结构生物化学/PTP1B
PTP1B（蛋白酪氨酸磷酸酶1B）是一种非跨膜酶，存在于内质网（ER）上。其重要性在于它是胰岛素和瘦素信号传导的负调控因子。PTP1B去磷酸化或去除胰岛素受体（IR）及其主要底物——胰岛素受体底物蛋白（IRS蛋白）的磷酸基团。在瘦素中，PTP1B 去除酪氨酸激酶 JAK2（Janus激酶2）的磷酸基团。最近发现，它在肿瘤发生中起着重要作用，并与乳腺癌更直接地相关。它也被认为是一个潜在的药物靶点，因为抑制它可能导致 2 型糖尿病、肥胖和某些癌症的停止。
PTP1B的结构由大约 800 个残基组成。该蛋白由一个 N 端催化磷酸酶结构域、一个调节区域和一个膜定位结构域组成。它连接到内质网。
PTP1B 首次被发现时，它被发现可以抑制胰岛素和瘦素受体。PTP1B 通过去磷酸化胰岛素受体 (IR) 及其主要底物如 IRS 蛋白来实现这一点。反过来，这会导致患者患上糖尿病。Ptp1b 敲除小鼠证明了抑制这种酶将使人们能够保持苗条和精力充沛，而与他们吃什么或吃多少无关。当这种酶在小鼠体内被禁用时，它们对胰岛素变得高度敏感，即使是在高脂肪饮食的情况下，也保持苗条。酶失活的具体组织位置似乎并不重要，所有实验都指向相同的结果：健康和精力充沛的小鼠，胰岛素敏感性提高，葡萄糖耐受性提高。
PTP1B 是一种以高丰度表达而闻名的酶。它包含一个 N 端催化磷酸酶区域（长 1 到 300 个残基），一个调节区域（长 80 到 100 个残基），以及一个膜定位区域（长 400 到 435 个残基）。膜定位区域将 PTP1B 酶连接或结合到内质网的细胞质表面。PTP1B 的表达及其催化活性通常通过四种机制严格控制，这些机制有时会协同工作：氧化、磷酸化、SUMO化和蛋白水解。
PTP1B 可以通过可逆和不可逆氧化在体内进行调节。Cys 215 是其活性位点之一的氨基酸，位于一个异常酸性的环境中，随后在生理 pH 值下被去质子化。这将氨基酸转化为催化作用中极好的亲核试剂。一旦完成这种转化，它就会使 Cys 215 易于被含有氧气的其他高反应性物质失活。根据用于修饰 PTP1b 的含氧高反应性物质的不同，该酶被氧化至不同的氧化态。
通过晶体分析，结果表明，如果使用过氧化氢，PTP1B 的亚磺酸形式将通过氧化过程转化为失活的环状亚磺酰胺状态。随着这一过程的发生，活性位点也会发生构象变化，从而暴露隐藏的酪氨酸氨基酸，该氨基酸位于磷酸酪氨酸结合环中。预计该过程是可逆过程。相反，如果酶被氧化到亚磺酸或磺酸状态，该过程将是不可逆的。
虽然丝氨酸和酪氨酸的磷酸化在多个位点发生，但磷酸化的影响仍然存在争议。对该酶不同丝氨酸残基的磷酸化研究产生了相互矛盾的结果。例如，蛋白激酶 C 在中期或响应外部刺激（如渗透压）对 S378 和 S352 的磷酸化不会显着改变酶的活性水平。然而，当 AKT 磷酸化 S50 时，酶对其去磷酸化胰岛素受体能力的下降。有趣的是，当相同的 S50 残基被 CDC 样激酶 1 和 2 磷酸化时，酶的磷酸酶活性提高了两倍。类似地，对该酶酪氨酸位点（Y66、Y152、Y153）的磷酸化研究表明，这些对 PTP1b 的改变要么可以增加，要么可以减少蛋白质的活性。
小型泛素相关修饰剂 (SUMO) 蛋白最近被发现是许多细胞功能的重要调节因子。SUMO 连接显着调节许多蛋白质特性，例如稳定性、定位、相互作用和活性。发现 PTP1B 与 SUMO E3 连接酶相互作用，这促进了 SUMO 对 PTP1B 的修饰。酶活性降低，因此 PTP1B 对底物的活性降低。SUMO 修饰发生的具体位置尚不清楚。然而，已经观察到 PTP1B 积累在位于核周区域和 C 端的点状结构中。重要的是要指出，PTP1B 的 ER 靶向结构域的存在对于最大程度的 SUMO化至关重要。
钙蛋白酶是一种蛋白酶，介导 PTP1B（C 端）的 ER 靶向部分的切割。这发生在被激活的血小板中，结果是酶被激活。研究表明，当小鼠体内的钙蛋白酶-1 被破坏时，蛋白酪氨酸磷酸化水平会降低。当分析这些小鼠的血小板时，发现 PTP1B 的数量大幅增加。这表明当 C 端被切割时，PTP1B 被切割成无活性的片段。支持蛋白水解或 PTP1B 蛋白分解成无活性片段的证据是，与钙蛋白酶-1 损失相关的酪氨酸磷酸化缺陷在 Capn1 中被挽救，以及血小板的聚集。
