江 暢 綜述，姜曉峰審校

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院檢驗科，黑龍江哈爾濱 150001)

硫酸酯酶家族參與許多不同的生物學(xué)過程，如大分子的降解，激素合成和細胞信號調(diào)節(jié)等。當(dāng)硫酸酯酶出現(xiàn)功能異?；虬l(fā)生基因突變時，會導(dǎo)致硫酸酯酶代謝障礙進而引起多種疾病。硫酸酯酶在受到硫酸酯酶修飾因子(SUMF)的翻譯后修飾才能發(fā)揮其活性。詳細了解硫酸酯酶家族的蛋白結(jié)構(gòu)及代謝過程將為這些疾病的診斷、治療提供新的理論依據(jù)?，F(xiàn)主要對硫酸酯酶家族成員及硫酸酯酶代謝障礙相關(guān)疾病的研究進展予以綜述。

1 硫酸酯酶家族概述

1.1硫酸酯酶 硫酸酯酶在原核和真核生物中廣泛存在，能催化水解硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG)、硫脂、類固醇類硫酸鹽等底物的硫酸酯鍵。硫酸酯酶由長度為50～800個氨基酸的多肽鏈組成，在進化中高度保守，具有很高的序列同源性(同源序列占全部序列的20%～80%)和大致相同的三級結(jié)構(gòu)[1]。硫酸酯酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特征由A、B、C、D 4個結(jié)構(gòu)域組成，其中A、B、C 3個結(jié)構(gòu)域高度保守，并參與N末端結(jié)構(gòu)域的形成，而D結(jié)構(gòu)域則由低度保守的C末端結(jié)構(gòu)域組成[2]。在B結(jié)構(gòu)域中，氨基酸在所有硫酸酯酶中有90%以上的相似性，說明進化限制區(qū)域(ECRs)在酶發(fā)揮功能的過程中必不可少，并且還發(fā)現(xiàn)ECRs含有已知或潛在的水解底物功能，并參與活性位點口袋的形成[2]。有趣的是，硫酸酯酶N末端結(jié)構(gòu)域的三維結(jié)構(gòu)也與堿性磷酸酶蛋白家族具有高度同源性，這表明相同的酶功能可能是由共同的祖先基因進化而來。目前，被發(fā)現(xiàn)且已命名的人硫酸酯酶共有17種，分別為芳香基硫酸酯酶(ARS)A、ARSB、ARSC(又稱類固醇硫酸酯酶，STS)、ARSD、ARSE、ARSF、ARSG、ARSH、ARSI、ARSJ、ARSK、半乳糖胺(N-乙?；?6-硫酸酯酶(GALNS)、氨基葡萄糖-6-硫酸酯酶(G6S/GNS)、艾杜糖-2-硫酸酯酶(IDS)、N-磺酰胺硫酸酯酶(SGSH)、硫酸酯酶1(SULF1)、硫酸酯酶2(SULF2)[2]。這17 種硫酸脂酶的活性都受到SUMF的調(diào)控。

1.2SUMF SUMF屬于硫酸酯酶超家族成員，目前，被發(fā)現(xiàn)的SUMF主要有兩種，即SUMF1和SUMF2[1]。

SUMF1基因位于3p26，含9個外顯子，全長105×103，編碼甲酰甘氨酸生成酶(FGE)[3]。FGE是一種由374個氨基酸組成的可溶性糖蛋白，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中生成，并可以被分泌到高爾基體、溶酶體、內(nèi)涵體及細胞外[4]。FGE可以將硫酸酯酶高度保守基因序列(CXPXR或SXPXR)中的半胱氨酸修飾成甲酰甘氨酸，進而使硫酸酯酶發(fā)揮活性，所以，當(dāng)SUMF1基因發(fā)生突變時，會導(dǎo)致硫酸酯酶不能被翻譯后修飾，從而引起多種硫酸酯酶缺乏癥(MSD)及其他硫酸酯酶代謝異常性疾病[4]。

SUMF2是SUMF1的旁系家族成員，僅存在于脊椎動物體內(nèi)，可能是由SUMF1基因的一個外顯子進化而來，目前，功能尚未明確[1]。SUMF1和SUMF2都存在于細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的網(wǎng)腔中，是 FGE 家族中的重要修飾因子，兩者蛋白的一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)具有很高的一致性，能形成蛋白二聚體負(fù)調(diào)控甲酰甘氨酸的生成，進而調(diào)節(jié)硫酸酯酶的活性[5]。由于SUMF2 本身缺乏SUMF1 活性中心的兩種半胱氨酸，即Cys336和Cys341，不能使半胱氨酸轉(zhuǎn)換成甲酰甘氨酸，同樣無法增強硫酸酯酶的活性，目前，認(rèn)為SUMF2可能有抑制SUMF1來增強硫酸酯酶活性的作用。

