人類(lèi)腺苷酸激酶家族中幾個(gè)新亞型及其功能特點(diǎn)

孔凡志，沈歡歡，姜楠，楊煥民，楊銳

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，大慶　163319；2.大慶市人民醫(yī)院檢驗(yàn)科）

人類(lèi)腺苷酸激酶家族中幾個(gè)新亞型及其功能特點(diǎn)

孔凡志1，沈歡歡1，姜楠2，楊煥民1，楊銳

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，大慶163319；2.大慶市人民醫(yī)院檢驗(yàn)科）

腺苷酸激酶（Adenylate kinase，AK）是一種催化磷酸基團(tuán)在腺嘌呤核苷酸之間相互轉(zhuǎn)換，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的不同部分腺嘌呤核苷酸比例的磷酸轉(zhuǎn)移酶。近年來(lái)，越來(lái)越多的腺苷酸激酶同工酶新亞型被發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)從編碼腺苷酸激酶基因的定位、腺苷酸激酶的底物偏好及其功能等幾個(gè)方面做了綜述，為全面深入了解腺苷酸激酶家族提供了良好的理論基礎(chǔ)和新線索。

腺嘌呤核苷酸；腺苷酸激酶；核苷二磷酸激酶

腺苷酸激酶（AK）家族同工酶是細(xì)胞內(nèi)核苷酸合成的機(jī)器。核苷酸既是核酸結(jié)構(gòu)的組成部分，又在細(xì)胞代謝、許多生物合成途徑以及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中作為化學(xué)能的來(lái)源或作為活化的中間體，又或作為輔酶的成分發(fā)揮作用。由于細(xì)胞膜上沒(méi)有其相應(yīng)的載體蛋白，并且?guī)ж?fù)電荷的磷酸基團(tuán)會(huì)阻止其通過(guò)膜擴(kuò)散，所以所有核苷酸需要在細(xì)胞內(nèi)合成。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中核苷酸的合成有兩種途徑，一種稱(chēng)為從頭合成途徑，另一種為補(bǔ)救途徑，這兩種途徑都涉及到許多核苷和核苷酸激酶。核苷酸合成缺陷會(huì)引起一些疾病，但現(xiàn)缺乏有效的治療方法。增加有關(guān)核苷酸的合成代謝途徑知識(shí)，對(duì)于疾病的診斷和治療非常重要。在研究中，總結(jié)了最近幾年確定的人類(lèi)腺苷酸激酶家族中的幾個(gè)新亞型及其特點(diǎn)。

1　核苷酸

1.1腺嘌呤核苷酸的功能

所有類(lèi)型的細(xì)胞中含有各種各樣的核苷酸和它們的衍生物，它們都參與了許多與細(xì)胞生長(zhǎng)和功能有關(guān)的代謝過(guò)程。核糖核苷酸和脫氧核糖核苷酸分別是RNA和DNA的單體亞基，除此之外，它們也是輔酶，例如輔酶A，黃素腺嘌呤二核苷酸和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的組成部分。ATP作為化學(xué)能的主要存在形式對(duì)細(xì)胞是極其重要的，它可以充當(dāng)許多代謝反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，也可以作為磷酸供體。環(huán)腺苷一磷酸（cAMP）是一種普遍存在的細(xì)胞內(nèi)第二信使，當(dāng)細(xì)胞受到各種激素和化學(xué)刺激時(shí)cAMP水平升高。cAMP可以激活cAMP依賴(lài)性蛋白激酶，從而激活或抑制幾種酶的活性，調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，活化鈣離子通道，并且控制糖原合成和分解。AMP調(diào)節(jié)一些AMP敏感元件，包括糖酵解、糖原分解途徑中的感受器和效應(yīng)器（如K-ATP通道和AMP活化的蛋白激酶），這反過(guò)來(lái)又可以通過(guò)調(diào)節(jié)鈣離子內(nèi)流和磷酸化靶蛋白來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞能量平衡［1］。ADP在正常血小板聚集中起著關(guān)鍵作用，因此血液才能凝固［2］。腺嘌呤核苷酸的另一個(gè)重要功能是在抗病毒和抗腫瘤治療中作為藥理學(xué)活性劑使用。

