6_磷酸果糖激酶_2_果糖双磷酸酶_2是一种重要的代谢信号酶

— —— —— —— —— —— 收稿日期： ２００５－ １１－ ０１ 广西医科大学校内基金 作者简介： 陶 萍 （１９８０—），女，硕士生，Ｅ－ ｍａｉｌ：ｔａｏｐｉｎｇ－
８０２６＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ； 吴耀生 （１９５８—），女，硕士，教授，研究生导 师，联系作者，Ｅ－ ｍａｉｌ：ｗｕｙａｏｓｈｅｎｇ０３＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ
●Ｒｅ ｃｅ ｎｔ Ｐ ｒｏｇｒｅ ｓ ｓ ｅ ｓ
· １１０ · 文章编号：１０００－ １３３６（２００６）０２－ ０１１０－ ０４
《生命的化学》２００６ 年 ２６ 卷 ２ 期 ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ ＯＦ ＬＩＦＥ ２００６， ２６（２）
●Ｒｅ ｃｅ ｎｔ Ｐ ｒｏｇｒｅ ｓ ｓ ｅ ｓ
６－ 磷酸果糖激酶－ ２／果糖双磷Байду номын сангаас酶－ ２ 是一种重要的代谢信号酶
比（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ）和模拟实验，通过定向诱变 研究大量的氨基酸残基发现，ＰＦＫ－ ２ 结构域与腺 苷激酶有相似性，而 ＦＢＰａｓｅ－ ２ 亚基的结构域所 包含的序列、力学和结构因素则与组氨酸磷酸酶 家族很相似。ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 是一个二聚体，包 括两个结构域：主要的 α／β域和一小的结构域。 从小角度的 Ｘ 射线散射实验数据显示，与 ６－ 磷酸 葡萄糖结合可以使 ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 产生一个更 为紧凑的结构；在变构位点接合 Ｍｇ ＡＴＰ 可以使 其转变为四聚体形式并引起三级结构的改变 。 ［１，２］ 在同型二聚体结构中，２ 个 ＰＦＫ－ ２ 结构域是以头 对头的形式连接在一块，而 ＦＢＰａｓｅ－ ２ 基本是独 立的，仅仅有一个盐桥相连。ＰＦＫ－ ２ 结构域由 ７ 个 α螺旋缠绕的 ６ 股 β折叠构成［３］。从一些细菌 中发现，焦磷酸依赖的 ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 也是以 二聚体形式存在的［４，５］。
目前，一种家族性神经退行性疾病— ——１７ 染 色体连锁的帕金森症额颞叶痴呆（ｉｎｈｅｒｉｔｅｄ ｆｒｏｎ－ ｔｏｔｅｍｐｏｒａｌ ｄｅｍｅｎｔｉａ ｗｉｔｈ Ｐａｒｋｉｎｓｏｎｉｓｍ ｌｉｎｋｅｄ ｔｏ ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ－ １７，ＦＴＤＰ－ １７）引起广泛关注。已从 １００ 多个 ＦＴＤＰ－ １７ 家庭中鉴定出 ３２ 种 ｔａｕ 基因突 变，包括编码区的错义突变、缺失突变、沉寂突 变，以及个别内含子突变等。其中约半数已知突 变在蛋白质水平发挥主要作用，它们降低 ｔａｕ 蛋 白与微管的结合能力，并促进 ｔａｕ 聚积成异常细 丝。其他突变在 ＲＮＡ 水平发挥首要作用并干扰 ４Ｒ－ ｔａｕ 和 ３Ｒ－ ｔａｕ 比率，从而导致脑内 ４Ｒ－ ｔａｕ 蛋 白相对增加。Ａｌｏｎｓｏ 小组最近发现，４Ｒ－ ｔａｕ 蛋白 比 ３Ｒ－ ｔａｕ 蛋白更易被脑内的蛋白激酶磷酸化并聚 积成细丝，提示 ４Ｒ－ ｔａｕ／３Ｒ－ ｔａｕ 比率增高可引起 神经变性。在转基因小鼠，过度表达 ＦＴＤＰ－ １７ 突 变 ｔａｕ 蛋白可促进异常磷酸化 ＰＨＦ／ＳＦ ｔａｕ 蛋白及
