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结构生物化学/蛋白质功能/调控

来自维基教科书,开放的书籍,开放的世界

蛋白质调节对于生物平衡至关重要。任何蛋白质活性过高或过低都会造成严重的生物损伤。


特定疾病

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阿尔茨海默病

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阿尔茨海默病患者的大脑中存在“斑块”,这些斑块本质上是大量特定蛋白质,被认为会导致神经元死亡。它也是一种随着时间推移而加重的痴呆症。目前还没有治愈阿尔茨海默病的方法。正如您在图片中看到的,阿尔茨海默病患者的大脑功能严重下降。

阿尔茨海默病患者的这种蛋白质调节途径受到干扰,导致其过度表达。蛋白质调节也称为酶调节。此外,对这些蛋白质调节途径的研究推动了医药和制药产品研发的巨大进步。


亨特氏综合征

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亨特氏综合征是一种遗传性疾病,患者体内的粘多糖无法正常降解。因此,粘多糖会在体内积累。这种积累的主要原因是缺乏艾杜糖硫酸酯酶。一些识别该综合征的迹象是头部较大以及不同的面部特征。可以通过尿液检查来诊断该综合征。然而,这种检测并不可靠。从人体皮肤提取的成纤维细胞的研究更有效。导致亨特氏综合征的基因位于 X 染色体隐性基因上。由于男性只有一个 X 染色体,男性遗传这种综合征的可能性高于女性。

亨特氏综合征的问题在于人体无法分解粘多糖,而粘多糖构成构成细胞外基质一部分的蛋白聚糖。结果,粘多糖的积累阻碍了体内其他细胞的正常功能。这种情况可能会导致显著的影响,损害身体。例如,亨特氏综合征的一些早期副作用可能是普通疾病,如感冒和流鼻涕。

亨特氏综合征会导致对身体的某些影响。因此,遗传这种综合征的人往往具有共同的特征。亨特氏综合征的更严重后果包括智力障碍、心脏病、关节僵硬等。骨髓移植已被证明有助于延长亨特氏综合征患者的寿命。不幸的是,它并不能解决智力障碍的问题。Elaprase 是一种溶酶体酶艾杜糖硫酸酯酶,可以通过重组 DNA 技术制造,已被证明通过酶替代治疗可以有效治愈亨特氏综合征。然而,Elaprase 的确非常昂贵。


赫勒氏综合征

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赫勒氏综合征是一种遗传性疾病,由隐性突变引起(父母双方都需要将这种性状遗传给子女)。历史上,人们认为它是由两种粘多糖过度合成引起的:硫酸皮肤素和硫酸肝素。一些科学家认为这两种分子的过度合成是由有缺陷的调节途径引起的。伊丽莎白·诺菲尔德测试了这一假说,发现它是错误的;她发现该疾病的原因是这两种糖的降解不足。虽然正常细胞在达到一定程度后会停止生产,但受突变影响的细胞会继续生产,超过正常水平。

这种疾病很容易在体外得到纠正(并在体内也有一定程度的纠正)。在体外将健康细胞与突变细胞一起培养,会导致正常水平的硫酸皮肤素和硫酸肝素产生。正常细胞会分泌一种纠正因子/酶到培养基中,这种因子/酶会被突变细胞吸收。这种酶在降解这两种粘多糖中至关重要;此外,只需要很少量的这种酶就可以完全纠正突变细胞。在体内使用 α-L-艾杜糖苷酶作为治疗方法存在很多问题;主要问题是各种组织对药物的反应程度不同。最重要的是,中枢神经系统由于血脑屏障的存在,不会吸收任何静脉注射的酶。除此之外,患有这种疾病的许多人都有神经系统疾病,需要以某种方式吸收这种酶。

发现 α-L-艾杜糖苷酶是恢复硫酸皮肤素和硫酸肝素正常降解的关键酶。然而,发现一些细胞中的 α-L-艾杜糖苷酶没有纠正作用。研究表明,碳水化合物甘露糖 6-磷酸是酶正常吸收所必需的;其结构中的突变会导致 α-L-艾杜糖苷酶产品不能被赫勒氏综合征患者的受影响细胞正常吸收。


