浅谈卵清蛋白在日常生活中的作用

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[摘 要] 卵清蛋白是在鸟类卵清中大量存在的一种功能未知的蛋白。令人惊讶的是，卵清蛋白属于丝氨酸蛋白酶抑制剂（serpin）家族，尽管它缺乏任何的抑制活性。卵清蛋白是鸟类卵清中最主要的蛋白，也是最早分离提纯的蛋白之一。由于它具有可迅速大量制备的性质，因此，在蛋白结构性质研究以及过敏实验模型中得到广泛的应用。卵清蛋白在鸡输卵管中的合成以及它受到类固醇激素的调节，为蛋白合成与分泌研究提供了一个模型。

[关键词] 卵清蛋白 丝氨酸蛋白酶 活性 免疫学机制

[中图分类号] Q5 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）07-0234-01

一、丝氨酸蛋白酶抑制剂

丝氨酸蛋白酶抑制剂是一个含有300个以上同源蛋白的家族；它们在除了原核生物以外的动物、植物、昆虫以及病毒中都有发现。它们包括人血浆中控制酶的凝固、溶血纤蛋白、补体以及激肽级联的主要的丝氨酸蛋白酶抑制剂，以及激素结合球蛋白、血管紧张肽原和卵清蛋白等不具有任何抑制活性的蛋白。

作为蛋白酶抑制剂，serpins的功能活性依赖于它们独有的一个能力，即与进攻的蛋白酶作用时发生戏剧性的构像转变。天然serpin （图1.1 a）具有一个极为柔软的肽环，即反应中心环，它具有反应中心，能很好的模仿蛋白酶水解的底物。应用Schechter和Berger命名法，将被蛋白酶攻击的中心肽键表示为P1-P1'，P1是切点的N端，P1'是C端。与大多数蛋白质不同的是，天然serpin的折叠并不是热力学支持的构像，而是一个亚稳态的折叠中间体。它与靶蛋白酶作用时释放结构张力导致反应中心环作为中间链插入中心-折叠（图1.1 b）。环插入形式的稳定性是天然构像体的两倍。近来有报导表明反应中心环完全插入到-折叠中，是使蛋白酶失活所必需的。构像转变释放的能量被用来动摇和扭曲始终通过酯键在P1位与serpin结合的蛋白酶。Serpins产生构像转变的能力允许对它们的活性进行严格的调控，并且提供了清除serpin-蛋白酶复合物的机制。然而，抑制性机制对这种复杂的结构转变的依赖性导致serpins对于以下突变异常敏感：即阻碍环插入或是在蛋白水解攻击时导致环插入（未成熟环插入）而导致功能丧失。未成熟环插入可能发生在分子内（分子内环插入）或两个分子之间（分子间环插入）。导致serpin聚合的分子间环插入与多种疾病状态有关，例如肝病和痴呆等。

抑制性serpins的这种复杂的控制机制显示了这个家族在高等生物体中作为主要的蛋白酶抑制剂进化的成功。但是没有抑制抑制功能的serpins又怎么样呢？许多非抑制性serpins具有简单的任务：激素结合球蛋白在循环中作为配体；血管紧张肽原唯一已知的功能是它的氨基端被肾素切割后会释放一个短肽，在血压控制中起作用。但是，卵清蛋白的功能至今未知。这是很有意思的。试想为什么这样一个大而复杂的分子作为serpin却只被赋予如此明显简单的任务？这吸引我们推测serpin结构可能具有未知的调整功能。

在公认的非抑制性serpin中，可以通过与典型的抑制性serpin序列比较来确定反应中心。在卵清蛋白中，反应中心是残基353-354位的Ala-Ser，同时也是通过序列预测的胰肽酶E的唯一切点。有趣的是，一些非抑制性serpins明显的保留了典型抑制性家族成员的反应中心环的可塑性。激素结合球蛋白，皮质类固醇激素结合球蛋白及甲状腺素结合球蛋白被活性噬中性粒细胞释放的酶在其公认的反应中心处切割时，会产生特有的serpin构像转变。在皮质类固醇激素结合球蛋白中，构像的转变伴随着激素结合亲和性的降低，这可能是发炎位点皮质醇释放的一个生理机制。其它非抑制性serpin，包括血管紧张肽原和卵清蛋白，没有表现出在假定反应中心切割会产生大的构像转变现象，这表示它们已经丧失了它们抑制性祖先的极端可塑性。

二、卵清蛋白的应用研究

目前国内外对于卵清蛋白的性质研究不多，多用于致敏实验。如研究速发型哮喘及晚发型哮喘与细胞因子关系，了解不同的细胞因子对不同类型哮喘的调节作用，探讨其免疫学发病机制，以卵清蛋白致敏，激发建立小鼠哮喘模型。用BN 大鼠模型探讨不同蛋白的过敏性，通过腹腔注射或口服给予BN 大鼠卵清蛋白（OVA） 或牛血清白蛋白（BSA）， 时间为6周在不同时间取血清，进行被动皮肤致敏试验（PCA）；分离血浆进行组胺测定；此外，对OVA 组和对照组的大鼠进行血压测定。结果：PCA试验结果表明OVA 特异性IgE抗体滴度较高（1P32～1P128） ，而BSA特异性IgE抗体滴度较低（1P2～1P4）。与对照组相比，腹腔注射或口服OVA均使组胺水平升高。口服OVA对大多数大鼠的血压没有明显的影响。还有观察口服卵清蛋白（OVA） 和滋养细胞膜抗原（TMA） 诱导小鼠妊娠免疫耐受效果的研究， 经口服途径给自然流产小鼠模型以适当剂量的抗原OVA 和TMA2 后，能有效诱导小鼠妊娠免疫耐受形成，降低小鼠的胚胎丢失率。国外近年来对卵清蛋白性质和功能的研究很少。

三、本研究的目的和意义

尽管卵清蛋白占卵清中总蛋白的60-65%，它的功能却仍然未知。尽管卵清蛋白的序列与抗胰蛋白酶和其它serpin家族的功能型抑制剂具有30%同源性，它却没有表现出任何的蛋白酶抑制剂活性。它的公认反应中心环的Ala-Ser键表现出对弹性蛋白酶的特异性，但是它仅仅是作为底物而不是抑制剂。

近来，卵清蛋白已成为研究影响蛋白变性、重折叠的因子的理想模型。其间，对非抑制性卵清蛋白向抑制性卵清蛋白转变的研究可能对serpins的结构与功能间的关系提供重要证据。将卵清蛋白引入酵母中表达可以提高宿主的营养价值。以前关于将卵清蛋白引入真菌的尝试有引入酿酒酵母。

卵清蛋白在卵中含量如此之高，不可能仅仅是作为孵化的营养物质。关于它的不为人知的潜在功能，需要我们进一步的研究。另外，卵清蛋白属于丝氨酸蛋白酶抑制剂家族，却不具有抑制活性的原因，尚需要更深入的探讨。

由于卵清中蛋白种类较多，不易纯化。而毕赤酵母能够高效表达外源蛋白，且分泌的内源蛋白种类很少，背景蛋白影响小，易于纯化和大量制备卵清蛋白高纯度样品，为揭示卵清蛋白结构与功能的关系奠定了基础。