酶序列在这一位置均为脯氨酸。AB-C与Protac的显著差异还在于不同的蛇毒产率,1gTropical Moccasin蛇毒可提取纯AB-C约40mg,而等量的ACCV只能提取8~10mg。这种产出率方面的显著差异,对于选择蛇毒进行大规模PC激活剂的提纯,具有十分重要的意义。

    2.3 ACC-C

    McMullen 等从铜头蝮蛇毒中分离纯化出一种PC激活剂,将其取名为“ACC-C”。对其一级结构的测定表明,该激活剂是一种由231个氨基酸残基组成的胰蛋白酶型丝氨酸蛋白酶,与其它丝氨酸蛋白酶相似,其活性位点由His40、Asp85和Ser177组成,在Asn21、Asn78和Asn129处分别有一个N端连接的糖化位点。比较研究表明,其氨基酸序列与其它蛇毒蛋白酶具有高度的序列一致性[6]
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    3 蛇毒PC激活剂的作用机制

    Protac对PC的激活机制,已知不是象凝血酶那样使PC重链N端裂解下一段短肽后使PC激活,受Protac活化的PC未发生一级结构的改变。用凝胶层析和免疫电泳技术都证明,Protac与PC相互作用后的混合物仍只是分子量为37,600的Protac和分子量为62,000的PC组成,通过偶联有Protac的亲和层析柱而形成的活化PC也未发生分子量的改变[7,10]

    Tomohiro等[9]将AB-C与人类PC以1∶250酶:底物重量比混合温育、30min内PC被完全激活,将温育混合物用SDS-PAGE检测,发现AB-C裂解PC的重链,这种裂解与活化PC的氨基酸水解活性及抗凝活性的形成相一致。进一步研究表明,AB-C对人类PC的激活、是通过从PC重链的氨基末端裂解下一个12肽后实现的。

    Francis RB等人[11]认为蛇毒PC激活剂可能通过与凝血酶同样的方式,裂解PC的重链,从而激活PC,但也不能排除激活剂与PC形成复合物的可能性。至于其裂解部位是否与凝血酶的相同,尚不清楚。
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    Klein和Walker的研究表明,当高浓度活化剂与PC孵育时,可进一步引起PC轻链裂解,从而导致PC活性的丧失。

    4 蛇毒PC激活剂的应用

    由于蛇毒PC激活剂具有特异性强的优点。因此把它应用于PC的活性测定可以克服传统方法的缺陷。传统的PC:C测定方法大致分三步:①将血液中的PC吸附到Al(OH)3或枸橼酸钡上。②用磷酸盐缓冲液将PC洗脱下来。③将洗脱出的PC用T-TM复合物去激活,再用抗凝血酶Ⅲ-肝素抑制过量的凝血酶,用硫酸鱼精蛋白中和肝素,最后利用发色底物S2238或KPTT测定其活性。该方法存在三大缺陷:活化时间长、不能直接用血浆进行测定、必须采用较为繁琐的中和步骤来消除凝血酶的干扰。由于蛇毒PC激活剂具有活性完全、特异性强、能快速地激活血浆PC的特点,通过它建立起来的PC:C测定方法避免了多种干扰因素,易于实现标准化、仪器化和自动化。该方法的主要优点为:①能测定全血中PCa的水平。②操作简便、反应迅速,适于大量样品的检测。③可重复性好,与免疫检测值有良好的相关性[7,12,13]。由此可见、蛇毒PC激活剂是一种理想的PC活化剂,其应用于PC活性检测的前景是十分广阔的[14]
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    自发性深静脉血栓(DVT)在西方发病率为1/1000[15],其中10%~15%的血栓病与抗凝血酶Ⅲ(ATⅢ)、蛋白C(PC)、蛋白S(PS)、纤溶酶原(Plg)等的遗传性缺乏相关,20%~40%患者与活化蛋白C抵抗症(APCR)相关[16]。APCR是由于因子V基因发生单个位点突变(1691G→A),导致因子V分子氨基酸序列506Arg→Gln,突变的因子V虽保持促凝活性,但对活化PC的裂解作用敏感性大大降低,使因子Va对活化PC的灭活产生抵抗作用。研究表明,利用蛇毒PC激活剂建立起来的APCR筛选方法,具有简便、快速、高效的优点。适用于大规模人群筛查,为APCR阳性患者的治疗提供准确依据[17,18]

    参考文献

    1 Esmon CT,Ding W.The protein c pathway:New insights.Thromb Haemost,1997;78(1):70~74
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    2 Vindigni A.White CE.Energetic of thrombin-thrombomodulin interaction.Biochemistry,1997;36(22):6674~6681

    3 王振义,李家增,阮长耿.血栓与止血基础理论与临床.上海科学技术出版社,1996;9:93~96

    4 王钦红.抗活化的蛋白C是引起静脉血栓形成的一个重要原因.中华血液学杂志,1996;17(9):499~501

    5 Kogan,et al.Comparative study of protein c activators from the Agkistrodon snake venoms.Thromb Rse,1991;62:775~780

    6 符民桂,管锦霞.蛇毒蛋白C活化剂的研究进展.国外医学.输血及血液学分册,1996;19(6):367~369
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    7 黄文瑶.Protac-一种新的蛋白C活化剂.国外医学.输血及血液学分册,1991;14(4):206~208

    8 Walter Kisiel,et al.Isolation of a protein c activators from Southern Copperhead Venom.Biochemical and Biophysical Research Communications,1987;143(3):917~922

    9 Tomohiro,et al.Isolation and characterization of a protein c activator from Tropical Moccasin venom.Thromb Res,1990;58:593~602

    10 Sturzebecher.Inhibitor of the protein c activator protac,a serine proteinase from the venom of the Southern Copperhead Snake Agkistrodon Contortrix Contortrix,Toxicon,1991;29(2):151~155
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    11 Francis RB,et al.Rapid amidolytic assay of protein c in whole plasma using an activator from the venom of Agkistrodon Contortrix.A.J.C.P,1987;47:85~91

    12 Kraus M,et al.The PCAT-a single screening assay for assessing the functionality of the protein c anticoagulant pathway.Thromb Res,1995;79:217

    13 瞿国伟,王毅.蝮蛇毒作激活剂的发色底物比色法测定人血浆蛋白C活性.蛇志,1995;7(2):4~5

    14 Kogan,et al.Protein c activator from the venom of Agkistrodon blomhoffi ussuriensis retards thrombus formation in the arteriovenous shunt in rats.Thromb Res,1993;70:385~393
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    15 Nordstrom M,et al.A prospective study of the incidence of deep-vein thrombosis within a defined urban population.J Intern Med,1992;232:155~160

    16 郑艳珍,朱定尔,周伯通.PC基因新突变His134Asn所致I型PC缺乏症.中华血液学杂志,1998;19(3):138~142

    17 庄俊华等.活化蛋白C抵抗现象及其实验室检测.中华医学检验杂志,1998;21(3):182~184

    18 Bertina RM,et al.Mutation in blood coagulation factor V associated with resistance to activated protein c.Nature,1994;369:64~67

    (收稿:1998-11-01), 百拇医药