内质网氨肽酶与银屑病研究进展-中国皮肤性病学杂志

内质网氨肽酶与银屑病研究进展许丽娜冯燕艳普雄明【摘要】内质网氨肽酶1（ERAP1）及其异构体内质网氨肽酶2（ERAP2）都属于锌指金属基质肽酶M1家族中的“催产素酶亚家族”，共用GAMEN和HEXXH(X)18E锌结合基序。ERAPs在细胞内质网中参与内源性抗原肽的修饰及提呈，被认为是内质网中参与内源性抗原肽修饰的关键酶。近年来GWAS研究显ERAP1与银屑病相关，本文对ERAPs结构、功能以及与银屑病相关性进行综述。【关键词】内质网氨肽酶；抗原提呈；全基因组关联分析；单核苷酸多态性EndoplasmicreticulumaminopeptidaseandPsoriasisFengyanyan，Puxiongming.DepartmentofDermatology,People'sHospitalofXinjiangUygurAutonomousRegion，Urumchi，830001，China【Abstract】TheERaminopeptidase1(ERAP1)andthecloselyrelatedERaminopeptidaseERAP2,belongtotheM1familyofzinc-metallopeptidaseenzymeswhichsharetheconsensusGAMENandHEXXH(X)18Ezincbindingmotifsessentialforenzymaticactivity.ERAPsinvolvedinendogenousantigenpeptideprocessingandpresentationinendoplasmicreticulumthatisconsideredaskeyenzymeinendogenouspeptidesmodification.RecentGWASshowedtheassociationofERAP1withpsoriasis.Inthisreview,weprovideageneraloverviewofERAP1andERAP2genes,theirbiologicalfunctionsandtheirrelevancywithpsoriasis.【Keywords】ERAPs;Antigenprocessing；GWAS;SNP内质网氨肽酶1（ERAP1）和及其异构体内质网氨肽酶2（ERAP2）都属于锌指金属基质肽酶M1家族中的“催产素酶亚家族”[1]，在人类细胞均由IFN-γ和TNF-α诱导表达[2]。参与许多生化过程:在细胞内质网中参与内源性抗原肽的修饰及提呈，被认为是内质网中参与内源性抗原肽修饰的关键酶[3]；参与调节血压和血管生成[4,5]；ERAP1还参与细胞因子受体（如促进肿瘤坏死因子受体1（TNFR1），IL-6α受体和IL-1β受体胞外结构域）的脱落，使之成为可溶性受体[6-8]。基于多功能的特性，ERAP1又被称为：内质网相关的氨肽酶抗原处理（ERAAP），脂肪细胞源性的亮氨酸minopeptidase（A-LAP），氨肽酶调节TNFR1通讯作者：冯燕艳，副主任医师，830001，乌鲁木齐，新疆维吾尔自治区人民医院。[e-mail]基金项目：新疆自治区人民医院院内科研项目项目编号：20130111脱落（ARTS-1）和嘌呤霉素不敏感的的亮氨酸氨肽酶（PILS-AP），而ERAP2特定被称为白细胞衍生的的精氨酸氨肽酶（LRAP）。1．ERAPs结构及功能1.1.ERAP1和ERAP2基因ERAP1基因位于5q15，序列全长约47kb，共有20个外显子[9]。ERAP2基因位于染色体5q15上ERAP1和亮氨酰-胱氨酸肽酶基因之间，包含19个外显子，约43kb。ERAP1基因和ERAP2基因结构相似，6号外显子都包括特征性的锌蛋白结合基序HEXXH(X)18E和决定gluzincin氨基转肽酶活性的GAMEN基序，以及7号外显子的谷氨酸。