1.2嘌呤核苷酸的從頭合成途徑

在細(xì)胞增殖過(guò)程中，通過(guò)從頭合成途徑合成的核苷酸是核DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄的主要來(lái)源。次黃嘌呤核苷酸（IMP）在腺苷酸從頭合成途徑中作為AMP和GMP合成的前體。核苷一磷酸激酶（NMPKs）將AMP和GMP分別磷酸化為他們的二磷酸形式ADP和GDP。ADP和GDP由二磷酸核苷激酶（NDPKs）進(jìn)一步磷酸化為三磷酸形式（ATP和GTP），或者是由核糖核苷還原酶轉(zhuǎn)化為脫氧核糖核苷二磷酸（dADP和dGDP），進(jìn)而又被NDPKs磷酸化為dATP和dGTP［3］。

1.3嘌呤核苷酸補(bǔ)救合成途徑

補(bǔ)救途徑是為靜態(tài)細(xì)胞或者終末分化細(xì)胞DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和修復(fù)過(guò)程提供核糖核苷三磷酸（NTPs）和脫氧核糖核苷三磷酸（dNTPs）的。核糖和脫氧核糖核苷分別來(lái)源于RNA和DNA中去磷酸化的NTPs和dNTP，或者來(lái)源于游離的堿基。核糖核苷和脫氧核糖核苷被一種載體蛋白導(dǎo)入到細(xì)胞內(nèi)。然后，核糖核苷激酶和脫氧核糖核苷激酶分別將核糖核苷和脫氧核糖核苷磷酸化為其單磷酸形式。最后，核苷一磷酸再在NMPKs和NDPKs的催化下經(jīng)過(guò)兩個(gè)連續(xù)的磷酸化步驟生成其三磷酸形式。

2　核苷一磷酸激酶

NMPKs是一種普遍存在于原核生物和真核生物中的酶，能夠可逆的催化核苷酸代謝中補(bǔ)救途徑和從頭途徑中單磷酸核苷和三磷酸核苷之間磷酸的轉(zhuǎn)移。這種酶家族根據(jù)底物特異性的差異，被進(jìn)一步分成四個(gè)亞型，包括腺苷酸激酶［EC2.7.4.3］，尿苷-胞苷酸激酶（UMPCMPK）［EC2.7.4.14］，鳥(niǎo)苷酸激酶（GUK）［EC2.7.4.8］和胸苷激酶（dTMPK）［EC2.7.4.9］。與每個(gè)亞型具有獨(dú)特磷酸受體特異性形成鮮明對(duì)比的，它們磷酸供體的特異性不高，一般是以ATP作為磷酸供體。NMPKs的一級(jí)結(jié)構(gòu)包含三個(gè)功能域：結(jié)合磷酸供體的甘氨酸富集區(qū)（p-loop），底物結(jié)合位點(diǎn)以及底物結(jié)合后立刻關(guān)閉的蓋子結(jié)構(gòu)域（lid domain）［4］。dTMPK將dTMP和dUMP分別磷酸化為其二磷酸形式［5］。dTMPK的最佳磷酸供體是ATP，dATP，GTP和dGTP，截至目前，沒(méi)有嘧啶三磷酸鹽可作為磷酸供體的報(bào)道。胸苷被發(fā)現(xiàn)能抑制dTMPK的活性，除此之外，ADP，dADP，dTDP和dTTP也能表現(xiàn)出抑制作用［6］。該dTMPK基因位于2q37，dTMPK是唯一一個(gè)與細(xì)胞周期調(diào)控有關(guān)的NMPK。dTMPK的mRNA水平和酶活性隨著細(xì)胞周期而波動(dòng)。在非增殖組織中，dTMPK沒(méi)有活動(dòng)或者活動(dòng)很少，而在顯著增殖的組織中dTMPK的活性增加［7］。