重要的是要注意，其他报告表明，当 PTP1B 被可逆地氧化时，它将在催化结构域中被钙蛋白酶介导的切割失活。因此，这导致一些人认为，酶是被 C 端的切割激活还是被完全蛋白水解（这两个过程都是由钙蛋白酶介导的）失活，实际上取决于 PTP1B 的氧化状态。然而，迄今为止，没有任何报告表明该酶在除血小板以外的其他任何细胞类型中被钙蛋白酶失活。
由于 PTP1B 位于内质网的胞质侧，因此该酶如何识别和去磷酸化其众多不同底物的机制一直备受关注。 目前提出了四种可能的机制。 首先，如果底物是膜结合受体蛋白酪氨酸激酶，例如胰岛素受体，则通过囊泡介导的内吞作用，这些活化的受体将被内化并与 PTP1B 酶接触。 其次，基于生物发光共振能量转移和荧光共振能量转移的活体图像证据支持了 PTP1B 可能在胰岛素受体生物合成过程中对其进行去磷酸化的观点。 第三，PTP1B 结合的内质网部分具有可伸展性，这使得 PTP1B 与质膜上的底物相互作用成为可能。 最后，衔接蛋白将 PTP1B 与其底物连接起来，通过形成三元复合物来促进它们之间的相互作用。 除了这些机制之外，该酶还具有结合基序，这些基序有利于其与底物（如 IR）的相互作用。 研究表明，这些基序之一，即位于催化结构域 β9-β10 转折处的 Y152，使 PTP1B 能够与 IR 二聚体的背面相互作用。
糖尿病和肥胖
[edit | edit source]Ptp1b 基因敲除小鼠的研究表明，抑制这种酶将使人们能够保持苗条和精力充沛，而与他们吃什么或吃多少无关。 当小鼠的这种酶失活时，即使食用高脂肪饮食，它们也会对胰岛素变得超敏感，并且保持苗条。 抑制该酶的具体组织部位似乎并不重要，所有实验都指向相同的结果：健康而充满活力的老鼠，胰岛素敏感性提高，葡萄糖耐受性增加。
癌症
[edit | edit source]迄今为止，尚未发现 PTP1b 是肿瘤抑制基因，但证据表明它可能是细胞生长的负调节因子。 该酶可以促进细胞死亡（凋亡），因此可能是一种肿瘤抑制基因。 抑制这种酶似乎可以非常简单地解决许多健康问题，有些人可能会想知道为什么没有更早采取行动，但正如我们所知，生物学并非如此简单。 抑制 PTP1B 的总体影响尚不清楚，一些研究已经表明，抑制这种酶会促进某些类型的癌症。 一些人类癌症，例如乳腺癌和卵巢癌，显示出 PTP1B 水平升高。 对于乳腺癌，ErbB2 的激活导致 PTP1B 表达水平升高。 使用转基因小鼠的研究表明，PTP1B 是 ErbB2 诱导的乳腺肿瘤发生的正调节因子。 缺少 PTP1B 的小鼠的 ErbB2 肿瘤发生延迟，而过表达 PTP1B 的小鼠则发展出乳腺肿瘤。 使用 PTP1B 抑制剂进行的小鼠癌症模型研究显示，这种抑制剂有效地保护小鼠免受 ErbB2 致癌基因的影响。 但是，即使在 PTP1B 缺陷模型中，由多瘤病毒中间 T 抗原引起的乳腺肿瘤仍然可以发展。 因此，PTP1B 被认为是参与致癌信号传导的具有选择性作用的酶。
参考文献
[edit | edit source]1. Yip, Shu-Chin, Sayanti Saha, and Jonathan Chernoff. "PTP1B: A Double Agent in Metabolism and Oncogenesis." Trends in Biochemical Sciences 35.8 (2010): 442-49. Print.
2. "PTP1B Research for Dummies." PTP1B Research for Dummies and Why You Need To Know It | GoGetThin™. N.p., n.d. Web. 20 Nov. 2012. <http://blog.gogetthin.com/leptin-and-weight-loss/ptp1b-smart-weight-loss>.
3."PTP1B." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 17 June 2012. Web. 20 Nov. 2012. <http://en.wikipedia.org/wiki/PTP1B>.
4.Wikipedia contributors. "Calpain." Wikipedia, The Free Encyclopedia. Wikipedia, The Free Encyclopedia, 20 Aug. 2012. Web. 22 Nov. 2012.