可见，ｔａｕ 蛋白以多种异常修饰及异常改变参 与 ＡＤ 的发病过程，积极干预 ｔａｕ 蛋白的这些异 常改变，对防治 ＡＤ 以及其他神经元纤维变性疾 病有重要的指导意义。
参考文献
［ １ ］ 王建枝 等． 生命的化学， ２００４， ２４（５）： ４２６—４２７ ［ ２ ］ Ｇｏｎｇ ＣＸ ｅｔ ａｌ． Ｊ Ｎｅｕｒａｌ Ｔｒａｎｓｍ， ２００５， １１２（６）： ８１３—８３８ ［ ３ ］ Ｔａｎｉｍｕｋａｉ Ｈ ｅｔ ａｌ． Ａｍ Ｊ Ｐａｔｈｏｌ， ２００５， １６６（６）： １７６１—１７７１ ［ ４ ］ Ｒａｈｍａｎ Ａ ｅｔ ａｌ． Ｊ Ｎｅｕｒａｌ Ｔｒａｎｓｍ， ２００６， １３（２）： ２１９—２３０ ［ ５ ］ Ｇｏｎｇ ＣＸ ｅｔ ａｌ． Ｊ Ｎｅｕｒｏｃｈｅｍ， ２００４， ８８（２）： ２９８—３１０ ［ ６ ］ Ｌｅｅ Ｇ ｅｔ ａｌ． Ｊ Ｎｅｕｒｏｓｃｉ， ２００４， ２４（９）： ２３０４—２３１２ ［ ７ ］ Ｄｅｒｋｉｎｄｅｒｅｎ Ｐ ｅｔ ａｌ． Ｊ Ｎｅｕｒｏｓｃｉ， ２００５， ２５（２８）： ６５８４—６５９３ ［ ８ ］ Ｌｉｕ Ｆ ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ ＵＳＡ， ２００４， １０１： １０８０４—１０８０９ ［ ９ ］ Ｇｕｉｌｌｏｚｅｔ － Ｂｏｎｇａａｒｔｓ ＡＬ ｅｔ ａｌ． Ｎｅｕｒｏｂｉｏｌ Ａｇｉｎｇ， ２００５， ２６ （７）：
１０１５—１０２２ ［１０］ Ａｌｏｎｓｏ Ａ ｅｔ ａｌ． Ｊ Ｂｉｏｌ Ｃｈｅｍ， ２００４， ２７９（３４）： ３５７６８—３５７７４ ［１１］ Ｇｏｅｄｅｒｔ Ｍ ｅｔ ａｌ． Ｂｉｏｃｈｉｍ Ｂｉｏｐｈｙｓ Ａｃｔａ， ２００５， １７３９： ２４０—２５０
●新进展
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构特性，ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 很长一段时间以来都是 酶学和蛋白质学研究的一个重要课题。 １． ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 的结构特征
ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ － ２ 属 于 ＰｆｋＢ 糖 激 酶 超 家 族 ， 这个家族包括 ６－ 磷酸果糖激酶、１－ 磷酸果糖激 酶、腺苷激酶和肌苷激酶等。根据序列的多重排
通 过 这 几 种 同 工 酶 的 比 较 发 现 ， ＰＦＫ － ２／
表 １ ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 四种同工酶的比较［３］
同工酶类型 ＰＦＫＦＢ１ ＰＦＫＦＢ２ ＰＦＫＦＢ３ ＰＦＫＦＢ４
基因分型 ＧｅｎＡ／ｐｆｋｆｂ１ ＧｅｎＢ／ｐｆｋｆｂ２ ＧｅｎＣ／ｐｆｋｆｂ３ ＧｅｎＤ／ｐｆｋｆｂ４
注：Ｌ，肝（ｌｉｖｅｒ）；Ｍ，肌肉（ｍｕｓｃｌｅ）；Ｆ，成纤维细胞／胎儿 （ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔ／ｆｏｅｔａｌ）；Ｈ，心脏（ｈｅａｒｔ）；Ｕ，广谱的（ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ）；Ｉ，可诱导的 （ｉｎｄｕｃｉｂｌｅ）；Ｔ，睾丸（ｔｅｓｔｉｓ）。