除了dTMPK，還有兩個(gè)具有磷酸化嘧啶核苷單磷酸的酶；胞質(zhì)UMP-CMPK1和線粒體UMPCMPK2。人類(lèi)UMP-CMPK1的染色體位置被確定為1q32，UMP-CMPK2的基因組序列位于2p25。UMP-CMPK1能夠高效的磷酸化CMP、dCMP和UMP，但是對(duì)dUMP、AMP和dAMP的磷酸化效率卻很低。Northern印跡分析表明，UMP-CMPK1的mRNA普遍存在于人體組織中，但是在胰腺、骨骼肌和肝臟的水平最高［8］。UMP-CMPK2以ATP作為磷酸供體磷酸化dUMP，dCMP，CMP和UMP，但是磷酸化脫氧核糖核苷酸的效率高于核糖核苷酸。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中UMP-CMPK2的表達(dá)譜顯示，UMP-CMPK2在骨髓中高表達(dá)，而其他組織中少見(jiàn)有其轉(zhuǎn)錄［9］。

GUKs催化GMP和dGMP的磷酸化。在人類(lèi)中，有幾個(gè)GUK同工酶被報(bào)道［10］，但僅GUK1已被克隆和表達(dá)。GUK的mRNA廣泛表達(dá)，預(yù)期將作為一個(gè)基本持家基因，它染色體定位被確定為1號(hào)染色體的長(zhǎng)臂（1q32-41）。

3　腺苷酸激酶同工酶

腺苷酸激酶是一種參與能量代謝并調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)不同區(qū)室腺嘌呤核苷酸比例穩(wěn)定的酶。它們可逆的催化ATP和AMP之間磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移，并釋放2分子ADP。雖然有些AKs可使用其它磷酸鹽為供體并磷酸化其它底物，但是所有AK的優(yōu)選底物是AMP，其主要供體是ATP（表1）。AKs的結(jié)構(gòu)包含三個(gè)功能域：包含結(jié)合磷酸供體的CORE結(jié)構(gòu)域，LID結(jié)構(gòu)域和底物結(jié)合位點(diǎn)（圖1）。在沒(méi)有配體結(jié)合的情況下，AK處于“開(kāi)放式”構(gòu)象。一旦與磷酸供體（ATP或者其他）結(jié)合，伴隨著LID domain的關(guān)閉，底物就會(huì)被結(jié)合。發(fā)生磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)合的ADP，其中一個(gè)ADP會(huì)隨著LID domain的打開(kāi)隨后被釋放。LID domain的打開(kāi)會(huì)對(duì)底物結(jié)合位點(diǎn)發(fā)出信號(hào)使其打開(kāi)并釋放第二個(gè)ADP［11-12］。

哺乳動(dòng)物組織中AK的幾種亞型已被確立。人體組織中的九個(gè)不同的AK同工酶已被確定和表達(dá)，并根據(jù)它們被發(fā)現(xiàn)的順序被命名為AK1-AK9。AKs的序列比對(duì)和進(jìn)化樹(shù)分析如圖2和圖3。

圖1　人類(lèi)AK1的晶體結(jié)構(gòu)Fig. 1Crystal structure of human AK1

表1　人類(lèi)AK亞型的基因位點(diǎn)、亞細(xì)胞定位、組織分布、磷酸供體和底物特異性Table1Gene locus，subcellular localization，tissue distribution，phosphate donor and substrate specificity of the human AK isoforms

3.1腺苷酸激酶1

AK1是主要的細(xì)胞質(zhì)AK亞型，其基因位于9q32。它在人體大部分組織中都有表達(dá)，但在骨骼肌、腦和紅細(xì)胞中表達(dá)量最高。AK1沒(méi)有磷酸供體特異性，它可以使用所有的三磷酸核苷作為磷酸供體去磷酸化AMP和相對(duì)少的dAMP［13-14］。