ERAP1基因有2个的异构体(较长的ERAP1-a和较短的ERAP1-b)，其区别主要在20号外显子的不同，在人体细胞中ERAP1-bmRNA的含量较ERAP1-a更多[10]。ERAP2基因的19号外显子中包含47个氨基酸的编码序列，终止密码子和3'UTR区域；10号外显子5'的剪接位点内的SNPrs2248374不同（A到G）可形成不同变种，主要等位基因A的杂合子AG和纯合子AA都表达ERAP2蛋白，而最小等位基因G的纯合子不能表达ERAP2蛋白,影响MHC-I类抗原呈递[11]。ERAP1基因具有高度多态性及强连锁不平衡性。近期的GWAS研究证实了多个ERAP1SNPs变异与高血压和多种人类疾病有关。推测这些变异导致的生物学功能的潜在影响可能与ERAP1结构的位置有关：rs2287987(M349V)位于活性位置，rs17482078(R725Q)和rs27044(Q730E)位于C端空腔的内部表面可能影响底物序列或特异性长度。Rs26653(R127P),rs30187(K528R)和rs10050860(D575N)位于连接区域能够通过依次改变开放和关闭结构而间接影响酶的特异性和活性。Rs30187和rs27044也在人群中被证实与许多疾病有关。这些多态性可以引起氨肽酶对合成肽底物和几个抗原前体肽的活性明显减低。ERAP2基因也具有多态性，rs17408150（N392K）位于催化位点非常近，并与一些重要的催化残基相互作用[12]。1.2ERAPs蛋白结构ERAP1蛋白有3种晶体结构[13]，都包括一个大的开放的结构，形成内部较大的空腔用以容纳多种较长的抗原肽前体，在催化和调控位点结合的长肽底物，可以诱导晶体构象重排，导致酶的激活或进行有效的微调。ERAP2的晶体结构与ERAP1的主要结构有49%的相似[14]。其晶体结构的不同决定两种酶不同的生物学作用。关键的变化体现在S1口袋，ERAP1蛋白的Q181和ERAP2的D198导致了两种酶在MHCⅠ类抗原提呈活性和底物特异性的差异。ERAP1优先水解疏水残基（亮氨酸，异亮氨酸），而ERAP2显示偏好碱性氨基酸残基（精氨酸和赖氨酸）。将ERAP1的Q181替换为D，可导致底物特异性明显改变，因为Q181DERAP1更优先选择碱性氨基酸[15]。1.3ERAPs在MHCI抗原肽提呈中的作用在细胞质中，蛋白水解酶将内源性蛋白质分解产生具有抗原位点的肽段，被抗原呈递蛋白相关转录因子（TAP1和TAP2）转运至内质网中并由ERAP水解到能结合到MHCI类分子所需要的长度，并将其提呈于细胞表面供CD8+T细胞和自然杀伤（NK）识别。而对8个氨基酸残基的抗原肽则无作用。由于TAP1和TAP2传递的抗原肽往往超过MHCI类分子结合的合适的长度，ERAPs对抗原肽的修剪在其呈递中很关键。研究发现小鼠体内ERAP1的缺失或抑制会扰乱MHCI类抗原肽的提呈，质谱分析显示ERAP1缺乏小鼠MHCI类分子提呈的内源性肽长度明显增加[16]，证实了ER肽修剪决定了MHCI类分子提呈的抗原肽的成分和结构。肿瘤细胞ERAP1表达的下调或缺失,与肿瘤细胞膜表面MHCI类分子表达下调或丢失存在显著关联性[17]，可能通过改变肿瘤细胞相关抗原肽的加工处理与递呈功能,致使机体免疫应答降低。部分肿瘤细胞内高表达ERAP1，但酶活性明显下降，推测可能与其异常的翻译后修饰有关；而ERAPl的高表达可使肿瘤内的血管密度减少，在抑制肿瘤血管生成方面起着重要的作用。1.4ERAP1和细胞脱落ERAP1参与包括肿瘤坏死因子受体1(TNFR1),IL-6Rα和IL-1RII等细胞因子表面受体裂解过程[6-8]。ERAP1可与人内皮细胞和上皮细胞表面的TNFR1区域结合促进其受体的脱落，免疫印记法显示了ERAP1和膜相关性TNFRI表达呈负相关，抑制ERAP1可以减少TNFRI的脱落，ERAP1高表达的的细胞培养的上清液显示了可溶解的TNFR1水平。