组织蛋白酶与类风湿关节炎的研究进展

于奕奕，杨 敏

（1.南方医科大学，广东 广州 510515；2.南方医科大学南方医院风湿免疫科，广东 广州 510515）

组织蛋白酶与类风湿关节炎的研究进展

于奕奕1，杨 敏2

（1.南方医科大学，广东 广州 510515；2.南方医科大学南方医院风湿免疫科，广东 广州 510515）

组织蛋白酶是一类溶酶体蛋白酶，在机体内参与蛋白降解、抗原提呈、细胞凋亡等生理过程，且与肿瘤、哮喘、类风湿关节炎、牙周炎等疾病的发病机制有关。近年来，研究发现组织蛋白酶与类风湿关节炎中细胞外基质的降解、血管翳的形成、炎症等病理过程较为密切。现就组织蛋白酶与类风湿关节炎的研究进展进行综述。

组织蛋白酶；类风湿关节炎；炎症；免疫

类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一类慢性自身免疫性疾病，其滑膜炎的持久反复发作最终可进展为不可逆的关节破坏，其发病机制仍有待探明。组织蛋白酶（cathepsin，Cat）是一类溶酶体蛋白酶，近年来发现与RA中血管翳的形成、炎症等病理过程较密切。本文就Cat与RA的研究进展综述如下。

1 Cat的概述

1.1 Cat的分类[1]

Cat是蛋白水解酶，位于溶酶体内，是20世纪20年代才定义的酶。根据活性部位所含的氨基酸的不同。Cat可分为三类，即丝氨酸组织蛋白酶（如Cat A和Cat G）、天冬氨酸组织蛋白酶（如Cat D和Cat E）和半胱氨酸组织蛋白酶（如Cat B、L、H、S、K、F、V、X、W、O和C）。它们在弱酸性环境中易被活化，而在碱性和中性溶液中多不稳定（除Cat D、E、S外）。

1.2 Cat结构特点[2]

Cat都具有由Asn175、His159和Cys25残基组成的保守活性位点，这是其保守型氨基酸序列特点。在空间结构上Cat也有高度保守的特点，除了Cat C为分子量约200 kDa的低聚体，成熟的Cat多为分子量20～35 kDa之间的单体。

1.3 Cat的功能

Cat水解底物的方式不尽相同，Cat D、E、F、G、K、L、S和V是肽链内切酶，Cat A、C和X是肽链端解酶，而Cat B和H同时具备外切和内切功能。在正常生理情况下，除蛋白降解外，Cat还参与抗原提呈、细胞凋亡、创伤修复、骨骼发育、激素前体和酶原的激活等生理过程；当机体调节失控时，Cat也参与肿瘤、哮喘、类风湿关节炎、动脉粥样硬化、牙周炎等疾病的发病机制[3]。

2 Cat在RA中的作用

2.1 Cat在RA中的表达

RA患者的关节滑液中Cat的表达增多。Tomas Weitoft等在对RA患者的研究中发现Cat L、S在滑液中的水平较在血清中显著升高，而相较于抗体阴性的病人而言，ACPA，IgM-RF和IgA-RF阳性者中Cat L、S更高，且Cat L、S和DAS28、CRP有相关性[4]。Hou WS等在对RA、骨关节炎（osteoarthritis，OA）患者及正常三种滑膜细胞的研究中发现Cat K主要表达于滑膜成纤维细胞及受侵蚀软骨处的单核巨噬样细胞，并且RA样本中Cat K的表达高于OA的2～5倍，而正常样本中Cat K的表达量极少，且仅限于滑膜成纤维细胞。Cat S主要表达于CD68+巨噬细胞样滑膜细胞、并指状树突细胞和血管内皮细胞，它在RA和OA两种样本的表达没有显著性差异[5]。H. Taubert等发现RA患者切除的滑膜组织有Cat D、B、L的表达，且表达量依次递减[6]。

2.2 Cat与血管增生的关系

绝大多数RA患者病变关节腔内会出现血管翳，目前认为RA血管翳的维持和形成的一个重要因素是新血管生成[7]。Cat在内皮细胞的生长、迁移、新生血管形成过程中有重要作用。通过降解细胞外基质和血管基底膜、促使基质弹性生长因子的释放，Cat可对新生血管形成和血管内皮细胞的迁移产生有利影响。Bing Wang等研究发现缺乏Cat S可使血管生成受损，而缺乏其内源性抑制剂-胱蛋白酶抑制剂时结果却相反[8]。Burden RE等在对结直肠癌研究中发现Cat S抑制剂可阻断肿瘤的侵蚀和血管生成[9]。Chiappelli M等研究认为缺氧导致的环氧化酶-2的高表达对Cat D有明显的抑制作用，使后者的抗血管生成作用受抑制、血管密度增加[10]。TGF-β信号通路由Cat G介导，通过上调VEGF和MCP-1的表达促进血管生成[11]。

