人低分子量磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶的作用和应用研究

背景^[1-3]

人低分子量磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶是将人磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶基因通过分子克隆技术构建载体在通过大肠杆菌表达系统表达制得的低分子量蛋白。磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶含有一段240个氨基酸残基所组成的催化域，其中71个氨基酸残基是高度保守的，催化活性中心是由11个氨基酸残基所组成的序列，即（I/V）HCXAGXXR（S/T）G，其中半胱氨酸残基（Cys215）和精氨酸残基（Ary221）对PTP-1B酶的活性起着至关重要的作用，若被取代将使酶丧失催化活性。

磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶广泛存在于脂肪细胞、肝组织细胞、肌组织细胞和上皮细胞多个组织中。荧光免疫原位杂交法表明，PTP-1B主要定位于胞浆内质网组织中，以C末端的35个特异性氨基酸与内质网结合，其N末端含有半胱氨酸和精氨酸残基，精氨酸残基的催化中心朝向胞浆。磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶是一种胞内PTP，位于内质网，在人体的各种组织中都有表达；其与蛋白酪氨酸激酶（ProteinTyrosineKinases，PTK）共同维持着酪氨酸蛋白磷酸化的平衡，参与细胞的信号转导，调节细胞的生长、分化、代谢、基因转录和免疫应答等。

磷酸酪氨酸蛋白磷酸酶属于蛋白质酪氨酸磷酸酶家族，专一水解芳香族磷酸，如磷酸化酪氨酸（phosphotyrosyl，pTyr）残基上磷酸根的酶，通过对胰岛素受体或其底物上的酪氨酸残基去磷酸化作用，对胰岛素信号转导进行负调节，组织细胞中PTP-1B过表达都会降低PTK的活性，使胰岛素受体无法与胰岛素结合，进而引起胰岛素抵抗，最终导致2型糖尿病。

应用^[4][5]

用于以PTP1B为靶点的降糖药物筛选研究

糖尿病（DM）是一种由于胰岛素缺乏或胰岛素功能缺陷所致慢性疾病，其伴随着一系列代谢紊乱。DM的患病率在全球不断增加。据国际糖尿病联合会（IDF）的最新统计数据，截止到2013年，全球有3.82亿人患有糖尿病，预计到2035年，这一数字将上升至5.92亿。2型糖尿病（T2DM）是糖尿病中最常见的形式，大约占全世界糖尿病的90％左右，其特点是高血糖症，血脂异常，以及代谢靶组织的胰岛素抵抗。2型糖尿病可导致严重的并发症，包括肾功能衰竭，失明，缓慢的伤口愈合和心血管疾病等。蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP），调节细胞内诸多依赖酪氨酸磷酸化的关键生理过程，在代谢中起重要作用。已在许多人类疾病中都发现了PTP活性的失常。PTP1B是从人胎盘中个被成功分离和表征的PTP超家族成员，其分子量大约为50kDa（435个氨基酸），它包含一个高度保守的催化基序，其中的Cys215和Arg221是对其磷酸酶催化活性至关重要的。PTP1B是胰岛素信号转导通路中关键的负调节蛋白，其作用通过阻断胰岛素刺激的胰岛素受体（IR）的酪氨酸磷酸化，进而影响胰岛素受体（IRS-1）的磷酸化和其下游通路。通常情况下，胰岛素触发一系列磷酸化事件的级联放大，开始于IR上多个酪氨酸残基的自磷酸化，提高了IR的激酶活性，并导致其招募IRS-1而使之活化，接着激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K），蛋白激酶B（PKB，也称为AKT），最后激活葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）与细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）。激活GLUT4可以转运到细胞膜，从而影响葡萄糖的摄取；磷酸化的ERK1/2可以进入细胞核，影响基因的表达和翻译。PTP1B过表达或其酶活性的增加被发现存在于胰岛素抵抗和肥胖患者中。

参考文献

[1]Transcriptional regulation of the GLUT4 gene:from PPAR-γand FOXO1 to FFA and inflammation[J].Michal Armoni,Chava Harel,Eddy Karnieli.Trends in Endocrinology&Metabolism.2007(3)

[2]Investigations of linker structure on the potency of a series of bidentate protein tyrosine phosphatase inhibitors[J].Jian Xie,Christopher T.Seto.Bioorganic&Medicinal Chemistry.2005(8)

[3]Development of an automated protein-tyrosine phosphatase 1B inhibition assay and the screening of putative insulin-enhancing vanadium(IV)and zinc(II)complexes[J].Andre P.Seale,Lucia A.de Jesus,Se-Yeon Kim,Yeon-Hong Choi,H.B.Lim,Cheong-Soo Hwang,Yang-Sun Kim.Biotechnology Letters.2005(4)

[4]Shp2 Regulates Src Family Kinase Activity and Ras/Erk Activation by Controlling Csk Recruitment[J].Si Qing Zhang,Wentian Yang,Maria I.Kontaridis,Trever G.Bivona,Gengyun Wen,Toshiyuki Araki,Jincai Luo,Julie A.Thompson,Burkhart L.Schraven,Mark R.Philips,Benjamin G.Neel.Molecular Cell.2004(3)

[5]王永森.以PTP1B为靶点的降糖药物筛选[D].吉林大学,2014.