紅細(xì)胞中AK1的缺乏是一種與溶血性貧血相關(guān)的罕見(jiàn)疾病。雖然有一些病例在AK1低酶活性的基礎(chǔ)上被記錄和診斷，但是只有極少數(shù)病例被鑒定為遺傳缺陷。在日本溶血性貧血患者中，發(fā)現(xiàn)單個(gè)堿基的替換導(dǎo)致AK1第128位精氨酸突變?yōu)樯彼帷＿@種替換導(dǎo)致了AK1的酶活降低為野生型的44%，并引起其輕微的熱不穩(wěn)定性和電泳遷移率的改變?；颊叩哪赣H和哥哥有同樣的突變，但是卻沒(méi)有貧血的癥狀。因此，在某些情況下，紅細(xì)胞可以規(guī)避由于AK1不足引起的嚴(yán)重后果。在意大利，一個(gè)孩子患有先天性溶血性貧血，其體內(nèi)AK1的第164位酪氨酸被半胱氨酸替代，引起AK1酶活性下降，酶活下降的原因可能是由于在額外的半胱氨酸殘基上形成了二硫鍵導(dǎo)致的［15-16］。而且，在兩例輕度慢性溶血性貧血的病例中，純合的無(wú)義突變導(dǎo)致截短的AK1完全喪失活性。

圖2　人類(lèi)AK亞型的序列以及氨基酸序列的比對(duì)Fig. 2Amino acid sequence alignment and motifs of human AK isoforms

與野生型小鼠相比，敲除AK1基因的小鼠心臟收縮力減弱，表明心臟對(duì)于缺血性應(yīng)激的耐受力降低。與野生型相比，在缺血心臟中總腺嘌呤核苷酸的含量降低了20%，從而證明了當(dāng)AK1缺乏時(shí)，再灌注會(huì)引起更多腺嘌呤核苷酸的損失，從而激活了核苷酸的補(bǔ)救合成途徑［17］。在AK1缺陷的小鼠骨骼肌中，由收縮介導(dǎo)的AMPK的磷酸化功能降低，所以AMP的產(chǎn)量也有限。AMPK的激活是一種信號(hào)，這種信號(hào)對(duì)于能量需求的增加非常敏感，它在收縮的肌肉中參與調(diào)控葡萄糖的攝入和脂肪酸的氧化［18］。然而，一些研究表明，在AK1敲除的肌肉中，其它AK亞型的存在能完全補(bǔ)償AK1活性的損失，使得肌肉細(xì)胞具有正常的由收縮介導(dǎo)的葡萄糖攝入能力，這是由于AMP的增加和活性氧簇（ROS）的產(chǎn)生激活了AMPK。開(kāi)始ADP含量的突然增加，是由于ATP水解造成的，進(jìn)而其它AK亞型將ADP脫磷酸化形成AMP［19］。最近有研究報(bào)道，AK-1作為SIRT2的抑制劑，在人HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞中通過(guò)下調(diào)導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯，細(xì)胞增殖緩慢；在HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞中AK-1也會(huì)對(duì)Snail-p21進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，AK-1作為SIRT2的抑制劑將在結(jié)腸癌的治療中發(fā)揮作用［20］。

圖3　人類(lèi)AKs的進(jìn)化樹(shù)Fig. 3Phylogenetic tree of human AK isoforms

3.2腺苷酸激酶2

AK2是位于線粒體內(nèi)膜中的主要腺苷酸激酶亞型，其基因位于1p34［21］。Northern blot分析表明，AK2的mRNA在肝臟，心臟，骨骼肌和胰腺中含量較高，在腎臟，胎盤(pán)和大腦中略少。然而，AK2的蛋白在肝，腎和心臟中呈高表達(dá)，在肺和骨骼肌中呈低表達(dá)［22］。