圣菲利普综合征

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圣菲利普综合征属于一组名为“tau 疾病”的神经退行性疾病(其中最常见的是阿尔茨海默病)。尽管有 4 种圣菲利普综合征亚型,但它们都以由于溶酶体酶水平降低而导致硫酸肝素降解降低为特征(参见赫勒氏综合征部分)。

在一项小鼠模型(MPS IIIB)中发现,溶菌酶蛋白的水平显著升高;溶菌酶水平升高会导致过磷酸化 tau 的产生,而过磷酸化 tau 在阿尔茨海默病患者和其他 tau 疾病患者的大脑中都有发现。目前正在进行大量关于阿尔茨海默病的研究,由于两者之间存在相似性,这些研究成果也可能应用于圣菲利普综合征。

1. 4 种不同的亚型:每种圣菲利普亚型都是由不同酶的缺乏引起的:肝素 N-硫酸酯酶导致 MPS-III A,N-乙酰-α-D-葡萄糖胺苷酶导致 MPS-III B,乙酰辅酶 A:α-葡萄糖胺苷乙酰转移酶导致 MPS-III C,以及 N-乙酰葡萄糖胺-G-硫酸硫酸酯酶导致 MPS-III D。在这四种亚型中,圣菲利普综合征 A 型最为常见(60%),其次是 B 型(30%)、D 型(5%)和 C 型(6%)。总的来说,47% 的所有确诊的粘多糖贮积症病例与圣菲利普疾病相关。

2. 病死率/病残率:圣菲利普综合征患者往往会发展出中枢神经系统退化,最终进入植物人状态。他们通常在 20 岁之前死于心肺骤停,因为呼吸道阻塞或肺部感染。在这四种亚型中,MPS-III A 型最为严重,因为患者的死亡年龄较早(通常在青少年时期)。圣菲利普综合征对男性和女性以及不同种族的影响是相同的,因为它的主要原因是常染色体隐性遗传模式,与性染色体无关。

3. 诊断和病史:在诊断方面,这四种亚型在临床上无法区分;因此,唯一确定每种亚型的因素是导致该亚型的不同基因。通常,受影响的个体在生命的前两年没有任何症状,并正常发育。发病时间通常在 2-6 岁之间。一些患者在婴儿期可能会出现发育迟缓。在 3 岁时可能会出现生长迟缓(例如身材矮小)。患者还可能变得过度活跃,并表现出攻击性和破坏性行为。除了扰乱患者的睡眠模式外,这种综合征还会严重干扰受影响患者的智力发展,包括语言障碍、听力损失等。同时,患者可能会出现注意力持续时间缩短,难以集中注意力,无法完成学校的学业任务。到 10 岁时,患者的日常活动和行动会受到严重限制。他们往往需要轮椅才能活动,甚至可能出现吞咽困难和癫痫发作。也可能出现其他一些身体症状,例如龋齿、肝脾肿大、腹泻(据信是由于溶酶体中神经节神经丛 3 的神经元中积累了糖胺聚糖 (GAG))。呼吸受损可能会发生,与由于解剖结构改变、分泌物过度浓稠和神经损伤引起的呼吸道阻塞有关。上呼吸道感染和鼻窦肺部疾病很常见。

4. 检查:为了诊断圣菲利普综合征患者,使用培养的皮肤成纤维细胞和外周血白细胞中的特异性酶测定(例如酶细胞分析)。这种综合征的一个指示性标志是尿液中硫酸肝素水平升高。因此,通过电泳或色谱法进行定量或分级测定,目的是测量尿液中糖胺聚糖 (GAGs) 的含量。由于新生儿和婴儿体内的 GAGs 含量较高,因此必须包含年龄特异性对照和分级测定,以准确量化 GAGs 的水平。影像学检查也可以用于观察大脑结构的变化,因为在圣菲利普综合征患者中可以观察到骨骼变化的范围。

5. 治疗:目前还没有针对圣菲利普综合征真正病因的有效治疗方法。骨髓移植和酶替代疗法仅适用于粘多糖贮积症 I、II 和 VI 型患者(不包括 III 型)。然而,一些有前景的疗法正在走向 FDA 批准。

参考文献

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华夏公益教科书