2.3 Cat与促炎细胞因子的关系

白细胞介素-1（IL-1）、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎细胞因子在RA局部和全身免疫反应中占有重要作用。研究表明，Cat可以通过直接或间接调节这些促炎细胞因子的活性来参与RA的发病过程。Cat G可以增强IL-1β、IL-8和TNF-α的活性，而在炎症部位Cat G却降低IL-6的活性[12]。有研究表明在炎症部位人成纤维细胞分泌的Cat L同样通过限制N端的剪切增强IL-8的活性[13]。Ha等发现包含TNF-α的囊泡胞吐过程可能与细胞内活化的Cat B有关[14]。某些特定的促炎细胞因子同样可以调节Cat的活性。IL-6和IL-10可以通过改变微环境PH值部分调节Cat的活性。

3 Cat为靶点治疗RA的策略与展望

目前治疗R A的药物主要有非甾体类抗炎药（NSAIDs）、抗风湿性药物（DMARDs）及生物制剂。NSAIDs类药物在减轻疼痛和炎症方面发挥重要的作用，与此同时，却增加了胃肠道及心血管事件的发病风险。DMARDs类药物可能通过早期作用于T淋巴细胞抑制炎症细胞因子如TNF-a、IL等的释放等机制发挥药理作用。生物制剂（包括TNF-α抗体、TNF-α拮抗剂、IL-1抗体）是目前认为最有效的药物，可以减轻疾病TNF-α和IL-1依赖的炎性活动，然而随之而来的严重的感染风险也不容忽视。而且这几类药物仅仅是以某种方式发挥抗炎作用，均不能有效的阻止软骨侵蚀的进展[15]。因此，干预Cat可为RA提供一种新的治疗思路。目前国内外已经有许多研究机构和制药公司研发Cat抑制剂用于治疗包括RA在内的自身免疫性疾病、骨质疏松症等疾病。鉴于RA发病机制中存在两种相对独立的病理过程——炎症和关节破坏，研发Cat S和K的联合抑制剂治疗RA也是值得人们进一步研究、探索的热点。

参考文献

[1] Turk V, Stoka V, Vasiljeva O, et al. Cysteine cathepsins: From structure, function and regulation to new frontiers[J]. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics. 2012, 1824(1): 68-88.

[2] Chwieralski CE, Welte T, Bühling F, et al. Cathepsin-regulated apoptosis[J].Apoptosis. 2006, 11(2):143–9.

[3] Reiser J, Adair B, Reinheckel T. Specialized roles for cysteine cathepsins in health and disease[J]. J Clin Invest. 2010, 120(10): 3421-3431.

[4] Weitoft T, Larsson A, Manivel V A, et al. Cathepsin S and cathepsin L in serum and synovial fuid in rheumatoid arthritis with and without autoantibodies[J]. Rheumatology. 2015, 54(10): 1923-1928.

[5] Hou WS, Li W, Keyszer G, et al. Comparison of Cathepsin K and S expression with rheumatoid and osteoarthritic synovium[J]. Arthritis Rheum, 2002, 3(46):663-674.

[6] H.Taubert, D.Riemannb, A.Kehlenb，et al. Expression of Cathepsin B, D and L protein in Juvenile Idiopathic Arthritis[J]. Autoimmunity, 2002, 3(35)：221–224.

[7] Tsai CY, Shiau AL, Chen SY, et al. Amelioration of collagen-induced arthritis in rats by nanogold[J]. Arthritis Rheum, 2007, 56(2):544-554.

[8] Wang B, Sun J, Kitamoto S, et al. Cathepsin S controls angiogenesis and tumor growth via matrix-derived angiogenic factors[J]. J Biol Chem. 2006, 281(9):6020-6029.

[9] Burden RE, Gormley JA, Jaquin TJ, Small DM, Quinn DJ, et al. Antibody-mediated inhibition of Cathepsin S blocks colorectal tumor invasion and angiogenesis[J]. Clin Cancer Res, 2009, 15(19):6042-6051.

[10] Chiappelli M, Borroni B, Archetti S, et al. VEGF gene and phenotype relation with Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment[J]. Rejuvenation Res, 2006, 9(4):485-931.

[11] Thomas J. Wilson, Kalyan C. Nannuru, Mitsuru Futakuchi, Rakesh K. Singh. Cathepsin G-mediated enhanced TGF-β signaling promotes angiogenesis via upregulation of VEGF and MCP-1[J]. Cancer Lett, 2010, 288(2):162-188.

[12] Meyer-Hoffert U. Neutrophil-derived serine proteases modulate innate immune responses[J]. Front Biosci (Landmark Ed). 2009, 14: 3409-3418.

[13] Dejan Cagli?, Ur?ka Repnik, Christopher Jedeszko. The proinfammatory cytokines interleukin-1α and tumor necrosis factor α promote the expression and secretion of proteolytically active cathepsin S from human chondrocytes[J]. Biol. Chem, 2013, 394(2): 307–316

[14] Ha S D, Martins A, Khazaie K, et al. Cathepsin B is involved in the trafficking of TNF-alpha-containing vesicles to the plasma membrane in macrophages[J]. J Immunol. 2008, 181(1): 690-697.

[15] Yasuda Y, Kaleta J, Bromme D. The role of cathepsins in osteoporosis and arthritis: rationale for the design of new therapeutics[J]. Adv Drug Deliv Rev. 2005, 57(7): 973-993.

本文编辑：李新刚

R593.22

A

ISSN.2095-8242.2017.027.5342.02