線粒體中AK2的缺陷與人類(lèi)疾病相關(guān)。已有文獻(xiàn)表明，編碼AK2的基因突變與網(wǎng)狀組織發(fā)育不全有關(guān)，這是先天性人類(lèi)聯(lián)合免疫缺陷病最嚴(yán)重的形式。該疾病的癥狀主要是粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞較少甚至沒(méi)有，胸腺和次級(jí)淋巴器官發(fā)育不全，先天性、適應(yīng)性體液免疫和細(xì)胞免疫缺陷。該酶在線粒體中的定位暗示其在造血前體細(xì)胞增殖和凋亡的能量需求中起著關(guān)鍵作用［23］。最近的研究表明，網(wǎng)狀組織發(fā)育不全除了能引起出生幾天后的致命性敗血癥，還能引起感覺(jué)神經(jīng)性耳聾［24］。有關(guān)AK2在細(xì)胞凋亡中的作用中，有研究表明AK2能與FADD和Caspase-10結(jié)合形成復(fù)合物從而激活一種新的細(xì)胞凋亡通路［25］。

3.3腺苷酸激酶3

AK3位于線粒體基質(zhì)中，它在肝，腦，心臟，骨骼肌和腎臟中高表達(dá)［26］。人類(lèi)AK3基因的染色體定位于9號(hào)染色體的短臂（9p24）。AK3對(duì)底物和磷酸供體的要求具有特異性，因?yàn)樗鼉H可以使用GTP和ITP來(lái)磷酸化AMP。

3.4腺苷酸激酶4

1992年，人類(lèi)AK4基因被確定，因?yàn)槠湫蛄信c牛AK3的非常相似，所以它最初被命名為AK3［27］。然而，當(dāng)小鼠和大鼠的AK4被鑒定后，人類(lèi)AK3被重命名為人類(lèi)AK4，因?yàn)樗c鼠的AK4的序列有較高相似性［28］。AK4存在于線粒體基質(zhì)，其基因位于1p31［26］。該酶主要在富含線粒體的組織中表達(dá)，如腦，心臟，腎臟和肝臟。AK4既可以以ATP或GTP作為磷酸供體催化dAMP，CMP和dCMP的磷酸化，又可以以UTP作為磷酸供體磷酸化AMP。將AK4的基因序列導(dǎo)入線粒體后，發(fā)現(xiàn)位于其N(xiāo)端第11位的氨基酸殘基，與磷酸供體結(jié)合區(qū)域非常接近。導(dǎo)入分析表明，線粒體中導(dǎo)入的序列不被切割，因此在進(jìn)入線粒體以后該酶仍然保持其活性［29］。ADP/ATP移位酶（ANT）是一種線粒體內(nèi)膜蛋白，其可以與線粒體外模上的電壓依賴(lài)性陰離子通道（VDAC）形成復(fù)合物（VDACANT）。VDAC-ANT復(fù)合物的最重要的功能是使ADP穿梭進(jìn)入線粒體并將ATP泵出線粒體，從而維持細(xì)胞的能量平衡。有研究報(bào)道ANT為AK4的相互作用蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其與AK4能夠發(fā)生相互作用。因此AK4可以調(diào)節(jié)腺苷酸平衡，從而影響細(xì)胞的存活和增殖。此外，由于ANT和VDAC能形成可以調(diào)節(jié)線粒體膜通透性，因此，我們假設(shè)AK4可能是通過(guò)與ANT的相互作用間接調(diào)節(jié)線粒體膜通透性的。

