四型肽精氨酸脱氨酶在类风湿性关节炎中的作用
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文章编号：1009-5519（2008）17-2608-02 中图分类号：R5 文献标识码：A
类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种世界性疾病，是以关节滑膜为主要靶组织的慢性系统性炎症性的自身免疫性疾病，主要侵犯手足小关节。由于关节的慢性炎症，导致关节结构的破坏、畸形和功能丧失，具有较高的致残性。其确切的病因和发病机制至今尚未阐明，目前认为它是多种遗传因素和环境因素共同作用所导致的自身免疫性疾病。RA在自身免疫性结缔组织病中其患病率居首位，全世界的患病率大约为0.5%~1%，成年人发病率大约0.3‰。
在RA患者的血清中存在包括抗类风湿因子（rheumatoid factor，RF）抗体在内的多种自身抗体，它们是造成机体免疫调节紊乱的一个主要原因。在这些自身抗体中对RA诊断最有特异性的抗体是抗含有胍氨酸的肽链或蛋白质的自身抗体。这些所谓的抗胍氨酸化蛋白抗体包括抗丝集蛋白抗体（anti-filaggrin antibody，AFA）、抗角蛋白抗体（anti-keratin antibody，AKA）、抗核周因子抗体（anti-perinuclear factor，APF）和抗Sa抗体（anti-Sa antibody）。抗环状胍氨酸肽抗体（anti-cyclic citrullinated peptide antibody，anti-CCP）也是一种抗胍氨酸化蛋白抗体，对RA诊断有较高的敏感性（41%~88%）和非常高的特异性（＞90%），并且由于它具有较高的可靠性，已经开始在临床上进行应用。此外，这些抗体在RA的早期，甚至RA发病前几年就可被检测到，使RA病人得到及时的治疗。
在人体内，胍氨酸是一种非编码的天然氨基酸，是人体中稀有氨基酸，仅存在于包括丝集蛋白在内的少数几种蛋白中。蛋白质中的所有胍氨酸残基都是翻译后经酶催化，使精氨酸残基脱亚胺基的结果。催化肽链中的精氨酸转变为胍氨酸的酶就是肽精氨酸脱氨酶（Peptidylarginine deiminases，PADIs）。虽然一些生物现象，如炎症、细胞凋亡、损伤和老化，增加了翻译后的胍氨酸合成，但胍氨酸合成的确切生理作用仍不清楚[1]。目前所知道的是胍氨酸合成及其造成的后果是各种蛋白质在胍氨酸化后，由于其随后的结构改变导致免疫耐受的丧失。通过实验也发现，RA病人血清中的抗胍氨酸化肽抗体和自身抗体可以识别脱亚胺基的蛋白质，但却不能识别未胍氨酸化的形式，说明胍氨酸合成后蛋白质的抗原发生了改变。由此可见，PADIs催化的胍氨酸合成在RA的发病机制中起着重要的作用。但是从免疫学的角度来看，翻译后自身抗原的修饰更有可能导致自身耐受丧失的观点仍存在争议。
PADIs是一族翻译后的修饰酶，能催化蛋白质中的精氨酸残基转变为胍氨酸残基。由于酶的脱亚胺基作用，使天然蛋白质分子的阳性电荷丧失，造成它们的结构和功能发生明显的改变。目前已经从几种哺乳动物（包括人类）克隆出5种PADIs亚型（PADI1～4，PADI6）。由于所有PADIs亚型的肽序列都不包含第二信号，它们被认为是细胞内的酶。它们都有一个能与钙结合的结构域，并且它们的酶活性依赖于高浓度的钙离子。由于它们所要求的钙离子浓度比细胞浆内的浓度高得多，因此催化精氨酸残基转变为胍氨酸残基应该在经过严格调节后，具有非常高的钙离子浓度的微环境中进行，或者伴随变性细胞的酶的渗出，在细胞外的环境中进行。各种蛋白质中的精氨酸残基都可被PADIs修饰，但是游离的L-精氨酸不能转变为L-胍氨酸。
编码人类PADIs的基因聚集在染色体1p36区，研究发现该区与RA的易感性有关[2、3]。但是只有PADI2和PADI4显著地在RA病人的滑膜组织中表达[3]。Vossenaar等[4]也报道在RA病人红肿的关节组织中的含有高浓度的PADIs，滑液和滑液的单核细胞中有大量的PADI2和PADI4表达，远高于骨关节炎的滑膜和正常的滑膜。RA病人的滑膜炎主要是由于巨噬细胞的异常增生和大量的淋巴细胞渗透，因此认为RA病人滑膜中高浓度的PADI2和PADI4和它们的酶活性在RA的发病机制起着重要作用。