2 硫酸酯酶代謝障礙所致疾病

2.1異染性腦白質(zhì)營養(yǎng)不良(MLD) MLD是一種常染色體隱性溶酶體貯積癥，病因在于ARSA基因突變導(dǎo)致ARSA缺乏活性，無法降解鞘脂3-O-磺基半乳糖神經(jīng)酰胺，使腦硫脂在組織內(nèi)大量沉積而引起腦白質(zhì)及周圍神經(jīng)脫髓鞘等病變。MLD患者一般會逐漸喪失大運動和精細運動功能，甚至癱瘓，認(rèn)知功能嚴(yán)重下降，最終導(dǎo)致早夭。MLD主要根據(jù)患者的臨床表現(xiàn)、影像學(xué)表現(xiàn)、生化和基因檢測的結(jié)果診斷。血液標(biāo)本中ARSA的活性檢測是MLD 的篩查試驗，但需要注意的是有極少的患者會出現(xiàn)ARSA活性正常的現(xiàn)象，因此，ARSA活性正常并不能排除MLD，需要繼續(xù)檢測患者尿液中腦硫脂排泄量，當(dāng)尿液中腦硫脂排泄量明顯升高則高度提示MLD[6]。除了生化檢測外，分子檢測也是診斷MLD的重要方法，等位基因c.465+1G>A、c.1283C> T和c.542 T>G是MLD常見的基因突變類型，與ARSA活性的部分或全部破壞有關(guān)[7]?？傊?，ARSA活性降低，尿液中的腦硫脂排泄量增多，以及在ARSA基因中發(fā)現(xiàn)致病性突變通?？梢源_診MLD[6]。目前，沒有針對MLD的特異性治療方法,基因治療和酶替代療法被認(rèn)為是MLD的潛在治療方法，但仍需要進一步的研究來評估它們的安全性。

2.2X連鎖魚鱗病(XLI) XLI是一種僅在男性中發(fā)現(xiàn)的罕見皮膚病，其特征是在伸肌表面和軀干上出現(xiàn)大片深褐色鱗屑，大多數(shù)XLI病例是由X連鎖(Xp22.31)的STS基因突變引起STS失活所致[8]。血液和尿液中存在的大多數(shù)類固醇是含有硫酸根的綴合物，并不能發(fā)揮其活性，需要通過STS將硫酸酯鍵水解，生成有活性的游離形式膽固醇。膽固醇硫酸鹽(CS)和硫酸脫氫表雄酮(DHEAS)是STS的兩種已知底物，可以在STS的催化下轉(zhuǎn)化成游離形式的膽固醇和脫氫表雄酮(DHEA)。由于XLI患者缺乏STS，DHEAS無法轉(zhuǎn)換成DHEA,便會出現(xiàn)DHEA缺乏癥[9]，同時，CS和氧化膽固醇硫酸鹽(OS)的水平會明顯升高。通過液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)測定發(fā)現(xiàn)XLI患者血清CS水平比健康人大約高30倍，而DHEAS增加得并不明顯[9-10]。有學(xué)者認(rèn)為造成這種現(xiàn)象的原因是由于腸道微生物中也存在類固醇硫酸酯酶，能使一些硫酸化類固醇脫硫，但細菌的類固醇硫酸酯酶似乎無法從CS、OS或任何其他具有27個碳原子的硫酸化類固醇中裂解出硫酸鹽，所以，血清中CS、OS的水平依舊會升高，這是XLI的重要診斷依據(jù)[11]。SANCHEZ-GUIJO等[12]的研究發(fā)現(xiàn)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)法不需要任何修飾即可檢測完整的硫酸化類固醇，或可取代免疫測定法，成為類固醇組學(xué)領(lǐng)域中最佳的檢測方法。

2.3X-連鎖的軟骨發(fā)育不良(CDPX1) CDPX1是一種以骨和軟骨發(fā)育異常為特征的先天性疾病，主要表現(xiàn)為特殊面容、鼻部發(fā)育不良、聽力喪失、身材矮小、支氣管軟骨鈣化等。CDPX1是由于染色體Xp22.3區(qū)段中編碼ARSE的基因發(fā)生突變，引起ARSE缺乏進而導(dǎo)致骨基質(zhì)發(fā)育不良。本病主要靠母親孕期史、家族史、影像學(xué)檢查及患兒的臨床表現(xiàn)確診?；驒z測是CDPXI的主要診斷方法，通過序列分析發(fā)現(xiàn)60%～75%的患者存在ARSE基因突變，通過染色體核型分析鑒定出約25%的患者存在Xp缺失或重排[13]。手術(shù)是目前CDPX1的主要治療方式，尤其是當(dāng)患者出現(xiàn)脊柱畸形和脊髓壓迫等癥狀時。