AK4基因在低氧環(huán)境下（1%O2，5%CO2，94% N2）培養(yǎng)的人肝癌細(xì)胞系（HepG2）和人胚胎腎細(xì)胞（HEK293）中的表達(dá)呈相反的趨勢(shì)，在HepG2細(xì)胞中AK4的表達(dá)明顯下調(diào)，然而，在HEK293細(xì)胞中其表達(dá)明顯上升，并且HepG2細(xì)胞的增殖速度明顯減弱，凋亡細(xì)胞明顯增多；但是，HEK293細(xì)胞具有正常的增值速度與凋亡率。暗示，AK4基因的表達(dá)對(duì)于低氧應(yīng)激細(xì)胞具有保護(hù)作用［30］。

3.5腺苷酸激酶5

AK5存在兩個(gè)主要的變體，它們的區(qū)別在于N末端的不同，其中一個(gè)變體N末端具有額外的26個(gè)氨基酸。AK5定位于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，這主要決于其具體亞型，與大多數(shù)其它AK的多組織表達(dá)相比，該酶的幾乎只在腦中表達(dá)。AK5有兩個(gè)獨(dú)立的功能域，分別命名為AK5p1和AK5p2。當(dāng)以ATP或GTP作為磷酸供體磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP時(shí)，AK5的全酶和它的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域具有相似的活性［31］。人體AK5基因染色體定位于1p31。

在兩例非病毒免疫介導(dǎo)的邊緣腦炎患者中檢測(cè)到針對(duì)AK5的自身抗體。盡管給以皮質(zhì)類(lèi)固醇，免疫球蛋白靜脈注射（IVIG）和血漿置換等治療，但是該患者預(yù)后不良，并且迅速發(fā)展成老年癡呆癥［32］。

3.6腺苷酸激酶6

AK6為定位于細(xì)胞核的AK亞型，AMP和dAMP是AK6的首選底物，CMP和dCMP次之。所有的NTPs和dNTPs均可作為其磷酸供體，但CTP和UTP是其首選磷酸供體。AK6的核定位以及磷酸供體的廣泛性，表明它可能在調(diào)節(jié)細(xì)胞核中ATP/ADP和GTP/ GDP的比率中發(fā)揮作用［33］。盡管AK6的組織分布尚未確定，但根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)分析，它幾乎在所有的正常組織中表達(dá)。AK6的基因位于5號(hào)染色體長(zhǎng)臂（5q13）。

3.7腺苷酸激酶7

AK7是定位于細(xì)胞質(zhì)的AK亞型，其長(zhǎng)度比其它已確定單功能域的AKs要長(zhǎng)一些，其他單功能域AKs的長(zhǎng)度大約在172到239個(gè)氨基酸之間，AK7的全長(zhǎng)cDNA表達(dá)顯示，其能夠產(chǎn)生一個(gè)含有656個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，而根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，AK7的基因產(chǎn)物預(yù)期為723個(gè)氨基酸。這是由于在該基因的末端存在終止密碼子，所以AK7基因有可能存不只一個(gè)轉(zhuǎn)錄變構(gòu)體。該酶不僅可以以ATP作為磷酸供體磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP，還可以以GTP作為磷酸供體磷酸化AMP，CMP和dCMP。AK7基因的染色體定位于14號(hào)染色體的長(zhǎng)臂（14q32）。AK7的表達(dá)似乎具有組織局限性，主要表達(dá)于纖毛上皮細(xì)胞豐富的組織中，如肺臟，乳腺，氣管，睪丸和骨骼肌中，其活性與纖毛功能有關(guān)［34］。

近期研究表明，AK7的表達(dá)與人類(lèi)疾病有關(guān)，主要是由于其表達(dá)僅限于富含纖毛的上皮細(xì)胞組織。運(yùn)動(dòng)型纖毛需要?jiǎng)恿Φ鞍妆垡约癆TP水解產(chǎn)生的豐富能量。纖毛功能障礙會(huì)導(dǎo)致一種稱(chēng)為原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙的疾病，這種疾病會(huì)導(dǎo)致反復(fù)性的呼吸道感染，通常發(fā)展成支氣管擴(kuò)張癥，在成年期可引起肺衰竭。原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙的患者會(huì)伴有一些先天性病癥，如腦積水，視網(wǎng)膜變性，聽(tīng)力損傷和智力缺陷。分析吸煙者或曾經(jīng)有吸煙史人的支氣管上皮樣細(xì)胞的基因表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)了一些新的支氣管富集基因，包括與先天免疫和纖毛形成相關(guān)的基因和AK7［35］。AK7基因缺陷小鼠模型表現(xiàn)出原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙的典型病理特征，如微管缺陷，纖毛擺動(dòng)頻率降低，腦積水，精子畸形，粘液積聚和對(duì)過(guò)敏原的嚴(yán)重呼吸道反應(yīng)。