PADI2和PADI4有不同的组织分布，PADI2的表达相当广泛，没有核内位点信号（nuclear localization signal， NLS），仅在细胞浆中能被检测到；PADI4则比较局限，有一个NLS，在细胞浆和细胞核内都能检测到。由于PADI2和PADI4的组织分布、转录和翻译不同，它们也分别地进行调节。根据细胞系和它们的分化、转录及翻译的阶段进行不同的调节[4]。在稳定状态下，PADI2和PADI4的酶都没有活性。因为PADIs酶需要细胞内具有较高浓度的钙离子才能被激活。因此，钙离子的调节似乎在调节PADIs酶的活性中起着关键性的作用。PADI4的结构研究发现，钙离子与PADI4的分子结合使同型二聚体产生了催化位点[3]。此外，Vossenaar等[4]还发现PADI4 mRNA仅存在于单核细胞中，说明单核细胞分化为滑液的巨噬细胞后PADI4转录片段就被降解了，但是细胞内PADI4蛋白的水平却没有改变，提示PADI4酶是稳定的，并没有被降解。PADI4的表达在RA病人和健康人外周血的白细胞中没有不同。这些发现提示滑膜中PADI4的表达和它的胍氨酸合成的活性在RA的发病机制中起着非常重要的作用。通过大鼠的实验模型发现，胍氨酸化蛋白和PADI4的量与炎症的严重程度有关，但它们在正常的关节中都检测不到，说明了PADI4在RA发病机制中的重要性[5]。
早在1998年，对两个RA家庭进行的全部基因组筛选实验就已经提示RA与染色体的1p36区有关，该区包括PADI4基因。Suzuk等在日本人中发现，PADI4基因多态性与RA发病的易感性有很强的相关性。PADI4基因有两个主要的单体型，都含有4个单核苷酸多态性片段（single nucleotide polymorphisms，SNPs）。其中一个在正常人群中表达较频繁，称为非易感基因；而另一个则在RA人群中表达较频繁，称为易感基因。由于研究还发现易感基因mRNA的半衰期比非易感基因长，并且明显地增加了转录片段的稳定性。据此，他们提出一个假说，即PADI4活性的增加导致对RA具有易感性。他们还推测RA易感单倍体的mRNA在RA红肿的滑膜中积聚，并继而造成RA滑膜中比较广泛的蛋白质肽链中的精氨酸脱亚胺基。因此，滑膜中含有大量的PADI4是RA发病机制的一个显著特征。
但随后在英国白种人、法国白种人和西班牙人中进行的4个研究显示[6~9]，PADI4基因的多态性与RA无关。而且还有报道显示在伴有多个关节炎症的病人中，PADI4基因的SNPs或单体型与其5年关节损伤的进展或程度无关[10]。我们从这些研究结果可以发现PADI4的遗传变异在白种人中所起的作用要比日本人小得多。然而最近在韩国人中进行的实验发现，PADI4的SNPs和单倍体都与RA易感性有相关性[11]。在不同人群中所做的研究结果不一致并不能否认PADI4基因在RA中的重要性。欧洲人和亚洲人PADI4与RA相关性的不同可能与不同种族内使RA易感性增加的变异体的遗传异质性有关；还可能是因为在亚洲人中，易感单倍体与PADI4（或附近）的现在还不清楚其功能的遗传变异体有关，而欧洲人中缺乏这类变异体。
另一种可能的解释是其他遗传因素变异的影响。因为对RA有易感性的PADI4功能型单倍体可能被其它基因中的某一个等位基因修饰。含有精氨酸或胍氨酸的肽链与HLA-DRB1的8个变异体的相互作用，并发现HLA-DRB1*0401变异体对胍氨酸化肽的免疫亲和力最高，并激活CD4+ T细胞。因而，他们推测介导RA发病机制的PADI4受HLA-DRB1变异体状态的影响。欧洲人和亚洲人的HLA-DRB1变异体是不同的。例如，HLA-DRB1*0401是欧洲RA病人最常见的危险等位基因，但是在亚洲病人中罕见（
0405是与RA有最显著地相关性的变异体[12、13]。
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收稿日期：2008-03-19 修回日期：2008-04-25