2.4黏多糖貯積癥(MPS) MPS是非常罕見的單基因代謝紊亂疾病，通常是由于缺乏溶酶體酶(已知有11種溶酶體酶缺乏)[14]，使黏多糖或糖胺聚糖(GAG)不能降解，在組織和器官中異常蓄積，而引起細胞功能障礙，并累及多個器官和系統(tǒng)。在MPS患者中骨骼和中樞神經(jīng)系統(tǒng)受累最為明顯，心臟、呼吸系統(tǒng)、關(guān)節(jié)、肝臟和脾臟等也受到不同程度的影響，其中GAG的過量儲存導(dǎo)致的肝脾腫大為該病的典型特征，其他臨床表現(xiàn)還包括多發(fā)性骨發(fā)育障礙、侏儒癥、精神發(fā)育遲緩等。MPS可分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型(ⅢA、ⅢB、ⅢC、ⅢD)、Ⅳ型(ⅣA、ⅣB)、Ⅵ型、Ⅶ型、Ⅸ型，共7個類型，其中與硫酸酯酶代謝相關(guān)的有MPSⅡ型、ⅢA型、ⅢD型、ⅣA型和Ⅵ型[15]。MPSⅡ型(即亨特綜合征)是由于IDS基因突變引起的溶酶體酶IDS的活性降低導(dǎo)致硫酸乙酰肝素(HS)和硫酸皮膚素(DS)這兩種類型的GAG在不同組織中累積所致。MPSⅢA和ⅢD的基因缺陷分別是SGSH和GNS基因發(fā)生缺失。MPSⅣA型，即Morquio A綜合征，是由GALNS缺乏導(dǎo)致硫酸角質(zhì)素(KS)和6-硫酸軟骨素降解出現(xiàn)障礙的一種常染色體隱性溶酶體貯積癥。MPSⅥ型，即Maroteaux-Lamy綜合征，是由ARSB缺乏引起的常染色體隱性溶酶體貯積癥。

MPS的診斷分為3個連續(xù)的過程：(1)通過二甲基亞甲藍(DMB)比色法來測定尿液中總GAG的水平，該方法可作為MPS的篩查試驗，但不能區(qū)分MPS的類型，有時會出現(xiàn)假陽性或假陰性的結(jié)果；(2)二維電泳定性檢測，這是鑒定MPS類型最常見的方法；(3)白細胞酶活性測定，建議酶活性水平低于健康人群平均水平5%的患者進行基因檢測以確診[16-17]。有研究表明，通過LC-MS/MS法檢測尿中DS、HS和KS等幾種GAG衍生的分子標(biāo)志物，比DMB法測定尿中GAG總排泄量具有更高的靈敏度和特異度，是MPS很有前景的精準(zhǔn)診斷手段[16]。由于MPS的進行性，在發(fā)生不可逆器官損傷之前啟動酶替代治療或造血干細胞移植(HSCT)有助于改善臨床預(yù)后，因此，通過針對高危人群或新生兒的篩查程序進行早期診斷非常重要。另外，酶替代治療雖然可以有效緩解軀體癥狀，但因為治療酶不能穿過血腦屏障，所以，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變無效，還需繼續(xù)開發(fā)MPS的其他療法，如基因編輯技術(shù)(CRISPR)[18]。

2.5MSD MSD是一種非常罕見的常染色體隱性遺傳病，最早于1964年由AUSTIN發(fā)現(xiàn)。MSD是由于SUMF1基因突變，使半胱氨酸翻譯后不能被修飾為甲酰甘氨酸，導(dǎo)致硫酸酯酶錯誤折疊而失去活性，引起硫酸酯類底物在細胞中異常堆積，損傷細胞功能而出現(xiàn)的一系列復(fù)雜的臨床表現(xiàn)[19]。由于所有已知的17種細胞硫酸酯酶都受到FGE缺陷的影響，所以MSD的臨床表現(xiàn)和病程由每種 MSD(即MLD、XLI、MPS)的癥狀組合構(gòu)成，包括面容粗陋、骨發(fā)育不良、魚鱗病、心肺異常、智力低下、神經(jīng)發(fā)育遲緩等[20-21]。SUMF1基因突變的檢測是診斷MSD的重要手段，目前，在MSD患者中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的SUMF1突變有30余種，其中大部分為錯義突變[22]。生化酶學(xué)檢測是確診MSD的主要方法，通常MSD患者血漿、白細胞或成纖維細胞中的ARSA、ARSB、ARSC、IDS、GALNS 這幾種酶的水平和活性均明顯降低，如果檢測到3種以上硫酸酯酶活性明顯降低可確診MSD[23]。MSD患者需要面對一系列復(fù)雜的健康問題，但不幸的是MSD尚無有效的醫(yī)治方法，迄今為止，還未建立MSD患者預(yù)防保健和生活質(zhì)量的綜合護理計劃。