3.8腺苷酸激酶8

AK8是另一種定位于細(xì)胞質(zhì)的AK亞型，其基因位于第9號(hào)染色體的長(zhǎng)臂（9q34）。雖然AK8也像AK5一樣有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，但是與AK5的不同之處在于AK8只存在一個(gè)轉(zhuǎn)錄變構(gòu)體。當(dāng)AK8的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域單獨(dú)表達(dá)時(shí)，他們都表現(xiàn)出相似的AK活性。由于該酶有非常高的磷酸化活性，因此AK8蛋白的一條多肽鏈中可能含有兩個(gè)功能性結(jié)構(gòu)域。全長(zhǎng)AK8和它的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域以ATP作為磷酸供體磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP，以GTP作為磷酸供體磷酸化AMP，CMP和dCMP。數(shù)據(jù)庫(kù)信息顯示，AK8主要表達(dá)于肝臟，胰腺，肺臟，氣管和睪丸中，AK8是在上皮細(xì)胞遷移過(guò)程中起負(fù)調(diào)節(jié)作用的基因之一［36］。

3.9腺苷酸激酶9

最新發(fā)現(xiàn)的AK9基因定位于6q21。AK9的表達(dá)譜表明其在腦下垂體，氣管，胸腺，睪丸，乳腺中呈高表達(dá)，在腦，咽，子宮，脾臟和淋巴結(jié)中表達(dá)量稍低。用GFP融合蛋白進(jìn)行亞細(xì)胞定位研究表明，該蛋白質(zhì)缺少亞細(xì)胞靶向信號(hào)，AK9是一種可以在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核之間自由擴(kuò)散的蛋白質(zhì)。該酶以ATP作為磷酸供體磷酸化AMP，dAMP，CMP和dCMP，而當(dāng)GTP作為磷酸供體時(shí)，主要是CMP被磷酸化［37］。

4　二磷酸核苷激酶

NDPKs的功能是磷酸化核苷二磷酸鹽變?yōu)橄鄳?yīng)的核苷三磷酸鹽，NDPKs與參與前兩步核苷酸磷酸化通路的核苷酸激酶相反，其在底物的選擇上沒(méi)有特異性，它們可以催化所有的嘌呤和嘧啶的核糖核苷和脫氧核糖核苷二磷酸。它們的ATP結(jié)合位點(diǎn)沒(méi)有p-loop結(jié)構(gòu)域。人類(lèi)NDPKs由nm23基因編碼，截至目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)10個(gè)nm23/NDPK的家族成員，它們分別被命名為nm23-H1到nm23-H9，第10個(gè)基因被命名為RP2。nm23-H1到nm23-H6這6個(gè)基因已經(jīng)被完全解析。NDPKs催化磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的通路由兩個(gè)連續(xù)的反應(yīng)組成：（1）組氨酸殘基的自我磷酸化和（2）磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移，從磷酸組氨酸轉(zhuǎn)移到核苷二磷酸［38］。