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个同工酶的基因结构。 ｐｆｋｆｂ３ 的 ５′侧翼区包含一个类似 ＴＡＴＡ 盒、
ＧＣ 富 含 区 ， 还 有 几 个 ＳＰ － １、ＡＲ － ２ （ ａｃｔｉｖａｔｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎ－ ２）连接位点、Ｅ－ ｂｏｘ、ＮＦ－ １（ ｎｕｃｌｅａｒ ｆａｃｔｏｒ－ １） 及黄体酮反应元件［７］。人 ｐｆｋｆｂ３ 可读框编码 ５９０ 个氨基酸，预测蛋白质分子量为 ６６．９ ｋＤ。根据 内含子、外显子拼接实验显示 ｐｆｋｆｂ３ 共含 １９ 个 外显子，通常只有 １５ 个表达［８］。通过细胞培养成 人胶质细胞瘤 Ｔ９８Ｇ 和 Ｕ－ ８７ 细胞株，质粒转染， 荧光素酶分析及实时定量 ＰＣＲ，发现 ｐｆｋｆｂ３ 启动 子有一个缺氧反应元件（ＨＲＥ），是缺氧诱导因子－ １ 的 连 接 位 点 （ＨＩＦ － １ － ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｉｔｅ ） ， ＨＲＥ 对 ＰＦＫＦＢ３ 缺氧调控机制有重要作用［９］。根据 Ｃ 末端 序列的差异 ＰＦＫＦＢ３ 可分为两种异构型，一种为 广谱型，一种为可诱导型。可诱导型在正常成人 组织中的表达很低，但受再生的刺激会有所增
ＮＦＴ 的形成。因此 ＦＴＤＰ－ １７ 家族 ｔａｕ 突变，一方 面可能通过改变 ｔａｕ 蛋白的构象使其成为脑内蛋 白激酶的更好底物，而使 ｔａｕ 蛋白更易发生异常 磷酸化，且在较低的磷酸化水平更易迅速的自我 聚积；另一方面，由于 ＰＰ－ ２Ａ 靠结合于 ｔａｕ 基因 的串联重复序列发挥作用，而几种基因突变的 ｔａｕ 蛋白则降低了与 ＰＰ－ ２Ａ 结合的能力。因此，ｔａｕ 自身的这种突变作为主要事件，可以引起神经变 性及痴呆的发生［１０，１１］。
６ － 磷 酸 果 糖 激 酶 － ２ ／ 果 糖 双 磷 酸 酶 － ２ （６ － ｐｈｏｓｐｈｏｆｒｕｃｔｏ－ ２－ ｋｉｎａｓｅ／ｆｒｕｃｔｏｓｅ－ ２，６－ ｂｉｓｐｈｏｓｐｈａｔａｓｅ， ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ － ２， ＥＣ２．７．１．１０５／ＥＣ３．１．３．４６）是 糖 酵 解的一种重要酶，广泛存在于各种生物细胞中。 由于该酶对调控糖酵解通路的重要作用以及其变
２． ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 的同工酶及其基因特征 在哺乳动物中，有 ４ 种不同的ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２
同工酶，分布于不同的组织，如肝、肌、心、睾 丸及脑等，分子量及生物学活性均存在差别。蛋 白质、ｃＤＮＡ 及基因组的研究显示，在基因组中至 少有 ４ 种不同的基因编码 ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ （表 １）。 在植物中只发现有一种编码 ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 基因 的存在［６］。有报道称，ｐｒｇ １ （ ｐｒｏｇｅｓｔｉｎ－ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｇｅｎｅ １）是人的 ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 的又一种基因，在 人胸腺、主动脉、脑中大量表达，ＰＲＧ１ 与孕酮受 体结合而直接受黄体酮调控。已知的 ４ 种 ＰＦＫ－ ２／ ＦＢＰａｓｅ－ ２ 同工酶基因中，ｐｆｋｆｂ１ 可根据 ５′末端启