值得注意的是，MSD等類固醇硫酸酯酶代謝異常的患者往往比健康人群更易患過敏性疾病，如過敏性鼻炎和過敏性哮喘[24]。

3 硫酸酯酶家族與過敏性哮喘的關(guān)系

哮喘是一種以慢性氣道炎性反應(yīng)為特征，同時伴有頻率和強度隨時間變化的呼吸道癥狀病史(如喘息、氣短、胸悶和咳嗽)，以及可變性呼氣氣流受限的一種異質(zhì)性疾病。目前，根據(jù)病理特征和臨床表現(xiàn)將哮喘分為過敏性哮喘、非過敏性哮喘、遲發(fā)性哮喘、哮喘伴持續(xù)性氣流受限和肥胖性哮喘，其中以過敏性哮喘最為常見。過敏性哮喘以塵螨、真菌、花粉等過敏原誘導(dǎo)的Ⅱ型變態(tài)反應(yīng)及其導(dǎo)致的嗜酸性粒細胞炎性反應(yīng)和氣道高反應(yīng)性為主要病理特征[25]。

有研究發(fā)現(xiàn)，哮喘動物模型的氣道上皮細胞中 SUMF2表達下降，且通過酵母雙雜交技術(shù)篩選時發(fā)現(xiàn)，SUMF2是與白細胞介素(IL)-13相互作用的蛋白質(zhì)[26]。KANDHARE等[27]發(fā)現(xiàn)抗過敏藥物莫林可以通過激活SUMF2抑制IL-13的表達，下調(diào)Th2-細胞因子、白三烯B4受體2(BLT2)、NF-κB和IgE水平，進而起到治療過敏性哮喘的作用，且SUMF2、IL-13在哮喘好轉(zhuǎn)后可以恢復(fù)到接近正常水平。說明SUMF2可能通過IL-13而發(fā)揮抑制Th2型炎性反應(yīng)的作用，且隨著炎性反應(yīng)的進展而變化。WEIDNER等[28]發(fā)現(xiàn)SUMF1的多態(tài)性與以Th1型炎性反應(yīng)為主的慢性阻塞性肺疾病(COPD)有關(guān),且SUMF1的SNPs會增加COPD的患病風(fēng)險。SUMF在這兩種疾病中截然不同的兩種變化可能成為區(qū)分二者的潛在靶點。

4 展 望

硫酸酯酶代謝障礙所致的疾病極為罕見，一般累及多個系統(tǒng)，臨床表現(xiàn)復(fù)雜。雖然此類疾病的治療目前仍是醫(yī)學(xué)界的難題，但酶替代治療和基因治療頗具前景，最近有研究通過聯(lián)合應(yīng)用依澤替米貝和普侖司特可以提高GALNS的活性，從而起到治療Morquio A綜合征的效果[29]。目前，在歐洲多個國家和美國已經(jīng)開展了由AAV介導(dǎo)的MPS體內(nèi)基因治療的研究，并于2019年1月啟動了Ⅰ/Ⅱ期臨床實驗[30]。相信隨著對硫酸酯酶代謝途徑的深入研究，會挖掘出更多有前景的治療方法。此外，硫酸酯酶家族的成員在生長發(fā)育和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮著重要作用，并且在許多癌癥中都發(fā)生失調(diào)。硫酸酯酶家族與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，并有希望成為新的治療靶點和腫瘤標(biāo)志物。在以Th2炎性反應(yīng)為主要表現(xiàn)的過敏性哮喘中發(fā)現(xiàn)氣道中SUMF2表達下降，SUMF1/SUMF2 表達比例的變化可能會改變氣道上皮細胞Th2炎性反應(yīng)相關(guān)特征的狀態(tài)。SUMF2可能是哮喘的一個潛在保護因子，是連接哮喘代謝變化與炎性反應(yīng)變化的一個橋梁。目前，對于SUMF2是如何調(diào)控Th2反應(yīng)的具體機制尚不明確，SUMF2能否成為未來治療哮喘的靶點，是未來進一步研究的重點。雖然傳統(tǒng)意義上講，過敏性哮喘并非硫酸酯酶代謝性疾病，但可以看出過敏性哮喘患者體內(nèi)的硫酸酯酶代謝出現(xiàn)了異常，繼續(xù)深入研究哮喘發(fā)病過程中硫酸酯酶的代謝情況，可為哮喘的病因?qū)W研究和治療提供新的思路。