最新研究表明，AK9除了具有預(yù)期的NMPK活性之外，還具有NDPK活性。AK9能夠在磷酸供體存在的情況下，高效催化產(chǎn)生ATP、CTP、GTP、UTP、dATP、dCTP，、dGTP和TTP，在此催化反應(yīng)中，AK9對(duì)底物具有選擇性，優(yōu)先順序是CDP>UDP>ADP> GDP>TDP。人類(lèi)的其他AK成員（AK1，AK4，AK5，AK7和AK8）和UMP-CMPK家族成員也表現(xiàn)除了NDPK的活性，他們中的絕大多數(shù)都能夠?qū)⑷魏危╠）NDP轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的（d）NTP。其中只有2種酶表現(xiàn)出有限的底物親和力。當(dāng)以ATP作為磷酸供體時(shí)，AK8不能轉(zhuǎn)換UDP到其三磷酸形式；UMP-CMPK不能轉(zhuǎn)換TDP或UDP到其三磷酸形式。另一方面，當(dāng)以GTP作為磷酸供體時(shí)，這些酶均可以磷酸化TDP和UDP。為什么AKs具有NDPKs的活性？我們可以解釋為AK的活性中心更適合與（d）NMPs結(jié)合，但是（d）NDPs也可以與其活性中心結(jié)合，即使（d）NDPs與AKs活性中心不會(huì)完全契合，AKs仍然可以把磷酸基團(tuán)從供體轉(zhuǎn)移至（d）NDPs。

5　結(jié)論

人類(lèi)的AKs有許多亞型，它們分布的位置和表達(dá)形式不同，表明AKs對(duì)于細(xì)胞功能多樣性的維持是必要的。然而，許多重要的酶只以一種存在形式，那為什么人類(lèi)需要像AKs這樣具有多種亞型的酶呢？這需要我們付出更多的努力來(lái)進(jìn)行更深層次的研究。人AKs廣泛分布于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和線粒體中，這可能是由于其功能保守，所以在進(jìn)化過(guò)程中得到保留。雖然已知AKs缺陷能夠引起一些特殊疾病，但是，關(guān)于AK活性低下而引起的更加復(fù)雜的疾病，如退行性疾病卻知之甚少。考慮到ATP是最重要的攜帶高能量的分子，因此，細(xì)胞在發(fā)揮不同功能時(shí)，產(chǎn)生ATP的量也不同。整體能量缺乏會(huì)導(dǎo)致各種器官衰竭，這是正常老化過(guò)程的一部分，那么在各種疾病中如何持續(xù)提高ATP的產(chǎn)量將成為一個(gè)有趣并且有挑戰(zhàn)性的研究課題。通過(guò)研究能量代謝相關(guān)酶，更好的理解磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移機(jī)制，可以為將來(lái)發(fā)展治療由能量代謝紊亂引起的疾病提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

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Several New Members and Their Functional Characteristics of Human Adenylate Kinase Family

Kong Fanzhi1，Shen Huanhuan1，Jiang Nan2，Yang Huanmin1，Yang Rui
（1.College of Animal Science and Technology，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.Laboratory Department，People's Hospital of Daqing）

Adenylate kinase（AK）was a kind of phosphotransferases which catalyzed phosphate transferring between adenine nucleotides，thus regulated the ratio of adenine nucleotides in different parts of cells.In recent years，more and more AKs were identified.The location of encode AKs genes，preferred substrate and phosphate donor and functions were summarized，which provided a theoretic basis and new clue for better studying the AK family.

adenine nucleotides；adenylate kinases；nucleoside diphosphate kinase

Q78

A

1002-2090（2016）02-0037-08

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.02.008

2015-03-31

黑龍江省教育廳海外學(xué)人科研資助項(xiàng)目（1253HQ013）；黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)成、引進(jìn)人才科研啟動(dòng)計(jì)劃資助課題。

孔凡志（1984-），男，講師，韓國(guó)漢陽(yáng)大學(xué)畢業(yè)，現(xiàn)主要從事腺苷酸激酶功能解析及動(dòng)物冷應(yīng)激發(fā)生機(jī)制的相關(guān)研究。

楊煥民，男，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail：yanghuanmin@aliyun.com。