加，在肿瘤细胞株表达也很高［３］。 ｐｆｋｆｂ ４ 是 从 人 睾 丸 ｃＤＮＡ 文 库 分 离 出 来 的
ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 同工酶的基因。数据显示 ｐｆｋｆｂ ４ 可读码框架长 １ ４１０ ｂｐ，编码 ４６９ 个氨基酸，分 子量为 ５４ ｋＤ，与大鼠睾丸型 ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 催 化中心的氨基酸保守区域有 ９７％的同源性。在成 人睾丸及小鼠精原细胞生殖细胞株（ＧＣ－ １ｓｐｇ）研究 发现，人 ｐｆｋｆｂ ４ 有 １４ 个外显子和 １３ 个内含子 。 ［１０］ Ｇｏｍｅｚ 等通过不同 ５′启动子区域的缺失瞬时转染 分析，发现 ５′侧翼区－ １４１ 位置有几个富含 ＧＣ 区 和 ＥＴＦ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ ｆｌａｖｏｐｒｏｔｅｉｎ）序列。
编码产物亚型 肝
心
脑／胎盘 睾丸
染色体定位 人 Ｘｐ１１．２１ 鼠 Ｘｑ２２－ ｑ３１ 人 １ｑ３１ 鼠 １３ 人 １０ｐ１４－ ｐ１５ 鼠 １７ｑ１２．３ 人 ３ｐ２１－ ｐ２２ 鼠 ８ｑ３２
ｍＲＮＡ Ｌ Ｍ／Ｆ Ｈ１，２，４ Ｈ３ Ｕ Ｉ Ｔ
同分异构体 Ｌ Ｍ 长（５８ ｋＤ） 短（５４ ｋＤ） 广谱型 可诱导型 Ｔ Ｔ
动子的差异分为 Ｌ、Ｍ、Ｆ ３ 种异构型。Ｌ 型主要 存在于肝及白色脂肪组织；Ｍ 型主要存在骨骼肌 及白色脂肪组织；Ｆ 型主要存在于成纤维细胞、胎 儿组织及再生细胞。Ｐｆｋｆｂ２ 的 ５′侧翼区存在多种 重复序列。因为 ｐｆｋｆｂ３ 及 ｐｆｋｆｂ４ 与后面介绍的缺 氧调控和肿瘤相关性很高，故这里主要介绍这两
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５． ｔａｕ 的基因突变 ｔａｕ 蛋白的基因突变包括：ｔａｕ 基因编码区突
变，如 １２ 外显子点突变；编码区误义突变，分别 位于 ９、１０、１３ 外显子。某些微管结合区保守残 基的突变可影响 ｔａｕ 蛋白与微管结合功能并易于 异常聚积，使患者脑中表现 ＡＤ 典型的 ＰＨＦ／ＮＦＴ。 另外有非编码区突变，如外显子 １０ 剪切位点的突 变可引起外显子 １０ 异常剪切，使患者脑内 ３Ｒ－ ｔａｕ 和 ４Ｒ－ ｔａｕ 组成比率改变。
陶 萍 吴耀生
（ 广西医科大学生物化学与分子生物学教研室，南宁 ５３００２１ ）
摘要： ６－ 磷酸果糖激酶－ ２／果糖双磷酸酶－ ２（ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２）是糖代谢的一种重要的信号酶。此酶是一种双功 能酶，在酶蛋白中具有两个独立的催化中心。ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 通过影响 ２，６－ 双磷酸果糖水平实现对糖酵解通 路的调节。该文主要介绍 ＰＦＫ－ ２／ＦＢＰａｓｅ－ ２ 的基因结构特点、同工酶，以及在肿瘤中的表达、调控等。 关键词： ＰＦＫ－ ２／ ＦＢＰａｓｅ－ ２； 糖代谢； 缺氧调控； 肿瘤 中图分类号： Ｑ５５