尽管ERAP1表达的变化与TNFR1脱落成正比，但其并不直接催化TNFR1胞外区的脱落，而是辅助其他金属蛋白酶在TNFR1脱落中起作用。ERAP1不能作为真正意义上的裂解酶，ERAP1必须与核蛋白（nucleobindin2）和RBMX(RNA-结合基序基因，43kDa的异质性胞核核糖核蛋白)结合成一复合体，调节TNFRI外来体状囊泡的结构的释放和IL-1β介导的可诱导的TNFR1的胞外区蛋白裂解[18]。相似的，ERAP1也可促进IL-6R和IL-1RII的裂解，ERAP1通过调节3种不同类型细胞因子受体超家族的脱落，在调节天然免疫和炎症反应方面发挥重要作用。2.ERAPs与银屑病相关性研究银屑病是一种常见的表皮过度增生的慢性复发性炎症性皮肤病，属于遗传和环境因素共同作用的多因素疾病[19]，本病有种族差异，白种人发病率较高，可达2-5%，非洲及亚洲群体的发病率较低。由种族因素影响银屑病的发病差异的具体作用机制尚不是很清楚，但不同种族间的差异主要还是体现在遗传素质的不同，因此，一定程度上可以认为遗传异质性是影响银屑病发病率的一个重要因素[20]。GWAS研究通过大样本量证实了与多种疾病相关的候选易感基因和遗传位点。近期GWAS报道进行深入分析得出ERAPsSNP与一些自身免疫性疾病相关并在随后的病例-对照研究中得以验证。银屑病是典型的常见的包括天然免疫系统和复杂的遗传背景的炎症性皮肤病，可能合并关节炎。其影响到全世界人口的3%，有相当大的种族差异。以前的连锁分析和关联分析研究鉴定MHC区域的HLA-C是最可能的候选基因。GWAS除HLA-C外，还鉴定出一些非MHC位点,与CD8+T淋巴细胞相关的ERAP1在多个种族不同人群中均显示与银屑病发病相关[21,22]。SUN等[21]在前期GWAS研究基础上，开展多中心，大样本量的国际合作（中国：21231例；欧美：7481例），合并了中国汉族人群样本对ERAP1基因（rs151823，P=9.32×10-9,OR=0.89）位点进行基因分型,分析结果显示该位点等位基因频率在病例组较对照组低，之间的差异也具有统计学意义。而在新疆维吾尔族人群中研究发现，相对汉族人群，该位点等位基因频率在病例组较对照组更低（P=2.92×10-5,OR=0.69），而该位点在德国、美国核心家系和散发病例中均未发现明显差异。随后崔婧[23]选取7717例银屑病患者和11831例正常对照的ERAP1基因多态性rs151823位点的基因分型资料，采用χ2检验比较各组间基因型和等位基因频率的分布差异，结果显示ERAP1基因多态性rs151823位点基因型和等位基因频率分布差异在病例组和对照组、早发患者和晚发患者间差异有显著性,在家族史阳性患者和家族史阴性患者、急性点滴型患者和慢性斑块型患者间的分布差异均无显著性。牛津大学的Amy[22]等在对合并后病例：对照=6523：10639的欧洲人群银屑病GWASs研究中，亦发现ERAP1和银屑病的相关性(rs27524,Pcombind=2.56×10−11)。而且，通过Logistic回归分析发现，该基因和HLA-C在统计学上有交互作用。ERAP1的变异只影响那些携带HLA-C危险等位基因的人群对银屑病的易感性。国内山东皮肤性病医院Yang[24]等在379例汉族银屑病，595例关节形银屑病及1181例健康对照组通过MassARRAY平台进行基因分型，结果显示，与健康对照组相比，rs27524在寻常型银屑病组及关节型银屑病组均显示出差异（P分别=1.25×10-3，1.17×10-3）。LysellJ[25]在银屑病人群中验证了MHC和既往曾报道过的与AS相关的ERAP1的SNP(rs26653,rs27524)、与硬皮病相关的SNP（rs30187）。在将年龄细化分层分析时，发现和对照组相比，当发病年龄在10-20组，rs26653与银屑病相关性最强(OR:1.59,P=0.00008),而在低于10岁的患病组则无明显相关性。而且在进行分析时也未发现ER